Თანამედროვე სამრეწველო სისტემების გულშემადგენელი ავტომატიზაციის კონტროლის მოწყობილობაა, რომელიც ერთიან სისტემაში აერთიანებს სხვადასხვა კომპონენტებს, როგორიცაა სენსორები, კონტროლერები და აქტუატორები, რათა წარმოების ხაზები უწყვეტად მუშაობდეს. სტატისტიკაც ამას ადასტურებს – ბევრი საწარმო აღნიშნავს დაახლოებით 40%-იან შეცდომების შემცირებას ხელით შრომიდან ავტომატიზირებულ სისტემებზე გადასვლისას, როგორც აჩვენა მიმდინარე წლის ARC Advisory-ის კვლევამ. ავიღოთ ტემპერატურის რეგულირება დიდ ქიმიურ რეაქტორებში ან რობოტული მხების უშეფერხოვად თანამშრომლობა – ეს სისტემები შეუძლიათ მილიმეტრის მეათასედი მილიმეტრის სიზუსტით შეინარჩუნონ პარამეტრები. და ახლა ყველაფერი უფრო გონიერდება: წამყვანი მწარმოებლები უკვე იწყებენ ხელოვნური ინტელექტის საფუძველზე დამუშავებული პროგნოზირების ინსტრუმენტების ჩაშენებას კონტროლის ერთეულებში, რათა საწარმოებმა ინფორმაცია მყისვე დამუშავონ და მიმდინარე რეჟიმში შეესწორონ ოპერაციები, გარე ანალიზის მოლოდინის გარეშე.
Ინდუსტრიული ავტომატიზაციის გზა ნამდვილად 1960-იან წლებში დაიწყო, როდესაც ძველი ელექტრომექანიკური რელეები მხოლოდ და მხოლოდ ჩართავდნენ და გამორთავდნენ რაღაცებს. დრო წინ გადავიდეთ 1990-იანებში და ვნახეთ, რომ პროგრამირებადმა ლოგიკურმა კონტროლერებმა (PLC) ფაქტობრივად დაიპყრო საწარმოები, სადაც წარმოებული იყო დისკრეტული პროდუქცია. ეს მცირე შრომისმოყვარეები თითქმის 1,000 შესასვლელ-გამოსასვლელ წერტილს ამუშავებდნენ ყოველ წამში. დღეს თანამედროვე სმარტ კონტროლერები ბევრად წინ წავიდნენ. ისინი ურთიერთობენ ინდუსტრიულ ინტერნეტის ყოველივისთან, ასრულებენ 15 მილიონ ინსტრუქციას წამში და 30%-ით ნაკლებ ენერგიას იხმარენ თავიანთ ძველ ანალოგებთან შედარებით. არ უნდა დავავიწყდეს ზღვისპირა კომპიუტერიზაციის მოდულებიც. ეს მანქანები საშუალებას აძლევს მანქანებს, რომ თავისი წყაროსთან ახლოს ფიქრობდნენ, რაც მნიშვნელოვნად ამცირებს დაშორებული ღრუბლოვანი სერვერების დამოკიდებულებას, ნახევარზე მეტით ამცირებს მის გამოყენებას ნახევარგამტარის წარმოების მსგავს ოპერაციებში, როგორც გამოთქმულია წლის წინ გამოქვეყნებულ დელოიტის ანგარიშში.
Თანამედროვე სისტემები ასრულებენ სამ ძირეულ ფუნქციას:
Ეს ინტეგრირებული მიდგომა უზრუნველყოფს 99,95%-იან მუშაობის დროს ავტომობილების შედუღების ხაზებში და დეფექტური პროდუქციის დონეს 0,1%-ზე ნაკლებს ფარმაცევტულ შეფუთვაში (McKinsey 2023 წლის მანქანათმშენებლობის სარგებლობის შესახებ კვლევა). როგორც კი უმჯობესდება პროცესის კონტროლის ინსტრუმენტები, ეს სისტემები უფრო მეტად თვითდიაგნოსტიკას უწევს შესასვენებლობის საჭიროებებს, რაც ძრავების გაუმართაობას წინასწარ 800 სამუშაო საათით იპყრობს
Კონტროლერის სწორად შერჩევა გულისხმობს რამდენიმე ფაქტორის წინასწარ განხილვას. პასუხის დრო ძალიან მნიშვნელოვანია მაღალი სიჩქარის აღებისა და დადების ოპერაციების მსგავს აპლიკაციებისთვის, სადაც ±10მს-ის სხვაობაც კი შეიძლება გადამწყვეტი იყოს. ასევე არსებობს სიზუსტის მოთხოვნებიც. ნახევარგამტარების მუშაობას ხშირად ერთი მილიმეტრზე ნაკლები დაშვება სჭირდება. ასევე არ უნდა დაგავიწყდეთ მასშტაბირებადობაც. უმეტესი ექსპერტი რეკომენდაციას აძლევს დაახლოებით 30-დან 50 პროცენტამდე დამატებითი სიმძლავრის დატოვებას, როდესაც ბიზნესი იზრდება. წლის ბოლოს მიღებული მრეწველობის მონაცემების მიხედვით, ნარევი წარმოების პირობებში წარმოების მეტი ვიდრე ნახევარი შეჩერება ფაქტობრივად იმით არის გამოწვეული, რომ გამოყენებული კონტროლერები უბრალოდ არ შეესაბამებიან მანქანების საჭიროებებს. ეს ნამდვილად ადასტურებს, თუ რატომაა იმდენად მნიშვნელოვანი ტექნიკური სპეციფიკაციების შესაბამისობა საწარმოში მიმდინარე პროცესებთან, რათა ექსპლუატაცია გლუხვად მიმდინარეობდეს და არ მოხდეს მოულოდნელი შეჩერებები.
Პროგრამირებადი ლოგიკური კონტროლერები (PLC) ძირეულად ყველგან არის, სადაც მილიწამში გადაწყვეტილებების მიღება მნიშვნელოვანია, წარმოიდგინეთ ასამბლების ხაზები, რომლებიც მილიწამში უნდა რეაგირებდნენ. ეს კონტროლერები უზრუნველყოფენ მუშაობის გლუხეს ბოთლების დახურვის მანქანებში, რომლებიც წუთში დაახლოებით 400 ბოთლს ამუშავებენ, რა თქმა უნდა იმ ზუსტ რობოტიზებულ შედუღების მანქანებზე, რომლებიც ყოველთვის აღწევენ 0.05 მმ-იან სიზუსტეს. რატომ არიან ისინი ასეთი პოპულარული? მისი ლესტრული ლოგიკის პროგრამირების წყალობით ბევრად მარტივდება კონვეიერების ერთმანეთთან სინქრონიზაცია და საწარმოს მთელ ფართობზე საჭირო უსაფრთხოების სისტემების ჩამოყვანა. მრეწველობის სპეციალისტები აღნიშნავენ ერთ საინტერესო ფაქტს უახლესი Process Control Handbook-ის სტატისტიკიდან – ჩვეულებრივ კომპიუტერულ სისტემებთან შედარებით PLC-ები ავტომობილების წარმოების საწარმოებში დამონტაჟების დროს ამცირებენ დაახლოებით 40%-ით. ასეთი ეფექტიანობა ახსნის, რატომ რჩება ისინი პირველადი არჩევანი, მიუხედავად ახალი და მოდური ტექნოლოგიების გამოჩენისა.
Განაწილებული კონტროლერების სისტემები (DCS) ნამდვილად გამოირჩევიან იმ სამრეწველო გარემოში, სადაც მთელი საწარმოს მასშტაბით ყველაფერი უნდა ერთობლივად მუშაობდეს. მაგალითად, ნავთობის გასამუხტ ქარხნებში ეს სისტემები შეძლებენ ტემპერატურის მარცვლად შენარჩუნებას ნახევარ გრადუს ცელსიუსამდე, მაშინაც კი, როდესაც მთელ ქარხანაში 5000-ზე მეტი შესასვლელი/გამოსასვლელი წერტილის მართვა ხდება. ამ სისტემები იყენებენ საკმაოდ მაღალი დონის კონტროლის მეთოდებს კატალიზური კრეკინგის მსგავსი რთული პროცესების მართვისთვის, ხოლო უწყვეტი მუშაობის პერიოდში დაახლოებით 99,8%-იანი უწყვეტობის დაცვას უზრუნველყოფს. DCS-ის უახლეს ვერსიებზე დამონტაჟებულია ინტელექტუალური შემსვენებლობის შესაძლებლობები, რომლებიც მოწყობილობების გამართულებას წინასწარ იწვევს. ამ თანამედროვე სისტემების გამოყენების შემთხვევაში საწარმოები აღნიშნავენ დაახლოებით 57%-ით ნაკლებ გამოვარდნებს ძველი სისტემების შედარებით, რაც უზრუნველყოფს უსაფრთხოებისა და წარმოების ეფექტიანობის მნიშვნელოვან გაუმჯობესებას.
Პროგრამირებადი ავტომატიზაციის კონტროლერები აერთიანებს ტრადიციული PLC-ების საიმედო კონტროლის ფუნქციებს ჩვეულებრივი კომპიუტერების სერიოზულ გამოთვლით სიმძლავრესთან, რაც მათ საშუალებას აძლევს მაღალი ეფექტიანობით უმკლავდებიან რთულ ამოცანებს. წარმოიდგინეთ ადაპტიური შეფუთვის ხაზები, რომლებსაც ერთდროულად უნდა მართავდნენ 15-ზე მეტი სხვადასხვა პროდუქის ტიპი. ეს სისტემები შეძლებენ როგორც ლესტრის ლოგიკის, ასევე დამატებითი კოდირების ენების, როგორიცაა C++, გამოყენებას. ეს ორმაგი შესაძლებლობა საშუალებას აძლევს მწარმოებლებს მათ დაკავშირებას სრულად განვითარებულ მანქანურ ხედვის სისტემებთან, რომლებიც აღმოაჩენენ დეფექტებს სიჩქარით 120 სურათი წამში. წელიწადის წინ ჩატარებულმა კვლევამ აჩვენა, რომ კომპანიები, რომლებმაც გამოიყენეს PAC ტექნოლოგია საკვების დამუშავების პროცესში, საშუალოდ მიიღეს დაახლოებით 22%-იანი ზრდა მთლიანი მოწყობილობის ეფექტიანობაში (OEE) საუკეთესო ხარისხის მონიტორინგის წყალობით რეალურ დროში.
Ერთ-ერთმა სპეციალურ ქიმიკატებზე მომუშავე კომპანიამ დაახლოებით მესამედით შეამცირა სერიული წარმოების ციკლები, როდესაც ძველი რელეს სისტემები ჩაანაცვლა თანამედროვე PAC-ებით, რომლებსაც ქარხნიდან გამოსვლისას უკვე ჰქონდათ ჩაშენებული SQL ბაზები. ეს ცვლილება აღმოფხვრა 18 მოტყუარი ხელით შეყვანის ამოცანა და უზრუნველყო ყველაფრის მკაცრი FDA ნორმების (კერძოდ, ნაწილი 11) შესაბამისობა უსაფრთხო ციფრული ჩანაწერების საშუალებით, რომლებიც შეუცვლელია მოგვიანებით. ამას შეუხვდა ფოლადის ქარხანა, რომელიც უწყვეტი გალვანიზაციის ოპერაციებს უწევს, სადაც ინჟინრებმა 99,95%-იანი უწყვეტი მუშაობის დრო შეინარჩუნეს, მიუხედავად იმისა, რომ დიდი მოცულობის დამუშავება ხდებოდა დღეში დღე. ეს შესაძლებელი გახდა სარეზერვო კონტროლის სისტემების დაყენებით, რომლებიც სპეციალური შეყვანის/გამოყვანის მოდულებით იყო აღჭურვილი და რომლებიც შესაძლებელი იყო გამომშვიდობის გარეშე გაეცვალა მუშაობის დროს, რაც განსაკუთრებით შთამბეჭდავია, გათვალისწინებული იქნება ის ფაქტი, რომ ისინი დღეში დაახლოებით 1,200 ტონას ადამუშებენ.
Ეფექტური ავტომატიზაცია დამოკიდებულია სწორად კონფიგურირებულ შეყვანის/გამოყვანის (I/O) სისტემებზე და მდგრად კომუნიკაციურ პროტოკოლებზე, რომლებიც უზრუნველყოფს მოძრავ გარემოში სენსორებს, აქტუატორებს და კონტროლერებს შორის უწყვეტ ურთიერთქმედებას.
Ინდუსტრიულ სისტემებთან მუშაობისას დიზაინერებმა უნდა იცოდნენ ორობით მოწყობილობებს და ცვალებადი დიაპაზონის მოწყობილობებს შორის განსხვავება, რომლებიც უწყვეტ მონაცემთა ნაკადებს ამუშავებენ. აიღეთ, მაგალითად, დისკრეტული I/O, რომელიც ძირეულად მარტივ დიახ/არა სიგნალებს აღებს ზღვარის სარქვლების ან დაბლა დაჭერის ღილაკების მსგავსი მოწყობილობებიდან. მეორის მხრივ, ანალოგური I/O მუშაობს უწყვეტი გაზომვებით, როგორიცაა ტემპერატურის მაჩვენებლები ან წნევის დონეები დროის განმავლობაში. ამისთვის საჭიროა ბევრად უფრო ზუსტი დისკრეტიზაციის სიხშირე, რათა ნამდვილი სიგნალი მთლიანად შეინარჩუნდეს მნიშვნელოვანი დეტალების დაკარგვის გარეშე. უმეტესი გამოცდილი ინჟინრის მიერ ირჩევა სისტემურ დიზაინში დამატებით დატოვებული 25 I/O წერტილი. რატომ? იმიტომ, რომ არავინ შეუძლია ზუსტად განსაზღვროს, თუ რა შეცვლები შეიძლება მომავალში მოხდეს, როდესაც პროცესები განახლდება ან გაფართოვდება.
I/O კაბინეტების კონტროლის ოთახების მიუღმაში განთავსება ელექტრო წყობის შემცირებაში გვეხმარება, თუმცა ასეთი კონფიგურაცია ხშირად იძლევა საშუალებას გრძელი გამტარების ზრდას. როდესაც მწარმოებლები განათავსებენ დისტრიბუციულ I/O მოდულებს მოწყობილობებთან ახლოს, ისინი მნიშვნელოვნად ეკონომიას ხდენ კაბელების გაყვანაში. ზოგიერთი ანგარიშის მიხედვით, დიდ სამრეწველო სივრცეებში ეს ეკონომია შეადგენს 60-დან 80%-მდე. ბევრი კომპანია ახლა მიმართავს IP67 რეიტინგის მქონე დისტანციურ I/O სადგურებს, რომლებიც შეიძლება პირდაპირ დამონტაჟდეს საწარმო მანქანებზე. ეს სისტემები კარგად მუშაობს სენსორებიდან რეალურ დროში მონაცემების შეგროვებისთვის, მაშინაც კი, როდესაც საწარმო ადგილებზე პირობები საკმაოდ რთულია.
Ethernet/IP უძღვება თანამედროვე ინსტალაციებს 100 Mbps სიგვარეზით და IIoT პლატფორმებთან ნატიური თავსებადობით. Modbus TCP კვლავ ფართოდ გამოიყენება ძველი მოწყობილობების ახალ ქსელებში ინტეგრირებისთვის. მრეწველობის მიმართულებები ამ პროტოკოლებზე ამჟამად ხაზს უსვამს მათი უშუალო შესაძლებლობის გამო SCADA და MES-ის მსგავს საკონტროლო სისტემებთან დასაკავშირებლად.
Ბევრი ქარხანა მუშაობს სხვადასხვა მწარმოებლის მოწყობილობებზე, რომლებიც ათეულობით წლებს მოიცავს. პროტოკოლის კონვერტორები აერთებენ ძველ RS-485/Modbus RTU მოწყობილობებს Ethernet-ზე დაფუძნებულ ქსელებთან. არსებული ველური არხების ტოპოლოგიის გადატანა დაგეგმვის დროს თავიდან აცილებს ხარჯიან ხელახლა კონფიგურაციას, ხოლო OPC UA გამოდის როგორც უმჯობესი ამონახსნი მრავალპროტოკოლიანი გარემოს გაერთიანებისთვის.
Როდესაც IIoT სისტემები ინტეგრირდება საკიდურო კომპიუტინგთან, ისინი მნიშვნელოვნად ამცირებენ მონაცემთა დაყოვნებას — Ponemon Institute-ის კვლევები აჩვენებს დაახლოებით 70%-იან შემცირებას. ეს ნიშნავს, რომ მანქანებს შეუძლიათ მონაცემების დამუშავება პირდაპირ ადგილზე, ღრუბლიდან პასუხის მოლოდინის გარეშე. როგორც კი ასეთი ქსელები ფართოვდება წარმოების სივრცეებში, მასშტაბული IIoT სტრუქტურები უხეშად უმკლავდებიან ზრდას, ამასთან რჩებიან სტანდარტების ორგანიზაციების, მაგალითად ISO-ის 55000 ჩარჩოს მიერ დადგენილ რეგულატორულ საზღვრებში. ავიღოთ მაგალითად WoT Interoperability Layer. სმარტ ქარხნებში ჩატარებულმა რეალურმა გამოცდებმა აჩვენა, რომ ის 98% შემთხვევაში წარმატებით აერთიანებს სხვადასხვა პროტოკოლებს, თუმცა ბოლო რამდენიმე პროცენტის მისაღებად ხშირად საჭიროებს ზუსტ მორგებას, რომელიც დამოკიდებულია კონკრეტული ქარხნის პირობებზე და ძველი მოწყობილობების თავსებადობის პრობლემებზე.
Მოდულარული დიზაინები სისტემის განახლებას 30%-ით უფრო სწრაფად ახდენს შესაძლებელს, ვიდრე ფიქსირებული არქიტექტურები, 2024 წლის მანქანალუბრივი სტანდარტების მიხედვით. ციფრული ანალოგის ტექნოლოგია საშუალებას აძლევს ინჟინრებს წარმოების გაფართოების მოდელირება ფიზიკური ცვლილებების წინასწარ. პირველი დონის მომწოდებლები აღნიშნავენ 40%-იან დაბალ რეტროფიტინგის ხარჯებს, როდესაც იყენებენ კომპონენტებზე დაფუძნებულ სისტემებს, რომლებიც მხარს უჭერენ ინკრემენტულ IIoT განახლებებს.
Თანამედროვე პროგრამირების პლატფორმები უნივერსალური კომუნიკაციის დრაივერების წყალობით 99%-ით თავსებადია ძველი სისტემებთან — რაც საკრიტიკულ მნიშვნელობას აქვს მრავალპროვაიდერიან საწარმოებში. უახლესი პროგრამული კომპლექსები ნატივურად ინტეგრირდება HMI და MES სისტემებთან, რაც ავტომობილების სფეროში ინტეგრაციის დროს 50%-ით ამცირებს (Ponemon 2023).
Წინასწარმხედველი მწარმოებლები თავიანთი ავტომატიზაციის ბიუჯეტის 25% გამოყოფენ პროტოკოლ-აგნოსტიკურ ინფრასტრუქტურაზე, რადგან აღიარებენ, რომ კომუნიკაციის სტანდარტები 3–5 წელიწადში ერთხელ იცვლება (Ponemon 2024). WoT ინტეროპერაბელობის ფენამ მოწყობილობების ჩართვა 85%-ით გააჩქარა სემანტიკური სტანდარტიზაციის შედეგად, რაც უმნიშვნელოვანესი აღმოჩნდა უკანა თაობებთან თავსებადობის შესანარჩუნებლად ახალი IIoT სენსორებისა და აქტუატორების გამოყენების დროს.
Ავტომატიზაციის კონტროლის მოწყობილობები უზრუნველყოფს პროცესების მონიტორინგს, გადაწყვეტილებების მიღებას და სისტემის კორექტირებას, რაც უზრუნველყოფს წარმოების ხარისხისა და ეფექტიანობის ოპტიმალურ დონეს.
PLC-ები იდეალურია დისკრეტული, მაღალი სიჩქარის ამოცანებისთვის, ხოლო DCS-ები განკუთვნილია დიდმასშტაბიანი, უწყვეტი პროცესებისთვის, რომლებიც მოითხოვენ მთელი საწარმოს მასშტაბით კოორდინაციას.
Თავსებადობისა და ინტეგრაციის უზრუნველყოფა თავიდან ახშობს მორიგების ხარჯებს და უზრუნველყოფს საშუალებას საშუალებას მიქს-ვენდორულ მოწყობილობებს შორის უფლად ურთიერთქმედებისთვის.
IIoT ინტეგრაცია აჩქარებს მონაცემთა დამუშავების სიჩქარეს ადგილზე, რაც ამცირებს დაგვიანებებს და ვრცელდება მასშტაბული სტრუქტურების მართვის საშუალებას ქსელის გავრცელების მართვისთვის.
Copyright © 2024 by Shenzhen QIDA electronic CO.,ltd
EN