Mis on tööstuslik Automation System?
Kui tootmisliin seiskub, on küsimus harva teoreetiline. Probleem on tavaliselt vahetu: milline seade rikki läks, mis protsessi juhib ja kui kiiresti saab tootmise uuesti käivitada? See ongi küsimuse „mis on tööstusautomaatikasüsteem?” tegelik kontekst. See ei ole lihtsalt tänapäevaste tehaste moesõna. See on ühendatud riistvara ja juhtloogika, mis käitab masinaid, liigutab materjale, jälgib tingimusi ja hoiab tootmise järjepidevana väiksema käsitsi sekkumise vajadusega.
Mis on tööstusautomaatikasüsteem praktilises mõttes?
Tööstusautomaatikasüsteem on juhtkomponentide, tarkvara, andurite, ajamite, toiteseadmete ja operaatoriliideste koordineeritud kogum, mida kasutatakse tööstusprotsesside automatiseerimiseks. Lihtsustatult öeldes annab see seadmetele juhiseid, kontrollib, kas seadmed tegid nõutu, ja kohandab toimivust reaalajas saadud tingimuste põhjal.
Töötavas tootmisüksuses võib selline süsteem juhtida konveierit, pakendamismasinat, pumbasüsteemi, robotrakku, segamisprotsessi või tervet tootmisliini. See hõlmab sageli PLC-sid, HMI-sid, muudetava sagedusega ajameid, andureid, releesid, kontaktoreid, toiteallikaid, tööstusvõrgu seadmeid, mootoreid, ventiile ja ohutusseadmeid. Igal komponendil on oma ülesanne, kuid väärtus tuleneb sellest, kuidas need osad koos toimivad.
Seetõttu ei seisne tööstusautomaatika niivõrd ühes konkreetses tootes, kuivõrd protsessi taga olevas juhtarhitektuuris. Kui üks andur tuvastab toote olemasolu, kasutab PLC seda sisendsignaali mootori käivitamiseks, pneumosilindri liigutamiseks või HMI-kuva uuendamiseks. Automaatikasüsteem tagab, et need otsused toimuvad korrataval viisil.
Tööstusautomaatikasüsteemi põhikomponendid
Enamik süsteeme on üles ehitatud kontrolleri ümber. Diskreetses tootmises on selleks kontrolleriks sageli PLC. Protsessikeskkondades võib see olla osa DCS-ist või ühendatud SCADA-platvormiga. Kontroller võtab vastu välisseadmetelt pärinevad sisendsignaalid, käivitab programmeeritud loogika ja saadab väljundsignaalid väljal asuvatele seadmetele.
Andurid annavad sisendsignaalid. Nende hulka võivad kuuluda fotoelektrilised andurid, läheduslülitid, rõhuandurid, piirlülitid, enkoodrid, termopaarid ja vooluhulgamõõturid. Need annavad süsteemile teada, mis masina või protsessi tasandil toimub.
Väljundid muudavad loogika tegevuseks. See võib tähendada relee pingestamist, mootori käivitamist, ventiili avamist, servomootori juhtimist või pumba kiiruse muutmist VFD abil. Süsteem on kasulik ainult siis, kui see suudab protsessi mõjutada, mitte üksnes seda jälgida.
Operaatoriliidesed paiknevad inimeste ja masinate vahel. HMI-d annavad tehnikutele ja operaatoritele võimaluse vaadata häireid, muuta seadeväärtusi, käivitada või peatada seadmeid ning tõrkeid diagnoosida. Suuremates tootmisüksustes võib SCADA-tarkvara pakkuda kogu tehase ülevaadet, ajaloolisi suundumusi ja kaugjälgimist.
Toide ja side on sama olulised kui juhtloogika. Toiteallikad, vooluahelate kaitsed, jaotusseadmed, võrgulülitid, tööstusliku Etherneti moodulid ja sidemoodulid hoiavad seadmed toidetuna ja ühendatuna. Kui need tugikomponendid riknevad, võib kogu automaatikasüsteem muutuda ebastabiilseks isegi siis, kui põhikontroller töötab endiselt.
Kuidas automaatikasüsteem tegelikult töötab
Tüüpiline automaatikajärjestus järgib lihtsat mustrit: taju, otsusta, tegutse, kontrolli. Andur tuvastab tingimuse, kontroller hindab seda programmeeritud loogika alusel, väljundseade reageerib ja teine sisendsignaal kinnitab, et tegevus toimus ootuspäraselt.
Võtame lihtsa konveieri näite. Fotoandur tuvastab kartongi sisenemise tsooni. PLC kontrollib, kas järgmine tsoon on vaba. Kui see on vaba, jääb ajam tööle ja kartong liigub edasi. Kui järgmine tsoon on blokeeritud, peatab PLC mootori ja jääb ootama. HMI võib kuvada olekut ning märgutuli annab operaatorile märku, kui konveier jääb liiga kauaks blokeerituks.
Sama ülesehitus skaleerub ka suurematele süsteemidele. Robotrakus võib süsteem koordineerida ohutusblokeeringuid, roboti liikumist, detaili olemasolu tuvastamist, masinnägemist ja roboti tööriistu. Protsessitehases võib see hallata rõhku, temperatuuri ja vooluhulka mitmes juhtimisahelas. Põhimõte jääb samaks: sisendid toidavad loogikat, loogika juhib väljundeid ja tagasiside hoiab protsessi kontrolli all.
Tööstusautomaatikasüsteemide peamised tüübid
Kõik toimingud ei vaja samal tasemel juhtimist. Õige süsteem sõltub protsessist, tootmismahust, ümberseadistamise sagedusest, ohutusnõuetest ja eelarvest.
Fikseeritud automaatika on mõeldud suuremahulise ja korduva tootmise jaoks. Näiteks spetsiaalsed liinid, mille protsess muutub harva. See pakub kiirust ja ühtlast tulemust, kuid on vähem paindlik, kui tootenõuded muutuvad.
Programmeeritav automaatika on levinud partiitootmises või seadmetes, mis peavad käsitlema mitut retsepti või järjestust. PLC-põhised süsteemid kuuluvad sellesse kategooriasse. Neid saab ümber programmeerida, kuid muudatused nõuavad endiselt inseneritööd ja testimist.
Paindlik automaatika toetab sagedasemaid tootemuudatusi väiksema seisakuajaga tootmisjooksude vahel. Seda näeb sageli täiustatud tootmiskeskkondades, kus kasutatakse roboteid, integreeritud liikumisjuhtimist ja retseptipõhist tootmist.
Integreeritud automaatika ühendab mitu masinat ja alamsüsteemi. Ühe eraldiseisva masinakambrikese asemel töötab tehas ühendatud keskkonnana, kus andmed, juhtsignaalid ja olekuteave liiguvad liinide, osakondade või asukohtade vahel.
Paljude tootmisüksuste süsteem ei kuulu puhtalt ühte tüüpi. Vanemates tehastes töötab sageli koos segu vanematest PLC-dest, uuematest ajamitest, eraldiseisvatest HMI-dest, juhtmega juhtimisseadmetest ja osalisest võrguintegratsioonist. See on tavapärane. Päriselu automaatika ehitatakse sageli aja jooksul kihtidena.
Miks tööstusautomaatika tootmispõrandal oluline on
Kõige ilmsem eelis on järjepidevus. Automatiseeritud süsteemid rakendavad sama loogikat korduvalt, sõltumata sellest, kas iga tsükli puhul on vaja käsitsi ajastamist, meelespidamist või otsustamist. See aitab vähendada kvaliteedi, toodangu ja masina töö erinevusi.
Õigesti rakendatuna parandab automaatika ka läbilaskevõimet. Masinad saavad töötada kiirema tsükliga, jaamade vahel paremini koordineeruda ja töötada väiksema käsitsi käsitsemisest tingitud seisakute arvuga. See ei tähenda, et iga protsess tuleks täielikult automatiseerida. Mõnes toimingus ei õigusta lisakeerukus saadavat kasu. Kuid seal, kus on olulised tsükliaeg, korratavus ja tööjõupiirangud, tasub automaatika end tavaliselt ära.
Ohutus on veel üks oluline põhjus, miks tootmisüksused investeerivad automaatikasse. Ohutusreleed, blokeeringud, valguskardinad, hädaseiskamisahelad ja jälgitavad juhtimissüsteemid vähendavad kokkupuudet ohtliku liikumise ja ebaturvaliste tingimustega. Hea automaatika ei asenda ohutusprotseduure, kuid võib muuta ohtlike tegevuste sooritamise raskemaks.
Siis on veel töökindlus. Hästi hooldatud automaatikasüsteem kiirendab tõrkeotsingut, sest rikked saab isoleerida konkreetsete seadmete, signaalide või sidepunktideni. Veakoodid, häireajalugu ja olekuindikaatorid aitavad hooldusmeeskondadel kindlaks teha, kas probleem on rikkis toiteallikas, kahjustatud andur, HMI-rike või sisend-/väljundprobleem.
Kus automaatikasüsteemid probleeme tekitavad
Tööstusautomaatika ei ole automaatselt tõhus ainult seetõttu, et see on automatiseeritud. Halvasti dokumenteeritud süsteemid, vananenud juhtseadmed, toetamata tarkvara ja raskesti kättesaadavad varuosad tekitavad tõsise hooldusriskiga olukorra.
See on levinud probleem vananevate seadmetega tootmisüksustes. Masin võib olla mehaaniliselt endiselt heas korras, kuid kui paigaldatud PLC, ajam, servo-võimendi või HMI tootmisest maha võetakse, võib isegi väike rike põhjustada pika seisaku. Sellistel juhtudel ei ole küsimus selles, kas automaatika on kasulik. Küsimus on selles, kas tehas suudab paigaldatud automaatikaplatvormi endiselt toetada.
Samuti tuleb arvestada kompromissiga keerukuse ja hooldatavuse vahel. Väga integreeritud süsteemid võivad pakkuda suuremat kontrolli ja rohkem andmeid, kuid ilma õigete töötajate, dokumentatsiooni ja varuosavaruta võib nende tõrkeotsing olla raskem. Lihtsam juhtmega juhtpaneel võib olla vähem tõhus, kuid mõnes keskkonnas hõlpsamini töös hoitav.
Seetõttu on oluline planeerida kogu kasutusiga. Tootmisüksused peavad teadma, millised komponendid on kriitilised, millised vananenud, mida saab parandada ja mida tuleks laos hoida. Hooldusmeeskondade ja ostjate jaoks on automaatikasüsteem täpselt nii töökindel, kui töökindel on selle taga olev varuosade tarneahel.
Mida ostjad ja hooldusmeeskonnad peaksid jälgima
Kui hindate olemasolevat tööstusautomaatikasüsteemi, alustage paigaldatud seadmetest. Tehke kindlaks PLC-perekond, HMI mudel, ajamite tüübid, sisend-/väljundmoodulid, sidemoodulid ja peamised väliseadmed. Süsteemi on raske toetada, kui täpsed tootenumbrid pole teada.
Seejärel vaadake rikkekohti ja tarneaja riske. Sellised komponendid nagu toiteallikad, operaatoripaneelid, servodraivid ja sisendmoodulid põhjustavad riknedes sageli kiireloomulise seisaku. Kui nende tootmine on lõpetatud, muutub asendusstrateegia sama oluliseks kui süsteemi ülesehitus.
Ühilduvus on veel üks probleem. Uuem asendus ei ole alati otsene asendus. Paigaldus, püsivara, side, mälu käsitlemine ja tarkvaraversioonid mõjutavad kõik seda, kas osa saab kiiresti välja vahetada või on vaja uut projekteerimist.
Vanemaid seadmeid toetavate tootmisüksuste jaoks võib juurdepääs uutele, kasutatud ja tootmisest maha võetud seadmetele olla erinevus lühikese peatuse ja pikaajalise seisaku vahel. Siin tulevadki mängu tööstusjuhtimisele ja kogu kasutusea toele spetsialiseerunud tarnijad, sealhulgas sellised ettevõtted nagu Used Industrial Parts.
Mida tegelikult küsitakse küsimusega „mis on tööstusautomaatikasüsteem?”
Enamik inimesi, kes seda küsivad, ei otsi õpiku definitsiooni. Nad tahavad mõista, mis nende masinat juhib, miks on ühe protsessiga ühendatud nii palju osi ja mis on kaalul, kui üks seade rikneb.
Praktiline vastus on lihtne. Tööstusautomaatikasüsteem on tänapäevaste masinate ja tootmise juhtimise selgroog. See ühendab elektrilised, mehaanilised, tarkvaralised, mõõte- ja operaatorifunktsioonid üheks toimivaks protsessiks, mis võib töötada ohutult, järjepidevalt ja suures mahus.
Kui vastutate töökindluse eest, ei ole parem küsimus üksnes see, mis see on. Oluline on ka see, kas teie praegune süsteem on dokumenteeritud, toetatav ja varustatud varuosadega, mida saate tegelikult hankida siis, kui tootmine ei saa oodata.
