Основні етапи розвитку автоматики

Поняття про автоматику та автоматизацію

Тема №1 ВСТУП. ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ В АВТОМАТИЦІ

Автоматика, яка є однією з найсучасніших наук, почала служити людям давно. Першими автоматами були, мабуть, пастки, які спрацьовували згідно із заложеним у них нехитрим алгоритмом. Саме слово "автомат" (від грецького automatos - самодіючий) з'явилось ще у стародавні часи. Тоді ж і зародились ідеї перших машин: пристрій, який після розпалювання вогню жрецем відчиняв ворота храму, був предтечею парової машини. Цікаво, що слово "автомат" з'явилось чи не раніше від слова "машина" (від латинського machina).

Машини і автомати розвивались і вдосконалювались постійно, навіть у часи сере­дньовіччя, а пізніше стали основою промислового виробництва. Науку, яка займається розробкою теорії, принципами побудови та створенням і застосуванням автоматичних пристроїв та систем, назвали автоматикою.

Автоматизацією вважається практичне впровадження автоматики у виробництво, що дозволяє замінити фізичну та розумову працю людини, яку вона витрачає на керу­вання виробництвом та технологічними процесами, роботою відповідних технічних засобів.

Основи автоматики, як науки, заклали європейські а пізніше і американські вчені: математики, фізики, природознавці у ХVІІ-ХІХ сторіччях. Російська наука також у значній мірі спричинилася до розвитку багатьох питань розвитку теорії автоматичних систем. На Україні, яка традиційно була однією з найрозвиненіших частин російської імперії, з допомогою західних промисловців почалось прокладання залізничних колій, спорудження шахт, фабрик, заводів, на яких застосовувалась передова на ті часи техні­ка і технологія, тому чимало українців спричинилось до технічного та наукового роз­витку промислового виробництва. Будучи від природи допитливими, кмітливими, пра­цьовитими та акуратними, українці були і є прекрасними механіками, інженерами та вченими в галузі автоматизації, в Україні, так і за її межами.

Історія не донесла до наших днів імен авторів перших автоматів, хоч відомості про будову деяких з них збереглись. Ще за 200 років до нової ери у єгипетському місті Александрії біля храму був встановлений автомат, який продавав свячену воду. Віру­ючі опускали через щілину у статую лева 5-ти драхмову монету, і з пащі лева вилива­лася порція води. Цей же храм був обладнаний автоматичним пристроєм, який відчи­няв його двері. Після того, як жрець розпалював вогонь на камінному алтарі, у ного порожнині нагрівалося повітря, яке витискувало воду з розташованого під ним резер­вуару. Вода по трубці поступала у посудину, що була підвішена на ланцюгу і зв'язана з дверима храму. Посудина наповнювалась водою і натягувала ланцюг, який відчиняв ворота.

Ці пристрої описані стародавнім вченим Героном Александрійським у його праці «Пневматика» приблизно за 120 р. до н.е. Сам Герон Александрійський був також винахідником різних саморушійних пристроїв. Найбільшу славу йому приніс ляльковин театр-автомат, що являв собою велику скриню на колесах, всередині якої знаходився механічний двигун та програмний пристрій. Автоматично відчинялася завіса і з’являлись фігури акторів-автоматів, які за наперед заданою програмою розігрували сцени з часів завоювання Трої.

Крім розважальних автоматів, почали з'являтись автоматичні пристрої, які безпо­середньо служили людям і приносили їм користь. В першу чергу це, звичайно годин­ники. Конструкція найпростішого водяного годинника показана на рис. Цей несклад­ний пристрій мав суттєвий недолік: внаслідок неодинакової швидкості витікання води з часом, шкала такого годинника не могла бути рівномірною.

Досконалішим був інший пристрій, зображений на цьому ж рисунку. Завдяки ав­томатичній стабілізації рівня води у проміжному резервуарі швидкість витікання води з нього була постійною, що дозволило збільшити точність вимірювання часу Функцію робочого органу регулятора рівня виконував глиняний горщик, який при досяганні певного рівня h щільно зачиняв вихідний отвір верхнього резервуара, чим досягалась стабілізація цього рівня, а, значить, швидкість витікання води.

Рис. 1.1. Схема водяного годинника: а - з нерівномірною шкалою часу; б - з регулятором рівномірності часової шкали; 1 - глиняний горщик, що виконував функцію виконавчого органу регулятора рівня

Історичні перекази засвідчують, що давньогрецький філософ Платон (ІVст. до н.е.) використовував такий пристрій не тільки як годинник, але і як автоматичний сигналі­затор. Для цього нижній резервуар виконувався герметичним і коли вода в ньому досягала певного високого рівня, тиск повітря у ньому зростав і спрацьовував клапан, виконаний у вигляді флейти. У потрібний час цей інструмент своїм голосом скликав учнів на початок занять в академії Платона.

У середні віки вдосконаленням і розробкою різних автоматичних пристроїв займа­лись найвидатніші вчені людства, в т.ч. такі як Леонардо да Вінчі - геніальний інженер, математик, художник. Почалась автоматизація деяких процесів на водяних млинах, лісопильнях, у гірництві.

Приблизно у ІХст. з'явились перші механічні годинники, які рухались від тягарок. Вони не мали регулятора швидкості ходу і тому були не дуже точними. Ідея такого регулятора зродилась в 1654 р. у голандця Хрістіана Гюйгенса - відомого фізика, математика і астронома. Очевидно, знаючи вже про закон коливання маятника, відкритий італійським вченим Галілео у попередньому ст'оріччі, він запропонував маятниковий регулятор рівномірності руху годин­ника. Це був перший механічний регулятор швидкості руху.

Початок ХVIIІст. ознаменувався появою першого промислового двигуна - парової машини. Ще у другій половині ХVIIст. багато винахідників пробували створити дви­гун, який перетворював би теплову енергію у механічну. Першому це вдалося зробити французькому доктору медицини Дені Папену (1647-1712), який після зустрічі з Гюнгенсом почав вивчати фізику та механіку і після багатьох експериментів переконався, що пара від нагрітої в котлі води здатна виконувати корисну роботу. Створена ним парова машина складалася з котла і циліндра з поршнем. Після деяких удосконалень (в т.ч. англійськими механіками Севері і Ньюкоменом) парові машини почали застосо­вувати для витягання води з шахт. А створення універсальної парової машини, придат­ної для широкого використання у промисловості, належить англійському винахіднико­ві Джеймсу Уатту (1736-1819). Він не тільки удосконалив існуючі вже парові машини. чим різко підняв їх ККД, але і розробив для них автоматичний центробіжний регуля­тор швидкості обертання вала, який застосовується і до сьогодні. Так розпочалася автоматизація промислового обладнання.

Приблизно у цей же час тенлотехнік Барнаульського металургійного заводу І. Ползунов (1728-1766) розробив свій проект двоциліндрової парової машини і запропону­вав для неї автоматичний регулятор рівня води у котлі. Таким чином було покладено початок розробці автоматичних промислових регуляторів, які діяли за принципом ре­гулювання по відхиленню (цей принцип інколи так і називають: принцип Уатта-Ползунова).

Далі почався нестримний потік розробок в теорії і практиці автоматичних пристро­їв та систем.

1829р. - французький інженер Понселе запропонував інший принцип регулювання - по збуренню, тобто по причині, що викликає відхилення регульованої величини, а у 1845р. Сіменс - принцип регулювання по похідній регульованого параметру.

1868р. - англійський фізик Джеимс Макевелл опублікував першу працю з теорії автоматичного регулювання.

1873р. - інженер Фарко розробив конструкцію першого сервомотора – виконавчого механізму для систем автоматичного регулювання.

1874р. - російський електротехнік В.М.Чиколєв винайшов електромашинний підсилювач - основу електромашинної автоматики.

1877р. - професор Петербурзького технологічного інституту І.А.Вишнеградський опублікував працю про основи роботи регуляторів прямої дії.

1879р. - американські інженери Кеннелі і Мактай розробили проект автоматичної телефонної станції на основі застосування крокових шукачів, чим започаткували застосування розподільного принципу передачі інформації.

1880р. - початок застосування електроприводу у вантажо-підйомних та будівельних машинах

1895р. - швейцарський математик А.Гурвіц і словацький професор А.Стодола прове­ли перші теоретичні дослідження стійкості систем автоматичного регулювання.

1909р. - публікована класична робота професора М.Є.Жуковського про основи те­орії автоматичного регулювання.

1927р. - в США вперше впроваджено телемеханічне керування сигналами світлофо­рів та автоматичними стрілками на ділянці залізничної колії довжиною 65 км (штат Огайо).

1945р. - запущена в дію перша цифрова ЕОМ, що дозволяла за короткий час пере­робляти великий об'єм інформації про хід технологічного процесу.

50-і роки - поява екстремальних систем автоматичного регулювання та розробка основ загально-державної системи приладів.

60-і роки - впровадження перших автоматизованих систем керування технологіч­ними процесами (АСК ТП).

70-і роки - поява мікропроцесорних контролерів та регуляторів.

80-і роки - поява мікроелектронних інтегральних та інтелект-туальних сенсорів (давачів).

У тисячах лабораторій по всьому світу ведеться розробка нових методів і техніч­них засобів сучасної автоматики і ніхто із спеціалістів не сумнівається, що їх вплив на наше життя буде вирішальним.

Дата добавления: 2014-01-05