Лекция № 1 Общие сведения об автоматике
План
1. Вступление
2. История развития автоматики
3. Особенности развития автоматики в производстве
Литература
1. Бородин И. Ф., Кирилин Н. И. Основы автоматики и автоматизация производственных процессов. М, Колос, 1977, 3-9 с.
2. Колесов Л. В. Основы автоматики. М., Колос, 1978, 3-6 с.
5. Бородин И. Ф. Технические средства автоматики. М., Колос, 1982.-303 с.
ил. - (Учебники и учеб. пособия для высш. с.-х. учеб. заведений), 3-11 с.
8. Бохан Н. И., Фурунжиев Р. И. Основы автоматики и микропроцессорной техники: Учеб. пособие. - Мн.: Ураджай, 1987.-376 с: ил.
1. Вступление
Слова автомат, автоматика, автоматические устройства все чаще и чаще встречаются в лексиконе современного человека, радио - и телепередачах, в прессе и художественной литературе.
Часто можно услышать выражение, что мы живем в век автоматики и вычислительной техники. Действительно, автоматические устройства встречаются сегодня на каждом шаге, они в буквальном смысле «окружают человека». Автоматические устройства используются в промышленности и на транспорте, в строительстве, и в коммунально-бытовых предприятиях. Последнее время они пришли и в сельское хозяйство. Появились автоматические водокачки, водонагреватели, инкубаторы, установки для охлаждения молока, автопоилки и автокормушки, автоматические системы регулирования микроклимата в производственных помещениях и др.
Что же такое автоматика?
Автоматикой называется совокупность методов и технических средств, исключающих участие человека при выполнении операций конкретного процесса. (Функции человека заключаются в отслеживании за правильностью функционирования автоматических устройств).
2. История развития автоматики
Само слово автоматика происходит от греческого слова automatos, самостоятельный, самодвижущий.
Первые автоматические устройства - ловушки для зверей - человек изобрел еще в каменном веке, 20 тысяч лет назад. Более совершенные устройства появились 2-2,5 тысяч лет назад. К ним принадлежат афинские самодвижущиеся развлекательные устройства, автоматические сигнализаторы времени древнегреческого философа Платона, устройства для продажи «святой» воды и открывающиеся двери в древнегреческих храмах, автоматический планетарий ученого-механика Архимеда, различные автоматические устройства Герона Александрийского. Во 2 веке до нашей эры механик Ктезибий, живший в Александрии, изготовил первые водяные часы. Они были просты: из сосуда, наполненного водой, вытекала вода и через систему зубчатых колес приводила в движение стрелки. В средние века получила развитие «андроидная» автоматика. Изобретатели создавали автоматические устройства, которые по внешнему виду и некоторым действиям напоминал человека. Поэтому их называли «андроидами», то есть человекоподобными. Сегодня такие устройства называются роботами.
Однако первые промышленные автоматические устройства появились только лишь 200 лет тому назад, во второй половине 18 столетья, когда были созданы сложные машины (ткацкие и прядильные станки), которые облегчали трудную ручную работу и дали возможность резко поднять ее производительность. В тоже время на смену простейших двигателей (ветряных и водяных) пришла паровая машина, в которой в 1765 г. И. И. Ползунов изобрел и установил автоматическое устройство для регулирования уровня воды в котле. В 1784 г. Уатт разработал автоматический регулятор скорости паровой машины.
Вот с этого времени автоматика начала формироваться как отдельная область науки и техники.
Первыми автоматическими устройствами в электротехнике были регулятор напряжения Э. Х. Ленца и Б. С. Якоби и дифференциальный регулятор для дуговых ламп В. Н. Чиколева, предложенными в середине 19 века.
С разработкой автоматических регуляторов начинает развиваться и теория автоматического управления. Первые фундаментальные работы по теории автоматического управления опубликованы академиком П. Л. Чебышевым и профессором Петербургского технологического института И. А. Вышнеградским. В статье «О регуляторах прямого действия» (1876 г.) И. А. Вышнеградский рассматривает регулятор и машину как единую динамическую систему. Это позволило установить общие методы для исследования динамики систем управления, которые используются и сегодня.
Общая теория устойчивости динамических систем была разработана A. M. Ляпуновым в труде «Общая задача об устойчивости движения» (1 892 i.), где дано строгое понятие устойчивости движения и предложены методы решения задач об устойчивости.
В 1 874 г. Раусом, а в дальнейшем Гурвицем (1895 г.) были разработаны алгебраические критерии устойчивости.
В 1932 г. американский ученый Найквист предложил частотный критерий устойчивой работы электронных усилителей, который был обобщен и развит применительно к теории управления в работах А. В. Михайлова (1936 г.), давшего ряд инженерных методов анализа и систем автоматического управления.
В дальнейшем в автоматике разрабатывались вопросы по исследованию качества регулирования. В 1945 г. Я. 3. Цыпкин и И. Н. Вознесенский предложили метод анализа качества по степени устойчивости, а спустя четыре года В. В. Солодовников обосновал метод оценки качества по частотным характеристикам и разработал метод построения переходных процессов с помощью трапецеидальных характеристик.
В настоящее время продолжается работа над дальнейшем развитием теории систем со многими регулируемыми параметрами, нелинейных систем, систем с распределенными параметрами и запаздыванием, систем экстремального регулирования и автоматической оптимизации.
Как самостоятельная область техники автоматика получила признание 2-й Мировой энергетической конференции (Берлин, 1930) где была создана секция по вопросам автоматического и телемеханического управления
3. Особенности развития автоматики в сельхоз производственном производстве
Какие процессы необходимо автоматизировать?
- технологические процессы, где налажено массовое производство сельскохозяйственной продукции;
- при осуществлении многих «тонких» технологических процессов (химическое производство, медицина, микроэлектронные технологии);
- технологические процессы, которые опасны для жизни и здоровья человека (получение радиоактивных веществ, атомных станциях, изготовление сильных ядов для борьбы с сельскохозяйственными вредителями, взрывоопасные производства).
Говоря об автоматизации вообще, нельзя не остановиться на автоматизации сельскохозяйственного производства - одной из важнейших отраслей. Богатый практический и теоретический опыт, накопленный при автоматизации промышленности, позволяет использовать его при автоматизации процессов в сельском хозяйстве. При этом необходимо помнить, что сельскохозяйственному производству присущи и свои специфические особенности, которые следует учитывать при автоматизации. К ним относятся:
1) большое число помещений с агрессивными средами, с повышенной запыленностью, с широкими пределами изменения влажности и температуры; 2) связь сельскохозяйственных машин и другой техники с биологическими объектами (животными и растениями);
3) большое число мобильных машин, как в растениеводстве, так и в животноводстве, подверженных сильной вибрации;
4) сосредоточенность сельскохозяйственных машин и установок по площадям значительных размеров;
5) удаленность от ремонтной базы;
6) непродолжительное использование в течение года, а некоторых установок и в течение суток;
7) низкий уровень квалификации обслуживающего персонала;
8) консерватизм работников сельскохозяйственного производства, связанный с их образом жизни;
9) сельскохозяйственные объекты работают на открытом воздухе при крайне неблагоприятных климатических условиях;
10) регулируемые параметры многих сельскохозяйственных объектов рассредоточены как на расстоянии, так и во времени (например, зерносушилки, зерно - и овощехранилища, теплицы и животноводческие помещения), что требует оптимального числа измерительных преобразователей (датчиков) и исполнительных механизмов. И хотя в сельском хозяйстве автоматика начала развиваться сравнительно недавно, но уже показала свою высокую эффективность. Комплексная автоматизация процесса приготовления кормов снижает трудовые затраты в 4 - 5 раз, а себестоимость на 30-50 %. Автоматизация зерноуборочных комбайнов СК-6 «Нива», позволяет сократить потери зерна за комбайном на 2 - 2,5 % и увеличить производительность на 10 %. Поддержание оптимальной загрузки картофелеуборочного комбайна приводит к увеличению производительности на 15 %, экономия топлива на 4 %. Автоматизация прицепных кормоуборочных агрегатов позволяет снижать потери урожая зеленных кормов на 10-15 %. Снижение потерь при кормлении курей только на 5 %, позволяет дополнительно получить 800 000 яиц.
