Автоматиза́ція — є одним з напрямів науково-технічного прогресу, який спрямовано на застосування саморегульованих технічних засобів, економіко-математичних методів і систем керування, що звільняють людину від участі у процесах отримання, перетворення, передавання і використання енергії, матеріалів чи інформації, істотно зменшують міру цієї участі чи трудомісткість виконуваних операцій. Поряд з терміном автоматичний, використовується визначення автоматизований, що підкреслює відносно великий ступінь участі людини у певному процесі.
Термін автоматизація, натхненний словом автоматичний (похідне з автомата), не був поширеним до 1947 року, коли Форд заснував відділ автоматизації. Саме тоді, у промисловості швидко починають використовуватися контролери зворотного зв'язку, які з'явилися ще 1930 року.
Автоматизації, було досягнуто завдяки різним засобам, що охоплюють: механічні, гідравлічні, пневматичні, електричні, електронні пристрої та комп'ютери, здебільшого, у поєднанні. У складних системах, як от: сучасні заводи, літаки та кораблі, найчастіше, використовуються усі ці змішані застосування.
Способи керування системою Загалом, існує два види керування системою: зі зворотним зв'язком (система замкненого контуру) та без зворотного зв'язку (система розімкненого контуру).
У разі керування без зворотного зв'язку, дія впливу контролера на систему, не залежить від «виходу процесу» (або «контрольованої змінної процесу»). Хорошим прикладом цього, є центральне опалення, в якому паровий котел керується лише за допомогою реле часу (або й без нього — вручну), таким чином, кількість тепла виробляється постійно, незалежно від температури у будівлі. Дією впливу, тут є вмикання і вимикання котла. Виходом процесу, є температура у приміщенні.
У системі керування зі зворотним зв'язком, вплив від контролера, залежить від виходу процесу. Для прикладу з котлом, це буде застосування термостату задля контролю температури усередині приміщення, або одночасно і ззовні будівлі (давачі температури), таким чином, з'являється зворотний зв'язок вихідного сигналу, який дає змогу контролеру підтримувати температуру у споруді, котру встановлено на термостаті. Отже, контролер замкненого контуру, має петлю зворотного зв'язку, яка забезпечує його керувальним впливом, залежно від виходу процесу. З цієї причини, замкнені петльові контролери, також називають контролерами зворотного зв'язку.
Для прикладу, визначенням замкненої системи керування зі зворотним зв'язком, відповідно до British Standard Institution, є: «Система керування, що володіє дослідженням зворотного зв'язку, де сигнал відхилення утворюється у підсумку цього зворотного зв'язку, та використовується задля впливу на кінцевий орган керування так, щоби зменшити це відхилення до нуля.»
Так само: «Система керування зі зворотним зв'язком, є системою, котра здебільшого, підтримує задане відношення однієї змінної, системи, з іншою змінною, шляхом порівняння їх функцій, та з використанням цієї різниці як засобу керування.»
Удосконаленим видом автоматизації, яка здійснила революцію у виробництві літаків, засобах зв'язку та інших галузях промисловості, є керування зі зворотним зв'язком, яке, найчастіше, безперервне та передбачає: приймання, вимірювання з використанням давачів, вироблення розрахованого уточнювального впливу (коригування), задля підтримання вимірюваного параметру у заданих межах. Теоретичною основою автоматизації замкненого контуру, є теорія керування.
Керувальні впливи
Системи керування Одним з найпростіших видів контролю, є контроль увімкнення-вимкнення. Прикладом, може слугувати згаданий вище термостат, що використовується у побутових приладах, який розмикає або замикає власний електричний контакт.
Керування послідовністю, в котрому виконується запрограмована черговість дискретних операцій, часто засноване на елементах системної логіки, складовою якої є стан системи. Система керування підіймачем, є прикладом послідовного керування.
ПІД-регулятор
Пропорційно-інтегрально-диференційний регулятор (ПІД-регулятор) є механізмом контуру керування зі зворотним зв'язком (контролером) та широко використовується у промислових системах керування.
ПІД-регулятор безперервно обчислює значення помилки, як різницю між заданою уставкою та виміряною змінною процесу, і застосовує уточнювальний вплив на основі пропорційної, інтегральної та похідної (диференційної) складової, які відповідно позначається P, I, і D та дають власне ім'я цьому виду контролера.
Ці теоретичні розуміння і застосування, позначаються 1920-ми роками, і їх впроваджено майже в усіх аналогових системах керування — спочатку у механічних контролерах, відтак, за допомогою дискретної електроніки та останнім часом, у промислових комп'ютерних процесах.
Послідовне керування та логічна послідовність або стан системи керування
Послідовне керування може здійснюватися або сталою послідовністю, або логічною одиницею, та виконує будь-які дії, залежно від різних станів системи. Прикладом регульованої, але в іншому випадку, сталої послідовності, є реле часу спринклера на газоні.
Ранній розвиток послідовного контролю, був релейним, де реле замикали електричні контакти, задля початку або переривання живлення пристрою. Реле вперше були використані у зародкових телеграфних мережах, для керування іншими пристроями, наприклад, під час запуску та зупинки промислових електричних двигунів або відкриття та закриття електромагнітних клапанів. Використання реле задля управління, допускає контроль, керований подіями, де дії може бути запущено з послідовністю, відповідною до зовнішніх впливів. Вони були більш гнучкими у відгуку, ніж жорсткі з однією послідовністю, кулачкові таймери.
Електромагнітні клапани широко використовуються у системах стислого повітря або гідравлічних, задля живлення виконавчих пристроїв точної механіки. Водночас, електродвигуни котрі застосовуються для забезпечення безперервного обертального руху та приводи, здебільшого, є найкращим вибором щодо почергового створення обмеження діапазону руху для механічних пристроїв.
Загальна кількість реле, кулачкових таймерів і , які були потрібні на деяких заводах, могла нараховувати сотні або, навіть, тисячі одиниць. Знадобилися ранні методи програмування та мови, щоби зробити такі системи керованими. Однією з перших була мова релейно-контактної логіки, назва якої «драбинова діаграма» () пішла від слова (драбина), оскільки схеми взаємопов'язаних реле та їхніх контактів нагадували драбину з її щаблями. Пізніше було розроблено спеціальні комп'ютери, так звані програмовані логічні контролери, щоби замінити ці нагромадження апаратних засобів, одним, легше перепрограмованим блоком.
Комп'ютерне керування Комп'ютери можуть виконувати як послідовний контроль так і керування зі зворотним зв'язком. Програмовані логічні контролери (ПЛК) являють собою тип мікропроцесора спеціального призначення, який замінює безліч апаратних складових, таких як таймери і барабанні секвенсери, використовувані у системах логіки релейного типу. Комп'ютери керування технологічними процесами загального призначення, все частіше замінюються самостійними контролерами, з одним комп'ютером, здатним виконувати операції сотень контролерів. Комп'ютери керування процесом, можуть обробляти дані з мережі ПЛК, приладів і контролерів, для впровадження типового (наприклад, PID) контролю багатьох окремих змінних або, у деяких випадках, для втілення складних алгоритмів керування з використанням декількох входів, і математичних перетворень. Вони також, можуть досліджувати дані і створювати у дійсному часі, графічні дисплеї та складати звіти для операторів, інженерів або керівництва.
Робота банкоматау (ATM) є прикладом інтерактивного процесу, в якому комп'ютер, залежно від вибору користувача, виконує певну логічну операцію на основі даних, отриманих із мережевої бази даних. Цей процес схожий на інші операції з інтернет-транзакціями. Різні варіанти розвитку подій називають сценаріями. Такі процеси переважно розробляють за допомогою варіантів використання та блок-схем, на основі яких згодом пишуть програмний код.
Історія Найпершим механізмом керування зі зворотним зв'язком був термостат, винайдений ще 1620 року голландським науковцем Корнеліусом Дреббелем (Cornelius Drebbel). Перші термостати були регуляторами температури або контролерами, а не двопозиційними загальними механізмами для побутових приладів. До того ж, 1745 року Вокансон виготовив перший автоматичний ткацький верстат.
1771 року, Річард Аркрайт розробив першу, повністю автоматизовану прядильну фабрику, яка запускалася силою плинної води — гідроенергією.
Автоматичний млин, було створено Олівером Евансом 1785 року, що робить його першим цілком автоматизованим виробничим процесом.
Відцентровий регулятор, який винайшов Крістіан Гюйгенс у сімнадцятому сторіччі, застосували для керування зазором між жорнами. Інший відцентровий регулятор, було використано 1784 року, у межах моделі парового крану. Відцентровий регулятор було також застосовано Джеймсом Ваттом для використання з паровим двигуном 1788 року, на млині.
Кілька поліпшень відцентрового регулятора, а також удосконалення клапану відсічення на паровому двигуні, зробили цей двигун, придатним для більшості промислових застосувань, вже до кінця 19-го століття. Поступ у створенні парового двигуна, дав поштовх виникненню таких наук, як от термодинаміка та теорія керування.
Пристрій (відцентровий регулятор) автоматичного регулювання подавання палива, пари або води до машини, котрий забезпечував рівномірний рух або обмеження швидкості, отримав порівняно мало наукової уваги, аж поки Джеймс Клерк Максвелл оприлюднив статтю, яка встановила початок теоретичного підґрунтя для розуміння теорії керування. Розвиток електронного підсилювача протягом 1920-х років, був важливим для міжміського телефонного зв'язку, який потребував більш високих вимог до придушення шуму, що було вирішено за допомогою негативного зворотного зв'язку. Це, та інші додатки телефонії, сприяли теорії керування. Військовими застосуваннями під час Другої світової війни, які сприяли розвитку і отримали вигоду з теорії керування, були системи управління вогнем та літаками. Так званий, класичний теоретичний розвиток теорії керування, припадає на 1940-ві та 1950-ті роки.
Релейна логіка, вводилася разом із заводською електрифікацією, яка натомість стала бурхливо розвиватися з 1900 до 1920-х років. Центральні електричні підстанції та введення в експлуатацію нових котлів високого тиску, парових турбін та іншого, створили великий попит на прилади й органи керування.
Контролери, які були у змозі зробити розрахункові зміни, у відповідь на відхилення від заданої точки, а не лише дію увімкнено/вимкнено — двопозиційний контроль, почали вводитися з 1930-х років.
1959 року, Texaco's Port Arthur НПЗ, став першим хімічним заводом з використанням цифрового керування. Переобладнання заводів під цифровий контроль, почало швидко поширюватися у 1970-ті роки, коли ціна комп'ютерного устаткування знизилася.
Відомі застосування Автоматичний телефонний комутатор було введено 1892 року, разом із набірними телефонами. До 1929 року 31,9 відсотків системи дзвінків, були автоматизовані. Для автоматичного перемикання телефону, спочатку використовувалися лампові підсилювачі й електромеханічні вимикачі, якими споживалася велика кількість електроенергії. Обсяг викликів, у кінцевому підсумку, зріс настільки швидко, що виникло побоювання, ніби телефонна система буде споживати всю вироблену електроенергію, що спонукало Bell Labs, почати дослідження стосовно транзисторів.