Технология. 7 класс. Авторский коллектив: Е. С. Глозман, Е. Н. Кулакова, Ю. Л. Хотунцев, О. А. Кожина, И. В. Воронин, В. В. Воронина, А. Е. Глозман
§ 60. Электрические устройства с элементами автоматики
Подумайте, как работают светофоры на улицах городов и сёл. Кто регулирует их переключение?
В наше время автоматы широко используются в быту и на производстве. Автомат (от греч. automates — самодействующий) — устройство (или совокупность устройств), выполняющее по заданной программе без непосредственного участия человека все операции в процессе преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации. Программа автомата может задаваться в его конструкции (часы, торговый автомат) или вводиться извне оператором, в частности с помощью ЭВМ. Область прикладных теоретических знаний об автоматически действующих устройствах и системах называется автоматикой. Когда автоматические системы управляются с помощью компьютеров, они позволяют реализовать новые высокоточные и высокопроизводительные технологии — так называемые высокие технологии.
Бытовыми автоматическими устройствами являются, в частности, электроутюги, электрические чайники, стиральные машины, холодильники, часы и др. Очень широко автоматические устройства используются на производстве и транспорте, в научных исследованиях. Современные заводы и фабрики, энергетические системы, автомобильный, водный и железнодорожный транспорт, самолёты и космические корабли, медицинские аппараты используют автоматические устройства и системы.
Составной частью любого электронного автомата являются датчики. Датчик служит для связи автоматического устройства с окружающей средой. Они преобразуют какое-либо внешнее воздействие на объект в электрический сигнал. Датчики применяются в системах отопления, водоснабжения, освещения, в автомобилях, в медицинских приборах. Существуют датчики, которые реагируют на изменение освещённости, температуры, давления, влажности и прочих параметров. Именно датчик является чувствительным элементом автоматической системы, реагирующим на изменение физических величин, характеризующих объект. Основные требования, предъявляемые к датчикам: высокая чувствительность, стабильность характеристик во времени, малые размеры и масса, возможность работы в различных условиях, возможность применения различных способов монтажа.
Примерами автоматических устройств могут служить следующие устройства. Парктроник (датчик парковки) — устройство, которое устанавливается на поверхности кузова автомобиля и оповещает водителя об опасном приближении автомобиля к препятствию посредством звукового сигнала (рис. 9.8). Извещатель пожарный — оптико-электронное устройство, осуществляющее сигнализацию о появлении дыма в месте установки (рис. 9.9).
Познакомимся с тем, как устроен и работает автомат. Простейшим электронным автоматом является автомат разомкнутого типа. структурная схема которого приведена на рисунке 9.10.
Вырабатываемый датчиком электрический сигнал воздействует (после усиления, если есть усилитель) на исполнительный орган и при достижении этим сигналом определённой величины вызывает срабатывание автоматического устройства. По такой схеме создаются различные автоматические измерители и системы автоматического контроля. Исполнительным органом в этом случае служит какой-либо измерительный и регистрирующий прибор. Например, на улицах так работают автоматические измерители температуры окружающего воздуха.
Более сложными устройствами являются автоматические регуляторы. Структурная схема регулятора изображена на рисунке 9.11.
Эти устройства используются для поддержания или изменения по определённому закону какого-либо параметра (температуры, влажности и т. п.) объекта управления (например, теплицы). Уровень температуры или закон её изменения устанавливаются задающим органом. Предположим, температура в теплице должна периодически увеличиваться и уменьшаться. В этом случае информация о температуре подаётся на датчик, а после усиления сигнала — на элемент сравнения. Если температура отличается от заданной величины, на выходе элемента сравнения появляется сигнал рассогласования, который воздействует на исполнительный орган, изменяющий температуру в теплице таким образом, чтобы уменьшить сигнал рассогласования до нуля.
Использование автоматов на производстве изменяет характер труда, освобождая человека от однообразных операций, увеличивает производительность труда, позволяет повысить качество продукции, перейти к более интеллектуальному и творческому труду. Автоматы могут работать в условиях, вредных для человека, например в местах высокой радиации.
Автоматы в промышленности используются в виде станков-автоматов, автоматических линий, роботов (рис. 9.12).
В настоящее время созданы цеха-автоматы, автоматизированные склады и даже заводы-автоматы. Первый в мире завод-автомат для выпуска автомобильных поршней был создан в нашей стране в 1951 г.
Для выпуска небольших серий изделий используется гибкое автоматизированное производство (ГАП), которое легко переналадить с помощью ЭВМ. Основу ГАП составляют универсальные станки с числовым программным управлением (ЧПУ) и программно-управляемые промышленные роботы, из которых можно строить автоматизированные линии, цеха-автоматы и заводы-автоматы.
ЭВМ широко используют в системах контроля и управления производственными процессами, что позволяет реализовать принципиально новые высокие технологии, использующие цифровую обработку информации в производственном процессе.
Автоматизация производственных процессов и быта предполагает использование роботов. В 5 и 6 классах вы узнали, что робот — это устройство, которое способно действовать по заложенной в него программе. Основной частью любого робота является контроллер, именно он осуществляет работу с сигналами: получает и отправляет их, заставляет робота действовать определённым образом. Информацию о внешнем мире контроллер получает отдатчиков.
Роботы используются для решения большого количества разнообразных задач, поэтому на них устанавливаются именно те датчики, которые обусловлены их функциями. Датчики могут подключаться отдельно, а могут быть уже встроенными на плате контроллера, тогда необходимо только подготовить программный код для использования датчика. В этом случае сигналы, которые получает контроллер, могут быть аналоговыми или цифровыми. В аналоговых сигналах измеряемая физическая величина (например, температура) может меняться постепенно, а в цифровых сигналах она может быть всего в двух вариантах: сигнал либо есть (он равен единице), либо его нет (он равен нулю) (рис. 9.13).
Полезная информация
• Датчик движения для автоматического включения света (рис. 9.14). При появлении человека в зоне охвата (до 12 м) датчик движения направляет выбранному радиоприёмнику сигнал на включение света; когда движение перестало регистрироваться, направляется сигнал на выключение света.
• Извещатель охранный точечный магнитоконтактный (рис. 9.15) предназначен для блокировки оконных и дверных проёмов, а также других конструктивных элементов зданий и сооружений на открывание или смещение с выдачей сигнала «Тревога».
Основные понятия и термины:
автоматика, автомат, высокие технологии, датчики, структурная схема электронного автомата, гибкое автоматизированное производство, аналоговые и цифровые сигналы.
Вопросы и задания:
1. Относятся ли к автоматическим устройствам холодильник, электрический чайник, стиральная машина, электроутюг?
2. Какова роль автоматических устройств, применяемых на производстве?
3. Расскажите о назначении датчиков, применяемых в автоматических устройствах. Какова структурная схема простейшего электронного автомата?
Задание
Используя дополнительную информацию, подготовьте сообщение о применении автоматики на улицах вашего населённого пункта.
