В сърцето на съвременните индустриални системи стои апаратура за автоматизация, която свързва всевъзможни компоненти като сензори, контролери и изпълнителни механизми, за да осигури непрекъснато функциониране на производствените линии. Статистиката потвърждава това – според проучване на ARC Advisory миналата година, много фабрики отбелязват около 40% намаление на грешките при прехода от ръчна работа към автоматизирани системи. Вземете регулирането на температурата в големите химически реактори или синхронизираната работа на роботизирани ръце – тези системи могат да поддържат точност до една хилядна от милиметъра. А нещата стават още по-умни – водещи производители започват да вграждат AI базирани предиктивни инструменти директно в своите контролни устройства, така че заводите да могат моментално да обработват информация и да коригират операциите в реално време, без да чакат външни анализи.
Пътят на индустриалната автоматизация наистина започна през 60-те години на миналия век, когато старомодните електромеханични реле не правеха нищо повече от включване и изключване на устройства. Скок напред до 90-те и програмируемите логически контролери, или накратко PLC, станаха почти навсякъде в заводите за производство на отделни продукти. Тези малки работни коне можеха да обработват около 1000 входни/изходни точки всяка секунда. Днес съвременните умни контролери са изминали дълъг път. Те могат да комуникират с Индустриалния интернет на нещата, като изпълняват 15 милиона инструкции в секунда, използвайки при това с 30% по-малко енергия в сравнение с по-старите си версии. И нека не забравяме и модулите за крайно изчисляване (edge computing). Те позволяват на машините да мислят самостоятелно точно на място, намалявайки зависимостта от отдалечени облачни сървъри почти наполовина при критични операции като производството на полупроводници, според доклада на Deloitte от миналата година.
Съвременните системи изпълняват три съществени функции:
Този интегриран подход осигурява 99,95% време на работа при заваръчни линии в автомобилната промишленост и процент на дефекти под 0,1% в опаковката на фармацевтични продукти (McKinsey 2023 Проучване за еталонни показатели в производството). С напредъка на средствата за контрол на процесите, тези системи все по-често самостоятелно диагностицират нуждите си от поддръжка, предвиждайки повреди на мотори до 800 работни часа преди фактически отказ.
Изборът на правилния контролер изисква първоначално разглеждане на няколко фактора. Времето за отклик има голямо значение за приложения като операции с висока скорост за вземане и поставяне, където ±10 ms могат да направят цялата разлика. Също така има и изисквания за прецизност. Работата в полупроводниковата индустрия често изисква допуски под един милиметър. Не забравяйте и мащабируемостта. Повечето експерти препоръчват да се остави около 30 до 50 процента допълнителен капацитет за бъдещ растеж на бизнеса. Според данни от миналата година от последните проучвания в индустрията, повече от половината от производствените спирания в условията на смесено производство всъщност се дължат на използването на контролери, които просто не отговарят на нуждите на машините. Това наистина подчертава колко важно е съгласуването на техническите спецификации с реалните условия на работното място, за да се осигури непрекъснат ход на операциите без неочаквани прекъсвания.
Програмируемите логически контролери (PLC) са навсякъде, където решението в рамките на милисекунди има значение, помислете за производствени линии, които трябва да реагират в рамките на милисекунди. Тези контролери осигуряват гладко функциониране на машини за капсулиране на бутилки, които могат да обработват около 400 бутилки в минута, без дори да споменаваме свръхточните роботизирани заваръчни устройства, които постигат точност от 0,05 мм всеки път. Какво ги прави толкова популярни? Е, програмирането им чрез логика на релейни схеми значително улеснява настройката на предавателни ленти да работят заедно и инсталирането на критични системи за безопасност в целия завод. Специалистите отбелязват интересен факт от последните статистики в „Ръководство за процесен контрол“ – в сравнение с обикновенните компютърни системи, PLC намаляват времето за настройка с около 40% в автомобилни производства. Такава ефективност обяснява защо те продължават да бъдат предпочитания избор, въпреки всички нови модни технологии.
Системите за разпределен контрол (DCS) наистина се отличават в индустриални условия, където всичко трябва да работи заедно в целия обект. Вземете например петролните рафинерии – тези системи могат да поддържат температурата стабилна в рамките на половин градус по Целзий, дори когато управляват над 5000 входни/изходни точки в целия завод. Тези системи използват сложни методи за управление, за да обработват сложни процеси като каталитично разцепване, като едновременно осигуряват почти перфектно време на работа от около 99,8% по време на непрекъсната експлоатация. Най-новите версии на DCS са оборудвани с интелигентни функции за поддръжка, които всъщност предвиждат повреди на оборудването преди те да се случат. Заводите, използващи тези модерни системи, докладват около 57% по-малко неочаквани спирания в сравнение с по-стари конфигурации, което прави голяма разлика както за безопасността, така и за производствената ефективност.
Програмируемите автоматични контролери обединяват надеждните функции за управление на традиционните PLC с изчислителната мощ от редовните персонални компютри, което ги прави изключително подходящи за справяне със сложни задачи. Помислете за адаптивни линии за опаковане, които трябва да управляват повече от 15 различни типа продукти едновременно. Тези системи могат да изпълняват както програмиране с логическа схема, така и напреднали езици за програмиране като C++. Тази двойна възможност позволява на производителите да ги свързват с изискани системи за машинно виждане, които откриват дефекти с впечатляваща скорост от 120 изображения в секунда. Някои проучвания от миналата година показват, че когато компаниите внедряват технология PAC в своите операции по преработка на храна, обикновено наблюдават около 22 процента подобрение на общата ефективност на оборудването благодарение на по-добро качество на мониторинга в реално време.
Една специализирана химическа компания успя да съкрати циклите на пакетно производство с почти една трета, като замени старите релейни системи с модерни програмируеми автоматични контролери (PAC), които от самото начало разполагат с вградени SQL бази данни. Тази промяна елиминира 18 досадни ръчни операции по въвеждане на данни и гарантира спазването на строгите изисквания на FDA (точно част 11) чрез сигурни цифрови записи, които не могат да бъдат променяни по-късно. Междувременно в стоманодобивен завод, който извършва непрекъснати галванизационни операции, инженерите успяват да поддържат непрекъснатата работа с надеждност от 99,95%, дори при обработване на огромни обеми всеки ден. Постигнато е това чрез монтаж на резервни системи за управление със специални входни/изходни модули, които могат да се сменят на летящо, без да се спира производството – доста впечатляващо, като се има предвид, че всеки ден се обработват около 1200 тона.
Ефективната автоматизация разчита на правилно конфигурирани входни/изходни (I/O) системи и надеждни комуникационни протоколи, които осигуряват безпроблемно взаимодействие между сензори, изпълнителни механизми и контролери в динамични среди.
Когато работят с индустриални системи, проектиращите трябва да знаят разликата между двоичните устройства, които просто включват и изключват неща, и тези с променлив диапазон, които обработват непрекъснати потоци от данни. Вземете например дискретния I/O – той по същество се занимава с прости сигнали тип да/не, идващи от неща като крайни прекъсвачи или бутони. От друга страна, аналоговият I/O работи с непрекъснати измервания като температурни показания или нива на налягане във времето. Тези изискват много по-високи честоти на вземане на проби, за да се запази действителният сигнал без загуба на важни детайли. Повечето опитни инженери препоръчват да се оставят около 25 допълнителни I/O точки в проекта на системата. Защо? Защото никой не може точно да предвиди какви промени могат да възникнат в бъдеще, когато процесите бъдат актуализирани или разширени по-късно.
Поставянето на I/O кабинети веднага до контролните зали помага за намаляване на електрическите смущения, макар че тази конфигурация често означава работа с множество дълги кабели, преминаващи навсякъде. Когато производителите инсталират разпределени I/O модули по-близо до действащото оборудване, те могат значително да спестят пространство за кабели. Някои доклади сочат икономия от 60 до 80 процента в големи промишлени съоръжения. Много компании вече използват дистанционни I/O станции с рейтинг IP67, които могат да бъдат монтирани директно върху производствените машини. Такива конфигурации работят отлично за събиране на данни в реално време от сензори, дори когато условията на работното място са доста сурови.
Ethernet/IP води съвременните инсталации с пропускателна способност от 100 Mbps и нативна съвместимост с IIoT платформи. Modbus TCP продължава да се използва широко за интегриране на остарели устройства в нови мрежи. Промишлените насоки подчертават тези протоколи поради безпроблемната им свързаност с надзорни системи като SCADA и MES.
Много заводи работят с оборудване от различни доставчици, охващащо десетилетия. Протоколните конвертори свързват по-стари устройства с RS-485/Modbus RTU с мрежи, базирани на Ethernet. Картографирането на съществуващите fieldbus топологии по време на планирането предотвратява скъпоструващи преустройства, като OPC UA се превръща в предпочитано решение за обединяване на среди с множество протоколи.
Когато системите на IIoT бъдат комбинирани с възможности за крайно изчисление, те значително намаляват забавянията в предаването на данни — проучване на Института Понемон показва намаления от около 70%. Това означава, че машините могат наистина да обработват информация директно на място, вместо да чакат отговори от облака. Докато тези мрежи се разширяват по производствените площи, мащабируемите рамки на IIoT поемат растежа без никакви проблеми, като едновременно с това спазват регулаторните изисквания, установени от стандартизиращи организации като ISO чрез техния стандарт 55000. Вземете например WoT слоя за интероперабилност. Реални тестове в умни фабрики показват, че той успешно свързва различни протоколи приблизително в 98% от случаите, въпреки че постигането на последните няколко процента често изисква допълнителна настройка, базирана на конкретните условия в завода и възможните проблеми със съвместимостта на остаряло оборудване.
Модулните проекти осигуряват 30% по-бързо обновяване на системите в сравнение с фиксираните архитектури, според производствените стандарти за 2024 г. Технологията цифров двойник позволява на инженерите да симулират разширяване на производството преди физически промени. Доставчици от първо ниво съобщават за 40% по-ниски разходи за модернизация, когато използват компонентни системи, които поддържат стъпкови IIoT надграждания.
Съвременните програмни платформи постигат 99% съвместимост със старти системи чрез универсални комуникационни драйвери — от решаващо значение в заводи с месани доставчици. Най-новите софтуерни пакети имат вградена интеграция с HMI и MES, което намалява времето за интеграция с 50% в автомобилни приложения (Ponemon 2023).
Прогресивните производители заделят 25% от бюджета си за автоматизация за инфраструктура, независима от протокола, като признават, че комуникационните стандарти се променят на всеки 3–5 години (Ponemon 2024). Слой за интероперабилност в Интернет на нещата (WoT) осигури 85% по-бързо включване на устройства чрез семантична стандартизация, което се оказа от решаващо значение за запазване на обратната съвместимост при внедряването на нови IIoT сензори и акумулатори.
Оборудването за автоматизирано управление извършва наблюдение на процеса, вземане на решения и настройка на системата, което гарантира оптимално качество и ефективност на производството.
PLC са идеални за отделни, високоскоростни задачи, докато DCS са подходящи за мащабни, непрекъснати процеси, изискващи координация в мащаб на цялото съоръжение.
Осигуряването на съвместимост и интеграция предотвратява скъпата преорганизация и позволява гладко взаимодействие между оборудване от различни доставчици.
Интеграцията на IIoT подобрява скоростта на обработка на данни на местото, намалява забавянията и разширява мащабируемите рамки за управление на мрежовия растеж.
Авторско право © 2024 от Shenzhen QIDA electronic CO.,ltd
EN