9 клас 18.12.2023 Застосування автоматичних пристроїв на виробництві та в побуті

 

9 клас 18.12.2023

ТЕМА: Застосування автоматичних пристроїв на виробництві та в побуті

I. Актуалізація опорних знань

1. Пригадайте, який прилад називають автоматичним.

2. Що спільного між механізацією та автоматизацією виробничих процесів?

II. Вивчення нового матеріалу

    Напрями автоматизації технологічних процесів досить різноманітні. Найхарактерніші риси автоматизації сучасного виробництва — швидкий розвиток робототехніки, роторних і роторно-конвеєрних ліній, гнучких автоматизованих виробництв, які забезпечують високу продуктивність.

Мал. 1. Автоматизовані пристрої навколо нас: а — автомат вмикання світла на сходах; б — автоматична коробка перемикання передач автомобіля; в — автоматичний пристрій для зарядження автомобільних акумуляторів

    В умовах застосування новітньої техніки й технологій, збільшення темпів виробництва, використання великих швидкостей і потужностей, надвисоких і низьких температур людина в багатьох випадках не може безпосередньо керувати виробничим процесом та здійснювати його контроль. У зв’язку із цим виникла потреба розробити такі прилади, пристрої, машини та механізми, які узяли б на себе ці функції. Розробкою методів і засобів розв’язання виробничих завдань з використанням автоматичних пристроїв займається наука автоматика.

    Упровадження автоматичних пристроїв у виробництво для звільнення людини від оперативного управління виробничим процесом, тобто операцій контролю, керування або регулювання, називається автоматизацією виробничих процесів. Автоматизація, на відміну від механізації, полегшує розумову працю людини. Залежно від ступеня заміни розумової праці роботою машин і пристроїв розрізняють часткову, повну та комплексну автоматизацію.

    За часткової автоматизації тільки частина операцій виконується автоматами, наприклад операції керування, інші операції виконують працівники.

    За повної автоматизації всі операції (контроль, керування, регулювання) автоматизуються, тобто виконуються автоматичними пристроями.

    Комплексною називають автоматизацію, яка поширюється не на одну операцію, а на їх комплекс, наприклад на обробку яких-небудь деталі, вузла або виробу. Її може бути здійснено в масштабі всього виробництва, одного чи окремих цехів, певних ділянок виробництва тощо.

    Кожен автомат складається з окремих елементів, у яких відбуваються перетворення кількісних та якісних фізичних величин або процесів. Наприклад: розмикання або замикання електричного кола, відкривання або закривання крана у водогоні, газопроводі тощо. Машина або механізм, яким керує елемент автоматики, називається керованим об’єктом. За такого керування певним технологічним процесом керуючий пристрій та об’єкт керування утворюють автоматичну систему керування (скорочено - АСК).

    АСК містить окремі елементи автоматики, які виконують певні функції. Такий елемент називається блоком автоматичної системи керування. Автоматичні системи керування класифікують за принципом керування об’єктом або технологічним процесом, а також за керуючим впливом на них.

    Залежно від керуючого впливу на об’єкт АСК поділяють на стабілізувальні, програмні та слідкувальні.

    Стабілізувальна автоматична система підтримує керований параметр постійним. Такі системи сьогодні дедалі частіше використовуються в нашому побуті. Наприклад, підтримування на заданому значенні температури в кімнаті, рівня рідини в резервуарі, стабілізація напруги та інших фізичних параметрів (мал. 2).

Мал. 2. Стабілізувальна система: а - терморегулятор опалювальної батареї; б - клімат-контроль в автомобілі

    Програмна автоматична система змінює керований параметр відповідно до раніше заданої послідовності змін у часі. Наприклад, зміна температури й вологості повітря в приміщенні відповідно до заданих режимів, перемикання сигналів світлофора тощо. Програма може задаватися годинниковим механізмом, комп’ютерною програмою, термометром, іншими засобами (мал. 3).

Мал. 3. Застосування програмної автоматичної системи: а - у світлофорі; б - у пральній машині

Слідкувальна автоматична система змінює керований параметр залежно від значення системи. Така система має здатність стежити за змінами, які відбуваються в якому-небудь процесі. Наприклад, зміна кількості різальних інструментів, діаметра оброблюваної деталі, її довжини тощо.

За принципом дії автоматичні системи керування поділяють на системи з розімкнутим і замкнутим колами впливу (мал. 4).

Мал. 4. Схеми автоматичної системи керування: а - з розімкнутим колом впливу; б - із замкнутим колом впливу

    Автоматичною системою з розімкнутим колом впливу називають таку, у якій вхідними є тільки зовнішні дії керуючого пристрою. Ці дії визначені раніше і не залежать від дійсного стану керуючого об’єкта або процесу. Таку систему використовують лише для керування простими процесами, що відбуваються в тих самих умовах та у визначеному порядку.

В автоматичній системі із замкнутим колом впливу вхідними для керуючого пристрою є як зовнішні, так і внутрішні (контролюючі) дії. Приклад замкнутої системи - автоматична система регулювання. У ній керуючі дії виробляються внаслідок порівняння дійсного значення керуючої величини з наперед заданою. Пристрій, що виконує функцію регулювання, називають автоматичним регулятором.

    Системи автоматичного керування широко застосовують у всіх галузях промисловості не тільки для керування машинами, верстатами, лініями та іншими технологічними об’єктами, а й для контролю якості обробки деталей, їх сортування тощо.

    Прикладом розімкнутого кола впливу є автоматичні лінії. Це сукупність машин-автоматів, які в певній послідовності, автоматично, без участі людини виконують технологічні операції. Кожний верстат, виконавши певну технологічну операцію, за допомогою автоматичного пристрою передає деталі іншому верстату. Керування автоматичною лінією, а також контроль усіх технологічних операцій здійснює людина з пульта керування або робот відповідно до заданої програми. Проте будь-яка неполадка вимагатиме припинення технологічного процесу і втручання людини.

    Наприклад, у разі поломки інструмента виникає нагальна потреба його заміни майстром-оператором. Тобто в цьому випадку коло технологічного процесу розмикається. Для автоматичної заміни інструмента або усунення інших неполадок чи налагодження технологічних процесів сконструйовано автомати, у яких зазначені проблеми розв’язуються автоматичними пристроями. Вони без втручання людини можуть замінити інструмент, що вийшов з ладу, на інший, переналагодити автоматичне виконання певного технологічного процесу тощо. Тобто сприймальний блок зафіксує певну неполадку, автоматично ухвалить рішення, подасть відповідну команду на керуючий блок, який виконає певні дії щодо усунення неполадок. Такі автомати називають автоматами із числовим програмним керуванням.

    Більш досконалими автоматами, що забезпечують ритмічність, високий темп випуску продукції, універсальність та можливість швидкого переналагодження для виконання інших технологічних операцій, є гнучкі виробничі системи.

    Гнучка виробнича система (ГВС) - комплекс технологічного та допоміжного устаткування, пов’язаного єдиною системою автоматичного керування на основі електронної обчислювальної машини (комп’ютера) для виконання різних технологічних операцій під час обробки групи або груп деталей.

    Гнучка технологія стала основною частиною автоматизованого виробництва. Такий комплекс включає в себе верстати із числовим програмним керуванням.

    Налагоджування верстата і зміна програми дії робота дають змогу переходити від виконання однієї технологічної операції до іншої. Наприклад, на лінії з автоматизованими роботами вони своїми «руками-маніпуляторами» захоплюють напівфабрикат, установлюють його на транспортер і після виконання певних технологічних операцій автоматично переміщують транспортер до інших роботів, що виконують визначені для них операції. Так продовжується виконання роботами повного циклу робіт з виготовлення певної продукції аж до остаточного їх завершення (мал. 5). їх виконання задається і керується комп’ютерними системами.

                    Мал. 5. Автоматичні лінії із застосуванням робота:                                  а - у машинобудівній промисловості; б - у харчовій промисловості

    Залежно від визначених функцій навколо робота може бути встановлено різноманітне технологічне обладнання, за допомогою якого здійснюється автоматичне виконання різноманітних виробничих операцій аж до повного завершення виготовлення виробу.

    Автоматизована система керування технологічними процесами - це і сукупність візуальних апаратно-програмних засобів (мал. 6), що здійснюють контроль і керування виробничими й технологічними процесами, підтримуючи зворотний зв’язок та активно впливаючи на хід процесу при відхиленні його від заданих параметрів, забезпечуючи регулювання й оптимізацію керованого процесу.

Мал. 6. Апаратна візуального контролю

Автоматичні пристрої у побуті. Новітні технології не оминули й повсякденне життя. Цілком звичними для нас стали речі, про які ще 20-30 років тому ваші батьки могли хіба що прочитати в науково-фантастичних романах. Нині ж мультиварки, пральні й посудомийні машини, холодильники, якими можна управляти зі смартфона, робот-пилосос і навіть «розумний будинок», який сам встановлює й регулює температурний, світловий та інші режими життя своїх господарів, — буденна реальність (мал. 7).

Мал. 7. Автоматизація в побуті: а — пральна машина; б — робот-пилосос; в — «розумний будинок»

Для найдопитливіших

    Автоматичні системи сьогодні використовують і для контролю та керування обладнанням будинку (квартири). Термін «розумний будинок» (Smart House) ми чуємо дедалі частіше. «Розумний будинок» - це таке житлове приміщення, у якому досягнуто високого рівня автоматизації та комфорту. Така система об’єднує всі прилади та системи (опалення, освітлення, вентиляція, кондиціонери, аудіо- та відеотехніка, система охорони та ін.), які раніше функціонували незалежно, у єдину систему із централізованим керуванням (мал. 8). Воно може здійснюватися через сенсорні панелі або планшети, мобільні телефони, комп’ютери й навіть за допомогою голосу.

Мал. 8. Схема автоматичної системи контролю квартири

В твою скарбничку

Автоматика, автоматична система керування.

Слідкувальна система - система, що стежить за перебігом певної технологічної операції.

Стабілізувальна система - система, що забезпечує незмінність певних процесів.

III. Закріплення матеріалу

1. Яке основне завдання науки автоматики?

2. Що собою являють автоматичні системи керування та контролю?

IV. Домашнє завдання

Опрацювати теоретичний матеріал. Назвіть автоматичні системи якими ви користуєтесь вдома(письмово).

Відповіді надсилайте на адресу: irina.kefala@gmail.com

Не забуваємо вказувати прізвище, клас і дату роботи.