Основы автоматизации: Что это такое и зачем нужно?

В современном мире автоматизация играет ключевую роль в развитии промышленных предприятий. Автоматизация - это процесс, при котором машинам, приборам и станкам передаются функции управления и контроля, ранее выполняемые человеком. Это позволяет предприятиям гибко реагировать на изменяющиеся условия, выпускать разнообразную номенклатуру, быстро налаживать выпуск продукции по новым стандартам, точно исполнять сроки и объемы заказов, предлагая конкурентную цену и сохраняя высокое качество.

Что такое автоматизация?

Слово «автоматизация» происходит от латинского «automatum», что означает «самодвижущийся». Первые формы автоматизации были связаны с использованием паровых механизмов для замены труда человека. В настоящее время этот термин относится к применению компьютерных систем и программ для автоматической обработки информации и управления технологическими процессами.

В результате автоматизации повышается качество регулирования, удобство труда оператора и коэффициент готовности оборудования. Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) освобождают человека от функций контроля и управления. Здесь станок, линия или целый производственный комплекс с помощью собственной системы связи самостоятельно осуществляют сбор, регистрацию, обработку и передачу информации при помощи всевозможных датчиков, контрольно-измерительных приборов и процессорных модулей.

Преимущества автоматизации

Автоматизация производственных процессов предоставляет ряд значительных преимуществ:

• Улучшение производительности и качества: Автоматизация позволяет устранить или свести к минимуму ручной труд и повысить скорость и точность выполнения задач, что приводит к улучшению производительности и качества.
• Сокращение затрат: Автоматизация позволяет снизить затраты на оплату труда, уменьшить количество ошибок и повысить эффективность использования ресурсов.
• Повышение безопасности: Автоматизация позволяет выполнять опасные или вредные для человека операции с использованием роботов и автоматических систем.
• Гибкость и адаптивность: Современные системы автоматизации позволяют быстро перенастраивать производственные линии под выпуск новой продукции.

Уровни автоматизации

Существуют различные уровни автоматизации, каждый из которых имеет свои особенности и цели. Наиболее эффективной считается классификация, разделяющая системы в зависимости от того, как компьютеризация внедряется в общую производственную систему:

• Частичная автоматизация: Осуществляется в тех случаях, когда стоит задача повышения качества измерений за счет освобождения оператора от рутинной работы. Простые автоматические устройства эффективно заменяют человека, но не освобождают его от участия в производственном процессе, а существенно облегчают его работу.
• Комплексная автоматизация: При помощи комплексной автоматизации можно улучшить работу крупного производственного комплекса.
• Полная автоматизация: Высшая ступень автоматизации, которая повышает качество измерений за счет исключения человека-оператора из процесса измерений. Система является полностью автономной и способна решать все задачи без участия оператора. Полная компьютеризация - это мера, способная обеспечить независимую работу всех систем, вплоть до управления производством.
• Полуавтоматическая автоматизация: Полуавтоматическое выполнение производственных операций с использованием устройств автоматизации.

Типы систем автоматизации

В зависимости от степени гибкости и возможности перенастройки, выделяют следующие типы систем автоматизации:

• Фиксированные системы автоматизации: Предназначены для выпуска одного или ограниченного количества видов изделий. Они демонстрируют высокую эффективность при массовых объемах выпуска конкретного вида продукции.
• Программируемая автоматизация: Основана на установленном наборе команд и инструкций (программе). Она способна меняться, что позволяет быстро внедрять новые конфигурации продукции. Это наиболее распространенный метод автоматизации серийного производства.
• Гибкая система автоматизации: Способна оперативно реагировать на изменения. Она строится на основе компьютеризированных систем управления и человеко-машинных интерфейсов. За управление процессами отвечает компьютерная система.

Информационно-измерительные системы (ИИС)

Основной причиной создания информационно-измерительных систем является необходимость контролировать или измерять одновременно большое количество физических величин, многие из которых должны измеряться одновременно. На рисунке ниже представлена общая структура ИИС.

В данной структуре все СИ цифровые, и управление этими приборами осуществляется командами в цифровом виде, передаваемыми по линиям интерфейса. ИИС могут быть достаточно сложными устройствами, которые должны в зависимости от решаемой задачи иметь возможность переконфигурироваться. Как показывает практика, такие системы могут эффективно и надежно функционировать только если они строятся поблочно-модульному принципу. Для реализации этого принципа необходимо использовать стандартный интерфейс.

Для каждой ИИС необходимо создавать свои уникальные аппаратные и программные средства. Для их разработки требуется много времени, квалифицированные специалисты и высокая надежность, которая не может быть обеспечена в неспециализированных условиях производства. Альтернативой индивидуальному способу построения ИИС является блочно-модульный способ, который можно осуществить только при использовании стандартного интерфейса.

Стандартный интерфейс

В данном случае стандартный интерфейс - это система сопряжения, включающая аппаратные и программные средства, для которых регламентированы три группы условий:

• Информационные (логические): Согласование входных и выходных сигналов, исходя из их спектра изменения, порядка обмена сигналами.
• Электрические: Согласованность статических и динамических параметров электрических сигналов, учитывающих ограничения на пространственное устройство интерфейсов и техническое внедрение приемки и передачи элементов.
• Конструктивные: Согласованность конструктивных параметров интерфейса, обеспечивающая механический контакт электрических соединений и механической замены съемных элементов, блоков и узлов.

Условия совместимости по конструкции определяют типы соединителей, конструкцию кабельного соединения, печатной платы, рамы и стойки. Объём конструктивных особенностей для разных интерфейсов может сильно отличаться. Обычно в стандарт на интерфейс входит и структура (топология) соединения приборов ИИС. В некоторых ИИС (обычно в иерархических системах) используется комбинация из нескольких структур. На рисунке ниже показана комбинированная структура для трех уровней иерархии: на самом высоком уровне используется радиальная структура, во втором - магистральная, и в самом низком - цепочечная.

Выполнение всех трех условий интерфейса необходимо, но этого недостаточно для обмена данными между устройствами и их взаимного сопряжения. Для работы системы должны быть определены интерфейсные функции, которые позволяют устройствам выполнять операции, связанные с обменом информации, такие как: прием и передача сообщений, распознавание адреса и подключение к линиям интерфейса в определенной последовательности.

Функции интерфейса

Интерфейсная функция заключается в обеспечении передачи данных, в том числе информации о состоянии прибора. Эта функция обязательна для любого прибора-источника. Функции интерфейса обеспечивают совместимость различных устройств без ограничения возможности работы других устройств в системе. Так называются функции, которые устройства чаще всего выполняют фундаментальные. Функции контроллера могут выполняться несколькими устройствами в системе, основные из которых необходимо выполнять для обеспечения совместимости информации, определяются организацией пользовательского интерфейса.

При выборе информационного канала задается значение производительности процесса взаимных действий элементов системы. Координация определяет набор процедур для организации и контроля за процессом взаимных действий системных устройств. Основными процедурами функции обмена является подготовка и получение информации из регистров системных компонентов.

Разработчиком интерфейса прибора является Hewlett-Packard (США), он был представлен под торговой маркой HP-IB (Hewlett-Packard Interface Bus) и использовался для сопряжения устройств.

Данная структура состоит из трёх групп модулей:

• Измерения оборудования (СИ);
• Информационное оборудование;
• Вспомогательные аппараты.

Компьютер выполняет одну из трех функций: чтение измерений происходит из модулей приборов, передача команд для обмена параметрами работы модулей приборов, организовывая обмен между модулями. Главным режимом работы таких модулей является непрерывное освидетельствование основной магистрали.

Системы автоматического мониторинга (САМ)

Необходимость решения практических задач диагностики и измерения в сложных системах привели к необходимости автоматизации измерений. Современная телекоммуникационная система является сложной системой, включающей разнообразные приборы и среду передачи информации. Для диагностики таких систем разработаны и широко используются системы автоматического мониторинга (САМ), которые по назначению и принципам построения являются частным случаем ИИС.

Роль автоматизации в современном мире

В нынешних экономических условиях на передовых позициях оказываются промышленные предприятия, которые активно внедряют автоматизированные системы управления. Ведущей современной тенденцией в автоматизации производств и предприятий является использование гибких автоматизированных технологий (ГАП) и гибких производственных систем (ГПС). Создание ГПС предполагает комплексную автоматизацию предприятия или производства.

Автоматизация всего производства стоит дорого, поэтому используется чаще всего крупными и стабильными организациями. Преимущество автоматизации заключается в высокой работоспособности машин, не зависящей от так называемого человеческого фактора. Роботы способны более быстро и точно выполнять циклические операции, работают с меньшим числом ошибок, не нуждаются в отдыхе. Именно автоматизация производственных процессов способна увеличить объем и ускорить процесс производства, улучшив при этом качество выпускаемого продукта.

Инжиниринговые центры и автоматизация

Инжиниринговые центры, такие как «Акрукс», имеют значительный опыт внедрения и обслуживания систем автоматизации производства различного уровня, в том числе систем частичной, комплексной, полной автоматизации. Большой опыт и уровень компетенций позволяет предлагать гибкие решения по автоматизации производства на любом предприятии, обеспечивать их быструю и качественную реализацию.

Автоматизация производства - индивидуальная задача для каждого конкретного предприятия. Она начинается с комплексного анализа процессов, определяется, что можно автоматизировать, какие решения нужно внедрять, какими будут затраты и эффект. Обязательно производится расчет срока окупаемости системы автоматизации производства. В зависимости от особенностей производства, применяемого на предприятии оборудования, других критериев подбирается оптимальная архитектура, состав и параметры системы автоматизации.

Наша компания обеспечивает внедрение индивидуальных систем автоматизации производства, разработанных на основе готовых методологий и инструментов. Kanban и MES - системы, обеспечивающие управление процессами на уровне производственных линий и цехов. Они обеспечивают интеграцию уровня планирования ERP с технологическим оборудованием, непосредственно осуществляющим выпуск продукции.

Во внедряемых системах автоматизации используются программируемые логические контроллеры (PLC).

Институт цифровых систем, автоматизации и энергетики (IT-институт) обеспечивает предприятия топливно-энергетического комплекса высококвалифицированными специалистами в области автоматизации технологических процессов, электрооборудования, электропривода, программного обеспечения.

Компания Вектор-групп - профессиональный поставщик промышленного оборудования ведущих мировых производителей. Компания предлагает помощь в подборе, выполняет поставку оборудования, осуществляет сервисное обслуживание.

Таблица: Уровни автоматизации и их характеристики

Уровень автоматизации	Описание	Характеристики	Примеры применения
Частичная автоматизация	Автоматизация отдельных операций или процессов	Повышение качества измерений, облегчение работы оператора	Автоматизированные системы контроля качества, автоматические линии сборки
Комплексная автоматизация	Автоматизация большинства процессов на предприятии	Повышение эффективности, снижение затрат, улучшение управления	Автоматизированные производственные линии, системы управления складом
Полная автоматизация	Полная автоматизация всех процессов, включая управление	Полная автономность, максимальная эффективность, исключение человеческого фактора	Автоматизированные заводы, роботизированные комплексы

Автоматизация производственных процессов: Обзор современных технологий