1.1.5. Область застосування систем автоматичного керування

Успішна дія різних виробничих процесів, машин і складних лабораторних пристроїв часто вимагає такого митецького обігу й такого точного виконання, яке буває не під силу обслуговуючій особі. У таких випадках звичайне утруднення усувається звертанням до автоматики.

Очевидні підстави для введення автоматичного керування виникають у таких установках, де для обслуговуючої людини створюються фізичні межі через недостатню його силу, швидкості дії, важких навколишніх умов (наприклад, високої температури, наявності шкідливих випромінювань і т.п.). Є ще й інші серйозні причини, що змушують уникати людини як слабка ланка в системі керування, а саме:

1) запізнювання реакції людини, що становить величину порядку 0,3 сек., виключає ручне керування в пристроях, що вимагають високої швидкості спрацьовування. Для приклада можна привести керування натискним пристроєм валків у смугових прокатних станах при швидкостях виходу смуги в 10-30 м/сек, час, що потрібно оператору для виявлення відхилення товщини смуги від заданої, занадто великий, щоб можна було встигнути впливати на відповідний коригувальний пристрій. Інший приклад: пристрій для керування зенітним вогнем по цілі яка швидко рухається. Тим часом сучасні автоматичні пристрої можуть бути виконані так, щоб успішно справлятися з наведеними й із ще більш важкими умовами;

2) багато виробничих процесів і лабораторні досвіди вимагають безперервного й точного контролю протягом тривалого періоду часу. У таких випадках ручне керування часто небажано, тому що фізичне стомлення оператора може відбитися на точності спостереження. Якщо, крім того, оператор піддається розумовій напрузі або небезпеці в процесі керування, то порушення й зниження якості роботи неминучі;

3) неможливо стандартизувати поводження людини – оператора, якщо тільки не стосуватися найпростіших виконуваних їм завдань; тому структура й дія ручних систем керування являють собою емпіричний процес. Неминучим результатом цього є широкий розкид їх експлуатаційних характеристик.

На відміну від цього системи автоматичного регулювання можуть бути побудовані так, що в них будуть забезпечені бажані характеристики й властивості без відхилень, властивому ручному керуванню. Тому включення «людського елемента», у ланцюг точних операцій автоматичної системи, у загальному небажано, за винятком того випадку, коли по ходу процесу потрібні якісь судження, оцінка або вибір для наступних автоматичних дій апаратури. Однак у найбільш розроблених системах автоматичного керування – так званих екстремальних, або самонастроювальних, системах керування функцію оцінки або вибору також покладають на відповідну ланку автоматики, так що потреба в людині тут зовсім відпадає;

4) часте використання ручного керування просто неекономічне, і звертання до автоматики диктується досить обґрунтованими міркуваннями економіки.

Зупинимося докладніше на цих питаннях. У зв'язку з розвитком і вдосконаленням всіх галузей техніки автоматичне регулювання придбало дуже велике значення: застосування його поширюється, як ушир (у нові області), так і вглиб (всі нові тонкі й більше дрібні процеси). Поліпшується якість сировинних матеріалів, для яких установлюються більше строгі технічні умови й більше вузькі допуски: дотримання їх вимагає спеціальних мір у виробництві. Методи виробництва ускладнюються так, що один виробничий процес слідує безпосередньо за іншим, або вони навіть взаємно переплітаються. Тому нагляд і контроль у виробництві досить ускладнюються. Багато видів виробів виготовляються методами масового виробництва, що означає підвищення робочих швидкостей виробничих машин. Людські очі й руки вже не в змозі стежити за точністю підтримки показників, що задаються, або за швидкістю виконання виробничого процесу. У спеціальних видах виробництва мулі в окремих цехах, де перебування людини сполучене з небезпекою, потрібно звільнити його від виконання його функцій.

У всіх цих і багатьох інших випадках на допомогу приходить автоматичне регулювання, автоматика. Якщо говорять, що автоматика звільняє людину від праці або від необхідності міркувати, то це вірно лише умовно. Людині однаково доводиться думати (в іншій формі), щоб створювати методи регулювання, здійснювати їх на практиці, досліджувати й трактувати на широкій основі автоматизовані установки. Техніка автоматичного регулювання стосується не тільки інженера, конструктора або проектувальника, але в такому ж ступені й працівника експлуатації, що повинен знати поводження своїх установок.

У техніці автоматичного регулювання особливого значення набувають динамічні процеси. Якщо техніка колись вимагала в багатьох областях тільки статичного підходу, то надалі вона вимагає, принаймні, в області техніки регулювання, динамічного підходу. Це потрібно для того, щоб мати можливість досліджувати протікання змінних процесів і станів у часі.

Для опису тимчасових залежностей існують різні математичні методи. Теорія автоматичного регулювання будується на широкій основі з ряду інших дисциплін: механіки, теоретичної електротехніки, електричних машин і електропривода, гідравліки й ін. Багато методів аналізу, використовувані в теорії автоматичного регулювання, перейшли в неї з області електричного зв'язку. Це остаточно стирає існуючу інколи грань між областями так званих «сильних струмів» і «слабких струмів».

Автоматизацію виробництва слід розглядати і як економічну необхідність. При ручному керуванні виробничими механізмами лише невелику частину часу вдається вести роботу з найкращим використанням устаткування й сировини. Наприклад, у паперовій промисловості в результаті систематичних спостережень було встановлено, що машини які виробляють папір, поблизу найкращого режиму працюють усього лише близько 10% від загального часу роботи. Що ж стосується іншого часу роботи, то тут подаване в машини сировина використовується недостатньо раціонально, близько 20-30% його губиться; продукція, що випускається – папір, неоднорідний за своїми показниками; продуктивність машин нижче можливої. Застосування автоматизації дозволяє зменшити ці недоліки й поліпшити техніко-економічні показники виробництва.