Основы автоматизации



Введение — цели автоматизации.

 

Главные причины, почему владелец решает выделить средства для автоматизации производства, являются, как будто, весьма понятными:

·        Увеличить производительность;

·        Снизить себестоимость;

·        Добиться повторяемости качества;

·        Обеспечить получение большей информации об объекте, т.е., "курице, несущей золотые яйца".

 

Какие проблемы могут мешать начать автоматизацию, даже если она назрела?

·        Недостаточно ясно, что и как автоматизировать, т.е., неясен алгоритм.

·        Непонятно, как лавировать между требованиям и стоимостью, т.е., как сделать экономичней и не промахнуться, и в итоге не решить задачу полностью.

 

Автоматизацию в большинство случаях в мире по запросу заказчика производит фирма, которую принято называть Интегратором Контрольных Систем (Control System Integrator). Такая фирма объединяет в одну систему элементы автоматики, программирование и технологический процесс. Автоматизация процессов реализуется согласно следующей блок-схеме:

 

Что надо в первую очередь соблюдать, приступая к автоматизации:

1.     Желательно, чтобы Ваш объект находился в зоне исполнителя.

2.     Если необходимо выбрать зарубежного исполнителя, следует обеспечить возможность сервисной поддержки со стороны местной фирмы или специалиста. В ином случае грозят длительные простои.

3.     Избегайте приобрести по дешевой цене устаревшие модели. Это может создавать серьезные проблемы при эксплуатации, и особенно при выходе из строя каких-то компонентов.

4.     Кроме этого следует отметить, что преимуществом Control System Integrator по сравнению с представителем производителя контроллеров является большая свобода выбора решений.

 

Общие тенденции автоматизации должны быть в разных странах похожи. Но в нюансах, в подходе и в мотивации могут быть отличия.

 

Датчики

 

Датчики, помещённые в среду производственного процесса, фиксируют состояние среды и динамику его изменения. Среда производства может быть ёмкостью, в которой находится окончательный или промежуточный продукт (например, тесто, молоко на разных стадиях, пивное сусло, масса химического продукта и т.д.), окружающая атмосфера или сам продукт (например, при производстве мясных изделий датчики температуры помещаются и в сам продукт). Перечень используемых датчиков может быть очень большим, но в производстве стараются использовать лишь проверенные на практике датчики, так как возможная ошибка датчика может исказить информацию о протекании процесса.

В промышленности наиболее распространены датчики для измерения следующих параметров: температура, давление, pH, поток в единицах объёма и массы, уровень, масса, влажность. Конечно, могут быть датчики и устройства и для измерения других величин, так как выбор и пригодность датчиков определяются требованиями конкретного применения. Так, например, в пищевой промышленности внешняя оболочка датчика должна быть из нержавеющей стали или другого инертного материала. Требования снижаются (но не всегда), если датчик используется в среде, не соприкасающейся с производимым продуктом (например, вода в рубашке технологической ёмкости).

Выбирая датчик, важно также учитывать его точность (разрешающую способность), инерционные свойства, устойчивость и стойкость в данных условиях. Например, проблемы регулировки температуры часто возникают не из-за точности, а из-за инертности датчика. При этом датчик реагирует на изменения температуры среды с задержкой. В этом случае нужно выбирать датчик с меньшей массой, в конструкции которого оптимизированы и другие параметры, влияющие на инерцию.

 

Исполнительные механизмы

 

Взаимодействие с исполнительными механизмами происходит через силовые элементы (магнитные пускатели, реле, софтстартеры, инверторы и т.д.). Эти элементы обычно монтируются в силовых шкафах управления, но инверторы и софтстартеры иногда (в зависимости от степени герметизации и условий среды) размещают на стене или другой арматуре. Обычно Интегратор Систем Управления занимается приобретением и сдачей в эксплуатацию инверторов и софтстартеров, в том числе программированием оптимальных рабочих параметров. Инверторы производятся почти всеми большими фирмами, которые специализируются на PLC. Фирмы, производящие системы электропитания и всяческие электроприводы, также выпускают инверторы.

 

Контроллеры с программируемой логикой (PLC)

 

Контроллеры с программируемой логикой (PLC), в которых заложена программа автоматизации процесса, являются центральным звеном системы автоматизации. Существует много фирм, производящих PLC, поэтому сложно выбрать подходящий контроллер.

 

Для этого, прежде всего, необходимо знать вид (аналоговые/цифровые) и число входов/выходов, а также используемую периферию (панель оператора, приборы отображения и т.д.) Для крупных объектов важно выбрать также количество PLC, виды связи и возможности использования выносных модулей.

 

В принципе, PLC известных фирм имеют схожие возможности, и, если в одном из них появилась какая-то новая возможность, то вскоре её копируют конкуренты. Поэтому выбор контроллера основывается на следующих принципах:

1.     заказчик часто выбирает контроллеры определённой фирмы потому, что устройства этой фирмы доминируют на предприятии. Так пользователю проще решать вопросы обслуживания оборудования;

2.     интегратор Систем Управления предпочитает PLC конкретной фирмы, если ранее на его основе создавался аналогичный проект;

3.     возможность получить информацию о программировании и других аспектах использования конкретного PLC. Это зависит от инициативы и компетентности местного представителя, а также от уровня сервиса предоставляемого производителем/разработчиком PLC;

4.     гибкая ценовая политика, т.е. на сколько поставщик PLC способен давать скидки при больших объёмах поставок, отложенные платежи и приспособляемость к особенностям финансирования конкретного проекта.

 

Фирмы, недавно появившиеся на рынке контроллеров, пытаются привлечь внимание отдельными новаторскими решениями, хотя и предлагают весьма узкий ассортимент PLC.

 

Система визуализации процесса — SCADA

 

Всё чаще системы автоматизации включают в себя компьютеры и сети.

 

Обычно задачей ПК в системе автоматизации является автоматическое управление, учёт и визуализация. Такие системы принято называть SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Чаще всего задачи PLC и PC разделяются следующим образом: PLС управляет процессом, а PС ведёт учёт и является расширенной панелью оператора. PLС некоторых фирм (например, Allen-Bradley) созданы по принципам PС. В таком случае "разделение труда" может быть иным.

Системы SCADA предлагаются почти всеми известными производителями PLС (SiemensWinCC, General Electric FanucCimplicity и т.д.) Некоторые фирмы специализируются на SCADA (Citect, Wonderware). Любая система SCADA поддерживает различные протоколы связи. Связь между SCADA, PLC и устройствами разных производителей можно обеспечить разными способами, но наиболее перспективным считается использование сервера OPC.

 

Главными функциями, которые есть практически во всех SCADA, являются:

 

1. Учёт данных

 

Система SCADA должна обеспечивать непрерывное считывание информации из PLC и других устройств. Эта информация анализируется в соответствии с запрограммированными формулами и логическими связями, затем наглядно предоставляется в виде графиков и таблиц. Данные накапливаются и архивируются, и затем можно просматривать ход процесса за любой прошлый период.

 

2. Помощник оператора — интерфейс

 

SCADA собирает всю информацию о процессе и обеспечивает её наглядное представление, чтобы оператор мог следить за протеканием процесса. Здесь важно разработать (запрограммировать) схему визуализации процесса, которая у человека чётко ассоциируется с реальным процессом. С этой целью используются изображения устройств, у которых меняется цвет или что-то ещё в зависимости от состояния — включено выключено, ручной или автоматический режим, аварийная ситуация или предупреждение, и т.д. В схеме визуализации процесса часто бывает нужным видеть ожидаемое направление процесса.

 

3. Мониторинг событий и происшествий

 

Система SCADA должна констатировать, отображать и сохранять сообщения об ошибках и других событиях процесса. Обычно предусмотрена возможность регистрации оператора и фиксирования времени констатации и устранения неполадок оператором. Удобный просмотр архива сообщений даёт инженерам и программистам дополнительную возможность анализировать причины ошибок, в результате можно повысить надёжность системы.

 

4. Базы данных

 

Важнейшей возможностью SCADA является накопление баз данных (SQL и других форматов) и их экспорт другим структурам предприятия. Например, часто бывает необходимо передать финансовому отделу информацию о расходе того или иного продукта.

 

Протоколы связи

 

Известно множество протоколов для связи между датчиками, PLС, PC, исполнительными механизмами, Internet и т.д.

 

Наиболее известны сегодня Profibus, DeviceNet, Ethernet, Modbus, AS-I, Lionwork, CAN, HART. Во многих случаях нет однозначной ясности, на каком протоколе (или их комбинации) реализовать проект. Оптимальный выбор протокола определяется топологией размещения устройств автоматики, числом устройств, быстродействием и областью применения. Протоколы AS-I, Profibus и CAN более популярны в Европе, DeviceNet — в США.

 

Заключение — тенденции развития технологий управления процессами в будущем.

 

1. Меньшие цены, меньшие размеры

 

В предложении PLС ощущается тенденция снижения цен и уменьшения размеров устройств. Это связано, главным образом, с развитием полупроводниковых технологий, дающим возможность создавать более компактные устройства с меньшим числом компонентов.

 

2. Панель оператора — PC

 

Всё чаще в автоматизации процессов применяются программы визуализации SCADA. Программа визуализации выполняет также функции панели оператора. В этом случае нет необходимости применять специализированную панель оператора PLC.

 

3. PLC + PC — новый подход к управлению процессами

 

Всё большее распространение комплексных решений меняет подход к контролю и управлению. Опираясь на возможности PC, получаемую информацию и дружественный интерфейс Windows, оператор активно участвует в усовершенствовании управления процессом, часто даже не осознавая этого.