ку. Управлением занимается оператор подъемного крана, регулировщик уличного движения, директор завода, машинист электровоза, контролер кинотеатра, руководитель запуска космического корабля.
Из нескольких этих примеров можно увидеть, из чего складывается типичный процесс управления. Это сбор информации («Машина подвезла контейнер кирпичей»; «На Садовой улице скопилось много автомобилей»; «Второй цех не выполняет план»; «Идем со скоростью 500 километров в час; «Это билет на следующий сеанс»; «Время предварительной готовности исчерпано, все системы ракеты в норме»), сравнение собранной информации с тем, что хранится в памяти или записано в планах, расписаниях, проектах, и, наконец, выработка новой информации, выдача команд управления («Повернуть стрелу крана, опустить трос»; «Включить на Садовой улице зеленый свет»; «Ввести двухсменную работу»; «Увеличить скорость»; «Посоветовать прийти через два часа»; «Ключ на старт»). Какой бы пример управления мы ни рассматривали, всегда в том или ином виде в нем можно найти ели три элемента — сбор информации, ее переработку и выдачу команд управления.
С давних пор человек стремится создать системы, которые без него, то есть автоматически, управляли бы тем или иным процессом. Первыми автоматами, наверное, были капканы, которые освободили первобытного охотника от огромных затрат времени, увеличили, как мы сейчас говорим, производительность его труда, позволили сразу охотиться в нескольких местах. Вместо того, чтобы самому сидеть и ждать зверя, а заметив его, дернуть за веревку, привести в действие ловушку, какой-то изобретательный охотник поручил эту работу автомату. Нехитрое приспособление, по нынешней терминология «датчик», получив информацию о том, что зверь попал в ловушку, само приводило капкан в действие.
Эта замечательная способность автоматов беречь наше время, внимание, освобождать человека от тоскливой примитивной работы и сегодня оказывается одной из главных движущих сил автоматизации. Было время, когда на станциях метро работали сотни девушек-контролеров, они только то и делали, что отрывали корешки билетов и пропускали пассажиров. Сегодня со всей этой однообразной и гигантской по объему работой (через контрольные пункты московского метро ежедневно проходит 5–6 миллионов пассажиров) справляются довольно простые электронные автоматы. Или возьмите другой пример — автомобильный стеклоочиститель. Если бы не простейший автомат, го водителю пришлось бы каким-то образом самому непрерывно менять направление движения «щетки», заставлять ее двигаться туда обратно. В автомобиле можно встретить и другие автоматы. Один из них управляет системой охлаждения, поддерживает на постоянном уровне температуру двигателя, второй регулирует напряжение генератора, в нужный момент подключает к нему для зарядки аккумулятор, третий поддерживает необходимый уровень бензина в карбюраторе. Если бы не эти автоматы, то шоферу, наверное, нужно было бы иметь ассистента, иначе ему просто некогда было бы следить за дорогой. В современных машинах столько разных автоматов, что все они, наверное, в тысячи раз увеличивают возможности работающего человечества. Кроме того, автоматы прекрасно работают в условиях, просто нетерпимых для человека, скажем, в атомных реакторах, на далеких планетах, во вредных агрегатах химических заводов. Автоматам часто поручают такие процессы, которыми человек вообще управлять не может: ему не хватает на это скорости реакций или объема внимания. У автоматических регистраторов ядерных частиц порой есть лишь несколько миллиардных долей секунды на то, чтобы заметить частицу и привести в действие аппаратуру для фотографирования ее полета. Автоматы, управляющие запуском гигантской ракеты, за тысячные доли секунды улавливают малейшие ее отклонения от расчетного курса и дают необходимые команды на реактивные рули.
А вот пример иных масштабов и совсем из другой области: автомат, завертывающий конфеты на кондитерской фабрике, за секунду выполняет десяток сложных операций, причем безотказно повторяет их двадцать — тридцать тысяч раз за смену.
Т-262. В системах автоматического управления и контроля широко используются электрические и электронные автоматы. Разнообразных автоматов существует огромное множество. Они различаются и по своему назначению, и по устройству, и по своим взаимоотношениям с оператором. Иногда автомату доверяют управление всем процессом полностью, иногда ему поручают часть работы, а иногда автомат лишь собирает сведения о том, как идет процесс, ведет автоматический контроль, а решение принимает человек.
Различаются автоматы и по тому, в каком виде представлена в них информация. Есть автоматы чисто механические, как, например, часы, где механическое перемещение маятника управляет работой сложного механизма, а вся программа действий записана в конфигурации шестерен и их взаимном расположении. Бывают автоматы гидравлические и пневматические, в них информация тем или иным способом записана в потоках жидкости или газа. Есть автоматы и электрические, в них главные действующие липа — это токи и напряжения, электрические сигналы
Во многих случаях электрические автоматы управляют электрическими же процессами. К таким электрическим автоматам для электрических систем нужно нести и многочисленные элементы «малой автоматизации» в электронных схема к, например, автоматическую стабилизацию режима транзистора (Т-162), автоматическую подстройку частоты или автоматическую регулировку усиления (Т-220). Но очень часто электрический автомат приглашают на работу в совершенно-чуждую для него область: он управляет температурой, ходом химических реакций, скоростью движения, управляет пронес сами, не имеющими никакого отношения к электричеству.
Использование электричества для управления неэлектрическими процессами связано с замечательными особенностями электрических сигналов — их легко перерабатывать: складывать, вычитать, сравнивать, разделять по определенным признакам. Их можно легко и быстро передавать на большие расстояния, распределять между многими потребителями, собирать с многих источников. И наконец, разнообразные датчики позволяют легко перевести на электрический язык, отобразить в электрических сигналах самые разные неэлектрические характеристики — температуру, скорости движения, освещенность, давление, химический состав.
Возможности электрических автоматов резко расширяются, когда они становятся электронными, когда появляется возможность усиливать сигналы, менять их форму, умножать и делить частоту, записывать в память и считывать — словом, производить разнообразные преобразования сигнала, которые умеет делать электроника.
Т-263. Датчики — органы чувств автоматов, они переводят информацию на электрический язык. Помимо уже знакомых нам датчиков (термоэлемента, терморезистора, фотоэлемента, фоторезистора, пьезокристалла, угольного и электродинамического микрофонов), имеется огромное множество других приборов для сбора информации о самых различных процессах, описания их в виде электрических сигналов. Датчиком перемещения, например, может быт, резистор с переменным сопротивлением, если его подвижной контакт связать с движущимся предметом. Датчиком деформации — проволочка с высоким сопротивлением, изогнутая зигзагом и оклеенная бумагой (Р-151;3).
Р-151
Такой датчик (тензометр) наклеивается на поверхность детали, и, когда деталь деформируется, проволока тоже изгибается и несколько растягивается, сопротивление ее меняется. На изменении сопротивления может основываться действие датчика уровня (Р-153;1), хотя часто в таких датчиках используются другие принципы. Например, изменение индуктивности катушки по мере перемещения в ней ферромагнитного сердечника (Р-151;1) или изменение емкости конденсатора по мере того, как между его пластинами появляется вещество с иной диэлектрической проницаемостью (Р-151;2). А если датчик-индуктивность или датчик-емкость включить в цепь переменного тока, то напряжение, которое появится на датчике, покажет, в каком он находится состоянии и какова контролируемая величина, в данном случае уровень жидкости. Потому что напряжение на участке цепи пропорционально его сопротивлению, а индуктивное сопротивление катушки xL зависит от ее индуктивности L, емкостное сопротивление конденсатора хс — от его емкости С. На том же принципе работают емкостные датчики влажности, перемещения металлических предметов, расхода жидкостей или газов, скорости потоков.
Существуют датчики, позволяющие оценить химический состав вещества, например, по электрическому сопротивлению пробной его порции, по спектру поглощения или оптической плотности. В качестве примера — один из датчиков для определения процентного содержания кислорода в крови (Р-151;4). В него входят источник света и два фотоэлемента, один из которых закрыт красным светофильтром и воспринимает только красный свет. Датчик подвешивается к мочке уха, сквозь нее проходит свет и падает на фотоэлементы. Луч света просвечивает тонкие кровеносные сосуды в мочке уха, и уровень света, попадающего на «красный» фотоэлемент Ф2, зависит от того, насколько кровь в этих сосудах насыщена кислородом. Электронная схема сравнивает напряжение на этом фотоэлементе с общей освещенностью, которая отражена в напряжении фотоэлемента Ф1, и такое сравнение позволяет судить о процентном содержании кислорода в крови.
В датчиках можно встретить много остроумных решений, использующих тонкие физические, химические и биологические процессы. Ну, а самый простой датчик — это концевой выключатель (Р-151;5), который замыкает или размыкает электрическую цепь и тем самым сообщает, что какая-либо деталь заняла определенное положение, пришла на свое место или, наоборот, ушла с него. Такие датчики можно встретить в лифте, где они сигнализируют управляющему автомату, что дверь пока не закрыта и двигаться еще нельзя.
Т-264. Исполнительные механизмы автоматов — двигатели, электромагниты, реле