Was ist Industrieautomation? Typen, Stufen, Vorteile

In diesem Artikel sehen wir einen Überblick über die industrielle Automatisierung, was sind die Vorteile und Nachteile der industriellen Automatisierung, verschiedene Arten von Automatisierungssystemen, verschiedene Ebenen in einer typischen industriellen Automatisierungsanwendung und vieles mehr.Übersicht EinführungWas ist industrielle Automatisierung?Beispiel zum Verständnis Industrial AutomationMotivation for Industrial AutomationLevels of Industrial Automation ProcessSupervisor LevelControl LevelField LevelTypes of Industrial Automation SystemsFeste AutomatisierungssystemProgrammierbares AutomatisierungssystemFlexibles AutomatisierungssystemIntegrated Automation SystemVorteile und Nachteile der industriellen AutomatisierungVorteileNachteileEinleitungSeit der Zeit der industriellen Revolution in Großbritannien war immer ein erheblicher Aufwand für die Entwicklung komplexer Techniken erforderlich Menschen bei verschiedenen Produktionsaufgaben zu helfen. Ein industrieller Produktionsprozess besteht aus einer Reihe von Maschinen, durch die eine Kombination von Rohstoffen geht durch und in das Endprodukt umwandeln. Der Begriff „Maschine“ kann hier so etwas wie Motor, Bohrmaschine, Förderband usw. sein. die unter elektromechanische Geräte oder chemische Maschinen wie Öfen, Trockner, chemische Verbrennungsanlagen usw. fallen. Heute hat Industrial Automation den Produktionsprozess in der Industrie übernommen und ist aus einer Produktionslinie ohne Automatisierungssysteme nur schwer vorstellbar. Es gibt mehrere Faktoren, die zur Implementierung eines Automatisierungssystems in der industriellen Produktion führen, wie z. B. Anforderungen an hochwertige Produkte, hohe Erwartungen an die Produktzuverlässigkeit, Massenproduktion usw. Was ist industrielle Automatisierung? Industrielle Automatisierung ist ein Prozess zum Bedienen von Maschinen und anderen industrielle Ausrüstung mit Hilfe digitaler logischer Programmierung und Reduzierung menschlicher Eingriffe in die Entscheidungsfindung und den manuellen Befehlsprozess mit Hilfe mechanisierter Ausrüstung. Die obige Definition ist definitiv nicht einfach zu verstehen, aber versuchen wir zu verstehen, was eine industrielle Automatisierung bedeutet anhand eines kleinen Beispiels.Beispiel zum Verständnis der IndustrieautomationStellen Sie sich einen manuellen industriellen Produktionsprozess vor, bei dem ein Bediener die Temperatur eines Ofens beobachtet. Angenommen, die Aufgabe besteht darin, eine bestimmte Temperatur zu erreichen und diese Temperatur etwa 30 Minuten lang zu halten. Der Bediener muss also zuerst die Brennstoffmenge für den Ofen anpassen, indem er ein Ventil steuert, um die Temperatur auf die gewünschte Menge zu erhöhen. Sobald die erforderliche Temperatur erreicht ist, muss diese durch ständiges Verstellen des Ventils aufrechterhalten werden, d Erhöhen oder verringern Sie den Brennstoff je nach Temperatur für die nächsten 30 Minuten. Mit der industriellen Automatisierung wird der gesamte Prozess jetzt ohne die Hilfe eines Bedieners erledigt. Erstens gibt es einen Temperatursensor in der Nähe des Ofens, der die Temperatur an einen Computer meldet. Jetzt gibt es ein motorisiertes Ventil, das ebenfalls vom Computer gesteuert wird, für den Brennstoff, der dem Ofen zugeführt wird. Basierend auf den Temperaturmesswerten des Sensors öffnet der Computer das Ventil, um am Anfang mehr Kraftstoff zuzulassen. Sobald die gewünschte Temperatur erreicht ist, wird das Ventil geschlossen. Aber der Computer kann das Ventil öffnen oder schließen, selbst um eine winzige Menge Kraftstoff fließen zu lassen, basierend auf den Temperaturmesswerten. Der Timer im Computer zeigt an, dass 30 Minuten abgelaufen sind und der Computer das System vollständig abschalten kann. Das obige Beispiel mag vage erscheinen, hilft aber beim Verständnis, wie ein typisches industrielles Automatisierungssystem implementiert werden kann. Im obigen Beispiel gibt es absolut keine menschlichen Eingriffe und die gesamte Aufgabe wird vollständig vom Automatisierungssystem ausgeführt. Motivation für die industrielle AutomatisierungDer Begriff Automatisierung wurde von einem Ingenieur der Ford Motor Company geprägt, der Pioniere in der industriellen Automatisierung und Fertigungsmontagelinie war . Am Anfang basiert der industrielle Produktionsprozess auf den Augen, Händen und dem Gehirn eines Arbeiters, im Gegensatz zu modernen Sensoren, Aktoren und Computern eine eigenständige Maschine. Anfangs mussten diese unabhängigen Maschinen für einen reibungslosen Produktionsprozess von einem menschlichen Vorgesetzten koordiniert werden. Aber mit der technologischen Entwicklung bei analogen und digitalen Steuerungen, Mikroprozessoren und SPS (Speicherprogrammierbare Steuerungen) und verschiedenen Sensoren ist es sehr einfach geworden, mehrere zu synchronisieren unabhängige Maschinen und Prozesse und erreichen eine echte industrielle Automatisierung. Mit dem Aufkommen der Industriewirtschaft haben sich auch die Geschäftsstrategien für die industrielle Automatisierung im Laufe der Zeit geändert. Heutzutage sind die grundlegenden Beweggründe für die Einführung der industriellen Automatisierung: ProduktionssteigerungKostensenkung, insbesondere PersonalkostenVerbesserung der ProduktqualitätEffizienter Einsatz von RohstoffenReduzierung des EnergieverbrauchsErhöhung der UnternehmensgewinneEs gibt einige sekundäre Motivationen für den Einsatz von Automatisierungin industriellen Produktionsprozessen B. Bereitstellung einer sicheren Umgebung für den Bediener, Reduzierung der Umweltverschmutzung usw. Ebenen des industriellen Automatisierungsprozesses Es gibt mehrere Möglichkeiten, die Ebenen eines industriellen Automatisierungsprozesses zu beschreiben, aber die einfachste von allen ist das folgende hierarchische Dreieck aus drei Ebenen der Darstellung von a typische Anwendung in der Industrieautomation.Supervisor-EbeneAn oberster Hierarchieebene besteht die Supervisor-Ebene in der Regel aus einem Industrie-PC, der in der Regel als Desktop-PC oder Panel-PC oder Rack-PC zur Verfügung steht. Diese PCs laufen auf Standard-Betriebssystemen mit einer speziellen Software, die in der Regel vom Lieferanten für die industrielle Prozesssteuerung bereitgestellt wird. Der Hauptzweck der Software ist die Prozessvisualisierung und -parametrierung. Für die Kommunikation wird ein spezielles Industrie-Ethernet verwendet, das Gigabit-LAN ​​oder eine beliebige drahtlose Topologie (WLAN) sein kann. Kontrollebene Die Kontrollebene ist die mittlere Ebene in der Hierarchie und auf dieser Ebene werden alle automatisierungsbezogenen Programme ausgeführt. Zu diesem Zweck werden im Allgemeinen speicherprogrammierbare Steuerungen oder SPS verwendet, die Echtzeit-Rechenfähigkeit bieten. SPS werden in der Regel mit 16-Bit- oder 32-Bit-Mikrocontrollern implementiert und laufen auf einem proprietären Betriebssystem, um die Echtzeitanforderungen zu erfüllen. SPS können auch mit mehreren E/A-Geräten verbunden werden und können über verschiedene Kommunikationsprotokolle wie CAN kommunizieren. Feldebene Die Endgeräte wie Sensoren und Aktoren werden in der Hierarchie in Feldebene kategorisiert. Die Sensoren wie Temperatur, Optik, Druck etc. und Aktoren wie Motoren, Ventile, Schalter etc. sind über einen Feldbus mit einer SPS verbunden, und die Kommunikation zwischen einem Field Level-Gerät und der entsprechenden SPS basiert normalerweise auf einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung. Für die Kommunikation werden sowohl drahtgebundene als auch drahtlose Netzwerke verwendet auch verschiedene Komponenten zu diagnostizieren und zu parametrieren. Darüber hinaus erfordert ein industrielles Automatisierungsprozesssystem auch zwei Hauptsysteme. Dies sind:Industrielle StromversorgungSicherheit und SchutzDer Strombedarf verschiedener Systeme in verschiedenen Hierarchieebenen kann sehr unterschiedlich sein. Zum Beispiel werden SPS normalerweise mit 24 V DC betrieben, während schwere Motoren entweder mit 1-Phasen- oder 3-Phasen-Wechselstrom betrieben werden. Für einen störungsfreien Betrieb ist also eine breite Palette an korrekter Eingangsstromversorgung erforderlich. Darüber hinaus sollte die Software, die zur Steuerung der SPS verwendet wird, sicher sein, da sie leicht geändert oder beschädigt werden kann. Unter Berücksichtigung aller oben genannten Ebenen und ihrer entsprechenden Komponenten hat ein typisches industrielles Automatisierungssystem die folgende Struktur Industrielle Automatisierungssysteme Nachdem wir nun ein wenig über den Aufbau eines typischen industriellen Automatisierungssystems gesehen haben, lassen Sie uns mit der Erörterung der verschiedenen Arten von industriellen Automatisierungssystemen fortfahren. Industrielle Automatisierungssysteme werden normalerweise in vier Typen eingeteilt.Festes AutomatisierungssystemProgrammierbares AutomatisierungssystemFlexibles AutomatisierungssystemIntegriertes AutomatisierungssystemFestes AutomatisierungssystemIn einem festen Automatisierungssystem ist die Produktionsausrüstung mit einem festen Satz von Operationen oder Aufgaben fixiert und es gibt selten Änderungen an diesen Operationen. Feste Automatisierungssysteme werden normalerweise in kontinuierlichen Prozessen wie Förderanlagen und Massenproduktionssystemen verwendet. Dieses System erfordert einen erheblichen Zeit- und Arbeitsaufwand zum Umprogrammieren der Maschinen und wird normalerweise in der Batch-Prozessproduktion verwendet. Flexibles Automatisierungssystem Ein flexibles Automatisierungssystem wird normalerweise immer von Computern gesteuert und häufig dort eingesetzt, wo das Produkt häufig variiert. CNC-Maschinen sind das beste Beispiel für dieses System. Der vom Bediener an den Computer gegebene Code ist für eine bestimmte Aufgabe eindeutig und basierend auf dem Code erwirbt die Maschine die notwendigen Werkzeuge und Ausrüstungen für die Produktion.Integriertes AutomatisierungssystemEin integriertes Automatisierungssystem ist ein Satz unabhängiger Maschinen, Prozesse und Daten, alle arbeiten synchron unter der Kontrolle eines einzigen Steuerungssystems, um ein Automatisierungssystem eines Produktionsprozesses zu implementieren. CAD (Computer Aided Design), CAM (Computer Aided Manufacturing), computergesteuerte Werkzeuge und Maschinen, Roboter, Kräne und Förderer werden alle durch eine komplexe Planung und Produktionssteuerung integriert Arbeit kann leicht ersetzt werden.Menschliche Bediener können die Arbeit in gefährlichen Produktionsumgebungen mit extremen Temperaturen, Verschmutzung, berauschenden Elementen oder radioaktiven Substanzen vermeiden.Die Aufgaben, die für einen typischen menschlichen Bediener schwierig sind, können leicht erledigt werden. Zu diesen Aufgaben gehören das Heben schwerer und großer Lasten, das Arbeiten mit extrem kleinen Gegenständen usw. Die Produktion ist immer schneller und die Produktkosten sind deutlich geringer (im Vergleich zum gleichen Produkt, das mit manueller Bedienung hergestellt wird). Mehrere Qualitätskontrollen können durchgeführt werden in den Produktionsprozess integriert, um Konsistenz und Einheitlichkeit zu gewährleisten. Die Wirtschaftlichkeit der Industrie kann erheblich verbessert werden, was sich direkt auf den Lebensstandard auswirkt. Da der Großteil der Arbeit von Maschinen erledigt wird, ist der Bedarf an Handarbeit sehr gering. Alle gewünschten Aufgaben lassen sich mit der heutigen Technik nicht automatisieren. Produkte mit unregelmäßigen Formen und Größen werden beispielsweise am besten für die manuelle Montage belassen. (Dieser Trend scheint sich mit fortschrittlichen Computern und Algorithmen zu ändern). Es ist möglich, Automatisierung für bestimmte Prozesse zu verwenden, z

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