Промышленная автоматизация 4.0: раскрытие эффективности и инноваций

Вы взволнованы тем, что будущее американского производства выглядит ярче благодаря возвращению производства (решорингу)? Мы тоже считаем это отличным, но заметили ли вы что-то другое? Производство изменилось. Появились новые технологии и жаргон: Индустрия 4.0, роботы, коботы, Интернет вещей (IoT).

Пока США были оттеснены аутсорсингом, другие страны развивали технологии автоматизации для извлечения максимальной эффективности. Американским производителям нужно догонять, чтобы продолжать расти и ускорять решоринг.

Если вы хотите стать глобально конкурентоспособными и перейти на более эффективное автоматическое оборудование или системы, вам понадобится хотя бы базовое понимание промышленной автоматизации в современном виде. Понимание опций, терминологии и компонентов облегчит создание первоначальных планов и бюджетов для обсуждения с командой и специалистами по автоматизации.

Чтобы навести вас в курс, вот базовый обзор промышленной фабричной автоматизации в эпоху связности.

Содержание

• Что такое промышленная автоматизация?
• Типы промышленной автоматизации
• Как достигается промышленная автоматизация?
• Производство и системы промышленной автоматизации
• Почему американским производителям нужно автоматизироваться
• Автоматизация в Индустрии 4.0
• Приход к решению промышленной автоматизации

Что такое промышленная автоматизация?

Вы не одни в поиске производственных эффективностей. Еще до первой промышленной революции лидеры отрасли создавали специализированные машины, производящие быстрее и точнее человека с ручным инструментом. Исторически спроектированные для автономной работы с минимальным вмешательством человека, современные системы промышленной автоматизации могут общаться и работать в синхронизации с помощью систем промышленного управления и сетевой связности.

Примеры промышленного автоматического оборудования найдете там, где продукты или компоненты обрабатываются, производятся, упаковываются и/или собираются. С принципами и стандартами автоматизации можно ожидать, что автоматическое оборудование размещено в системной конфигурации, наиболее эффективно перемещающей компоненты из стадии в стадию.

Типы промышленной автоматизации

Производители автоматизируют работы, требующие выносливости или точности, или скучные, повторяющиеся и/или требующие мало креативности или специализированного таланта. Снижение цен на роботов и рост стоимости труда поощряют автоматизацию в США. С ожидаемым падением цен на роботов на 65% и более за ближайшие пять лет, автоматизация предсказывается растущей стабильно. Если вы еще не сделали этого, инвестиции в инфраструктуру передачи данных могут стать одним из крупнейших вызовов. Трендовая фабричная автоматизация опирается на способность машинных сетей общаться и исполнять задачи по расписанию.

Каковы распространенные типы фабричной автоматизации?

• Простое инструментирование (Simple tooling)
• Сборка (Assembly)
• Инспекция/контроль (Inspection)
• Манипулирование материалами (Materials handling)

Как достигается промышленная автоматизация?

Системы промышленного управления — механизм (или «мозг») за автономией и движением автоматизированных машин. Это технология, позволяющая автоматизировать промышленные процессы. Основой системы управления является контур управления. Примеры систем управления: от простейшего — дискретного контроллера, до сложной SCADA-системы, управляющей всеми уровнями производственных процессов и географическими локациями бизнеса.

Типы систем промышленного управления:

• SCADA-система — компьютерная система, контролирующая и мониторящая заводские процессы
• ПИД-контроллер (Proportional-integral-derivative) — управляет системой на основе заданной уставки и измеренного значения
• Программируемые логические контроллеры (PLC) — легко программируемый, надежный промышленный компьютер с одним микропроцессором для управления моторами и другой машинами на заводе с использованием логики
• Программируемые контроллеры автоматизации (PAC) — похожи на PLC, но содержат мультипроцессоры и способны к многозадачности
• Распределенные системы управления (DCS) — управляют множеством узлов через мультипроцессоры с продвинутыми возможностями, включая много точек ввода/вывода
• Интерфейс человек-машина (HMI) — позволяет взаимодействовать с машиной и быстро просматривать статус процессов
• Дискретный контроллер — простое включение/выключение, примеры: таймеры, счетчики, термостаты

PLC

HMI

Счетчик

Как работает промышленная автоматизация:

Этап 1 — Система промышленного управления (перечисленная выше) работает в связке с контроллером привода.

Основные контроллеры привода:

• Частотный преобразователь (VFD) — контроллер АС-мотора, использующий частоту и напряжение для управления скоростью и моментом электродвигателя
• Степпер-драйвер — цепь управления, управляющая шаговым мотором током, подаваемым импульсами и фазами
• Аналоговый серво-драйвер — управляет скоростью сервомотора через сигналы включения/выключения напряжения или импульсы
• Цифровой серво-драйвер — как аналоговый, но способен выдавать значительно более высокую частоту импульсов в секунду

Частотный преобразователь (VFD)

Этап 2 — Контроллер привода направляет актуатор, сообщающий движение.

Основные типы актуаторов:

• Гидравлический актуатор — давление жидкости двигает поршень через трубу для создания момента
• Пневматический актуатор — давление воздуха или газа управляет скоростью и моментом
• Электрический актуатор (AC, DC, линейный, серво, шаговый) — приводом служит мотор, электрическая энергия конвертируется в механический момент
• Механический актуатор — с помощью простых механизмов вращательное движение преобразуется в линейное

Пневматические актуаторы

Непрерывные процессы промышленной автоматизации:

• Датчики обратной связи (энкодеры или резольверы) собирают данные с нагрузки и отправляют обратно контроллеру.
• Промышленные сети (Fieldbus и Ethernet) поддерживают обмен информацией между базовыми полевыми устройствами и могут передавать до корпоративного уровня.
• Работая в связке с автоматизированными управлениями, механические устройства включают подшипники, редукторы, винты, колеса, оси, кулачки, штанги.

Система Fieldbus

Линейный подшипник и рельс

• Помимо электромеханических и механических устройств, в промышленных машинах также используются гидро- и пневмоприводные устройства. Когда электромеханические методы не дают практичных решений, вводится гидро/пневмопривод. Обычно он управляется электроникой и контролируется датчиками и клапанами.

Технологии гидро/пневмопривода (Fluid Power Technologies)