Помоги проекту - поделись книгой:
Лента вставлялась в специальное гнездо и могла перематываться на другой валик. На ее пути находилась металлическая планка со множеством отверстий, расположенных в один ряд. Отверстий было ровно столько, сколько клавиш на пианино.
Стоило вам начать нажимать ногами по очереди на специальные педали, как сейчас же приходил в действие компрессор. Он гнал сжатый воздух через пластинку с отверстиями, а лента начинала двигаться. В зависимости от того, какое отверстие ленты совпадало с отверстием планки, извлекался звук соответствующей высоты. Как вы знаете, в рояле и пианино звук получается от удара молоточка по струнам. Все молоточки в пианоле связаны с устройством, которое с помощью сжатого воздуха заставляло их в нужный момент ударять по струнам.
Вы только вставляете валик в специальное гнездо да нажимаете ногами на педали, а за вас фактически играет тот музыкант, который исполнял данную вещь во время записи.
Здесь мы рассмотрели программное устройство, работающее с помощью сжатого воздуха, но чаще осуществляют программирование с помощью электричества. На карточке или ленте, как мы говорили, есть отверстия. Когда вставляют такие карточки или ленты в машину, она как бы читает слова языка отверстий и выполняет задание.
Чтобы это понять, проделаем такой опыт.
Возьмите кусочек толстой рисовальной бумаги, вырежьте на ней через одинаковые промежутки несколько круглых отверстий диаметром с копейку.
На доске укрепите две латунные пластинки с выпуклыми концами. Пластинки должны этими выпуклостями плотно касаться друг друга, чтобы контакт был надежным. К пластинкам присоедините через батарейку реле или электрическую лампочку. По реле идет ток, и оно замыкает свои контакты, а если присоединена лампочка, то она горит. Вставьте между контактными пластинками кусочек заготовленной бумаги с отверстиями. Цепь разомкнется, и реле выключится, а лампочка погаснет.
Теперь протащите бумагу через контактные пластинки. Отверстия, вырезанные на ней, проходят через место соприкосновения контактов. Каждый раз, когда контакты проскакивают в отверстие, цепь замыкается — будет срабатывать реле или зажигаться лампочка.
Расположение отверстий на ленте может быть самым разнообразным, и машины, «читая» язык отверстий, могут выполнять порученную им работу.
На здании редакции газеты «Известия» в Москве установлен транспарант, по которому бегут светящиеся слова реклам. Такие рекламы осуществляются обычно с помощью длинной бумажной ленты, на которой буквы нанесены в виде пробитых отверстий.
Лента движется через контактное устройство, и от каждой пары контактов провода идут к определенней группе лампочек большого транспаранта. Лента движется в аппарате небольшого размера, а контакты, проскакивая в отверстия букв, замыкаются и зажигают соответствующие лампочки. Создается впечатление, что светящиеся буквы движутся; на самом деле это движется бумажная лента, переключающая лампочки, которые стоят неподвижно и лишь загораются в нужный момент.
АВТОМАТЫ — СВОИМИ РУКАМИ
«Чаша Тантала»
Мы с вами познакомились с отдельными элементами автоматов. Чтобы лучше понять принципы работы автоматов, сделаем несколько простых моделей автоматических устройств.
Предположим, нужно построить аппарат, который через определенное время должен выдавать точно отмеренную порцию воды.
Возьмите бутылку с отрезанным дном или ламповое стекло. Сделайте из пластилина или воска пробку и залепите ею горлышко бутылки или узкую часть лампового стекла. Затем палочкой проделайте в пробке отверстие и вставьте в него резиновую трубку, какие обычно употребляются для электропроводки. Согните дугой резиновую трубку внутри сосуда, а конец доведите до самой пробки. Нужно проследить, чтобы в месте изгиба трубка не зажималась. Подвесьте изготовленный сосуд на веревке к какой-нибудь перекладине и начните лить в него воду.
Как только вода дойдет до верха сосуда, трубка заполнится водой и начнет действовать как сифон. Вода из нее будет вытекать до тех пор, пока не опорожнится весь сосуд. Нужно так отрегулировать струю, наполняющую сосуд, чтобы она текла слабее струи, которая из него вытекает. Тогда прибор через определенные промежутки времени будет наполняться, а затем опорожняться. Каждый раз будет вытекать определенная порция воды.
Этот автомат известен очень давно. Его назвали «чашей Тантала». Почему же он так называется и кто такой Тантал?
Тантал никогда ничего не изобретал. Есть греческий миф о лидийском царе Тантале, которого Зевс осудил на вечные муки. В подземном царстве он очень страдал от жажды, и его страдания усиливались оттого, что он стоял по горло в воде, но напиться не мог. Как только он открывал рот, окружающая его вода исчезала. Потом снова вода прибывала, но, как только Тантал пытался напиться, она пропадала.
«Чашу Тантала» можно усовершенствовать, превратить в реле времени.
Что такое реле времени? Бывает нужно, чтобы какой-то аппарат начал работать не сразу, как только в него поступил сигнал о включении, а спустя некоторое время. Нужно, как говорят, сделать выдержку во времени.
Вот мы и превратим «чашу Тантала» в реле времени. Изменением величины петли резиновой трубки можно добиться, что вытекание воды будет происходить через точно заданное время.
Можно даже сдвоить такие сосуды. В этом случае вода из первого сосуда будет переливаться в расположенный под ним второй сосуд. Второй сосуд начнет действовать тогда, когда первый сосуд опорожнится либо полностью (если сосуды и трубки одинаковые), либо частично.
На сосудах можно укрепить контактное устройство, которое мы делали для сигнализатора уровня. Контакты могут либо замыкать какую-нибудь цепь, либо разрывать ее.
Можно сделать разные комбинации замыканий и размыканий с различной выдержкой времени. Этот прибор действует автоматически по программе, которая ему задана. Важно только, чтобы не изменились условия его работы: например, чтобы струи воды были постоянными.
Пульс-пара
Электрический прибор, который может через определенные промежутки времени включать и разрывать электрическую цепь, можно осуществить с помощью двух реле, соединенных по схеме, называемой «пульс-пара».
Где может применяться такая схема? Предположим, надо установить бакен для обозначения мели или установить несколько бакенов для указания глубокого русла реки, где могут плыть суда.
Совсем необязательно, чтобы фонари на бакенах горели непрерывно; вполне достаточно, если они будут мигать. А если бакены находятся в таких местах, к которым трудно подъехать, или по каким-либо причинам не имеет смысла держать в данном районе специального человека — бакенщика, — тогда устанавливают на бакене батарею с фонарем, который будет работать и ночью и днем не выключаясь. В целях экономии батареи паузу между зажиганиями лампочки выбирают подлиннее. Меняют батареи один раз в несколько месяцев, и фонари на бакенах работают без перебоя. Это бывает гораздо выгоднее, чем оплачивать специального бакенщика, который каждый вечер зажигал бы, а утром гасил фонари.
Пульс-пара дает возможность осуществить такую установку.
Нужно сделать два электромагнитных реле, одно из которых должно срабатывать с небольшим замедлением, то есть его контакты должны замыкаться не мгновенно, а чуть медленнее контактов другого реле.
Замедление должно быть очень небольшое, в долю секунды, и осуществить его можно с помощью слабой, тоненькой резинки, которая будет чуть притормаживать якорь-гвоздь, когда он втягивается в катушку.
У замедленного реле должны работать нормально разомкнутые контакты, то есть верхний контакт и упирающийся в него якорь-гвоздь.
На схеме показано, как нужно осуществить все соединения.
Когда мы нажмем пусковую кнопку
Контакты реле
К свободным контактам одного из реле можно подсоединить электрическую цепь, состоящую из батареи и лампочки, и лампочка будет периодически вспыхивать и гаснуть.
РАССТОЯНИЕ, ПРЕВРАЩЕННОЕ В НУЛЬ
В нашей стране особенно большое внимание уделяется механизации и автоматизации производства.
В семилетием плане развития народного хозяйства поставлены даже такие задачи, как переход от автоматизации отдельных машин к полностью автоматизированным цехам и заводам.
Почему же так важно, чтобы больше было автоматов и автоматических заводов?
Автоматы отлично выполняют заданную программу, они работают быстро, хорошо и очень облегчают труд человека. А то, что они производят, стоит значительно дешевле, чем при ручном труде.
Но все-таки полностью всю работу на предприятии доверять автоматам нельзя. Без руководства со стороны человека не могут обойтись даже самые совершенные машины. Руководить этими хитроумными аппаратами и механизмами все же должен человек.
У нас человек является полноправным хозяином и повелителем машин. Все сильнее растет его власть над техникой. Один человек порой может управлять множеством машин и механизмов, работающих автоматически и на большом иногда расстоянии друг от друга. Сложные мощные машины можно привести в действие или остановить слабым нажатием на кнопку. И сами машины немедленно докладывают языком цветных электрических лампочек или звуковых сигналов о том, работают они или остановились, обеспечены ли они всем необходимым для нормальной работы или нет. А в случае какой-либо поломки приборы сообщают о случившемся, указывая точно место, где это произошло.
Для того чтобы можно было управлять на расстоянии машинами-автоматами, составляющими иногда целые предприятия, существует специальная отрасль техники — телемеханика. Телемеханика — это механика на расстоянии. Она занимается управлением, контролем, измерением различных величин. Но все это делается на расстоянии, превышающем иногда десятки и сотни километров. Телемеханика как бы уничтожает расстояние.
Где же применяется телемеханика и когда она бывает особенно нужна?
Мы покажем это на небольшом примере. Из него вы увидите, что телемеханику можно применить только там, где производство автоматизировано. В самом деле, нельзя же представить себе, что мы на расстоянии будем управлять старыми деревянными ветряными мельницами.
Представьте себе, что из реки в определенных местах нужно качать воду в оросительные каналы. Предположим, что таких насосных станций несколько, например 10, и расположены они в 3–5 километрах друг от друга.
Что представляет собой каждая насосная станция? Ее основное оборудование — двигатель внутреннего сгорания и насос. На каждой такой насосной станции должен быть человек, а если станция работает круглые сутки, то два-три человека. Люди там должны жить оторвано от населенных пунктов, потому что место, откуда надо брать воду для орошения, не всегда расположено около населенного пункта. Чаще всего насосные станции располагаются вдалеке от городов и поселков. Привезут на машине продукты и почту раза два в неделю, а в остальное время никто туда и не заглянет.
Первое, что появляется на этих станциях из области механизации, — это телефонная связь, а иногда и мотоцикл. Затем на смену двигателю внутреннего сгорания, для которого надо привозить горючее, да еще издалека, ставится электрический двигатель. Управление упрощается. Нажал кнопку, двигатель заработал, и насос качает воду. Приборы показывают, нормально ли работает двигатель, — хорошо ли качает насос.
И вот уже напрашивается мысль: а что, если включать кнопку для пуска и остановки двигателя не здесь, на самой станции, а где-то в другом месте, например в ближайшем городе или поселке? Если там оборудовать специальный, как его называют, диспетчерский пункт, то с него можно успешно управлять работой всех десяти, а если надо, то и большего количества насосных станций.
От каждой станции на диспетчерский пункт идут свои провода.
Перед дежурным диспетчером расположены на щите схемы станций и цветные сигнальные лампочки.
Вот, например, видно, что вторая насосная станция не работает. Около ее схемы на щите горит зеленая лампочка. Согласно требованию старшего агронома необходимо оросить определенный район, а для этого нужно пустить в ход насосную станцию № 2.
Диспетчер нажимает кнопку 2, ток идет по проводам на станцию, там срабатывает сигнальное реле, которое приводит в действие более мощное реле, а оно включает электрический двигатель.
Насос качает воду. На щите у диспетчера зеленая лампочка погасла и зажглась красная.
Кроме этого, диспетчер видит на специальном приборе, который не только показывает, но и записывает, какое количество воды поступает по трубе в оросительный канал. Помните, мы с вами уже рассматривали прибор, измеряющий количество жидкости или газа, проходящего по трубе? Так вот подобный прибор стоит около насоса, измеряет количество воды, которую насос подает в оросительный канал, и сообщает эти сведения диспетчеру.
На щите у диспетчера есть еще и другие приборы. Они показывают величину тока, идущего через двигатель и количество оборотов двигателя.
Все станции как бы собраны в одном месте, на щите, и диспетчер следит по приборам за их работой. В случае какой-либо неполадки на ту станцию, где эта неполадка произошла, посылается аварийная машина, чтобы можно было быстро произвести на месте нужный ремонт.
Все насосные станции заперты на замок. В них никого нет, и только реле порою щелкают в тишине, включая или останавливая двигатель по команде диспетчера.
Через определенные промежутки времени, примерно раз в неделю, а может быть, и реже, дежурный техник объезжает все станции и проверяет, в каком состоянии находятся механизмы, не надо ли чего заменить, как обстоит дело со смазкой, нет ли каких-нибудь признаков, что может произойти поломка. После проверки помещение запирается, и техник едет к следующей станции.
Это один из самых простых примеров применения телемеханики. Всех случаев, где она применяется и может применяться, не перечислишь, но еще об одной важной отрасли ее применения необходимо рассказать. Это применение телемеханики в энергосистемах.
В них без телемеханики не обойтись. Электрические станции дают свою энергию в общую высоковольтную линию, а из этой линии ее берут так называемые потребители— заводы, фабрики, жилые дома городов и поселков. Благодаря электрической энергии работают машины, горят лампочки. Но всю энергию надо очень умело распределять, чтобы всем ее хватило, да и чтобы неиспользованная энергия не оставалась.
За этим и следят диспетчеры энергетических систем. Перед ними на специальных светящихся схемах изображена вся энергетическая система. На схеме видно, откуда поступает электроэнергия и кто ее потребляет.
Телемеханика дает возможность диспетчеру быстро принимать решения, быстро откликаться на все, что происходит в линиях. Хорошо, когда все идет нормально, но бывают и аварии и поломки, а заводы должны работать, лампочки должны гореть… Диспетчер приводит в действие запасные машины, отключает неисправный участок, принимает меры, чтобы туда выехала бригада для ликвидации неисправности. Диспетчер — это главный хозяин на производстве. Он командует, распределяет энергию, устраняет недостатки. И ему очень облегчают работу автоматические приборы и телемеханика.
Телемеханических систем существует много. Но в основном к ним предъявляются такие требования: надежность и дешевизна. Эти требования предъявляются не только к системам телеуправления, но и к любым машинам, к любым приборам. Они должны быть как можно более дешевыми и как можно более надежными в работе.
Созданы специальные приборы и схемы их соединения, дающие возможность по небольшому количеству проводов передавать сигналы управления, получать обратно сигналы о выполнении той или иной работы и производить различные измерения на расстоянии.
При больших расстояниях до телеуправляемых объектов очень важно, чтобы в целях экономии было как можно меньше проводов.
В самом деле, предположим, что нужно управлять десятью механизмами, расположенными в одном месте. Тогда в случае многопроводной линии нужно самое малое одиннадцать проводов: по одному к каждому механизму и один провод обратный, общий.
При большом расстоянии такая линия будет стоить дорого. В случае же малопроводной линии достаточно иметь только два провода и приборы, которые обеспечивают управление по двум проводам.
Мы сделаем модель прибора, на которой продемонстрируем один из способов телеуправления несколькими объектами по двум проводам.
Для простоты возьмем не десять объектов, а только два, и этого будет достаточно, чтобы хорошо понять сущность телемеханики.
Представьте себе два одинаковых прибора, в которых по контактам непрерывно с одинаковой скоростью бегают пружинящие пластинки-щетки, вращающиеся от специальных электродвигателей. Если соединить проводом, идущим от батареи, обе щетки, к другому проводу через маленькие рубильники присоединить на первом приборе все контакты, расположенные по кругу, а на втором приборе — электромагнитные реле, то при равномерном вращении щеток мы по своему усмотрению можем включать любые реле.
Эти специальные приборы в дальнейшем будем называть переключателями или шаговыми распределителями.
В реальных условиях переключатели приводятся в движение не электрическими двигателями. У двигателей есть недостаток. Стоит только одному двигателю отстать от другого, как нарушится совпадение положения щеток. Одна щетка будет отставать от другой, и тогда команду будет воспринимать не то реле, которому она предназначена, а соседнее. Для устранения этого недостатка применяются другие способы передвижения щеток. Об одном из таких способов будет рассказано дальше.
Электромагнитное реле
Вы уже делали электромагнитные реле. Их можно использовать как исполнительные реле. А сейчас изготовьте более надежные реле для пульс-пары и для восприятия сигналов — будем их называть сигнальными реле. Всего надо изготовить еще шесть реле.
Возьмите пустую катушку из-под ниток и намотайте на нее как можно больше медной изолированной проволоки диаметром около 0,3 миллиметра. Наматывать следует аккуратно, ряд за рядом, но не обязательно так строго, как были намотаны нитки. Когда вы закончите намотку, закрепите нитками конец проволоки, чтобы она не разматывалась.
Возьмите железный гвоздь толщиной 4–5 миллиметров и сделайте из него букву «П». На одну из палочек этой буквы свободно должна надеваться катушка. Ножовкой или напильником отрежьте лишнюю часть гвоздя, выходящую над катушкой, оставив кончик не более 5 миллиметров. Другую часть гвоздя, находящуюся вне катушки, сделайте на 4 миллиметра длиннее. Это вы изготовили сердечник будущего реле.
Перевернув П-образный сердечник, укрепите его вертикально на деревянной дощечке с помощью скобки, сделанной из тонкого гвоздя, и закрепите оловом место их соединения, чтобы сердечник держался устойчиво. К длинной части сердечника надо припаять согнутую Г-образную узкую полоску жести (от консервной банки) шириной 5–6 миллиметров. Это якорь реле. Теперь наденьте на более короткую часть сердечника катушку, отогнув предварительно якорь. Затем верните его на место. Нужно, чтобы он на несколько миллиметров не доходил до короткой части сердечника. Реле почти готово. Осталось сделать контакты.
Один кусочек провода диаметром 0,3 миллиметра надо припаять к сердечнику, а другой — к тонкой медной пластинке, которую нужно укрепить на торцовой части катушки и подвести под конец якоря реле.
Все концы проводов (их четыре) надо вывести к зажимам, укрепленным на дощечке. Можно ограничиться даже вбитыми маленькими гвоздиками, а дальнейшие соединения осуществлять скручиванием зачищенных концов и пайкой.
Теперь осталось отрегулировать реле. Батарейка от карманного фонаря будет источником тока. Присоедините один конец провода катушки к полюсу батарейки и касайтесь другого полюса вторым концом. Надо добиться, чтобы жестяной якорек реле, притягиваемый сердечником, касался при этом медного контакта.
При отключении батарейки якорь благодаря своей упругости должен отходить вверх.
Лампочка, присоединенная к другой батарейке через провода, идущие от контактов, при включениях и выключениях реле должна загораться или гаснуть.
Три новых реле должны иметь нормально разомкнутые контакты, а три — нормально замкнутые. Нормально замкнутые контакты сделайте, расположив неподвижный контакт не под якорем, а над ним.
Поделиться книгой: