Czym jest automatyka przemysłowa, jakie są rodzaje i hierarchia systemu automatyki przemysłowej?

W dzisiejszych czasach rosnąca konkurencyjność w stosunku do przemysłu wymaga wysokiej jakości i najbardziej spójnych produktów w konkurencyjnej cenie. Aby sprostać temu wyzwaniu, wiele gałęzi przemysłu rozważa różne nowe projekty produktów i zintegrowane techniki produkcji równolegle z wykorzystaniem urządzeń zautomatyzowanych.

Jednym z niezwykłych i wpływowych posunięć mających na celu uzyskanie rozwiązań wyżej wymienionego wyzwania jest automatyzacja przemysłowa. Automatyzacja przemysłowa ułatwia zwiększenie jakości produktów, ich niezawodności i tempa produkcji przy jednoczesnym obniżeniu kosztów produkcji i projektowania poprzez przyjęcie nowych, innowacyjnych i zintegrowanych technologii i usług.

Czym jest automatyka przemysłowa?

Automatyzacja to kolejny krok w kierunku mechanizacji, która wykorzystuje konkretny mechanizm maszynowy wspomagający operatorów ludzkich w wykonywaniu zadań. Mechanizacja to ręczna obsługa zadania z wykorzystaniem maszyn z napędem, która zależy od decyzji podejmowanych przez człowieka.

Z drugiej strony, automatyzacja zastępuje zaangażowanie człowieka za pomocą logicznych poleceń programistycznych i potężnych maszyn.

Automatyzacja przemysłowa to zastąpienie komputerów i maszyn przez ludzkie myślenie. Słowo Automatyzacja nadaje znaczenie „samonapędzające się” lub „mechanizm poruszający się samoczynnie”, które wywodzi się z greckich słów Auto i Matos, gdzie auto oznacza samo, podczas gdy Matos oznacza poruszanie się.

W skrócie, automatyka przemysłowa może być zdefiniowana jako wykorzystanie technologii zestawu i automatycznych urządzeń sterujących, które skutkują automatycznym działaniem i kontrolą procesów przemysłowych bez znaczącej ingerencji człowieka i osiągnięciem lepszej wydajności niż sterowanie ręczne. Do tych urządzeń automatyki należą sterowniki PLC, komputery PC, PAC itp., a technologie obejmują różne systemy komunikacji przemysłowej.

Dlaczego Automatyka Przemysłowa? (Zalety systemu automatyzacji)

Aby zwiększyć produktywność

Automatyzacja fabryki lub zakładu produkcyjnego lub procesowego poprawia tempo produkcji poprzez lepszą kontrolę produkcji. Pomaga w produkcji masowej, drastycznie skracając czas montażu każdego produktu przy wyższej jakości produkcji.

Aby zapewnić optymalny koszt eksploatacji

Integracja różnych procesów w przemyśle ze zautomatyzowanymi maszynami, minimalizuje czas cyklu i wysiłek, a tym samym zmniejsza zapotrzebowanie na pracę ludzi. W ten sposób inwestycja w pracowników zostaje zaoszczędzona dzięki automatyzacji.

Aby poprawić jakość produktów

Ponieważ automatyzacja zmniejsza zaangażowanie człowieka, wyeliminowana zostaje również możliwość wystąpienia błędów ludzkich. Jednolitość i jakość produktów o większej zgodności można utrzymać dzięki automatyzacji poprzez adaptacyjne kontrolowanie i monitorowanie procesów przemysłowych na wszystkich etapach, od momentu powstania produktu do produktu końcowego. Za to odpowiedzialne są osoby zatrudnione najczęściej na stanowisku automatyków.

Aby ograniczyć rutynowe kontrole

Automatyzacja całkowicie redukuje potrzebę ręcznego sprawdzania różnych parametrów procesu. Dzięki wykorzystaniu technologii automatyzacji, procesy przemysłowe automatycznie dostosowują zmienne procesowe do ustawionych lub pożądanych wartości przy użyciu technik sterowania w pętli zamkniętej.

Aby podnieść poziom bezpieczeństwa

Automatyka przemysłowa zwiększa poziom bezpieczeństwa personelu, zastępując go maszynami automatycznymi w niebezpiecznych warunkach pracy. Tradycyjnie, roboty przemysłowe i urządzenia zrobotyzowane są wdrażane w tak ryzykownych i niebezpiecznych miejscach.

Hierarchia systemu automatyki przemysłowej

Systemy automatyki przemysłowej mogą mieć bardzo złożony charakter, posiadać dużą liczbę urządzeń pracujących w synchronizacji z technologiami automatyzacji.

Poziomy terenowe

Jest to najniższy poziom w hierarchii automatyki, która obejmuje urządzenia polowe, takie jak czujniki i siłowniki. Głównym zadaniem tych urządzeń polowych jest przenoszenie danych procesów i maszyn na kolejny, wyższy poziom monitorowania i analizy. Obejmuje to również sterowanie parametrami procesów za pomocą urządzeń wykonawczych. Na przykład, ten poziom możemy opisać jako oczy i ramiona danego procesu.

Czujniki przetwarzają parametry w czasie rzeczywistym takie jak temperatura, ciśnienie, przepływ, poziom, itp. na sygnały elektryczne. Dane z tych czujników przekazywane są dalej do sterownika w celu monitorowania i analizy parametrów w czasie rzeczywistym. Niektóre z czujników obejmują termoparę, czujniki zbliżeniowe, RTD, przepływomierze, itp.

Z drugiej strony siłowniki przetwarzają sygnały elektryczne (ze sterowników) na środki mechaniczne do sterowania procesami. Przykładami siłowników są zawory sterujące przepływem, zawory elektromagnetyczne, siłowniki pneumatyczne, przekaźniki, silniki prądu stałego i serwomotory.

Poziom sterowania

Poziom ten składa się z różnych urządzeń automatyki takich jak maszyny CNC, sterowniki PLC, itp., które pozyskują parametry procesu z różnych czujników. Sterowniki automatyczne napędzają siłowniki na podstawie przetworzonych sygnałów z czujników oraz techniki programowania lub sterowania.

Programowalne sterowniki logiczne (PLC) są najczęściej stosowanymi, solidnymi sterownikami przemysłowymi, które są w stanie realizować funkcje sterowania automatycznego na podstawie danych wejściowych z czujników. Składają się one z różnych modułów, takich jak CPU, analogowe I/O, cyfrowe I/O oraz moduły komunikacyjne. Umożliwiają one operatorowi zaprogramowanie funkcji lub strategii sterowania w celu wykonania określonej operacji automatycznej na procesie.

Poziom nadzoru i kontroli produkcji

Na tym poziomie, urządzenia automatyczne i system monitorowania ułatwiają sterowanie i interweniowanie funkcji takich jak Human Machine Interface (HMI), nadzór nad różnymi parametrami, ustawianie celów produkcyjnych, archiwizacja historyczna, ustawianie uruchamiania i wyłączania maszyn, itp.

W większości przypadków na tym poziomie stosuje się panele HMI typu Distribution Control System (DCS) lub Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA).

Poziom informacyjny lub korporacyjny

Jest to najwyższy poziom automatyki przemysłowej, która zarządza całym systemem automatyki. Zadania tego poziomu obejmują planowanie produkcji, analizę klientów i rynku, zamówienia i sprzedaż, itp. Tak więc zajmuje się on bardziej działalnością handlową, a mniej aspektami technicznymi.

A także sieci komunikacji przemysłowej są najbardziej widoczne w systemach automatyki przemysłowej, które przekazują informacje z jednego poziomu na drugi. Tak więc są one obecne na wszystkich poziomach systemu automatyzacji, aby zapewnić ciągły przepływ informacji. Ta sieć komunikacyjna może być różna na różnych poziomach.

Z powyższej hierarchii możemy wywnioskować, że istnieje ciągły przepływ informacji z poziomu wysokiego do niskiego i odwrotnie. Jeśli przyjmiemy ten graficzny sposób, to jest on jak piramida, w której w miarę jak idziemy w górę, informacje są agregowane, a w dół, otrzymujemy szczegółowe informacje o procesie.

Rodzaje systemów automatyki przemysłowej

1. Automatyka stała lub twarda

Ten rodzaj automatyzacji jest wykorzystywany do wykonywania stałych i powtarzalnych operacji w celu osiągnięcia wysokich wskaźników produkcji. Do automatyzacji operacji montażu lub przetwarzania o stałej sekwencji używa się sprzętu specjalnego lub dedykowanego do tego celu. Po zastosowaniu tego typu automatyzacji stosunkowo trudno jest zmienić lub zmienić projekt produktu. W związku z tym jest nieelastyczny w zapewnianiu różnorodności produktów, ale zwiększa wydajność przy wyższym tempie produkcji i zmniejsza koszty jednostkowe.

Niektóre z tych zautomatyzowanych systemów to proces destylacji, lakiernie i przenośniki.

2. Automatyzacja programowalna

W tej automatyce można zmienić określoną klasę zmian produktu, a także operacje montażowe lub przetwórcze poprzez modyfikację programu sterującego w zautomatyzowanych urządzeniach.

Automatyka ta najlepiej sprawdza się w procesie produkcji seryjnej, gdzie objętość produktu jest od średniej do dużej. Jednak w tym przypadku trudno jest zmienić i skonfigurować system dla nowego produktu lub sekwencji operacji. Dlatego też, nowy produkt lub rekonfiguracja sekwencji operacji wymaga długiej konfiguracji.

Przykładami tego systemu automatyzacji są maszyny sterowane numerycznie, papiernie, walcownie stali, roboty przemysłowe itp.

3. Elastyczna lub miękka automatyzacja

Ten system automatyzacji zapewnia automatyczny sprzęt sterujący, który oferuje dużą elastyczność w dokonywaniu zmian w projekcie produktu. Zmiany te mogą być wykonywane szybko za pomocą poleceń wydawanych w formie kodów przez operatorów ludzkich.

Automatyka ta pozwala producentom na produkcję wielu produktów o różnych zakresach w ramach połączonego procesu łączenia, a nie oddzielania od siebie.

Niektóre z przykładów tego systemu automatyzacji to pojazdy z automatycznym prowadzeniem, samochody i wielofunkcyjne maszyny CNC.