Статьи

Современные производственные технологии
 

За последние 25-30 лет 20 века в технологии появилось ряд новшеств, оказавших существенное влияние на работу компаний во многих отраслях промышленности во всем мире.

Основным результатом появления новых технологий в техническом обеспечении стал возрастающий уровень автоматизации технологических процессов. Яркими представителями новых технологий в техническом обеспечении являются станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, промышленные роботы, автоматизированные системы подачи материалов, производственные ячейки и гибкие производственные системы.
Станки с ЧПУ состоят из станка и компьютера, управляющего последовательностью операций, которые выполняются этим станком. Системы автоматического управления с обратной связью, которые имеются на станках с ЧПУ, постоянно сверяют фактические положения инструмента и деталей с запрограммированными положениями и при необходимости вносят соответствующие корректировки.
Обрабатывающий центр обеспечивает более высокий уровень автоматизации в сравнении со станком с ЧПУ. Он позволяет осуществлять автоматический выбор и установку инструмента, а также автоматически захватывать необработанные детали и выгружать готовые. 
Промышленные роботы используются для замены человека при выполнении монотонных, многократно повторяющихся операций, опасной и вредной работе. Робот оснащается рабочим органом, например, захватным устройством для поднятия деталей или инструментов, а также устройством, обеспечивающим визуальную координацию. Современные роботы обладают способностью обучаться определенным движениям, которые необходимы для выполнения новой операции благодаря мощной компьютерной памяти.
Автоматизированные системы подачи материалов позволяют  осуществлять транспортировку, хранение и пополнение материальных запасов. Это, как правило, компьютеризированные системы и радиоуправляемые транспортные средства автоматически определяющие, какой груз следует поднять и куда переместить.
Производственная ячейка позволяет комбинировать некоторые перечисленные выше элементы автоматизации. Ее, например, можно создать из одного робота и одного станка с ЧПУ. Робот программируется таким образом, чтобы он мог вставлять в станок необработанную деталь, а затем удалять готовую деталь.
Гибкая производственная система – это полностью автоматизированная производственная система, включающая в себя в разных комбинациях все перечисленные выше элементы автоматизации. Такая система может производить сотни различных комплектующих.
Системы программного обеспечения широко используются при проектировании продукции, а также для анализа и планирования производственной деятельности. Наиболее известны из них системы автоматизированного проектирования и автоматизированные системы планирования и управления производством.
Система автоматизированного проектирования (САПР) может применяться при разработке практически любой продукции. Основными методами, которые используются в системе автоматизированного проектирования, являются компьютерная графика, автоматизированное моделирование и автоматизированная подготовка производства. Компьютерная графика наиболее применима при исследовании визуальных характеристик продукции, автоматизированное моделирование – для оценки ее инженерных характеристик, автоматизированная подготовка производства используется для разработки компьютерных программ управления станками и обрабатывающими центрами.
Автоматизированные системы планирования и управления производством – это компьютерные информационные системы, которые планируют производственный процесс и следят за ходом производственных операций.
Объединив все описанные  методы автоматизации можно создать интегрированную автоматизированную производственную систему. Такая система может осуществлять проектирование продукции и технологического процесса, планирование и управление и, собственно, эффективно реализовывать производственный процесс автоматизированными методами.

 

 

 

Применение Программируемых Контроллеров (PAC) при Автоматизации Промышленных Систем

Современные требования в Автоматизации Промышленности 

Наше время предъявляет достаточно сложные, противоречивые, иногда даже взаимоисключающие, требования к Автоматизации Промышленности.

Например, управляющие системы, ставшие уже традиционными, имеют простую связь с датчиками и исполнительными механизмами, хотя и позволяют решать достаточно много не сложных задач автоматизации. Более развитые системы управления уже строятся с применением сетевых технологий передачи данных, взаимодействия между отдельными устройствами, предоставляют необходимые данные на другие уровни и в другие системы управления предприятием, что обусловлено требованиями современности. Это заметно расширяет возможности традиционных систем управления с использованием логики простого дискретного ввода/вывода сигналов от  ПЛК (Программируемый Логический Контроллер).

Многие традиционные ПЛК запрограммированы с использованием «Лестничных Диаграм», в которых логически отражены физические соединения дискретных датчиков, реле, исполнительных механизмов и т.д. в системе управления. В задачах же, где требуются большие объемы математических вычислений с плавающей точкой, например, ПИД регулирование для контроля температур, использование LAD становится чрезвычайно трудоемким и заметно усложняет программирование. Для решения таких задач в традиционных PLC применяются специализированные аппаратные модули, которые программируются отдельно, что так же увеличивает трудоемкость и усложняет процесс создания управляющих программ.

 

Применение ПЛК в задачах, характерных для ПК

Современные задачи автоматизации предъявляют ряд требований, таких как сетевой обмен данными, взаимодействие между различными устройствами, интеграция с общими сетями передачи данных предприятия, которые делают весьма затруднительным использование традиционных ПЛК. Решение таких задач более свойственны ПК  (Персональный Компьютер). Для их решения на традиционный ПЛК устанавливаются дополнительные процессоры, в системе так же присутствуют сетевые шлюзы или конвертеры (между сетями с различными сетевыми протоколами), «связующее» (специализированное) ПО работает на отдельном дополнительном ПК, там же работает «специализированное» ПО интеграции в общую сеть предприятия для предоставления всех необходимых данных. Такое построение системы управления является громоздким, трудоемким, имеет высокую стоимость.

 

Применение ПК в качестве ПЛК

В многочисленных задачах, где требуется активный сетевой обмен данными, использование модемной связи и т.д., вполне успешно применяются ПК в «промышленном исполнении».

При таких ПК-характерных задачах традиционный ПЛК можно оснастить дополнительными модулями, однако, применение «промышленного ПК» в ПЛК-характерных задачах при управлении механизмами или технологическими процессами и т.д., «промышленный PC» так же требует дополнений и изменений. Например, PC может использовать ОС (операционная система) не оптимизированную для «быстрых» технологических процессов и неявляющуюся детерминистической (с «жёстким» и однозначно определенным временем отклика на событие). Дополнительно карты вв/выв, карты расширений или специализированные технологические карты могут потребовать от о ОС ПК высокого быстродействия и «жесткого» детерменизма в «реальном масштабе времени».

Введение в PAC system

Производители промышленной автоматики, в ответ на расширяющиеся современные требования промышленности, объединяют детерминистический ПЛК-характерный стиль управления технологическими процессами с гибкостью конфигурирования и мощностью ПК. Такие устройства получили название – Программируемый Контроллер для Автоматизации.

Идея комбинировать ПЛК и ПК технологии в системах управления технологическими процессами в начале заключалась в добавлении «связующего» (дополнительного, специализированного) ПО, дополнительных процессоров, объединения нескольких ПЛК. PAC, однако, потребовали серьезной переработки дизайна программно-аппаратной платформы. К примеру, для реализации таких функций, как счетчики, триггеры, ПИД-функции, сбор, обработка и обмен данными системы управления на традиционных ПЛК требуют использования высокопроизводительных и весьма дорогостоящих аппаратных модулей. В то время как PAC  уже имеют такие возможности.

PAC выполнены в модульном исполнении, имеют «открытую архитектуру», возможность расширения дополнительными модулями вв/выв и коммуникаций с различными устройствами и бизнес-системами. В частности, PAC показывают отличную производительность и эффективную обработку сигналов вв/выв.

PAC многофункциональны и могут эффективно одновременно обрабатывать дискретный/аналоговый вв/выв, осуществлять высокоскоростной обмен данными с устройствами по последовательным каналам от различных источников.  

 

Характеристики PAC

Руководствуясь многими соглашениями аналитики промышленной автоматизации из ARC Advisory Group дали начало данному направлению и присвоили ему название «PAC».

ARC выбрало такое название из двух соображений: помочь пользователям средств автоматизации наиболее точно определить необходимое оборудование в соответсвии с требованиями задачи автоматизации; выбрать производителя данной продукции, который бы наиболее полно осуществлял поддержку своей продукции в течении всего её жизненного цикла.

По определению ARC, PAC должен всецело отвечать следующим требованиям

-работа всей системы на одной платформе – включая логические устройства, управление перемещением, управление электрическим приводом, управление технологическими процессами;

-расширение или изменение в пределах единой платформы – единая база тeгов (обрабатываемых сигналов) и база данных для всей внедряемой системы;

-контроллер с жестко связанным программно-аппаратным обеспечением;

-программирование с использованием программных инструментов – возможность создания/изменения управляющей программы «в процессе» работы различных механизмов и устройств.

-работа на открытой, модульной архитектуре – на всех уровнях, – от цехового (всего комплекса исполнительных механизмов и агрегатов),  до отдельных  устройств.

-де-факто стандартно имеет возмоэжности сетевого обмена данными через различные интерфейсы, протоколы, стандартно позволяет обмениваться данными с устройствами различных производителей оборудования.

 

Преимущества при развертывании системы и дальнейшего её использования

Характиристики систем, постороенных на базе PAC, определяют ключевые преимущества их применения в промышленных приложениях. Эти ключевые преимущества объединяют в себе расширенные возможности по сравнению с традиционными PLC (которые необходимо дооснащать специализированными модулями), что обеспечивает прекрасную производительность при обработке событий и управления процессом за счет работы на интегрированной программно-аппаратной платформе.

Интеграция аппаратной и программной составляющих дают следующие преимущества при создании системы: «комплексная программная среда» (integrated development environment — IDE) для систем PAC имеет единую базу данных тeгов (переменных процесса) используемую всеми программными инструментами.

PAC системы развертываются на объекте с помощью единого программного пакета, а так же, при необходимости, модернизируется в будущем, вместо целого ряда программных пакетов от различных вендоров, как в случае традиционных систем автоматизации. 

Следующим преимуществом является возможность апгрейда (обновления) как аппаратных частей системы, так и ПО. Модульное исполнение процессоров делает возможным их замену без кабельного перемонтажа. Ну и компактный размер модульных PAC значительно экономит шкафное пространство.

PAC обеспечен современными сетевыми интерфейсами, что позволяет вести обмен данными в «реальном масштабе времени» (обработка и передача данных не ниже скорости возникновения событий в техпроцессе). Это позволяет наиболее качественно, полно и точно получать все необходимые данные и использовать их в бизнес приложениях.PAC используют стандартные сетевые технологии, протоколы, такие как  Ethernet и TCP/IP, для обмена данными.

 

Финансовый эффект

Системы на базе PAC могут давать различные финансовые преимущества. Общая стоимость системы управления снижается в следствии относительно недорогих (по сравнению с традиционными PLC системами) аппаратных средств, снижения стоимости работ и времени создания системы. Обеспечение PAC систем более доступно по сравнению со схожими (по функциональности) системами на традиционных PLC. Так же PAC системы характеризуются большей возвратностью капитальных вложений, уменьшением стоимости в течении «жизненного цикла» системы, в целом низкой стоимостью владения (total cost of ownership — TCO), что расширяет применимость таких систем автоматизации в различных областях промышленности.

Ну и в заключении, снижение первоначальных капиталовложений: PAC системы позволяют начинать развертывать систему автоматизации с минимальным количеством модулей вв/выв, специализированных модулей, остальные модули добавляются по мере необходимости в процессе создания системы, а оставшиеся возможно добавить по окончании монтажа или завершении всего проекта в целом.