7.1.5 Асутп у супервізорному режимі й у режимі безпосереднього цифрового керування

Принцип функціонування такої системи показано на рисунку 6.

Рисунок 7.6 - Схема АСУТП у супервизорному режимі

Супервизорний режим -це дворівнева ієрархічна система.

Нижній рівень управління, безпосередньо пов'язаний із ТП, реалізують локальні регулятори Р окремих технологічних параметрів. На верхньому рівні встановлена ЕОМ, основною функцією якої є визначення оптимального технологічного режиму й обчислення на його основі значень установок локальних регуляторів. Вхідною інформацією для розрахунку уставок є значення керованих параметрів, що вимірюються пристроями Дк, а також контрольовані параметри стану процесу, що вимірюються перетворювачами Ду. Оператор з пульта має можливість вводити додаткову інформацію, зокрема змінювати обмеження на керовані і керуючі величини, уточнювати критерій управління в залежності від зовнішніх умов. Супервізорний режим дозволяє здійснювати автоматичне управління ТП. Роль оператора зводиться до спостереження за процесом і, у разі потреби, до внесення корегувань.

Режим безпосереднього цифрового управління, на відміну від супервізорного, припускає розрахунок за допомогою ЕОМ керуючого впливу і передача сигналу через пристрої сполучення безпосередньо на виконавчі органи. Тут виключається необхідність установки локальних регуляторів (рисунок 7) .

Рисунок 7.7 - Режим безпосереднього цифрового управління

Як і в супервізорному режимі в цьому випадку функції оператора полягають у спостереженні за процесом і його коригування в разі потреби.

7.1.6 Багаторівневі ієрархічні системи

Якщо однорівнева структура АСУТП не забезпечує необхідного режиму функціонування складного об'єкта, то систему управління будують як багаторівневу - у виді окремих підсистем, між якими установлені відношення супідрядності. Наприклад, варіант 3-х рівневої АСУТП має наступну схему, що показана на рисунку 8.

Рисунок 7.8 - Багаторівнева ієрархічна система

Функції управління тут розподілені по рівнях. Наприклад. 1-й рівень складається із систем, що безпосередньо управляють ТП. Другий рівень утворить дві підсистеми розрахунку і оперативного корегування режимів технологічних операцій. Третій рівень узагальнює всю інформацію з об'єкта і вирішує задачу розрахунку і управління для процесу в цілому.

7.2. Робототехніка.

Вчені вже не раз підходили до необхідності інтегрувати знання, накопичені в ряді суміжних технічних напрямків. Так було у 30-і роки з автоматизацією виробництва, у якій були узагальнені останні досягнення в області електротехніки і сервоприводу, що одержали широке розпов-сюдження в енергетиці і машинобудуванні і дозволили створити багато систем автоматичного управління і регулювання.

Подібне повторилося і з кібернетикою, коли на підставі розвитку ЕОМ, а також адаптивних і систем, що самонавчаються, у 60-і роки в наше життя ввійшла робототехніка.

Роботи, в першу чергу, можуть бути застосовані в таких технологічних системах, де той самий процес або послідовність операцій необхідно багаторазово повторювати вручну протягом тривалого часу.

Наприклад, на більшості ферм і комплексів доїння череди, як правило, займає 15…20 ч. у добу, а оператор при доїнні кожної корови повторює у визначеній послідовності всі ті ж 8…10 операцій, найбільше трудомісткими з яких є встановлення і зняття доїльного апарату, взяття проб молока та ін. Це при сучасних технологіях утримання тварин призводить до надмірної стомлюваності обслуговуючого персоналу і, як слідство – до зниження продуктивності череди, що також зумовлено трудністю візуально помітити відхилення в поводженні тварин при їх захворюванні, травми, тощо. Це і послужило стимулом до створення роботизованих установок, що забезпечили б автоматичне виконання вказаних операцій при доїнні корів.

Результати проведених у ряді країни досліджень явилися технологічними передумовами роботизації процесу доїння. Так, було доведено, що зі збільшенням кратності доїння можна підвищити продуктивність корів, не роблячи при цьому негативного впливу на тварин. Вже тепер перехід до триразового доїння на значних МТФ дозволило досягти 10…15% збільшення виробництва молока.

У Нідерландах провели дослідження, при яких кількість годівель тварин не обмежували, тобто застосовували так звану "скатертину-самобранку". Коровам, що підходили до годівниць, надівали доїльні апарати і видоювали. Експеримент показав: у середньому корови заходили в бокс 5,4 разу на день. При цьому надої збільшилися протягом періоду досліджень на 8 –10 % без шкідливих впливів на тварин.

Аналогічні експерименти, проведені в Німеччині показали такі результати. Впровадження тільки багатократного доїння збільшило продуктивність тварин на 13%. А одночасне збільшення частоти доїння і годівлі, підвищило дали підвищення на 13 –22 %. При цьому також відзначене деяке зниження жирності молока.

Тому очевидно, що при такій системі доїння операції надівання і зняття доїльного апарата обов'язково повинні бути автоматизовані на рівні роботизації

Проте дана задача є досить складною, тому що дії подібних роботів у промисловості засновані на тому, що координати об'єкта, із яким працює робот, відомі з достатньою точністю і не змінюються при переході до інших аналогічних об'єктів. При розробці ж робота для надівання доїльного апарата необхідно враховувати, що під час надівання доїльного апарату тварина, як правило, рухається, і цим прямуванням повинний слідувати робот. Крім того, у тварин розміри вимені, відстань між сосками і від сосків до підлоги також змінюється в ході т.з. лактації.

Тому надівання закріпленого на маніпуляторі доїльного апарата можна розділити на більш прості операції:

1) підведення доїльного апарата під тварину і центрування його щодо вимені;

2) центрівка доїльних стаканів і сосків вимені;

3) надівання доїльного апарата на вим'я;

4) вмикання вакууму в подсосковій камері, фіксація стаканів на сосках.

Перші такі випробування були проведені з традиційними роботами-зварниками в Голландії у 1986 році. Після розпізнавання номера тварини, координати розміщення сосків вимені передавалися з центральної ЕОМ у блок керування маніпулятором. Цим забезпечувалася пошукова зона радіусом у декілька сантиметрів, у межах якої для пошуку сосків використовувалася спеціальний елемент – рецептор, що спроможний із точністю до декількох міліметрів визначити місце розташування сосків і забезпечити надівання на них апарату. У якості рецептора були випробувані різноманітні устрої: термодетектори, датчики розпізнавання форми, інфрачервоні випромінювачі з напівпровідниковими приймачами, мініатюрні телекамери, лазерні системи і т.д.

Фірмою "Gascoine-Melott" (Великобританія) сконструйований робот, що навчається. У доїльній установці, розробленій цією фірмою, апарат на вим'я надівається ззаду тварини. Після заходу в доїльний верстат і зупинки корови перед дозатором корму, половий настил, що знаходиться під її задніми ногами, відкосно розходиться, в результаті чого зазначені кінечності розставляються у визначеній позиції і тварина під час доїння не може змоги прийняти інше положення. Потім маніпулятор одержує від комп'ютера номер тварини і координати сосків вимені, зафіксовані в попередній день. Відповідно до програми координати сосків щодня фіксуються і використовуються наступного дня, і тому їхньої зміни в період лактації не впливають на точність виконання функцій роботом. Процес навчання роботом протікає так: перший раз оператор надіває доїльні стакани на вим'я корови вручну, при цьому траєкторії переміщення стаканів реєструються і запам'ятовуються ЕОМ і використовуються при наступних доїннях. Один такий робот придатний для обслуговування 25…30 корів.

Голландськими фірмами "Vicon", "Nedar" та ін. розроблений так називаний контейнерний блок, із двома автоматизованими стійлами, у яких керування доїнням і годівлею, а також ідентифікація тварин здійснює невеличка мікроЕОМ.

Конструктори Німеччини і Великобританії намітили роботизацію вже наявних доїльних установок майданчикового типу. Для цього розроблені доїльні апарати, встановлені на маніпуляторі, що переміщується, функції котрого також базуються на індивідуальному розпізнаванні тварин. Робот практично копіює роботу оператора. Принцип дії маніпулятора аналогічний вже описаному, коли система наближає доїльний апарат до сосків на декілька сантиметрів, а подальше керування здійснюється вже з використанням рецепторів.

Таким чином, роботизація дозволить перейти до вільного вибору тваринами найбільше прийнятного для них ритму годівлі і доїння, що буде сприяти збільшенню продуктивності і поліпшенню якості молока.

Подібно розглянутому технологічному процесу, роботизації в даний час піддаються також безліч операцій як у с.-г. виробництві, так і в промисловості.

Сьогодні робототехніка – одне з передових напрямків науки і техніки. Незважаючи на різноманіття технічних розробок, єдиної науки про робототехніку поки не існує, як не існує поки і єдиної термінології.

Основним визначенням роботизації є варіант, запропонований у 1983 р. міжнародною організацією стандартизації: «Промисловий робот – це позиційно керований, багатофункціональний маніпулятор, що перепрограмується, із декількома ступенями свободи, спроможний переміщати матеріали, деталі, інструменти і спеціальні пристрої і призначений для виконання різноманітних задач у процесі здійснення запрограмованих рухів.»

Проте це визначення не стало загальним міжнародним поняттям. Так у Японії і США в поняття "робот" включаються усі види маніпуляторів, також і ручні.

Історія розвитку робототехніці нетривала. Проте, роботи прийнято поділяти на три покоління, що показано у таблиці: