Automatyzacja systemów sterowania: poziomy, narzędzia, funkcje i aplikacje

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Automatyzacja systemów sterowania (ACS) to system informatyczny przeznaczony do zautomatyzowanej realizacji procesów zarządzania. Należy zauważyć, że wprowadzenie takiej technologii powinno być uzasadnione z technicznego i ekonomicznego punktu widzenia. Najczęściej instalacja takiego systemu pozwala na zmniejszenie liczby pracujących personelu, zwiększenie efektywności zarządzania oraz poprawę jakości obiektu.

Wymagania dla ACS

Istnieją pewne wymagania dotyczące automatyzacji systemu sterowania.

Po pierwsze, bardzo ważne jest, aby wszystkie elementy mogły być ze sobą połączone, a także mieć połączenie z zautomatyzowanym systemem, który jest podłączony do zautomatyzowanego systemu sterowania. Dodatkowo bardzo ważne jest, aby system posiadał możliwość rozbudowy, rozwoju i modernizacji. Odbywa się to w oczekiwaniu, że w przyszłości przedsiębiorstwo będzie się rozwijać i potrzebny będzie bardziej unowocześniony system.

Po drugie, ale nie mniej ważne, system automatyzacji sterowaniamusi mieć wystarczający stopień niezawodności. Innymi słowy, musi być w 100% bezpieczny podczas pracy z wstępnie ustawionymi parametrami. Kolejnym ważnym wymogiem jest zdolność adaptacji. System musi być tak skonfigurowany, aby mógł się zmieniać w obliczu zmieniających się parametrów. Należy jednak w tym miejscu powiedzieć, że zakres zmian jest omawiany z wyprzedzeniem, przed zainstalowaniem automatycznego systemu sterowania, dlatego te limity zmian są wcześniej wprowadzane do systemu.

System automatyki sterowania powinien zapewniać możliwość sterowania jego pracą. Ponadto bardzo ważne jest, aby w przypadku awarii system mógł zdiagnozować i wskazać miejsce, rodzaj i przyczynę konkretnego problemu. Ostatnim ważnym wymogiem dla zautomatyzowanego systemu sterowania jest ochrona przed nieprawidłowymi działaniami personelu. W przypadku przypadkowych lub celowych zmian parametrów, które mogą doprowadzić obiekt do stanu krytycznego, należy zabezpieczyć układ sterowania. Ta zasada obowiązuje również w przypadku wycieku informacji.

Części ACS. Funkcjonalny

Obecnie każdy system informatyczny, w tym system automatyzacji zarządzania przedsiębiorstwem, można warunkowo podzielić na dwa składniki. Pierwsza jest funkcjonalna, druga zapewnia. Pierwsza część odpowiada za aspekt działań, w których tworzony jest każdy system. Połączenie tych indywidualnych zadań tworzy funkcjonalną część całego systemu.

Następnie musisz zwrócić uwagę na fakt, że każdy automatyczny system sterowania musi działaćnastępujące kroki:

• musi gromadzić, przetwarzać i analizować wszystkie informacje związane ze stanem obiektu;
• system musi być w stanie opracować metody kontroli, gdy zajdzie taka potrzeba;
• Zautomatyzowany system sterowania musi również być w stanie przekazywać czynności kontrolne do elementów wykonawczych, a także przekazywać dane operatorowi w celu kontroli;
• Wdrożenie i kontrola opracowanych działań kontrolnych również należy do systemu kontroli.

Dostarczenie części zautomatyzowanego systemu sterowania. Część informacyjna

Drugą dużą częścią jest zapewnienie. Jest to nieco bardziej skomplikowane i warunkowo podzielone na kilka mniejszych grup wykonawczych, które obejmują następujące sekcje:

• program-matematyczny;
• informacyjne;
• techniczne;
• metodologiczne i organizacyjne;
• lingwistyczny;
• personel.

Działanie systemu automatyzacji zarządzania przedsiębiorstwem, a właściwie jego części wspierającej, polega na tym, że zbiera on pełne informacje o obiekcie. ACS będzie działać na podstawie otrzymanych informacji, które obejmują dane dotyczące kodowania, metod adresowania, formatów danych itp. Musisz zrozumieć, że duża ilość informacji wymaga miejsca do przechowywania. Z tego powodu wszystkie otrzymane dane są gromadzone w dużych bazach danych, które są następnie przechowywane na nośnikach maszynowych.

Ważne jest, aby zrozumieć tutaj, że należy przechowywać wszystkie informacje od początku pracy do dnia dzisiejszegoNiemożliwe, bo jest go za dużo. Dlatego wszystkie przechowywane dane są nadpisywane na nośnikach z określoną częstotliwością, niezbędną do normalnej pracy obiektu. Ponadto każdy taki system automatyzacji procesów posiada pewien rodzaj kopii zapasowej danych do przechowywania. Ma na celu umożliwienie odzyskania utraconych informacji w przypadku awarii dowolnego urządzenia.

Część matematyczna

Należy od razu zauważyć, że jest to obecnie najważniejszy w każdym systemie zarządzania. Część programowa tego typu obejmuje dowolne oprogramowanie, które wykonuje wszystkie zadania przypisane do systemu, a także zapewnia normalne działanie całego kompleksu środków technicznych wykorzystywanych w tym przedsiębiorstwie. Część matematyczna to całość wszystkich wzorów matematycznych, modeli, algorytmów wykorzystywanych w działaniu systemu informatycznego.

Oprogramowanie systemu sterowania automatyzacją procesów musi w pełni spełniać wszystkie funkcje wymagane od obiektu automatyki. Należy tutaj zauważyć, że wszystkie te funkcje są realizowane za pomocą narzędzi obliczeniowych. Istnieje kilka specyficznych właściwości, które musi spełniać część oprogramowania ACS:

1. Wystarczalność funkcjonalna. Oznacza to, że system musi być kompletny.
2. Ważne jest, aby system był nie tylko niezawodny, ale także miał właściwościsamoleczenia, a także określić przyczynę awarii.
3. System musi dostosować się do zmieniających się parametrów obiektu.
4. W razie potrzeby powinno być możliwe zmodyfikowanie.
5. Modularność konstrukcji, a także łatwość użytkowania, to również ważne elementy systemu.

Sekcja techniczna

Wszystko jest tutaj dość proste. Wsparcie techniczne obejmuje dostępność wszystkich środków technicznych niezbędnych do zapewnienia maksymalnej funkcjonalności zautomatyzowanego systemu sterowania. Na tę sekcję największy wpływ ma rozwój technologii komputerowej i technologii komputerowej. Dzięki rozwojowi tych dwóch dziedzin, różnorodność technicznych przyrządów pomiarowych staje się coraz szersza, a one same są w stanie rozwiązywać coraz szerszy zakres problemów.

Obecnie systemy i środki techniczne automatyzacji i sterowania można podzielić na dwie duże grupy. Pierwsza grupa to środki komunikacji, a druga to środki technologii organizacyjnej.

Tutaj należy zrozumieć, że techniczne środki automatyzacji są wykorzystywane na wszystkich etapach działania zautomatyzowanego systemu sterowania, od ustalenia parametrów do ich przechowywania, a także z ich pomocą można połączyć cały system sterowania w jednej sieci. Jeśli mówimy osobno o środkach komunikacji, to przede wszystkim pełnią one rolę przekaźników informacji z jednego urządzenia do drugiego. W rzadkich przypadkach współpracują z komputerami. Technologia organizacyjna to urządzenie, które pozwalawykonywać różne operacje na podstawie wcześniej uzyskanych informacji.

Dość ważną zasadą jest to, że wszelkie środki techniczne zautomatyzowanego systemu sterowania, w przypadku awarii, należy bez problemu wymienić na podobne, bez konieczności ich rekonfiguracji.

Sekcja metodologiczno-organizacyjna systemu

Projektowanie systemu automatyzacji sterowania implikuje obecność takiej sekcji jak metodologiczno-organizacyjna. Ta gałąź zautomatyzowanego systemu sterowania to zestaw metod, narzędzi i niektórych specjalnych dokumentów, które ustalają procedurę operacyjną nie tylko dla samego systemu, ale także dla personelu, który go obsługuje. Ponadto istnieją również dokumenty, które systematyzują procedurę pracy personelu podczas interakcji ze sobą. Obejmuje to również pewne metody, w wyniku których personel jest szkolony do pracy z określonym systemem informatycznym. Innymi słowy, jest to sekcja, która wpływa nie tylko na sam system, ale także na czynnik ludzki.

Głównym celem tej sekcji jest utrzymanie systemu w stanie gotowości do pracy, a także umożliwienie jego dalszego rozwoju w razie potrzeby. Można dodać, że ten rozdział zawiera instrukcje, które odnoszą się do tego, co personel musi zrobić podczas działania ACS, aby utrzymać jego normalne funkcjonowanie. Przechowuje również pliki zawierające informacje o tym, co należy zrobić, jeśli system przejdzie w tryb awaryjny lub po prostu nie działa tak, jak powinien.

Lingwistyka

Ostatnia sekcja wspierającej części ACS jest językowa. Oczywiście ten system jest zestawem językowym. Obejmuje to języki komunikacji personelu obsługującego system automatyzacji zarządzania produkcją, a także jego użytkowników z takimi częściami samego systemu jak techniczna, informacyjna i programowo-matematyczna. Istnieją również transkrypcje wszystkich terminów i definicji używanych przez ACS podczas jego pracy.

Podczas pracy bardzo ważne jest, aby operatorzy mogli komunikować się z systemem sterowania w szybki i wygodny sposób. To dzięki wsparciu językowemu uzyskuje się wymaganą wygodę, jednoznaczność i stabilność tej komunikacji. Trzeba tylko dodać, że w tym miejscu niezbędne jest posiadanie środków technicznych, które skorygują ewentualne błędy w komunikacji pomiędzy użytkownikiem a systemem automatyki. Do chwili obecnej istnieją dwa różne podejścia do pracy z ACS.

Pierwszym sposobem realizacji procesu zarządzania automatyzacją jest instalacja i wykorzystanie technologii komputerowej. Narzędzia te będą używane tylko w celu uproszczenia niektórych operacji, które występują podczas pracy z dokumentami. Do tej pory ta metoda jest uważana za nieskuteczną, ponieważ nie pozwala w pełni uwolnić potencjału obecnego poziomu technologii komputerowej.

Druga metoda różni się zasadniczo od pierwszej i polega na tym, że przedsiębiorstwo tworzy zintegrowany system automatyzacji zarządzaniaprzedmioty. W tym przypadku technikowi przekazywane jest nie tylko zarządzanie dokumentami, ale także bazy danych, systemy eksperckie, narzędzia komunikacyjne, a także wiele innych funkcji.

Dolny i średni poziom ACS

Każdy system sterowania procesami w dzisiejszych czasach można warunkowo podzielić na kilka poziomów. Automatyzacja systemu sterowania ma obecnie trzy takie poziomy.

Niższy poziom to czujniki, a także urządzenia pomiarowe, które sterują kontrolowanymi charakterystykami. Ponadto obejmuje to również siłowniki, od których zależy wartość charakterystyki. Na tym poziomie realizowana jest jedynie minimalna regulacja, polegająca na dopasowaniu sygnału z czujnika do wejścia urządzenia sterującego. Istnieje również wymiana sygnałów generowanych przez te urządzenia z elementami wykonawczymi.

Następnym średnim poziomem jest zarządzanie sprzętem. Innymi słowy, na tym etapie sterowania znajdują się programowalne sterowniki logiczne. Te sterowniki PLC mogą odbierać sygnały z urządzeń pomiarowych, a także z czujników monitorujących stan procesu. Zgodnie z otrzymanymi informacjami, a także danymi ustawionymi przez użytkownika, PLC generuje sygnał sterujący, który jest przesyłany do siłownika z wyraźnym poleceniem.

Najwyższy poziom

Automatyzacja sterowania w systemach technicznych ma też trzecią, wyższąpoziom. Takim sprzętem są stacje operatorskie i dyspozytorskie, sprzęt sieciowy, serwery przemysłowe. To na tym etapie pełną kontrolę nad przebiegiem operacji technologicznych na obiekcie sprawuje człowiek. Ponadto zapewniona jest tutaj również komunikacja z dwoma poprzednimi poziomami, co pozwala skutecznie zbierać wszelkie niezbędne informacje.

Na tym etapie używany jest interfejs HMI i SCADA. Pierwszy to interfejs człowiek-maszyna, za pomocą którego dyspozytor jest w stanie monitorować postęp operacji technologicznych na obiekcie. Obejmuje to różnego rodzaju monitory czy panele graficzne, które najczęściej instalowane są na szafach automatyki i przeznaczone są wyłącznie do wyświetlania informacji o obiekcie i przebiegu procesu. W celu sterowania urządzeniami automatyki i systemem sterowania istnieje system SCADA, co implikuje obecność sterowania nadzorczego i możliwość zbierania danych. Mówiąc prościej, sieć ta umożliwia instalację oprogramowania, które można skonfigurować i zainstalować na komputerach dyspozytorów.

Wszystkie najważniejsze dane, które PLC zbiera na średnim poziomie, są gromadzone, archiwizowane i wizualizowane za pomocą tego systemu. Podstawa automatyzacji leży właśnie tutaj, ponieważ SCADA jest w stanie nie tylko odbierać informacje, ale także porównywać je z tymi, które wprowadził operator. W przypadku odchylenia któregokolwiek parametru od ustawionej wartości, system powiadamia o tym użytkownika alarmem. Niektóresystemy mają możliwość nie tylko kontrolowania, ale także automatycznej zmiany dowolnych wartości w celu zwrócenia wartości, która wykroczyła poza ustalone limity.

Narzędzia automatyzacji

System automatyzacji zarządzania personelem, proces technologiczny realizowany jest kosztem technicznych środków automatyzacji, czyli TCA. Innymi słowy, są to urządzenia, które same w sobie mogą być narzędziem technicznym i wykonywać dowolną działalność lub stanowić część kompleksu sprzętowo-programowego.

Najczęściej TCA jest podstawowym elementem systemu automatyki. Obejmuje to wszystkie urządzenia, które przechwytują, przetwarzają, przesyłają informacje. Za pomocą takich narzędzi można kontrolować, dostosowywać i monitorować zautomatyzowane aspekty procesu produkcyjnego. Istnieją TCA, które kontrolują niektóre parametry. Mogą to być czujniki ciśnienia, temperatury, poziomu, czujniki pojemnościowe, czujniki laserowe itp. Dalej są informacyjne TSA, których głównym zadaniem jest przesyłanie informacji otrzymywanych z czujników. Innymi słowy, jest to połączenie między urządzeniem sterującym niższego poziomu a urządzeniem sterującym wyższego poziomu.

Sprzęt sterujący ma możliwość całkowitego lub częściowego zatrzymania procesu produkcyjnego, dopóki przyczyna zatrzymania nie zostanie wyeliminowana. Ponadto niektóre zaawansowane systemy mogą samodzielnie rozwiązywać problemy. W tym przypadku odnoszą się do samonaprawiających się systemów kontroli i zarządzania.