Что такое промышленная автоматизация

Быстро растущая конкуренция в любой товаропроизводящей отрасли требует качественной продукции по конкурентоспособной цене. В настоящее время наиболее влиятельным способом решения этой проблемы является промышленная автоматизация, снижающая затраты на производство и проектирование продукции вследствие интеграции инновационных технологий с услугами.

Важным операционным фактором, способным принимать быстрые и технологически точные решения, считается современная робототехника - роботизированные станки и станки с ЧПУ. Автоматизированные устройства, входящие в состав соответствующих комплексов могут контролировать события различными способами и повышать эффективность за счет оперативного мониторинга данных. Это позволяет производственной линии сокращать количество отходов. Рассмотрим пример, когда человеческая рука принимает на себя управление тем, что приходится делать вручную. Допустим, у нас есть духовка, Ей нужно определенное количество тепла, которое, однако, не должно превышать некоторый предел. Кому-то было поручено обеспечить необходимую температуру, а затем поддерживать её в течение 30 минут. Чтобы убедиться, что ничего не упущено, духовка периодически проверяется. Однако такая проверка в ручном режиме возможна только одним способом, путём проб и ошибок. С промышленной автоматизацией всё позаботится само о себе. Например, для управления системами подачи топлива к различным частям двигателя используются клапаны. Они могут управляться компьютером, и тогда клапан откроется только тогда, когда будет достигнут определённый температурный порог. По достижении оптимальной температуры клапан снова закроется, чтобы в двигатель не поступало избыточное количество газа: это привело бы к образованию избыточного количества тепла, что может привести к повреждению цилиндров или поршней. Таким образом, по сигналу компьютера к системе управления двигателем автоматически поступит другой набор команд. Так будет продолжаться до тех пор, пока все задачи не будут успешно выполнены, причём без вмешательства человека

В недалёком прошлом автоматизированные системы предназначались для повышения производительности и сокращения затрат, связанных с ручными операциями. Теперь они успешно «обучаются» безошибочному выполнению задач, выбирая из нескольких вариантов. Это и есть технологическая гибкость производства. Она достигается программированием оборудования на безошибочное выполнение определённых задач, заложенных в память компьютера. Этот вариант автоматизации направлен на оптимизацию эффективности; например, если одному устройству нужны определённые материалы для завершения своей работы, а другому агрегату необходимо заменить материал, предписанный согласно существующему техпроцессу. Для неавтоматизированного оборудования такой конфликт может привести к сбоям и поломкам. Автоматизированные комплексы работают иначе. Каждый элемент комплекса будет отправлять запросы на то, что ему нужно, с помощью триггерных сигналов, являющихся основанием для реализации управляющих команд.

Компьютерная революция в производстве изменяет стратегию взаимодействия техники и экономики. В результате:

• Повышается производительность;
• Снижается доля затрат человеческого труда;
• Улучшается качество технологического процесса (а, следовательно, и его конечного продукта);
• Эффективнее используются материальные и энергетические ресурсы;
• Растёт прибыль. Отчётливее эти преимущества проявляются при отлаженном производстве и стабильном промышленном цикле выпуска продукции.

Практическое развитие получили следующие варианты современной автоматизации производства: фиксированная, программируемая, гибкая и интегрированная автоматизация.

Фиксированная автоматизированная система

В отличие от систем переменной автоматизации, которые позволяют вносить изменения только вручную, стационарные системы фиксированной автоматизации работают с одинаковой скоростью в течение всего дня без изменений от одной смены к другой. Эти системы обычно используются в производстве или сфере общественного питания, где крупномасштабное производство является ключом к успеху и производительности.

Программируемая система автоматизации

В такой системе последовательность операций, а также конфигурация оборудования могут быть изменены с помощью электронных средств управления. Эта система обычно требует значительного времени и усилий для перепрограммирования оборудования, поэтому чаще используется в серийном производстве для повышения производительности техники.

Гибкая система автоматизации

Практически состоит из оборудования с ЧПУ, всегда управляемого компьютером, и обычно применяется там, где номенклатура продукции часто меняется. На основе кода, переданного оператором компьютеру, к рабочему месту доставляются необходимые инструменты или оснастка. Это позволяет на одной и той же линии собирать, например, различные версии базовой модели автомобиля в зависимости от уровня комплектации или отделки.

Комплексная (интегрированная) система автоматизации

Представляет собой набор независимых единиц оборудования, процессов и данных, работающих синхронно под управлением систем автоматизации производства. Программное обеспечение адаптировано под управляющие системы робототехники, что исключает участие человека в процессе формирования и передачи управляющих команд.

Принята трёхэтапная иерархия типичного приложения любой системы промышленной автоматизации.

Уровень супервайзера

Супервайзеры несут ответственность по контролю за технологическими процессами, вплоть до их оптимального завершения. Эта должность обычно предполагает наличие нескольких промышленных персональных компьютеров, обычно доступных в виде настольных панелей или стоек. Эти компьютеры работают на стандартных операционных системах с определённым программным пакетом от поставщика, который предоставляет технике все возможности управления процессами. Основная цель — визуализация и параметризация процесса. Для связи используется уникальный промышленный Ethernet, который может представлять собой гигабитную локальную сеть или любую беспроводную топологию.

Уровень контроля

Программируемый логический контроллер — это устройство, которое управляет автоматизированными процессами.. Схема контроллера собрана на 16-битных или 32-битных микропроцессорах, что обеспечивает возможность вычислений в режиме реальном времени. Программируемый контроллер может взаимодействовать с несколькими устройствами ввода/вывода, например, датчиками, источниками света или двигателями. В процессе функционирования контроллер обменивается данными с другими системами через различные типы протоколов беспроводной связи.

Полевой уровень

Полевое оборудование в производственном процессе представляют датчики и приводы. Датчики температуры, давления, оптические датчики и т.п., а также приводы - двигатели, клапаны, переключатели - подсоединяются к программируемому логическому контроллеру через полевую шину. Связь между этими устройствами обеспечивают соединения типа «точка-точка». В зависимости от таких факторов, как стоимость и мобильность, могут использоваться проводные или беспроводные сети. Это позволяет проводить оперативную диагностику различных компонентов, подключенных в процессе установки системы автоматизации.

Для системного решения вопросов промышленной автоматизации требуется снабдить систему надёжным источником питания, обеспечить её безопасность и защиту. Требования к питанию различных систем могут существенно различаться. Например, логические контроллеры обычно работают от 24 В постоянного тока, в то время как большинство промышленных приводов использует трёхфазную сеть переменного тока. Имеются и другие сложности, среди которых:

1. Потеря рабочих мест, что является важным социальным фактором.
2. Ряд задач, связанных с ручным трудом, автоматизировать (даже с помощью современных технологий) непросто.
3. Промышленная автоматизация хорошо показывает себя только для крупномасштабных производственных циклов, повторяющихся процессов или изделий, где ключевым фактором является постоянство входящих в него компонентов.
4. Внедрение систем автоматизации требует много времени и затрат; необходим также высококвалифицированный обслуживающий персонал. Вместе с тем курс на промышленную автоматизацию гарантирует предприятиям снижение затрат при одновременном повышении качества изготавливаемой продукции.