Automaat

See artikkel räägib moodsa tehnika automaadimõistest; vanema ja üldisema mõiste kohta vaata artiklit Automaat (filosoofia); relva kohta vaata artiklit Automaat (relv); matemaatika mõiste kohta vaata artiklit Automaat (matemaatika).

---

Automaat (kr automatos – 'isetoimiv') on seade või mehhanismide ja seadmete kogum, mis sooritab teatava töötsükli iseseisvalt, inimese otsese osavõtuta. Täisautomaat alustab ühe töötsükli lõppedes uut, poolautomaadi töö katkeb iga tsükli järel ja jätkamiseks peab inimene midagi tegema (näiteks toote eemaldama või kauba eest tasuma).

Klaasitehases töötav automaatrobot

Automaadi kasutamine

Nõukogude-aegne õlleautomaat A Le Coqi õlletehase muuseumis 2018. aastal

Tehnoloogilised automaadid sooritavad iseseisvalt toote valmistamiseks vajalikud töö- ja abioperatsioonid (toote või tooriku töötsooni andmise, tooriku kinnitamise ja töötlemise, toodete kontrollimise, sorteerimise, pakkimise jmt ). Neid automaate kasutatakse masinaehituses (metallide lõike- ja survetöötlemisel, keevitamisel, valamisel, värvimisel jm ), toiduainetööstuses (villimisel, kaalumisel, pakkimisel jm), tekstiili- ja elektroonikatööstuses, kaubanduses, postsides pakiautomaat jm. Transpordiautomaatide hulka kuuluvad teisaldusseadmed, mis viivad töödeldava eseme töötsooni ja eemaldavad ta sealt. Müügiautomaadid väljastavad raha või maksekaardi esitamisel tüki- või portsjoni viisi kaupa. Sellesse rühma kuuluvad ka teenindus- (piletimüügi-, rahavahetus- ja sularahaautomaadid) ja mänguautomaadid.

Sigaretiautomaat Saksamaal Augsburgis 2019. aastal

Automaadi tööjärkude sisu ja järjekord on kas alati ühesugune või tarbe korral osaliselt muudetav (arvjuhtimissüsteem, programmjuhtimine, tööstusrobot). Vanemate mehaaniliste automaatide tööorganeid panevad liikuma ajami jaotusvõllile kinnitatud profiilinukid (erinevate detailide valmistamiseks vahetatavad) ja töötsükli pikkus vastab võlli üheks pöördeks kuluvale ajale. Uuemate ja keerulisema tööeeskirjaga automaatide programm on salvestatud mingile infokandjale. Ajalooliselt on automaatide infokandjatena kasutatud perfolinti ja -kaarte, magnetlinti ja nüüd elektroonilist mälu.

Automaadi ajaloost

Vanimad automaadid on jahil kasutatavad lõksud ja püünised. Antiikajal ehitas ja kirjeldas automaate Heron Aleksandriast, pühitsetud vee müügi automaati ja teisi mehhanisme, mida kasutati usutalitustel. Kesk- ja uusajalgi on palju ehitatud vedru jõul liikuvaid, inimest või looma jäljendavaid automaate. Näiteks on teada Albertus Magnuse raudinimene 13. sajandist, eriti tuntuks said 18. sajandi J. de Vaucansoni ja P. Jaquet-Droz' androidid, eelkõige flöödimängija ja kirjutav laps. Rohkesti tehti ka mängutoose, automaatoreleid ja liikuvate nukkudega automaatteatreid. Töömasinate automatiseerimine algas 19. sajandi alguses, kui võeti kasutusele žakaarmasin, mis kudus kanga mustri automaatselt, perfokaardiga antud arvutiprogrammi järgi. 19. sajandi keskel omandasid automaadid praktilise tähtsuse ka metalli- ja masinatööstuses, sõjanduses jm.

Automaatjuhtimissüsteemide liigitus

Kaks üldlevinumat automaatjuhtimise süsteemi on tagasisideahelaga juhtimine, mille töö on tavaliselt pidev ja seisneb jooksvalt korrektiivide tegemises, ning teine süsteem, mille töö ei ole pidev. Viimane kujutab endast kindlaid diskreetseid samme, mis põhinevad süsteemiloogikal ning mida regulaator (kontroller) läbib vaid juhul, kui temani jõuab vastav signaal. Esimest tüüpi juhtimist ilmestab väga selgelt näiteks autol kasutatav kiirushoidik. Teist tüüpi on aga poodides kasutatavad makseterminalid. Tagasisidega juhtimise teoreetiliseks aluseks on automaatjuhtimise teooria, mis hõlmab ka üht automaatsüsteemi osa – täiturit (servomehhanismi).

Tagasisidega juhtimine

Tagasisidega juhtimisel kasutatakse tagasisidestatud regulaatoreid ehk kontrollereid. Et töö sujuks korrektselt, teeb regulaator (kontroller) pidevalt parandusi, mis säilitab töö stabiilsuse. Stabiilsuse säilitamine ongi üks juhtimisteooria peaeesmärke. Sellise juhtimise näiteks võib tuua auru jõul köetava kalorifeeri. Ruumis paiknev temperatuuriandur mõõdab soojendatava õhu temperatuuri, see on (mõõdetav muutuja). Selle muutuja väärtus saadetakse omakorda tagasi regulaatorisse (kontrollerisse), mis võrdleb seda etteantud suurusega (seadeväärtusega). Järgmise sammuna leiab regulaator nende väärtuste vahe ehk vea, mille põhjal arvutab välja suuruse, mis on vajalik korrigeerimiseks, ja saadab välja vastava signaali õhurõhu muutmiseks auruventiili membraanile. Membraan liigutab auruventiili asendit, avades või sulgedes seda vastavalt arvutatud suurusele. Kõik elemendid, mis tegelevad muutuja mõõtmise ja kontrollimisega, moodustavad tsükli, mida nimetatakse juhtimistsükliks.

Asja keerukus seisneb aga selles, et protsesse mõjutavad signaalid ja impulsid võivad kõik olla erinevat füüsikalist tüüpi; temperatuurianduri signaal võib olla elektriline, regulaator ise võib aga kasutada elektrilist, hüdraulilist, pneumaatilist või mehaanilist signaali, et fikseerida tekkinud vahet ning saata käsk õhurõhu muutmiseks. Esimesed regulaatorid kasutasid analoogsignaalimeetodit, et teha vajalikke arvutusi ja juhtimisteooria võrdlustehteid. Hiljem töötati välja analoogarvutid ja elektroonilised analoogregulaatorid, mille abil leiti lahendus juhtimisprobleemidele. Üsna varsti asendati analoogarvutid digitaalarvutitega, tänu viimaste suuremale täpsusele, kiiremale tööle ja nende laialdasele levikule. Tagasisidega automaatjuhtimissüsteemi kasutatakse põhiliselt temperatuuri, rõhu, voo või kiiruse juhtimiseks ja kontrollimiseks. Tagasisidega juhtimist nimetatakse ka suletud struktuuriga juhtimiseks ("suletud tsükliks") .

Loogikal põhinev jadajuhtimine

Jadajuhtimine võib olla kas fikseeritud tegevuste jada või lihtsalt mingil loogikal põhinev süsteem, mis teostab erinevaid tegevusi vastavalt süsteemiseisunditele. Fikseeritud tegevustega jadal põhinevat jadajuhtimist kasutatakse näiteks vihmuti taimeril, samas ka lifti töö juhtimine on väga ilmekas näide loogikal põhinevast automaatsüsteemist.

Kõige lihtsam ja tavalisem jadajuhtimise meetod põhineb releeloogikal, kus elektromagnetilised releed lülitavad ümber elektrikontakte, mis omakorda võimaldavad või piiravad elektritoite jõudmist seadmeni. Releeloogika töötati välja ajal, kui tehastes käis mootorite käivitamine ja peatamine, elektromagnetklappide (solenoidklappide) avamine ja sulgemine ning teiste masinate käivitamine ja peatamine releede, taimerite ja muude elektriliste seadmete abil. Keerukamad näited sisaldavad eraldi ahelaid seadme käivitamiseks ja seiskamiseks. Erinevate releede, ümberlülitite ja taimerite arv võib eri lahendustes küündida sadade või isegi tuhandeteni ning seepärast töötati välja spetsiaalne mikroprotsessor, mida nimetatakse programmeeritavaks loogikakontrolleriks, mis oma mitmeotstarbelisusega võimaldas asendada väga paljusid seadmeid ja suurendada ülejäänud seadmete töövõimet.

Tüüpilist mootorit, milles on käivituse ja peatamise vooluring on ühendatud juhtmete abil (tuntud ka kui juhtlülitusskeem), käivitatakse vajutades käivitusnuppu "Start" või "Käivitus", mis aktiveerib elektromagnetilise relee kontaktipaari, samal ajal lukustusrelee (Lock-In relee) lukustab need kontaktid (lukustusrelee kontaktid on rööbiti käivitusnupu kontaktidega), mis jäävad vooluringi varustama elektrivooluga ka pärast seda, kui käivitusnupp lahti lastakse. Käivitusnupul on avatud kontaktipaar ja seiskamisnupul suletud kontaktipaar. Lisaks on eraldi relee, mis võimaldab avariilülitiga või avariisignaali toimel kogu vooluringi toite välja lülitada. Kuna tehastes kasutatavad mootorid vajavad tööks suhteliselt kõrget pinget ja suurt voolutugevust, mis ohustab töölisi, siis selle relee ja lülitiga saab mootori kiiresti peatada. Kõiki elektrikontakte hoiavad töös vastavad elektromagnetid nii kaua, kui vajutatakse nuppu "käivita" või "peata", viimane katkestab elektrivoolu jõudmise lukustusreleele. Tavaliselt lisatakse juhtahelasse ka teatud blokeeringud (automaatkaitsed). Näiteks võib olla masina tööks vajalik pidev õlitamine ja õlipump käitatakse eraldi mootoriga. Sel juhul saabki lisada blokeeringu, mis kindlustab selle, et põhimootor ei käivitu enne, kui õlipump on tööle hakanud. Veel parem on blokeerimiseks kasutada õlirõhu relee kontakti, mille abil seiskub põhimootor ka siis, kui õlirõhk väheneb õlipumba töötamise ajal. Blokeeringud, taimerid, ümberlülitid ja signaallambid on põhilised juhtahela komponendid.

Elektromagnetklappe (solenoidklappe) kasutatakse laialdaselt suruõhu või hüdraulilise vedeliku voolu lülitamiseks mehaanilistele täiturmehhaninsmidele (membraanid, kolvid jm). Kui elektrimootoreid kasutatakse enamasti pideva kiire pöörlava liikumise tekitamiseks, siis jõumembraanid ja -silindrid on selgelt parem valik võimaldamaks mingi mehaanilise seadme sirgjoonelist vahelduvat ja piiratud ulatusega suure jõuga liikumist, näiteks mehaanilise õla liigutamine, erinevate klappide avamine/sulgemine, raskete pressisilindrite tõstmine, surve tekitamine pressile jne. Juhtahelate koostamisel kasutatakse tihti redelloogikat, mis kannab sellist nime seetõttu, et elektriskeem meenutab redelit.

Arvutiga juhitav automaat

Arvuti võimaldab automaadil teostada mõlemat tüüpi automaatikat – nii jada- kui ka tagasisidekontrollil põhinevat juhtimist. Tüüpiliselt teostab üks arvuti mõlemat meetodit korraga. Programmeeritav loogikakontroller on eriotstarbeline mikroprotsessor, mis oma tulekuga suutis kohe asendada mitmeid riistvarakomponente, näiteks taimereid ja muid releeloogikas kasutatud komponente. Üldotstarbelised protsesse juhtivad arvutid on jõudsalt asendanud eraldiseisvaid regulaatoreid (kontrollereid), olles suutlikud täitma korraga sadade regulaatorite tööd korraga. Erinevaid protsesse juhtivad arvutid suudavad töödelda infot ja andmeid, mida nad koguvad üle võrgu programmeeritavatelt loogikakontrolleritelt, tööriistadelt või muudelt kontrolleritelt. Nad suudavad korraga töödelda terve hulga eraldiseisvaid muutujaid ning teostada vastavaid juhtimisoperatsioone, läbi viia võrdlusi, matemaatilisi arvutusi ja täita keerulisi algoritme. Samuti suudavad nad analüüsida andmeid, luua reaalajas graafikaekraane masina operaatoritele ning esitada aruandeid inseneridele ja juhtkonnale.

Rahaautomaadi juhtimine on ilmekas näide interaktiivsest protsessist, milles arvuti teostab loogikasamme ning saadab kasutajale vastuseid vastavalt kasutaja sisestatud valikutele ja andmebaasidest saadud infole.

Vaata ka

• Automaatika
• Pakiautomaat

Kirjandus

• Bennett, S. (1993). A History of Control Engineering 1930–1955. London: Peter Peregrinus Ltd. On behalf of the Institution of Electrical Engineers. ISBN 0-86341-280-7.