§ 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.
Фиксики — Сборник лучших серий — ТОП #6 / Fixiki
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).
Рис. 9.8. Датчик парковки
FM РАДИОПРИЕМНИК из Детского Конструктора! Он реально работает!
Рис. 9.9. Извещатель пожарный
Познакомимся с тем, как устроен и работает автомат. Простейшим электронным автоматом является автомат разомкнутого типа. структурная схема которого приведена на рисунке 9.10.
Рис. 9.10. Структурная схема автомата разомкнутого типа
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.
Рис. 9.11. Структурная схема автоматического регулятора
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).
Рис. 9.12. Автоматическая линия
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).
Рис. 9.13. Аналоговый и цифровой сигнал
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.
Рис. 9.14. Датчик движения
• 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».
Рис. 9.15. Извещатель охранный
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.
Источник: xn—-7sbbfb7a7aej.xn--p1ai
Как придумали светофор
5 августа отмечается великая дата — именно в этот день был придуман первый электрический светофор
Америка после Первой мировой войны… Считается, что это было едва ли не лучшее время в истории США. И одно из самых интересных.
Экономика неудержимо растет, кто-то постоянно что-то придумывает, секс, джаз и бокс интересуют всех поголовно, Нью-Йорк превращается в тот Нью-Йорк, который мы знаем… А еще автомобиль становится не роскошью, а действительно доступным средством передвижения — Генри Форд поставил свою великую модель Ford T на конвейер. В 1916 году Ford T продавался в среднем за 440 долларов! И это учитывая тот факт, что простой рабочий на том же заводе Ford мог получать в месяц около сотни. Именно тогда и становится понятным — машины в Америке есть, а полноценной инфраструктуры для них нет. Сложно себе представить, но в те времена в США отсутствовали не только скоростные автомагистрали, но даже и… светофоры.
Принято считать, что первый светофор появился в 1868 году в Лондоне. Но на самом деле это не совсем так. В столице Великобритании в тот год возле парламента был установлен скорее семафор, наподобие тех, которые использовались на железной дороге. Он имел две большие стрелки, которые вручную поднимались либо горизонтально, либо под углом 45 градусов.
В первом случае сигнал означал «стой», а во втором «внимание». Хотя этот семафор имел и «свет» — в темноте горел газовый фонарь, который подавал сигнал красного или зеленого цвета (кстати, в 1869 году этот самый фонарь взорвался, сильно ранив стоявшего рядом полицейского).
Однако с тем же успехом изобретателями светофора можно назвать и жителей древнего Вавилона. По некоторым данным, царь Хаммурапи, который правил в 1793-1750 годах до н.э., заставлял рабов по вечерам надевать на плечи подобие коромысла, которое имело две чаши на концах. В этих самых емкостях была нефть, которую поджигали — благодаря такому «живому» светофору можно было предупреждать «водителей» колесниц и регулировать движение.
Настоящий же светофор был изобретен в 1914 году — 5 августа в американском Кливленде были установлены первые полуавтоматические светофоры конструкции Джеймса Хога. Они имели красный и зеленый сигнал, а управлял ими полицейский, который сидел в специальной будке.
И все же тогда ни власти, ни водители еще не осознали, зачем же нужно новое устройство — в 1914 году машин в Кливленде было не так уж и много (Ford T еще не успел заполонить Америку), а регулировщики были гораздо привычнее. Другое дело Детройт шесть лет спустя — настоящий город моторов. Пробки там в то время были огромны, транспорт двигался хаотично, регулировщики не справлялись. Поэтому нет ничего удивительного, что один из руководителей полиции Детройта Уильям Поттс в 1920 году не выдержал и вложил свои собственные деньги в развитие дорожной инфраструктуры — 37 долларов он потратил на провода и изготовление первого светофора, который появился на пересечении Вудворд и Мичиган авеню. Он уже имел три сигнала: к красному и зеленому добавился желтый, который служил предупреждением для водителей и пешеходов.
В том же году светофоры установили в Нью-Йорке, где они смогли проявить все свои лучшие черты. Можно смело сказать — именно с Нью-Йорка светофоры начали завоевывать планету. Если раньше в час пик путь по Пятой авеню от 57-й до 34-й стрит занимал почти 40 минут, то после установки светофоров он сократился сразу до 10 минут.
Правда, у этих самых «пробочных башен», как их прозвали американцы, были существенные недостатки. Первый — светофоры стояли в центре перекрестка и ограничивали движение. Был и второй минус — возможно, более серьезный — каждый светофор по-прежнему требовал присутствия человека. Например, в середине 20-х годов в Нью-Йорке около 10% всех полицейских города только и делали, что занимались регулировкой движения.
И в 1923 году свершилось — чернокожий изобретатель Гэррэт Морган запатентовал первый автоматический светофор, который сам переключал сигналы. Как было сказано в объяснительной записке к патенту, благодаря этому прибору очередность проезда перекрестка становилась независимой от личности водителя или полицейского. То есть автоматический светофор подтверждал один из принципов демократии — все равны перед законом. А знаете, что самое интересное? Свой патент Морган зарегистрировал… тоже 5 августа. Разумеется, к созданию автоматического устройства его подтолкнула страшная авария, которая случилась прямо на его глазах…
Надо сказать, что в 1923 году в США насчитывалось в общей сложности около 50 (!) различных типов светофоров. Однако моргановское изобретение оказалось настолько простым и удобным, что оно фактически убило все остальные. Мало того, до сих пор светофоры строятся по этой самой схеме.
Ну а в России первый светофор появился только 15 января 1930 года — он был установлен в Ленинграде на пересечении Невского и Литейного проспектов (вернее, в то время эти магистрали назывались Проспект 25 октября и Проспект имени Володарского). В Москве светофор появился 30 декабря 1930 года, на пересечении улиц Петровка и Кузнецкий Мост.
За последние сто лет светофор постоянно развивался и охватывал все большее число транспортных средств, он становился все сложнее и… удобнее. Сейчас есть специальные светофоры не только для автомобилей, но и для велосипедов, пешеходов, трамваев и даже лошадей. Появились специальные стрелки, которые позволяют поворачивать направо даже при «красном» и звуковые сигналы, помогающие слабовидящим людям переходить дорогу.
Кто-то скажет, что светофоры стали еще одним средством ограничения нашей свободы… Однако задумайтесь, какое количество жизней они спасли за последние сто лет. И, проезжая сегодня мимо него, скажите ему спасибо.
Дмитрий Гайдукевич
Полный размер
К началу 20-го года прошлого века дороги Нью-Йорка были переполнены автомобилями
Полный размер
Пятая авеню была (да и остается сейчас) одной из самых напряженных улиц в Нью-Йорке. Именно на ней и было решено установить первые в городе полуавтоматические светофоры — они представляли собой большие будки, в которых сидели полисмены. Подобные башни находились на улицах Нью-Йорка до 1929 года
Полный размер
Первый полуавтоматический светофор был установлен в Детройте на пересечении Вудворд и Мичиган авеню. Уильяма Поттса после этого стали называть «Мистер светофор»
Полный размер
До изобретения светофоров полицейские были вынуждены регулировать движение вручную. Для этого использовали жезлы, специальные таблички на большом шесте и даже фонари на груди
Полный размер
Почему-то иногда можно прочитать, что благодаря изобретению светофора Гэррэт Морган смог разбогатеть. Это совершенно не так — богатым Морган стал задолго до светофора. Свой первый капитал он сколотил на косметике для волос (он придумал крем для выпрямления волос), а, скажем, 13 октября 1914 года Морган получил патент на первый противогаз. Ну а свой патент на автоматический светофор Морган продал концерну General Electric за большую по тем временам сумму — 40 000 долларов
Полный размер
К середине 20-х годов прошлого века в США было изобретено более 50 светофоров различной конструкции. Например, компания Attica Traffic Signal Company предлагала установку системы, которая путем загорания лампочек вела бы обратный отсчет до момента старта. Сейчас, кстати, подобная схема часто используется в автоспорте
В Японии, долгое время разрешающим сигналом светофора был синий
Полный размер
Самый большой светофор сейчас находится в Лондоне. Собственно говоря, это даже «дерево-светофор», которое расположено на площади около Канарского причала (Canary Wharf). Этот светофор ничего не регулирует, но именно он является символом победы «трех огней» над дорожным хаосом. Высота этого «дерева» 8 метров, и оно состоит из 75 светофоров, которые управляются одним компьютером
Источник: www.drive2.ru
Автоматическим устройством является светофор кот телевизор
Современного человека окружает множество разнообразных технических устройств: телевизор, магнитофон, фотоаппарат, телефон, стиральная машина, автомобиль и пр. Каждое из этих устройств предназначено для решения своей задачи и способно выполнять некоторый ограниченный набор действий, или команд.
Исполнитель – человек, группа людей, животное или техническое устройство, способные выполнять определенный набор команд.
Исполнители бывают разные. Одним из самых простых исполнителей можно считать кнопку включения/выключения электропитания на корпусе монитора.
Более сложным исполнителем является современная стиральная машина, в электронную память которой заложены разработанные инженерами различные программы стирки белья. Весь процесс стирки (замачивание, отстирывание, полоскание, отжим, сушка) машина выполняет автоматически, без участия человека, но по программе, выбранной человеком.
Среди автоматических устройств наиболее совершенными исполнителями являются роботы. Едва ли человек сможет так быстро, безошибочно и качественно собрать сложнейшую деталь, как это
делает робот-манипулятор на автоматизированном производстве. В наше время созданы человекоподобные роботы и роботы-игрушки, напоминающие домашних животных.
Ещё один пример исполнителя — компьютер. Его отличительная черта — универсальность. Вы знакомы с компьютерными программами, предназначенными для обработки текстовой, числовой и графической информации, с обучающими программами и компьютерными играми. Кроме того, существуют программы, с помощью которых компьютер управляет работой других связанных с ним устройств (исполнителей).
Во многих случаях и сам человек является исполнителем алгоритмов. Например, каждый из нас при переходе улицы является исполнителем следующего алгоритма:
1) остановись на тротуаре;
2) посмотри налево;
3) если транспорта нет, то иди до середины улицы и остановись,
иначе выполняй п. 2;
4) посмотри направо;
5) если транспорта нет, то иди до противоположного тротуара,
иначе выполняй п. 4.
Система команд исполнителя
Команды, которые может выполнять конкретный исполнитель, образуют систему команд исполнителя (СКИ). Исполнитель формально выполняет алгоритмы, составленные из команд, входящих в его СКИ.
Типы исполнителей
Выделяют два типа исполнителей: формальных и неформальных.
Формальный исполнитель одну и ту же команду всегда выполняет одинаково. В роли формального исполнителя чаще всего выступает техническое устройство. Например, при многократном прослушивании диска с любимой музыкой вы можете быть уверены, что она воспроизводится проигрывателем (формальным исполнителем)
Для каждого формального исполнителя можно указать:
1.Круг решаемых задач. Каждый исполнитель создается для решения определенного класса задач.
2. Среда исполнителя. Область, обстановку, условия, в которых действует исполнитель, принято называть средой данного исполнителя.
3. Система команд исполнителя. Предписание о выполнении отдельного законченного действия исполнителя называется командой. Совокупность всех команд, которые могут быть выполнены не
которым исполнителем, образует СКИ — систему команд исполнителя.
4. Система отказов исполнителя. Отказ «не понимаю» возникает тогда, когда исполнителю подается команда, не входящая в его СКИ. Отказ «не могу» возникает тогда, когда команда из СКИ не может быть им выполнена в конкретных условиях среды. Исполнители вокруг нас
5. Режимы работы исполнителя. Для большинства исполнителей предусмотрены режимы непосредственного и программного управления. В первом случае исполнитель ожидает команд от
управляющего объекта и немедленно выполняет каждую поступившую команду. Во втором случае исполнителю сначала задаётся полная последовательность команд (программа), а затем он выполняет все эти команды в автоматическом режиме. Ряд исполнителей работает только в одном из названных режимов.
Неформальный исполнитель может выполнять команду по-разному. В роли неформального исполнителя чаще всего выступает человек.
Экскурсовод в Царскосельском лицее
Автоматизация
Автоматизация — замена части труда человека работой машины:
• процесс решения задачи представляется в виде последовательности простейших операций;
• создаётся машина, способная выполнять эти операции в заданной последовательности;
• выполнение алгоритма поручается автоматическому устройству;
• человек освобождается от рутинной деятельности.
Источник: skobelevserg.jimdofree.com