Автоматизація технологічних процесів — це етап комплексної механізації, що характеризується звільненням людини від безпосереднього виконання функцій управління технологічними процесами і передачею цих функцій автоматичним пристроям. При автоматизації технологічні процесів отримання, перетворення, передача і використовування енергії, матеріалів і інформації виконуються автоматично за допомогою спеціальних технічних засобів і систем управління.

Слово «автомат» у перекладі з грецької значить «самодіючий». У Стародавній Греції так називалися механізми та пристрої, які могли самостійно, без видимої участі людини виконувати деякі прості дії. Перші автомати використовувались жерцями для демонстрації «чудес», що нібито створювалися божественною силою, (рис. 1).

Рисунок 1. Стародавній механізм автоматичного відчинення дверей храму при розведенні жертовного вогню

(При запаленні вогню під дією тепла повітря у сфері розширюється і витискає воду до підвішеної бочки. Вага бочки перевішує вагу противаги і ланцюговий привод відчиняє двері)

У подальшому автомати-іграшки з’явились у будинках заможної знаті і використовувались для розваг (рис. 2,). У середні віки майстри-умільці неодноразово створювали механічних птахів, звірів, фантастичних тварин, що могли махати крилами, рухатися та ричати. Створювались також рухливі фігурки міфологічних створінь та людей.

Рисунок 2. Автоматично-механічні часи «Фокусник» Франція, Ж.Ф. Уден, 1840-1860 р. р.

Комбінація з двох механічних автоматів в єдиному конструктивному виконанні: годинник кінематично зв’язаний з фігуркою східного чарівника (фокусника), який маніпулює склянками та кольоровими кульками. Кулачкова система керування, дві циклічні програми, пружинний привод.

Нині автомати знайшли широке застосування у промисловості, на транспорті та у побуті. Яку б функцію не виконував автомат, його робота визначається програмою – певною послідовністю дій, що попередньо задана людиною. Це – програмний автомат. Програма роботу автомату може бути закладена у його конструкції, наприклад, у вигляді кулачкового механізму, у якому кулачок складної криволінійної форми при обертанні зрушує штовхач або коромисло. Штовхач чи коромисло «копіює» своїм рухом форму кулачка (рис. 3).

​

​

​

​

​

Рисунок 3. Кулачковий механізм – основа механічного програмного автомата.

При обертанні кулачок, який має форму ексцентрика, за допомогою штовхача або коромисла впливає на об’єкт керування

​

У більш загальному випадку автомат реалізує складний закон керування, який може бути заданий програмою, математичною формулою, таблицею або іншим чином. При цьому автомат може виконувати функцію стабілізації (підтримування технологічного параметра на постійному рівні та компенсація шкідливих зовнішніх впливів) або стеження (зміна керованого технологічного параметра відповідно до якогось іншого параметра).

Основною особливістю системи автоматичного регулювання є той факт, що вона виявляє різницю між бажаним рівнем технологічного параметру та реальним його значенням. Наприклад, відцентровий регулятор частоти обертання двигуна внутрішнього згоряння (регулятор Ватта) вимірює реальну частоту обертання вала та змінює подачу палива при відхиленні реальної частоти від бажаної (рис. 4).

​

​

​

​

​

 Рисунок 4. Автоматичний регулятор частоти обертання двигуна

(При збільшенні частоти обертання вантажі, які обертаються, розходяться і опускають засувку, зменшуючи подачу палива. І навпаки, при зменшенні швидкості вантажі сходяться і підіймають засувку, підтримуючи при цьому частоту обертання на майже постійному рівні)

​

Для забезпечення можливості автоматичного регулювання необхідно реалізувати так званий зворотний зв'язок: подавати вихідну величину системи на її вхід. Наприклад, у системі регулювання рівня рідини в ємкості поплавець, який контролює вихідну величину (а саме рівень дзеркала рідини) за допомогою коромисла діє на засувку, яка впливає на вхідну величину (подачу рідини до ємності),(рис. 5). Аналогічно, у системі регулювання швидкості двигуна вимірювач швидкості (вихідної величини) за допомогою дросельної засувки впливає на витрату палива (вхідну величину).

​

​

​

​

Рисунок 5. Зворотний зв'язок в автоматичному регуляторі рівня рідини у ємності

При зміні рівня рідини поплавець змінює положення вхідної засувки, регулюючи подачу рідини до ємності

Основу сучасного промислового виробництва становлять різноманітні машини й механізми: верстати, преси, млини, насоси, конвеєри, крани, роботи-маніпулятори тощо. Для керування цими складними об’єктами (а також для керування комплексами машин) використовуються програмовані логічні контролери (скорочено – ПЛК).

Програмований логічний контролер – це спеціальний пристрій, реалізований на базі мікропроцесора і призначений для автоматизації машин і механізмів. Фактично ПЛК – це міні-комп’ютер у спеціальному конструктивному виконанні, який може застосовуватись у несприятливих умовах зовнішнього середовища (рис. 6). Для створення програм для ПЛК використовуються спеціальні «інженерні» мови програмування, зрозумілі спеціалістам різного профілю: електрикам, механікам, технологам, операторам. До входів ПЛК приєднують задатчики (кнопки, клавіатури, джойстики) та датчики, а до виходів – виконавчі органи машин і механізмів (електроприводи, електроклапани, контактори, дросельні засувки тощо), (рис. 7).

​

​

​

​

Рисунок 6. Технічні засоби автоматизації

а – програмовані логічні контролери; б – панелі візуалізації

​

​

​

Рисунок 7. Система автоматизації насосної станції за допомогою ПЛК Zelio Logic

Оператор керує роботою станції за допомогою кнопкового пульта або мобільного телефону через SMS-повідомлення. Для забезпечення мобільного зв’язку з контролером використовується GSM модем

Для спрощення «спілкування» людини-оператора зі складними контролерами використовують панелі візуалізації – спеціалізовані touch-screen екрани, за допомогою яких можна вводити дані до контролера та зчитувати з нього необхідну інформацію. Також в деяких випадках для дистанційного керування обладнанням можна застосовувати мобільні телефони або смартфони.

Сучасний етап розвитку автоматизації характеризується: по-перше – розширенням сфери застосування автоматів, а по-друге – впровадженням принципово нових засобів автоматики, що реалізують інтелектуальні методи керування.

Істотними тенденціями сучасного сільськогосподарського виробництва є, з одного боку, постійне зростання його масштабів, підвищення кількості і якості сільськогосподарських продуктів, з іншою — прогресуючий дефіцит робочої сили, непопулярність монотонної і важкої фізичної ручної праці в рільництві і тваринництві. Найважливішим, а часто і єдиним засобом вирішення протиріч між ними є комплексна механізація і автоматизація виробництва.

Завдяки механізації і автоматизації різко зростає продуктивність праці.

Питання комплексної автоматизації мають велике народногосподарське значення, тому що їх впровадження гарантує економічний ефект. Так, комплексна автоматизація приготування кормів на потокових лініях знижує затрати праці в 4—5 разів і зменшує собівартість їх приготування на 30—50 %.

​

​

Зростання технічної оснащеності та широка електрифікація поряд із розробкою прогресивних технологій сільськогосподарських процесів створюють умови для комплексної електромеханізації й автоматизації виробничих процесів. Розвиток останньої у сільському господарстві ґрунтується на багатому досвіді автоматизації у промисловості, проте їй властиві деякі специфічні особливості (наприклад, зв'язок з біологічними об'єктами, безперервність і повільне протікання технологічних процесів, агресивність навколишнього середовища, широкі зміни температури, вологості тощо).

Сучасній автоматизації сільськогосподарського виробництва властиве широке застосування нової елементної бази, зокрема мікропроцесорів і мікро - ЕОМ, правильне використання яких дозволяє реалізувати будь-які складні алгоритми функціонування автоматичних систем, підвищити їх надійність, зменшити габарити, енергомісткість тощо. Водночас забезпечення сільськогосподарського виробництва системами управління такого складного рівня при порівняно низькій кваліфікації обслуговуючого персоналу і відсутності відповідних розробок виключно важлива справа. В даному випадку питання ускладнюється тим, що практично йдеться про наступне покоління засобів обчислювальної техніки, тому що попередні обчислювальні засоби недостатньо використовувались в практиці.

Автоматизація сільськогосподарського виробництва підвищує надійність і продовжує термін роботи устаткування, полегшує і оздоровляє умови праці, підвищує безпеку праці і робить його престижнішим, скорочує текучість робочої сили і економить затрати праці, збільшує кількість і підвищує якість продукції, прискорює процес стирання відмінностей між працею розумовою і фізичною, промисловою і сільськогосподарською.

Впровадженню засобів автоматики сприяє науково-технічний прогрес в сільському господарстві, який полягає в швидкому зростанні технічної і енергетичної озброєності сільськогосподарської праці, в бурхливому розвитку наукових досліджень з усестороннім застосуванням наукової апаратури не тільки в електромеханізації і меліорації, але і у області агрозоотехнічного обслуговування і техніко-економічних розрахунків, в прискореному розвитку теорії і практики використовування автоматично діючих засобів і систем для заміни фізичної і розумової праці працівників сільського господарства, в широкому використовуванні досягнень засобів зв'язку і диспетчерського управління, що дозволяє істотно поліпшити організацію і ефективність праці фахівців і керівників сільськогосподарського виробництва.

Програмою дисципліни "Автоматизація технологічних процесів і систем автоматичного управління" передбачено вивчення студентами технологічних основ автоматизації сільськогосподарського виробництва і придбання практичних навиків із налагодження автоматичних систем на заданий режим роботи і усунення неполадок основних елементів системи автоматизації виробничих процесів.

У результаті вивчення дисципліни студенти повинні знати:

технологічні та наукові основи автоматизації сільськогосподарського виробництва, системи автоматизації типових технологічних процесів.

Повинні уміти:

складати і читати схеми автоматизації, що виконані на релейних та типових логічних елементах, досліджувати автоматичні системи управління, аналізувати роботу окремих елементів та автоматичної системи в цілому, налагоджувати автоматичну систему на заданий режим роботи, усувати можливі неполадки під час роботи системи, вибирати основні елементи автоматичних систем, визначати можливість впровадження теплоакумулюючих джерел, та технічних засобів енергозбереження.