Mūsdienu rūpniecisku sistēmu centrā atrodas automātiskās vadības iekārtas, kas savieno dažādus komponentus, piemēram, sensorus, kontrolērus un aktuatorus, lai ražošanas līnijas darbotos bez problēmām. Statistika to apstiprina — pēc pētījuma, ko pagājušajā gadā veica ARC Advisory, daudzas rūpnīcas ziņo par aptuveni 40% kļūdu samazinājumu, pārejot no manuālā darba uz automatizētām sistēmām. Ņemot vērā temperatūras regulēšanu lielos ķīmiskajos reaktoros vai robotu rokturu bezproblēmu sadarbību — šīs sistēmas spēj precīzi ievērot specifikācijas līdz pat vienai tūkstošdaļai milimetra. Turklāt sistēmas kļūst arvien gudrākas — vadošie ražotāji sāk integrēt mākslīgā intelekta balstītas prognozēšanas rīkus tieši savos vadības blokos, ļaujot rūpnīcām nekavējoties apstrādāt informāciju un operatīvi pielāgot darbības, nekavējoties reaģējot, nevis gaidot ārējo analīzi.
Industriālās automatizācijas ceļš patiešām sākās 60. gados, kad tie vecmodīgie elektromehāniskie releji nedarīja neko citu kā vien ieslēdza un izslēdza ierīces. Pārmetot uz priekšu līdz 90. gadiem, programmējamie loģikas kontrolieri, saīsināti PLC, kļuva par būtisku sastāvdaļu gandrīz katrā rūpnīcā, kas ražo atsevišķus produktus. Šie mazie darbinieki spēja apstrādāt aptuveni 1000 ieejas/izejas punktus katru sekundi. Tagad mūsdienu inteligentie kontrolieri ir nonākuši tālu. Tie var sazināties ar Industriālo lietu interneta tīklu, vienlaikus izpildot 15 miljonus instrukciju sekundē, patērējot par 28% mazāk enerģijas salīdzinājumā ar saviem vecākajiem priekštečiem. Un neaizmirsīsim arī malu aprēķinu moduļus. Šie puiši ļauj mašīnām domāt pašām savas darbības vietā, samazinot atkarību no attālajiem mākoņa serveriem gandrīz par pusi kritiskās operācijās, piemēram, pusvadītāju ražošanā, kā norādīts Deloitte ziņojumā pagājušā gada.
Mūsdienu sistēmas veic trīs būtiskas funkcijas:
Šis integrētais pieeja nodrošina 99,95% darbības laiku automašīnu metināšanas līnijās un defektu līmeni zemāku par 0,1% farmaceitisko iepakojumu ražošanā (McKinsey 2023. gada Ražošanas salīdzinājuma pētījums). Tā kā procesu vadības instrumenti attīstās, šīs sistēmas arvien biežāk pašas diagnosticē savu apkopi, paredzot motora izgāšanos līdz pat 800 ekspluatācijas stundām pirms tās.
Pareizas vadības ierīces izvēle nozīmē, ka vispirms jāapsver vairāki faktori. Reakcijas laiks ir ļoti svarīgs augsta ātruma pacelšanas un novietošanas operācijām, kur ±10 ms var izšķirt lielu starpību. Arī precizitātes prasības ir svarīgas. Pusvadītāju ražošanai bieži nepieciešamas tolerances zem viena milimetra. Neaizmirstiet arī par mērogojamību. Lielākā daļa ekspertu iesaka atstāt aptuveni 30 līdz 50 procentus papildu jaudas, lai nodrošinātu iespēju uzņēmuma izaugsmi. Saskaņā ar neseniem nozares datiem no pagājušā gada, vairāk nekā puse ražošanas apstāšanās sajaukto ražošanas apstākļu vidē patiesībā ir saistīta ar vadības ierīcēm, kas vienkārši neatbilst mašīnu vajadzībām. Tas patiešām uzsvērt, kāpēc tehnisko specifikāciju saskaņošana ar to, kas notiek ražotnē, ir tik svarīga, lai darbetilpība turpinātos bez negaidītiem traucējumiem.
Programmējamie loģikas kontrolēri (PLC) ir gandrīz visur, kur svarīgi ir milisekundes lēmumi, piemēram, montāžas līnijās, kurām jāreaģē milisekundēs. Šie kontrolēri nodrošina gludu darbību pudeļu aizbāžņu ierīcēm, kas spēj apstrādāt aptuveni 400 pudeles minūtē, nemaz nerunājot par ļoti precīziem robotizētiem metinātājiem, kuri katru reizi sasniedz 0,05 mm precizitāti. Kas padara tos tik populārus? Nu, to programmiņa ar kontaktu shēmu loģiku padara par daudr vieglāku transportieru lentes konfigurēšanu vienotā sistēmā un būtisku drošības bloķējumu uzstādīšanu pa visu ražotnes telpu. Nozares speciālisti atsaucas uz interesantu faktu no jaunākajiem Process Control Handbook datiem — salīdzinot ar parastām datoru sistēmām, PLC samazina uzstādīšanas laiku aptuveni par 40% automašīnu ražošanas rūpnīcās. Šāda veida efektivitāte izskaidro, kāpēc tie joprojām ir iecienītākais izvēles risinājums, neskatoties uz visām jaunām, modernām tehnoloģijām.
Distribuētās vadības sistēmas (DCS) īpaši izceļas rūpnieciskajos apstākļos, kur viss jāsavieno vienotā sistēmā visā objektā. Piemēram, naftas pārstrādes rūpnīcās šīs sistēmas var uzturēt temperatūru stabilitātē pusgrāda Celsija ietvaros, pat tad, ja tiek pārvaldīti vairāk nekā 5000 ieejas/izejas punkti visā rūpnīcā. Šīs sistēmas izmanto sarežģītas vadības metodes, lai kontrolētu sarežģītus procesus, piemēram, katalītisko krakingu, vienlaikus nodrošinot gandrīz ideālu darbības laiku — aptuveni 99,8% nepārtrauktas darbības periodos. Jaunākās DCS versijas ir aprīkotas ar inteligentiem apkopes risinājumiem, kas faktiski paredz iekārtu bojājumus jau pirms to notikšanas. Uzņēmumi, kas izmanto šīs modernās sistēmas, ziņo par aptuveni 57% mazāk pārsteidzošiem apstāšanās gadījumiem salīdzinājumā ar vecākiem risinājumiem, kas nozīmīgi ietekmē gan drošību, gan ražošanas efektivitāti.
Programmējami automatizācijas kontrolēri apvieno uzticamus tradicionālo PLC kontroles elementus ar parasto datoru nopietnu aprēķinu jaudu, kas padara tos īpaši piemērotus sarežģītu uzdevumu veikšanai. Iedomājieties adaptīvas iepakojuma līnijas, kurām vienlaikus jāpārvalda vairāk nekā 15 dažādi produktu veidi. Šie sistēmas var izpildīt gan kontaktu shēmu programmēšanu, gan sarežģītas kodēšanas valodas, piemēram, C++. Šī divkāršā spēja ļauj ražotājiem tos savienot ar sofistikātām mašīnvīzijas iekārtām, kas defektus atpazīst ievērojamā tempā — 120 attēli sekundē. Pērn veikts pētījums norādīja, ka uzņēmumiem, kas pārtikas apstrādes procesos ievieš PAC tehnoloģiju, parasti novēro aptuveni 22 procentus lielu efektivitātes pieaugumu kopējā aprīkojuma darbībā, jo tiek nodrošināta labāka kvalitātes uzraudzība reālajā laikā.
Viens specializēts ķīmijas uzņēmums redzēja, kā to partiju ražošanas cikli saīkst gandrīz par trešdaļu, nomainot vecos releju sistēmas ar mūsdienu PAC sistēmām, kurām rūpnīcā jau bija iebūvētas SQL datu bāzes. Šī maiņa novērsa 18 garlaicīgus manuālās datu ievades uzdevumus un nodrošināja atbilstību stingrām FDA regulām (konkrēti 11. daļai) ar drošiem digitāliem ierakstiem, kurus vēlāk nevar mainīt. Tuožu tajā pašā laikā tērauda завodā, kas nepārtraukti darbināja cinksēšanas operācijas, inženieri izdevās uzturēt nepārtrauktu darbību 99,95% no laika, pat apstrādājot milzīgus apjomus ik dienu. Viņi to panāca, instalējot rezerves vadības sistēmas ar speciāliem ieejas/izejas moduļiem, kurus var aizvietot tieši uz vietas, nepārtraucot ražošanu, kas ir diezgan ievērojami, ņemot vērā, ka viņi apstrādā aptuveni 1200 tonnas katru dienu.
Efektīva automatizācija balstās uz pareizi konfigurētām ieejas/izejas (I/O) sistēmām un uzticamiem komunikācijas protokoliem, kas nodrošina bezproblēmu sadarbību starp sensoriem, aktuatoriem un kontrolēm dinamiskos vidē.
Strādājot ar rūpnieciskajiem sistēmām, projektētājiem jāzina atšķirība starp binārajiem ierīcēm, kas vienkārši ieslēdz un izslēdz lietas, un mainīgā diapazona ierīcēm, kas apstrādā nepārtrauktus datu straumes. Ņemsim, piemēram, diskreto I/O, kas būtiski nodarbojas ar vienkāršiem jā/nē signāliem, kas nāk no tādiem elementiem kā limitējošie slēdži vai spiedpogas. Savukārt analogais I/O darbojas ar nepārtrauktām mērīšanām, piemēram, temperatūras rādījumiem vai spiediena līmeņiem laika gaitā. Tam nepieciešamas daudz precīzākas paraugu ņemšanas frekvences, lai saglabātu faktisko signālu, nezaudējot svarīgas detaļas. Lielākā daļa pieredzējušo inženieru iesaka sistēmas projektēšanā atstāt aptuveni 25 papildu I/O punktus. Kāpēc? Tāpēc, ka neviens nevar precīzi paredzēt, kādas izmaiņas varētu radikties nākotnē, kad procesi tiks atjaunināti vai paplašināti.
I/O kabinetus novietojot tieši blakus vadības telpām, to palīdz samazināt elektrisko traucējumiem, lai gan šāda iekārta bieži nozīmē daudzu garu vadiem, kas stiepjas visur. Kad ražotāji uzstāda izkliedētus I/O moduļus tuvāk faktiskajām iekārtām, viņi var ietaupīt lielu daļu no kabeļu tilpnes. Daži ziņojumi norāda, ka lielos rūpnieciskos objektos ietaupījums var sasniegt sešdesmit līdz astoņdesmit procentus. Daudzas uzņēmumu tagad pāriet uz IP67 klases attālinātajām I/O stacijām, kuras var montēt tieši ražošanas mašīnās. Šādas iekārtas lieliski darbojas, lai iegūtu reāllaika datus no sensoriem, pat tad, ja ražošanas telpās valda diezgan grūti apstākļi.
Ethernet/IP ved modernas instalācijas ar 100 Mbps joslas platumu un natively saderību ar IIoT platformām. Modbus TCP joprojām plaši tiek izmantots, lai integrētu vecās ierīces jaunās tīklā. Nozares norādījumi uzsvērt šos protokolus to bezproblēmu savienojamības dēļ ar supervīzijas sistēmām, piemēram, SCADA un MES.
Daudzas rūpnīcas darbina dažādu ražotāju aprīkojumu, kas pārklājas vairākos desmitgados. Protokolu pārveidotāji savieno vecākos RS-485/Modbus RTU ierīču modeļus ar Ethernet bāzētiem tīkliem. Esošo fieldbus topoloģiju kartēšana plānošanas laikā novērš dārgas pārkonfigurācijas, kamēr OPC UA kļūst par iecienītāko risinājumu daudzprotokolu vides apvienošanai.
Kad IIoT sistēmas tiek apvienotas ar malu aprēķināšanas iespējām, dati kavējas ievērojami mazāk — pētījumi no Ponemon Institute rāda aptuveni 70% samazinājumu. Tas nozīmē, ka mašīnas faktiski var apstrādāt informāciju tieši uz vietas, nevis gaidīt atbildes no mākonis pakalpojumiem. Tā kā šīs tīkla sistēmas paplašinās pa ražošanas telpām, mērogojamas IIoT struktūras nodrošina augšanu bez problēmām, vienlaikus ievērojot regulatīvos ierobežojumus, ko noteikušas standartu organizācijas, piemēram, ISO, izmantojot to 55000 struktūru. Ņemsim, piemēram, WoT interoperabilitātes slāni. Reālu testu rezultāti gudrajās rūpnīcās parāda, ka tas veiksmīgi savieno dažādas protokolu aptuveni 98% gadījumu, lai gan pēdējo procentu sasniegšanai bieži nepieciešama precīza pielāgošana, balstoties uz konkrētajām rūpnīcas darba apstākļiem un vecāku aprīkojuma savietojamības problēmām.
Modulārie dizaini ļauj par 30% ātrāk veikt sistēmas modernizāciju salīdzinājumā ar fiksētām arhitektūrām, pamatojoties uz 2024. gada ražošanas standartiem. Digitālā dvīņa tehnoloģija ļauj inženieriem simulēt ražošanas paplašināšanu pirms fiziskajām izmaiņām. Pirmās kārtas piegādātāji ziņo par 40% zemākām pēcpārveides izmaksām, izmantojot komponentu bāzētas sistēmas, kas atbalsta pakāpeniskas IIoT modernizācijas.
Mūsdienu programmatūras platformas nodrošina 99% saderību ar vecākiem sistēmu modeļiem, izmantojot universālos komunikācijas vadītājus—būtiski jaukto piegādātāju rūpnīcās. Jaunākās programmatūras komplekti natively integrējas ar HMI un MES, samazinot integrācijas laiku par 50% automašīnu pielietojumos (Ponemon 2023).
Izturīgi ražotāji 25 % no saviem automatizācijas budžeta līdzekļiem novēlē infrastruktūrai, kas nav atkarīga no protokoliem, atzīstot, ka sakaru standarti attīstās katru 3–5 gadu laikā (Ponemon 2024). WoT interoperabilitātes slānis ir ļāvis 85 % ātrāk integrēt ierīces, izmantojot semantisko standartizāciju, kas ir būtiska, lai nodrošinātu atpakaļkompatibilitāti, vienlaikus ieviešot jaunus IIoT sensorus un aktuatorus.
Automatizācijas vadības aprīkojums veic procesa uzraudzību, lēmumu pieņemšanu un sistēmas regulēšanu, nodrošinot optimālu ražošanas kvalitāti un efektivitāti.
PLC ir ideāli piemēroti diskrētiem, augstsākuma uzdevumiem, savukārt DCS ir paredzēti liela mēroga nepārtrauktiem procesiem, kuros nepieciešama visu objekta koordinācija.
Saderības un integrācijas nodrošināšana novērš dārgas pārkonfigurācijas un ļauj gludu mijiedarbību starp dažādu ražotāju aprīkojumu.
IIoT integrācija uzlabo datu apstrādes ātrumu uz vietas, samazinot kavēšanos un paplašinot mērogojamus rāmjus tīkla izaugsmes pārvaldībai.
Autortiesības © 2024 Shenzhen QIDA electronic CO.,ltd
EN