1.Автоматизація виробництва , процес в розвитку машинного виробництва, при якому функції управління і контролю, що раніше виконувалися людиною, передаються приладам і автоматичним пристроям. А. п. — основа розвитку сучасної промисловості, генеральний напрям технічного прогресу. Мета А. п. полягає в підвищенні ефективності праці, поліпшенні якості продукції, що випускається, в створенні умов для оптимального використання всіх ресурсів виробництва. Розрізняють А. п.: часткову, комплексну і повну. Завдання автоматизації і їх рішення : Цілі досягаються за допомогою рішення наступних завдань автоматизації технологічного процесу : Поліпшення якості регулювання, підвищення коефіцієнта готовності устаткування, поліпшення ергономіки праці операторів процесу. Забезпечення достовірності інформації про матеріальні компоненти, вживані у виробництві(в т.ч. за допомогою управління каталогом) .Зберігання інформації про хід технологічного процесу і аварійні ситуації Рішення завдань автоматизації технологічного процесу здійснюється при допомозі: впровадження сучасних методів автоматизації; впровадження сучасних засобів

2. Розрізняють три види автоматизації : часткову, комплексну і повну. Часткова автоматизація це автоматизація окремих виробничих операцій. Комплексна автоматизація це автоматизація ділянок, цехів, заводів, коли виробництво діє як єдиний взаємозв'язаний комплекс високорозвиненого технологічного процесу на базі досконалих машин, сучасної технології і прогресивних методів управління. Повна автоматизація - передбачає комплексно-автоматизоване виробництво без участі людини. Тут уся робота від початку до кінця управляється розумними машинами, які спостерігають за технологічним процесом, контролюють його, вносять необхідні поправки в хід усього виробництва, підтримуючи його режим на оптимальному рівні. Коли визначають, якій мірі складність автоматизації потрібна для того або іншого виробництва, враховують економічну ефективність і доцільність, а також необхідність зробити працю людини легшою, продуктивнішою, престижним.

3. Основна тенденція розвитку систем автоматизації йде у напрямі створення автоматичних систем, які здатні виконувати задані функції або процедури без участі людини. Роль людини полягає в підготовці початкових даних, виборі алгоритму(методу рішення) і аналізі отриманих результатів. Проте присутність у вирішуваних завданнях евристичних або складно програмованих процедур пояснює широке поширення автоматизованих систем. Тут людина бере участь в процесі рішення, наприклад, управляючи ним, вводячи проміжні дані. На міру автоматизації впливають тривалість часу, відведеного на рішення задачі, і її вид, - типова або ні. Так, при терміновому пошуку рішення нестандартної задачі слід покладатися тільки на самого себе.

4. Розвиток автоматизації виробництва можна умовно підрозділити на три етапи.

Перший етап автоматизації охоплює період часу з початку XVIII до кінця XIX століття. У 20-і роки XVIII століття в Росії А.Нартовым був розроблений автоматичний супорт для токарно-копіювального верстата. У 1765 р. російським механіком И.И.Ползуновым - творцем першої парової машини універсального призначення - був створений перший у світі промисловий автоматичний регулятор для підтримки постійного рівня води в котлі парової машини. Вимірювальний орган - поплавець, що знаходиться на поверхні води, переміщаючись, змінював подання рідини, що йде по трубі в котел через отвір клапана. Якщо рівень води піднімався вище за покладене, то поплавець, переміщаючись вгору, закривав клапан і подання води припинялася. У регуляторі Ползунова була реалізована ідея, що являється і понині центральною в облаштуваннях автоматичного регулювання. У 1784 р. англійським механіком Дж. Уаттом також для парової машини був розроблений відцентровий регулятор швидкості. Впродовж усього XIX століття відбувалося вдосконалення регуляторів для парових машин. На першому етапі розвитку автоматизації були спроби створення автоматичних верстатів і ліній з жорстким кінематичним зв'язком. Слід зазначити, що розвиток автоматизації виробництва в цей період часу грунтувався на принципах і методах класичної механіки. Другий етап розвитку автоматизації виробництва охоплює період часу кінець XIX і середина XX століття. Цей етап пов'язаний з розвитком електротехніки і практичним використанням електрики в засобах автоматизації. Зокрема, важливе значення має винахід П.Л.Шиллнгом магнітоелектричного реле(1850 р.) - одного з основних елементів електроавтоматики, розробка Ф.М.Балюкевичем та ін. в 80-х г.г. XIX століття ряду облаштувань автоматичної сигналізації на ж.-д. транспорті, створення С.Н.Апостоловым-бердичівським та ін. першою у світі автоматичної телефонної станції.т На початок XX століття відноситься широкий розвиток і використання електричних систем автоматичного регулювання. Індивідуальний привід окремих робочих органів машин і введення між ними електричних зв'язків істотно спростили кінематику машин, зробили їх менш громіздкими і надійнішими. Будучи гнучкішими і зручнішими в експлуатації, електричні зв'язки дозволили створити комбіноване електричне і механічне програмне управління, що забезпечує автоматичне виконання незмірно складніших операцій, ніж на машинах-автоматах з механічним програмним пристроєм. Для другого етапу розвитку автоматизації характерна поява електронно-програмного управління : були створені верстати з числовим програмним управлінням, оброблювальні центри і автоматичні лінії, що містять в якості компонента устаткування з програмним управлінням. Сороково-п'ятдесяті роки XX століття ознаменувалися початком бурхливого розвитку радіоелектроніки. Електронні пристрої забезпечують більш високі швидкодії, чутливість, точність і надійність автоматичних систем. Настав третій етап розвитку автоматизації з широким використанням ЕОМ, що управляють, які для кожного моменту часу розраховують оптимальні режими технологічного процесу і виробляють команди, що управляють, за усіма операціями, що автоматизуються. Переходом до третього етапу розвитку автоматизації послужили нові можливості ЧПУ, грунтовані на застосуванні мікропроцесорної техніки, що дозволило створювати принципово нову систему машин, в якій поєднувалися б висока продуктивність автоматичних ліній з вимогами гнучкості виробничого процесу. Сучасна мікроелектроніка і ЕОМ дозволяють досягти вищого рівня автоматизації.

5.-

6. Різновиди автоматизації виробництва

За ступенем повноти розрізняють автоматизацію виробництва:

• часткову — передбачає автоматизацію основних виробничих процесів,

• комплексну — передбачає автоматизацію не тільки процесу виробництва, але й процесів керування й обслуговування,

• повну — передбачає автоматизацію всіх основних і допоміжних процесів.

За принципом керування виробничі системи можна поділити на прості, складні та інтелектуальні. Розрізнити їх можна за видом алгоритму роботи і принципом прийняття в них рішень. В блок-схемах алгоритмів роботи простих систем використовуються тільки виконавчі блоки, а в блок-схемах алгоритмів роботи складних систем — також блоки прийняття рішень. Для інтелектуальних систем характерне існування дерева прийняття рішень.

За видом технічних рішень та областю застосування сучасні виробничі системи в автоматизованому виробництві, включають:

• Верстати з числовим програмним керуванням, вперше з'явились на ринку ще в 1955 р.; їх швидке поширення розпочалось, однак, лише із застосуванням мікропроцесорів.

• Промислові роботи, вперше з'явились в 1962 р.; масове застосування також пов'язано з розвитком мікроелектроніки.

• Гнучкі виробничі системи, що характеризуються поєднанням технологічних одиниць і роботів, що керуються ЕОМ, оснащені засобами для переміщення оброблюваних деталей та зміни інструменту.

• Автоматизовані складські системи (Automated Storage and Retrieval Systems — AS/RS). Передбачають використання керованих комп'ютером підйомно-транспортних пристроїв, що розміщають вироби на складі та беруть їх звідти за командою.

• Системи контролю якості на базі ЕОМ (Computer-aided Quality Control — CAQ) — технічне застосування комп'ютерів і керованих комп'ютерами машин для перевірки якості продуктів.

• Системи автоматизованого проектування (Computer-aided Design — CAD) використовується проектувальниками при розробці нових виробів і техніко-економічної документації.

• Автоматизовані системи технологічної підготовки виробництва (Computer-aided Manufacturing — CAM) використовується про розробці технологічної документації та керувальних програм для систем числового програмного керування. Категорія автоматизації визначає її рівень залежно від міри заміни ручної праці машинним, зниження чисельності робітників, коефіцієнта багатоверстатного обслуговування і інших показників.

7.-

8. Классификация элементов   автоматики 

Элементы  автоматики  чрезвычайно разнообразны по выполняемым функциям, конструкции, принципу действия, характеристикам, физической природе преобразуемых сигналов и т.д. 1) В зависимости от того, как элементы получают энергию, необходимую для преобразования входных сигналов, они делятся на пассивные и активные. Пассивные элементы  автоматики  – это элементы, у которых входное воздействие (сигнал хвх) преобразуется в выходное воздействие (сигнал хвых) за счёт энергии входного сигнала (например, редуктор). Активные элементы  автоматики  для преобразования входного сигнала используют энергию от вспомогательного источника (например, двигатель, усилитель). 2) В зависимости от энергии на входе и выходе элементы  автоматики  подразделяются на: - электрические; - гидравлические; - пневматические; - механические; - комбинированные. 3) По выполняемым функциям в системах регулирования и управления элементы  автоматики  подразделяются на: - датчики; - усилители; - исполнительные устройства; - реле; - вычислительные элементы; - согласующие элементы; - вспомогательные элементы и т.д. Датчики воспринимают поступающую на их вход информацию об управляемой величине объекта управления и преобразуют её в форму, удобную для дальнейшего использования в устройстве автоматического управления. Большинство датчиков преобразует входной неэлектрический сигнал хвх в выходной электрический сигнал хвых. В зависимости от вида входного неэлектрического сигнала хвх выделяют: - датчики механических величин (датчики перемещения, датчики скорости, датчики ускорения и т.д.); - датчики тепловых величин (датчики температуры); - датчики оптических величин (датчики излучения) и т.д. Часто применяются датчики с двойным преобразованием сигнала, например, входной неэлектрический сигнал хвх сначала преобразуется в перемещение, а затем перемещение преобразуется в выходной электрический сигнал хвых. Так, например, в системе автоматического регулирования высоты полёта самолёта, изменение барометрического давления, возникающее при изменении высоты полёта, преобразуется сначала в механическое перемещение центра анероидной коробки, а затем в напряжение, измеряемое с помощью потенциометра. Усилители - это элементы  автоматики , которые осуществляют количественное преобразование, усиление мощности входного сигнала хвх. В некоторых случаях одновременно с количественным преобразованием, усилители осуществляют и качественное преобразование (например, преобразование постоянного тока в переменный, в пневматических и гидравлических усилителях осуществляется преобразование перемещения в изменение давления). В зависимости от вида энергии, получаемой усилителем, последние делятся на: - электрические; - гидравлические; - пневматические; - электрогидравлические; - электропневматические. Наибольшее распространение получили электрические усилители, имеющие высокую чувствительность, большой коэффициент усиления и удобные в эксплуатации. Исполнительные устройства относятся к элементам  автоматики , создающим управляющие воздействия на объект управления. Они изменяют состояние или положение регулирующего органа объекта таким образом, чтобы регулируемый параметр соответствовал заданному значению. К исполнительным устройствам, создающим управляющее воздействие в виде силы или вращающего момента, относятся силовые электромагниты, электромагнитные муфты, двигатели. Двигатели в зависимости от вида применяемой для работы энергии могут быть: - электрическими; - гидравлическими; - пневматическими. В качестве исполнительных устройств, изменяющих состояние регулирующего органа, могут использоваться усилители или реле. Реле – это элементы  автоматики , у которых изменение выходного сигнала (хвых) происходит дискретно (т.е. скачкообразно) при достижении входным сигналом (хвх) определённого значения, вызывающего срабатывание реле. Это значение входного сигнала называется уровнем срабатывания реле. Мощность входного сигнала (хвх), вызывающего срабатывание реле, значительно меньше мощности, которой реле может управлять. Поэтому реле используется и как усилительный, и как исполнительный элемент. Реле часто используются и как автоматически управляемые коммутаторы сигналов в многоканальных системах сбора и передачи данных, в которых обрабатывается информация от десятков, сотен и даже тысяч датчиков. Они применяются также в системах контроля, сигнализации, блокировки и защиты. Вычислительные элементы в устройствах автоматического управления осуществляют математические преобразования с поступающими на их вход сигналами. Эти операции осуществляются с целью обеспечения заданного алгоритма работы системы. В простейшем случае вычислительные элементы выполняют отдельные математические операции, такие как алгебраическое суммирование, дифференцирование, интегрирование, логическое сложение, логическое умножение и т.д. В замкнутых САУ необходимо осуществлять суммирование сигнала датчика и сигнала обратной связи. В корректирующих устройствах используется дифференцирование и интегрирование сигналов. Для выполнения этих операций главным образом используются вычислительные элементы аналогового типа. В более сложных случаях в качестве вычислительного элемента может использоваться микропроцессор, специализированные и унифицированные ЭВМ цифрового и аналогового типов или комплекс этих машин. Такие задачи автоматического управления, как оптимизация, создание адаптивных (приспосабливающихся) САУ, использование алгоритмов управления, основанных на вероятностных и статистических методах обработки сигналов, невозможно осуществить без применения ЭВМ. Согласующие и вспомогательные элементы включаются в устройство автоматического управления для улучшения его параметров, расширения функциональных возможностей основных элементов и т.д. В качестве согласующих элементов часто используют трансформаторы, редукторы, позволяющие согласовать параметры исполнительного элемента с параметрами объекта управления. В системах автоматического управления, в которых качестве вычислительного элемента используется микропроцессор или ЭВМ, часто возникает необходимость согласования ЭВМ с датчиками информации и исполнительными элементами аналогового типа, широко применяемыми в автоматике. Для этой цели на входе ЭВМ устанавливаются аналого-цифровые преобразователи (АЦП). Аналого-цифровые преобразователи преобразуют механический сигнал (перемещения, скорости и т.д.) или электрический сигнал (напряжения, силы тока, сопротивления и т.д.), получаемый от аналоговых датчиков, в дискретный кодовый сигнал, способный восприниматься ЭВМ. Управляющее воздействие в таких системах получают в дискретной форме как результат обработки в ЭВМ поступившей информации. Если в устройстве автоматического управления в качестве исполнительного элемента используются электродвигатели постоянного или переменного тока, электромагнитные муфты, усилители мощности постоянного или переменного тока и т.д., то возникает потребность обратного преобразования дискретного сигнала ЭВМ в аналоговый сигнал, воспринимаемый исполнительным элементом. Эта задача решается с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП). Они преобразуют кодовый сигнал, полученный от ЭВМ, в перемещение, напряжение, ток, частоту и т.д. Вспомогательные элементы  автоматики  – это стабилизаторы напряжения или тока, коммутаторы и распределители, генераторы напряжения специальной формы («пила»), формирователи импульсов, индикаторные и регистрирующие приборы, сигнальные и защитные устройства. Эти элементы  автоматики , не являясь принципиально необходимыми для работы устройства автоматического управления, в то же время позволяют увеличить точность и стабильность его работы, облегчают наладку и эксплуатацию, расширяют возможности использования этого устройства при создании САУ.

9. Автоматична система керування – це сукупність керованого об’єкта й автоматичних вимірювальних та керуючих пристроїв. На відміну від автоматизованої системи керування, Ця система самодіюча і реалізує встановлені функції процеси автоматично, без участі людини (крім етапів пуску та налагодження системи).

10. Зворотний зв’язок – будь-який елемент автоматики, що передає сигнал (інформацію) з виходу якого-небудь об’єкта на його вхід. Якщо сигнал зворотного зв’язку має той же знак, що і знак сигналу основного ланцюга, то зворотний зв’язок називається додатним. При протилежному знаку сигналу зворотного зв’язку його називають від’ємним. Від’ємний зворотний зв’язок знижує коефіцієнт підсилення, підвищує стійкість процесу, пригнічує (подавляє) коливання і знижує інерційність елемента. Тому основний вид зворотного

зв’язку в системах автоматичного регулювання – від’ємний. Крім того, у САР розрізняють зовнішній зворотний зв’язок, який з’єднує вихід усієї системи з її входом, та внутрішній (місцевий), що з’єднує вихід окремого елемента або групи послідовно з’єднаних елементів з їх входом. Зворотний зв’язок, який діє і в усталеному і у перехідному процесах називають твердим. Зворотний зв’язок, який діє тільки у перехідному процесі – м’яким.

11. Замкнуті САК У замкнутих системах автоматичного регулювання керуючий вплив формується в безпосередній залежності від керованої величини. Зв'язок входу системи з його виходом називається зворотним зв'язком. Сигнал зворотного зв'язку віднімається від задаючого впливу. Такий зворотній зв'язок називається від'ємним.

Розімкнені САК Сутність принципу розімкнутого управління полягає в жорстко заданій програмі керування. Тобто керування здійснюється «наосліп», без контролю результату, ґрунтуючись лише на закладеній в САУ моделі керованого об'єкта. Приклади таких систем: таймер, блок керування світлофора, автоматична система поливу газону, автоматична пральна машина і т.п.

У свою чергу розрізняють:

• Розімкнені за задаючим впливом

• Розімкнені за збурюючим впливом

12. Классификация средств автоматизации Классификация технических средств автоматизации не является чем-то, уж слишком, сложным и нагруженным. Однако, в целом технологические средства автоматизации имеют достаточно разветвленную структуру классификации. Попробуем разобраться с ней. Современные средства автоматизации делятся на две группы: коммутированные и некоммутированные (программированные) технические средства автоматизации:

1) Коммутированные средства автоматизации • Регуляторы • Релейные схемы

2) Программированные средства автоматизации • ADSP процессоры • ПЛК • ПКК • ПАК • Специализированные контроллеры

• ADSP процессоры – средство автоматизации, которое используются для сложного математического анализа процессов в системе. Эти процессоры имеют быстродействующие модули ввода/вывода, которые с высокой частотой могут передавать данные на центральный процессор, который с помощью сложного математического аппарата анализирует работу системы. Пример – системы вибродиагностики, которые используют для анализа ряды Фурье, спектральный анализ и счетчик импульсов. Как правило, такие процессоры исполняются в виде отдельной PCI платы, которая монтируется в соответствующий слот компьютера и использует ЦП для математической обработки.

• ПЛК – самые распространенные средства автоматизации. Имеют собственный блок питания, центральный процессор, оперативную память, сетевую карту, модули ввода/вывода. Преимущество – высокая надежность работы системы, адаптация к промышленным условиям. Кроме того используются программы, которые выполняются циклически и имеют так называемый Watch Dog, который используется для предотвращения зависания программы. Также программа выполняется последовательно и не имеет параллельных связей и этапов обработки, которые могли бы привести к негативным последствиям.

• ПКК – компьютер с платами ввода/вывода, сетевыми картами, которые служат для ввода/вывода информации.

• ПАК (программированные автоматизированные контроллеры) – ПЛК+ПКК. Имеют распределенную сетевую структуру для обработки данных (несколько ПЛК и ПКК).

• Специализированные контроллеры – не являются свободно программируемыми средствами автоматизации, а используют стандартные программы, в которых можно изменить только некоторые коэффициенты (параметры ПИД-регулятора, время хода исполнительного механизма, задержки и т.д.). Такие контроллеры ориентированы на заранее известную систему регулирования (вентиляция, отопление, ГВС). В начале нового тысячелетия эти технические средства автоматизации получили большое распространение.

Особенностью ADSP и ПКК является использование стандартных языков программирования: C, C++, Assembler, Pascal , — так как они созданы на базе ПК. Эта особенность средств автоматизации является одновременно и достоинством и недостатком. Преимущество в том, что с помощью стандартных языков программирования можно написать более сложный и гибкий алгоритм. Недостаток – для работы с ними необходимо создавать драйверы и использовать язык программирования, который является более сложным.

Преимуществом ПЛК и ПАК является использование инженерных языков программирования, которые стандартизованы IEC 61131-3 . Эти языки рассчитаны не на программиста, а на инженера-электрика.