Modern endüstriyel tesislerin merkezinde, sensörler, kontrolörler ve aktüatörler gibi çeşitli bileşenleri bir araya getirerek üretim hatlarının sorunsuz şekilde çalışmasını sağlayan otomasyon kontrol sistemleri yer alır. Bu durumu destekleyen istatistikler de mevcuttur; ARC Advisory'nin geçen yıl yaptığı araştırmaya göre birçok fabrika, elle yapılan işten otomatik sistemlere geçildiğinde hataların yaklaşık %40 düştüğünü bildirmektedir. Büyük kimyasal reaktörlerde sıcaklık regülasyonu ya da robotik kolların kusursuz şekilde senkronize çalışmasını düşünün — bu sistemler, ölçülerde milimetrenin binde birine kadar hassas kalabilir. Ayrıca işler giderek daha da akıllanıyor; şu anda önde gelen üreticiler, üretim tesislerinin harici analiz beklemeksizin bilgileri anında işleyip operasyonları anında ayarlayabilmesi için yapay zeka temelli tahmin araçlarını doğrudan kontrol ünitelerine entegre etmeye başladı.
Endüstriyel otomasyonun yolculuğu 1960'larda başladı. Eski mektep elektromekanik röleleri sadece şeyleri açıp kapatmaktan başka bir şey yapmıyordu. 90'lara doğru hızlı bir ilerleme ve programlanabilir mantıksal denetleyicilerin, kısaca PLC'lerin, ayrık ürünler üreten fabrikalarda neredeyse her yerde olduğunu gördük. Bu küçük iş atları her saniye yaklaşık 1000 giriş/çıkış noktasını işleyebilir. Modern akıllı kontrolörler çok ilerledi. Sanayici Nesnelerin İnterneti ile konuşurlarken saniyede 15 milyon talimat atarlarken, bunların hepsi daha eski meslektaşlarına kıyasla %30 daha az güç kullanırken. Ve uç bilgisayar modülleri de unutmayalım. Bu kötü çocuklar makinelerin kendi başlarına düşünmelerini sağlıyor. Deloitte'in geçen yılki raporuna göre yarı iletken üretimi gibi kritik operasyonlarda uzak bulut sunucularına olan bağımlılığı neredeyse yarıya düşürüyor.
Modern sistemler üç temel fonksiyonu yerine getirir:
Bu entegre yaklaşım, otomotiv kaynak hatlarında %99,95 kullanılabilirliği ve farmasötik ambalajlamada %0,1'in altındaki hata oranlarını destekler (McKinsey 2023 Üretim Kıyaslama Çalışması). Süreç kontrol enstrümantasyonu ilerledikçe, bu sistemler bakım ihtiyaçlarını giderek daha fazla kendileri teşhis eder ve motor arızalarını arızadan 800 çalışma saati öncesine kadar tahmin eder.
Doğru kontrolcüyü seçmek, öncelikle birkaç faktöre bakmayı gerektirir. Yüksek hızda pick and place operasyonları gibi uygulamalarda ±10 ms'lik farkın çok önemli olduğu durumlarda tepki süresi büyük önem taşır. Ayrıca hassasiyet gereksinimleri de vardır. Yarı iletken işlerinde genellikle bir milimetreden daha düşük toleranslar gerekir. Ölçeklenebilirliği de unutmayın. Çoğu uzman, işin büyümesi durumuna karşı %30 ila %50 oranında ekstra kapasite bırakmayı önerir. Geçen yılın endüstri verilerine göre, karışık üretim ortamlarında yaşanan üretim durmalarının yarısından fazlası, makinelerin ihtiyaçlarıyla uyumlu olmayan kontrolcüler kullanılmasından kaynaklanmaktadır. Bu durum, operasyonların beklenmedik kesintilere uğramadan sorunsuz şekilde devam etmesi için teknik özelliklerin fabrika zemininde olanlarla eşleştirilmesinin ne kadar önemli olduğunu açıkça göstermektedir.
Programlanabilir Mantık Denetleyicileri (PLC'ler), milisaniyelik kararların önemli olduğu hemen her yerde kullanılır; örneğin saniyeler içinde tepki vermesi gereken montaj hatlarını düşünün. Bu denetleyiciler, dakikada yaklaşık 400 şişe kaplayabilen şişe kapaklama makinelerinde süreçlerin sorunsuz işlemesini sağlar ve her seferinde 0,05 mm doğruluk sağlayan son derece hassas robotik kaynakçıları çalıştırmada da rol oynar. PLC'leri bu kadar popüler kılan nedir? Bunun nedeni, kademeli mantık programlamasının konveyör bantlarının birlikte çalışmasını ayarlamayı ve fabrika zeminindeki kritik güvenlik kilitleme sistemlerinin kurulumunu kolaylaştırmasıdır. Sektör temsilcileri, en yeni Process Control Handbook istatistiklerinden dikkat çekici bir bulguya işaret ediyor - geleneksel bilgisayar sistemleriyle karşılaştırıldığında, PLC'ler otomotiv üretim tesislerinde kurulum süresini yaklaşık %40 oranında kısaltıyor. Bu düzeyde verimlilik, yeni teknolojiler ortaya çıksa bile PLC'lerin tercih edilen seçenek olmaya devam etmesini açıklıyor.
Dağıtılmış Kontrol Sistemleri (DCS), tüm bir tesis boyunca her şeyin birlikte çalışması gereken endüstriyel ortamlarda gerçekten etkileyici performans gösterir. Örneğin petrol rafinerilerinde, bu sistemler tesiste 5.000'den fazla giriş/çıkış noktasını yönetirken bile sıcaklıkları yarım derece Celsius'ta sabit tutabilir. Bu sistemler, katalitik kraking gibi karmaşık süreçleri ele alırken neredeyse mükemmel %99,8'lik bir süreklilik sağlar. DCS'nin en yeni sürümleri, ekipman arızalarını oluşmadan önce tahmin edebilen akıllı bakım özelliklerine sahiptir. Modern bu tür sistemleri kullanan tesisler, eski sistemlere kıyasla yaklaşık %57 daha az beklenmedik duruş bildirmektedir ve bu da hem güvenlik hem de üretim verimliliği açısından büyük fark yaratmaktadır.
Programlanabilir otomasyon kontrolcüleri, geleneksel PLC'lerin güvenilir kontrol özelliklerini sıradan bilgisayarların ciddi hesaplama gücüyle birleştirir ve bu da onları karmaşık görevleri yönetmek için oldukça uygun hale getirir. Aynı anda 15'ten fazla farklı ürün tipini yönetmesi gereken uyarlanabilir ambalaj hatlarını düşünün. Bu sistemler hem ladder mantık programlamayı hem de C++ gibi gelişmiş kodlama dillerini çalıştırabilir. Bu çift yetenek, üreticilerin onları saniyede 120 görüntü oranında kusurları tespit edebilen gelişmiş makine görüş sistemlerine bağlamalarına olanak tanır. Geçen yıldan bazı araştırmalar, şirketler gıda işleme operasyonlarında PAC teknolojisini uyguladıklarında, daha iyi gerçek zamanlı kalite izleme sayesinde Genel Ekipman Etkinliği'nde tipik olarak yaklaşık %22'lik bir artış gördüklerini göstermiştir.
Bir özel kimya şirketi, fabrikadan çıkışı SQL veritabanları entegre edilmiş modern PAC'lerle eski röle sistemlerini değiştirerek parti üretim döngülerini neredeyse üçte bir oranında kısalttı. Bu değişiklik, 18 zahmetli manuel veri girişi işlemini ortadan kaldırdı ve daha sonra değiştirilemeyen güvenli dijital kayıtlar aracılığıyla tüm işlemlerin özellikle FDA'nın Katkı Maddeleri Yönetmeliği (Part 11) gibi katı düzenlemelere uygun olmasını sağladı. Bu sırada, durmaksızın galvanizleme operasyonları yürüten bir demir-çelik tesisi ise, her gün büyük hacimli üretim yaparken bile süreçleri %99,95 süreyle kesintisiz çalıştırmayı başardı. Mühendisler, üretimi durdurmadan anında değiştirilebilen özel giriş/çıkış modüllü yedek kontrol sistemleri kurarak bunu gerçekleştirdi; çünkü bu tesis her gün yaklaşık 1.200 ton malzeme işliyor ve bu başarı oldukça etkileyici.
Etkili otomasyon, dinamik ortamlarda sensörler, aktüatörler ve denetleyiciler arasında sorunsuz etkileşimi sağlamak için uygun şekilde yapılandırılmış giriş/çıkış (I/O) sistemlerine ve sağlam iletişim protokollerine dayanır.
Endüstriyel sistemlerle çalışırken, tasarımcıların sadece şeyleri açıp kapayan ikili cihazlar ile sürekli veri akışlarını işleyen değişken aralıklı cihazlar arasındaki farkı bilmeleri gerekir. Örneğin ayrık I/O, sınır anahtarları veya butonlar gibi şeylerden gelen basit evet/hayır sinyalleriyle ilgilenir. Buna karşılık analog I/O, zaman içinde sıcaklık okumaları ya da basınç seviyeleri gibi sürekli ölçümlerle çalışır. Bu tür sinyaller, önemli detayları kaybetmeden gerçek sinyali korumak için çok daha ince örnekleme oranları gerektirir. Çoğu deneyimli mühendis, sistem tasarımında yaklaşık 25 ekstra I/O noktası bırakmayı önerir. Neden? Çünkü süreçler ileride güncellenip genişletildiğinde tam olarak ne tür değişikliklerin ortaya çıkacağını kimse kestiremez.
I/O kabinetlerini kontrol odalarının hemen yanına yerleştirmek elektriksel gürültüyü azaltmaya yardımcı olsa da, bu düzenleme genellikle her yere uzanan çok sayıda uzun kablonun olmasına neden olur. Üreticiler, dağıtılmış I/O modüllerini fiili ekipmanlara daha yakın kurduklarında, kablo tesisatı açısından büyük ölçüde tasarruf edebilirler. Bazı raporlar, büyük endüstriyel tesislerde kablo kullanımında yüzde altmış ila seksen arasında tasarruf edildiğini göstermektedir. Günümüzde birçok şirket, üretim makinelerine doğrudan monte edilebilen IP67 dereceli uzak I/O istasyonlarına yönelmektedir. Bu tür sistemler, fabrika zemininde koşullar ne kadar zorlu olursa olsun, sensörlerden gerçek zamanlı veri toplamak için oldukça uygundur.
Ethernet/IP, 100 Mbps bant genişliği ve IIoT platformlarıyla yerel uyumluluğu ile modern tesislerin öncüsünde yer alır. Modbus TCP, eski cihazların yeni ağlara entegrasyonu için hâlâ yaygın olarak kullanılmaktadır. Sektör kuralları, SCADA ve MES gibi denetim sistemleriyle sorunsuz bağlantıları nedeniyle bu protokolleri vurgular.
Birçok tesiste on yıllar boyunca kullanılan farklı marka ekipmanlar bir arada çalışmaktadır. Protokol dönüştürücüler, eski RS-485/Modbus RTU cihazlarını Ethernet tabanlı ağlarla birbirine bağlar. Planlama sırasında mevcut fieldbus topolojilerinin haritalanması, maliyetli yeniden yapılandırmaları önler ve çoklu protokol ortamlarını birleştirmede OPC UA giderek tercih edilen çözüm haline gelmektedir.
IIoT sistemleri edge computing yetenekleriyle birleştirildiğinde, veri gecikmeleri önemli ölçüde azalır — Ponemon Enstitüsü'nün araştırması yaklaşık %70 oranında azalmalar göstermektedir. Bu, makinelerin buluttan gelen yanıtları beklemek yerine bilgileri tam olarak o anda sahada işlemesini mümkün kılar. Bu ağlar üretim alanlarında yayıldıkça, ölçeklenebilir IIoT çerçeveleri ISO'nun 55000 çerçevesi gibi standart kuruluşların belirlediği düzenleyici sınırlar dahilinde büyümeyi sorunsuz bir şekilde yönetir. Örneğin WoT Birlikte Çalışabilirlik Katmanını ele alalım. Akıllı fabrikalarda yapılan gerçek dünya testleri, bunun farklı protokolleri zamanın yaklaşık %98'i başarıyla bağladığını göstermiştir; ancak son birkaç yüzde noktasının yakalanması genellikle özel tesis koşullarına ve eski ekipman uyumluluk sorunlarına bağlı olarak hassas ayarlamalar gerektirir.
Modüler tasarımlar, 2024 üretim kıyaslama verilerine göre sabit mimarilere kıyasla %30 daha hızlı sistem yükseltmelerine olanak tanır. Dijital ikiz teknolojisi, mühendislerin fiziksel değişikliklerden önce üretim genişletmelerini simüle etmelerini sağlar. Bileşen tabanlı sistemleri kullanarak kademeli IIoT yükseltmelerini destekleyen birinci sınıf tedarikçiler, yeniden donatım maliyetlerinde %40 düşüş bildirmektedir.
Modern programlama platformları, evrensel iletişim sürücüleri sayesinde eski sistemlerle %99 uyumluluk sağlar—karışık marka tesislerinde özellikle önemlidir. En yeni yazılım paketleri, otomotiv uygulamalarında (Ponemon 2023) entegrasyon süresini %50 azaltan HMI ve MES ile doğrudan entegre çalışır.
İleri görüşlü üreticiler, iletişim standartlarının her 3-5 yılda bir değiştiğini kabul ederek otomasyon bütçelerinin %25'ini protokole bağımsız altyapıya ayırıyor (Ponemon 2024). WoT Birlikte Çalışabilirlik Katmanı, semantik standardizasyon sayesinde cihazların entegrasyon süresini %85 oranında kısalttı ve yeni IIoT sensörlerinin ve aktüatörlerin benimsenmesi sırasında geriye dönük uyumluluğun korunmasında kritik bir rol oynadı.
Otomasyon kontrol ekipmanları süreç izleme, karar verme ve sistem ayarlama işlemlerini gerçekleştirerek üretim kalitesinin ve verimliliğin optimal düzeyde olmasını sağlar.
PLC'ler kesikli, yüksek hızlı görevler için idealdir, buna karşılık DCS'ler tesis genelinde koordinasyon gerektiren büyük ölçekli, sürekli süreçler için uygundur.
Uyumluluk ve entegrasyonun sağlanması, maliyetli yeniden yapılandırmayı önler ve farklı markalı ekipmanlar arasında sorunsuz etkileşimi mümkün kılar.
IIoT entegrasyonu, sahadaki veri işleme hızını artırarak gecikmeleri azaltır ve ağ büyümesini yönetmek için ölçeklenebilir çerçeveleri genişletir.
Telif hakkı © 2024 Shenzhen QIDA electronic CO.,ltd tarafından sahiplenilmiştir
EN