MĚŘENÍ, REGULACE, MECHANIZACE, AUTOMATIZACE A ROBOTIZACE

MĚŘENÍ, REGULACE, MECHANIZACE, AUTOMATIZACE A ROBOTIZACE

(Základní pojmy a terminologie)

(Ing. Vladimír Kudělka, Ph.D., František Dolák, D.t., Mgr. Marek Kudělka, TESYDO, s.r.o.)

Měření a regulace se používá: v energetice, teplárenství – kotelnách, výtopnách, spalovnách, v tepelných výměnících, v průmyslových výrobních halách – u strojů a zařízení, při technologických procesech, v chemických provozech, farmaceutických provozech a pod. Používá se pro řešení regulovaných soustav, včetně jejich kontroly pomocí zpětnovazební smyčky.

Měření– je kvantitativní číselné) zkoumání geometrických, fyzikálních, a dalších vlastností předmětů (jevů, procesů), obvykle porovnáním s obecně přijatou jednotkou. Výsledkem měření je tedy číslo, které vyjadřuje poměr zkoumané veličiny k jednotce, společně s uvedení, té jednotky. Např. měření energií, teploty, vlhkosti, tlaku, objemu, plynu, vody, páry, obsahu chemických prvků, radiace, tepelného záření, magnetismu, tepelné roztažnosti a smrštivosti, chladu, příkonu, výkonu, frekvence, elektrických veličin, parametrů provozu stroje (zařízení), rozměrů, tvarů, hmotnosti aj.

Význam měření: toto charakterizuje měřenou veličinu mnohem přesněji, než kvalitativní údaje (např. dlouhý, teplý, těžký). Dále měření lze opakovat a výsledky porovnávat. Navíc výsledek lze zpracovat matematickými prostředky, zejména ve vědách.

Regulace– jedná se o regulaci soustav, strojů a zařízení při jejich provozu, parametrů a podmínek při provozu zařízení, stroje nebo výrobního procesu. Řeší udržování provozu stroje nebo zařízení v optimálním režimu pro jejich efektivní a bezpečný provoz.

Mechanizace– je částečná automatizace provozu stroje, zařízení nebo výrobního procesu. je to např. mechanizace operací výroby, svařování, dělení materiálů, tepelného zpracování, povrchových úprav aj.

Automatizace– je to samočinné řízení výrobních procedur v různých průmyslových odvětvích. Ústředním prvkem je programovatelný logický kontrolér PLC, který prostřednictvím měřících členů sleduje řízený proces a prostřednictvím akčních členů jej ovlivňuje, aby bylo dosaženo požadovaného stavu. Je to proces, jehož podstatou je nahrazení člověka strojem, ev. zařízením pro zvýšení rychlosti výroby a zlepšení kvality i vyloučení přímé účasti lidského faktoru pro případ omylu při jednání.

Automatizaci můžeme rozdělit na dva typy: automatizaci výrobních a také nevýrobních procesů (proces je posloupnost změn v určitém vymezeném časovém úseku).

Automatizace výrobních procesů – se týká těch procesů, které jsou zapojené do výroby určitých produktů. Jako př. jsou procesy v hutním, důlním, strojírenském, potravinářském, stavebním nebo automobilním průmyslu, ev. v jiném.

Automatizace nevýrobních procesů – zahrnuje procesy především z oblasti služeb. Jedná se o služby veřejné (peněžní ústavy, zdravotnictví, obrana, bezpečnost státu, vzdělávání) nebo o soukromé (telekomunikační procesy, prostředky masových médií a pod.

Automatizace komplexní – celkový proces je automatizován a člověk přebírá roli plánování a strategického řízení.

Automatizace částečná – tzv. dílčí, kdy automatizaci podléhají jen určité procesy a funkce, zatímco zbylé fáze procesu zůstávají neautomatizovány.

Nepružná (tvrdá) automatizace – spočívá v tom, že program automatického technického zařízení nelze vyměnit a/nebo jen velmi nákladně.

Pružná automatizace – nabízí snadnou výměnu programu s malými náklady.

Existují 3 stupně automatizace – automatické ovládání, automatická regulace a automatické řízení.

Automatické ovládání – je specifický přímý otevřený řetězec. Tzn. že soustava zajišťující ovládání nemá zprávy o skutečných následcích svého působení.

Automatická regulace – se liší uzavřeným řetězcem.

Automatické řízení – je automatizací samotných řídících procesů.

Průmyslová automatizace – je to samočinné řízení výrobních procedur v různých průmyslových odvětvích.

Řízení technologických procesů – je to průmyslová automatizace s vyšší specializací. Zabývá se řešením automatizace a regulace výrobních a nevýrobních (manipulačních) procedur. Je to např. řízení výrobní linky, řízení procesu tepelného a netepelného dělení (řezání) materiálů, svařování, pájení, lepení, tepelného zpracování a povrchových úprav.

Robotika – je věda o robotech. Robot je pak technickým systémem (strojem), který je schopen nahrazovat mobilní, lokomoční a intelektuální funkce člověka.

Průmyslový robot – je programovatelní více-funkční technické zařízení (stroje) se schopností zpětné vazby, schopností manipulační, prostorově orientační a také se v mnoha případech jedná o univerzální zařízení (stroj). Z definice je průmyslový robot automaticky řízený, opětovně programovatelný, víceúčelový manipulátor pro činnost ve třech nebo více osách, který může být buď upevněn na místě nebo mobilní k užití v průmyslových automatických aplikacích.

Rozdělení robotů – člení se do jednotlivých tříd, rozdělení je následující:

Ruční manipulátory (tele-operátory) – jsou jednoúčelové a více účelové manipulační zařízení ovládané člověkem. jejich úkolem je násobit sílu a pohybové možnosti operátora.

Manipulátory s pevným programem (sekvencí) – pracují naopak automaticky a bez přímé účasti člověka. Tyto roboty jsou schopné opakovat předem pevně stanovené pracovní cykly, stanovené z několika nebo mnoha dílčích pracovních pohybů.

Manipulátory s pružným programem (roboty s pružnou sekvencí) – následují automatizovaný zadaný program, který se však dá rychle změnit přednastavením zadaných prvků řídícího systému. Mezi ně patří např. průmyslové roboty a také kognitivní roboty.

Kognitivní roboty – jsou schopny samovolně vytvářet a upravovat program své činnosti podle zadaných cílů, za pomocí komunikace s člověkem.

Stavba robotů: samotná technická zařízení se skládají z několika částí, tzv. konstrukčních skupin. Konstrukce robotu se pak skládá z pohonů – jsou hybnými silami stroje a pohybují jeho osami podle parametrů zadaných v systému řízení. Dále kinematiky – je mechanická konstrukce robotu složená z kloubů i ramen a svým rozsahem definuje pohybové možnosti stroje. Také z odměřovacího zařízení – snímá okamžitou polohu a rovněž ze senzorů – jenž jsou měřícími čidly, zjišťují polohu, velikost nebo tvar součásti.

Složení robotů je následující: periferie (panel pro ruční ovládání), mechanika pro externí paměti, terminál a tiskárna. Součástí je i řídící systém – podle nakonfigurovaného programu řídí činnost robotu pomocí ovládání jeho pohonů a dalších kinematických struktur.

Kybernetika– věda, která se zabývá obecnými principy řízení a přenosu informací, mimo jiné právě ve strojích nebo zařízeních. K popisu používá zejména matematický aparát. Kybernetika se vyvíjí jako informatika, umělá inteligence aj. Principy kybernetiky jsou: zpětná vazba, řídící systém, informace a model řízeného systému. Základní pojmy kybernetiky jsou: informace, řízení, zpětná vazba, stabilita, paměť, rovnovážný stav a kmitání. Rozdělení kybernetiky: teoretická a aplikovaná.