В XXI веке предприятия почти не используют ручной труд. За выпуск готовой продукции отвечают машины и механизмы. Чтобы наполнить бутылку обычной водой и закрутить пробкой, нужно задействовать как минимум 3 единицы оборудования. Автоматизация производства позволяет наладить синхронизацию между машинами, увеличить производительность, уменьшить время простоя. Электрооборудование упрощает задачу за счет программных решений с гибкой настройкой.
Датчики
Датчики позволяют собирать информацию о физических параметрах технологического процесса, передавать эти данные системе управления и контроля. Использование сенсоров делает возможным реализацию обратной связи, слежение за ходом техпроцесса в режиме реального времени. Это повышает надежность, эффективность работы оборудования.
Промышленные датчики давления
Есть много промышленных датчиков, которые различаются по принципу действия, измеряемым физическим величинам. Рассмотрим основные типы датчиков, которые применяют при автоматизации производственных процессов.
Положения
Датчики положения предназначены для определения текущего положения подвижных частей механизмов, машин. Их интегрируют в системы управления электроприводами, используют в робототехнике, автоматизации техпроцессов.
Есть несколько разновидностей датчиков положения: индуктивные, емкостные, оптические, магниторезистивные и потенциометрические. Выбор конкретного датчика зависит от условий его эксплуатации, требований к точности измерений.
Применение датчиков положения в автоматизированных системах позволяет точно контролировать перемещение подвижных механизмов, обнаруживать их отклонение от заданной траектории, позиционировать. Это важно для повышения качества продукции.
Давления
Датчики нужны для измерения давления в газовых, паровых и жидких средах. Они остаются востребованными в промышленной автоматике. Системы автоматизации производства требуют точности. Датчики анализируют параметры с минимальной погрешностью.
Есть несколько типов промышленных датчиков давления: механические, пьезоэлектрические, емкостные, индукционные, потенциометрические, цифровые. Каждый тип обладает своим диапазоном измерений, точностью.
Датчики давления применяют в системах автоматического регулирования давления, контроля герметичности, предохранительных устройствах. Они позволяют непрерывно отслеживать давление технологической среды, использовать эти данные в системе управления. Это важно для обнаружения отклонений, предотвращения аварий.
Температуры
Датчики предназначены для измерения температуры сред и материалов. Контроль температурных параметров важен во многих отраслях промышленности. Комплексная автоматизация процессов производства требует регулярного получения сигналов. Иначе оборудование перестанет работать синхронно.
Основные типы датчиков температуры: термопары, термосопротивления, терморезисторы, пирометры. Каждый обладает своим температурным диапазоном. Выбор датчика зависит от условий эксплуатации, нужной точности. Чем ниже погрешность, тем лучше.
Датчики применяют в системах автоматического регулирования температуры, технологических процессах с термической обработкой материалов, контроле температуры в печах, сушилках, холодильниках.
Фотоэлектрические
Датчики применяют для бесконтактного обнаружения объектов, определения их параметров. Их работа основана на регистрации изменения светового потока при появлении объекта в зоне чувствительности. При автоматизации производственных процессов и производств надо связать воедино большие линии. Сенсоры облегчают эту задачу.
Виды фотоэлектрических датчиков: фотоэлементы, фотодиоды, фототранзисторы, фототиристоры, оптопары, датчики отраженного света.
Фотодатчики используют в системах автоматизации для контроля наличия и перемещения объектов, определения размеров, счета деталей. Они позволяют реализовать бесконтактные методы измерения. Типичный пример — включение функции розлива при попадании фотометки на этикетке тары в зону контроля.
Исполнительные механизмы для автоматизации
Исполнительные механизмы выполняют механические перемещения, необходимые для реализации технологического процесса. Их приводят в действие управляющие сигналы от автоматических регуляторов или оператора. Сложно представить автоматизацию производственного предприятия без внедрения приводов, цилиндров и конвейеров.
Электроприводы
Существует много исполнительных механизмов: электродвигатели, пневматические и гидравлические цилиндры, конвейеры, роботы. Исполнительные механизмы нужны любой автоматизированной системе. Их надежная работа определяет эффективность производственного процесса. Поэтому к выбору исполнительных устройств предъявляют высокие требования.
Электроприводы
Электропривод применяют в автоматизированных системах для обеспечения работы механизмов, машин. Он преобразует электрическую энергию в механическую, обеспечивает работу систем автоматизации производства.
Основные элементы электропривода — электродвигатель, устройство управления. В качестве "моторов" используют асинхронные двигатели, реже — двигатели постоянного тока, шаговые двигатели, серводвигатели. Системы управления электроприводами обеспечивают пуск, останов, реверс, регулирование скорости и момента на валу двигателя.
Электропривод находит применение в работе конвейеров, подъемно-транспортном оборудовании, роботах, станках, вентиляторах, насосах.
Пневматические и гидравлические цилиндры
Пневмо- и гидроцилиндры применяют как исполнительные механизмы в системах автоматического управления. Они преобразуют энергию сжатого воздуха или жидкости в механическую работу.
Пневмоцилиндры приводит в действие сжатый воздух. Они отличаются простотой конструкции, удобством обслуживания, высокой надежностью. Используются для перемещения, удержания грузов, зажима, фиксации деталей.
Гидроцилиндры работают от жидкости под давлением. Обладают большим усилием. Они нужны в системах с тяжелыми нагрузками. Используются для перемещения станочных узлов, в металлорежущем оборудовании, прессах.
Пневмо- и гидроцилиндрами управляет автоматика с помощью распределительной аппаратуры, которая обеспечивает подачу, сброс давления. Это позволяет использовать цилиндры в автоматизированных системах.
Конвейеры
Конвейеры нужны для автоматизированной транспортировки грузов при производственных операциях. Они повышают производительность труда за счет механизации погрузочно-разгрузочных работ.
Виды конвейеров: ленточные, роликовые, пластинчатые, вибрационные, ковшовые. Выбор типа зависит от груза. Для сыпучих материалов подходят вибрационные транспортеры. Перемещать готовую продукцию лучше по ленточным конвейерам.
Работой конвейеров управляет система автоматики, которая обеспечивает пуск, останов, заданную скорость движения. Для контроля загрузки используют датчики веса, наполнения. Применение конвейеров в комплексных автоматизированных системах позволяет связать в единый технологический процесс транспортировку, складирование, упаковку.
Контроллеры
Контроллеры — устройства автоматического управления, которые обеспечивают работу систем промышленной автоматизации. Они собирают данные, обрабатывают сигналы, формируют управляющие воздействия, связь с объектом.
Модуль ЦП L22_40CU_R
Существует много промышленных контроллеров: ПЛК (PLC), промышленные компьютеры, микроконтроллеры, реле.
Контроллер содержит центральный процессор, память, модули ввода/вывода. В него загружается пользовательская программа автоматического управления. Контроллеры используют интерфейсы и протоколы связи, что позволяет интегрировать их в единую систему автоматизации предприятия.
ПЛК
Программируемый логический контроллер (ПЛК) — универсальное устройство автоматизации для создания систем управления. Типичный пример оборудования — модуль ЦП L22_40CU_R.
ПЛК содержит процессор, память, модули ввода/вывода и коммуникационные интерфейсы. ПЛК программируют с помощью специального программного обеспечения. Контроллеры отличаются гибкостью настройки, возможностью изменения алгоритмов управления путем перепрограммирования. Модульные средства автоматизации можно масштабировать за счет добавления периферии.
ПЛК применяют на конвейерах, станках, в химической и пищевой промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве. Оборудование позволяет реализовать алгоритмы управления технологическими процессами, обеспечивая гибкую настройку систем автоматизации.
Промышленные компьютеры
Подходят для случаев, когда нужна автоматизация технологических процессов в сложных условиях производства. Надежные, отказоустойчивые. Компьютеры изготавливают с учетом сложных условий: усиленный корпус, защита от вибраций, пыли, влаги, агрессивных сред, широкий температурный диапазон.
ПК используют высокопроизводительные процессоры, имеют интерфейсы для подключения к устройствам автоматизации, промышленные стандарты качества. Компьютеры нужны для сбора и хранения данных, визуализации, диспетчеризации, реализации алгоритмов управления в системах автоматизации.
ПК позволяют создавать надежные распределенные системы управления сложными технологическими процессами в условиях проведения жестких производственных операций.
Панели оператора
Предназначены для отображения информации, управления технологическим процессом с производственного объекта. Имеют встроенный дисплей: ЖК, светодиодный, на основе электронных чернил. Есть элементы управления: кнопки, клавиатуру, сенсорный экран.
Панели позволяют оператору контролировать ход техпроцесса, вносить изменения в алгоритмы управления, реагировать на нештатные ситуации. Их подключают к контроллерам по промышленным сетям, используют ПО для визуализации. Панели нужны на производстве для повышения эффективности управления технологическим оборудованием в режиме реального времени.
Сетевое оборудование на производстве
Используется для организации обмена данными между устройствами автоматизации производства. Сети позволяют объединить все подсистемы предприятия в единую АСУ ТП.
Основные компоненты сетей: кабели, коммутаторы, маршрутизаторы, модемы, преобразователи интерфейсов, источники бесперебойного питания. Еще применяют сетевые адаптеры, повторители, усилители сигнала.
Промышленные коммутаторы
Для промышленных сетей используют кабели, устойчивые к электромагнитным помехам. Оборудование выбирают с запасом по мощности, отказоустойчивое, с расширенным температурным диапазоном.
Сети позволяют гибко масштабировать системы управления, обеспечивают своевременный обмен информацией на всех уровнях производства. Это критически важно для эффективной работы предприятия.
Коммутаторы
Предназначены для объединения нескольких устройств в пределах локальной сети. Они работают на канальном уровне модели OSI, выполняя только функции коммутации кадров.
Коммутатор содержит много портов для подключения устройств. Поступающие кадры направляет только на порт адресата, не загружая остальные сегменты сети.
Преимущества коммутаторов — высокая скорость передачи, надежность, простота масштабирования. Они позволяют строить сети сложной топологии, разграничивать трафик.
Коммутаторы применяют для построения сетей в распределенных системах автоматизации, объединения оборудования в цехах, на производственных участках. Это базовые элементы промышленных сетей, обеспечивающие высокоскоростной, надежный обмен данными в АСУ ТП.
Маршрутизаторы
Предназначены для объединения нескольких сетей, маршрутизации трафика между ними. Работают на сетевом уровне модели OSI. Осуществляют анализ поступающих IP-пакетов, на основе таблицы маршрутизации определяют путь их следования к получателю.
Современные маршрутизаторы поддерживают расширенные возможности настройки сети, разграничения доступа, ведения журналов, качества обслуживания.
Маршрутизаторы незаменимы при построении территориально-распределенных АСУ ТП, когда требуется объединение локальных сетей цехов в единую корпоративную сеть. Оборудование обеспечивает надежный, быстрый обмен данными между подразделениями предприятий, повышая эффективность систем управления.
Преобразователи интерфейсов
Используются, когда требуется объединить устройства с разными типами интерфейсов передачи данных. Они выполняют преобразование сигналов из одного протокола в другой. Бывают преобразователи последовательного интерфейса в Ethernet, Profibus в Ethernet, USB в RS-485, Ethernet в оптоволокно и многие другие.
Оборудование позволяет интегрировать в сеть устройства, которые изначально не годились для синхронной работы. С ними можно подключить по Ethernet старые средства автоматизации с RS-232.
Устройства применяют при модернизации, расширении систем автоматизации, когда надо подключить оборудование с устаревшими интерфейсами. Преобразователи интерфейсов расширяют возможности по интеграции разнородного оборудования в единую систему управления предприятием.
Программное обеспечение АСУ ТП
Программное обеспечение играет основную роль в построении автоматизированных систем управления технологическими процессами. ПО позволяет поднять уровень автоматизации, выполнить максимум операций за единицу времени.
На предприятиях используют разные классы ПО: SCADA-системы, HMI/MMI, программы для ПЛК, OPC-серверы, драйверы для оборудования, базы данных.
SCADA-системы предназначены для визуализации, сбора и обработки данных, диспетчерского контроля. Программы для ПЛК выполняют алгоритмы автоматического управления. С помощью ПО реализуется взаимодействие всех подсистем автоматизации между собой и с персоналом предприятия. Оно определяет функционал, удобство использования АСУ ТП.
Тщательный выбор программного обеспечения позволяет успешно реализовать эффективное функционирование интегрированных систем управления производством.
Производством и поставкой оборудования для автоматизации занимается российская компания "Консист Констракшн".
