Промышленная автоматизация, её роль, виды | Инженерные сети и коммуникации

Что такое промышленная автоматизация?

Российские предприятия в процессе своей деятельности сталкиваются с двумя основными проблемами – невысокая производительность труда и отставание качества продукции от мировых стандартов. Решить эти проблемы и наладить выпуск конкурентоспособной продукции позволит внедрение автоматизации производства.

Промышленная автоматизация – это активное использование инновационных технологий для организации процесса производства, в результате чего функции управления и контроля будут выполняться с помощью автоматизированных средств.

Виды автоматизации в зависимости от степени интенсивности

  • Полная. Предполагает тотальную автоматизацию, когда все циклы производства управляются только в автоматическом режиме. Важно наладить работу автоматики и полностью исключить возможность сбоев.
  • Частичная. Предполагается автоматизация некоторых технологических участков.
  • Комплексная. Производственные участки работают в качестве единого автоматического комплекса. Выполняется интеграция АСУ ТП с верхними информационно-управляющими системами предприятия (MES, ERP, OLAP, BI). Такая автоматизация промышленного производства оставляет человеку лишь функции общего управления, а также контроль за работой автоматизированных систем.

Промышленная автоматизация

Цели промышленной автоматизации

  • Снижение количества людей, задействованных на площадках производства.
  • Повышение качества и конкурентоспособности продукции.
  • Повышение объема производимой продукции.
  • Обеспечение возможности точного планирования.
  • Повышение уровня эффективности производства, в частности рациональное использование сырья, сокращение расходов, обеспечение энергетической эффективности.
  • Приведение производства в соответствие с экологическими стандартами.
  • Обеспечение высокого качества управления на предприятии путем согласования работы на всех уровнях.

Достичь эти цели позволяет решение следующих задач:

  • внедрение современных средств промышленной автоматизации, включающих в себя специальное оборудование, программные компоненты, системы управления и контроля;
  • внедрение основ промышленной автоматизации, позволяющих выстроить эффективную систему.

Оборудование для промышленной автоматизации

Автоматизация промышленных предприятий предполагает внедрение комплекса средств, включающих в себя технические, программные и информационные устройства. Для наладки работы используется несколько систем автоматического управления:

  • система регулирования. В состав системы входят объекты регулирования и непосредственно регуляторы, подчиненные общему алгоритму управления;
  • адаптивная система, способная выполнять самонастройку и применять аналитический метод для поиска необходимого режима работы;
  • следящая система. Обеспечивает контроль и поддержание установленных параметров во время производственного процесса.

Возможности компании «Технологика»

Промышленная автоматизация

Обратившись к услугам компании «Технологика», вы сможете заказать проектирование и внедрение системы автоматизации на производстве. В компании «Технологика» работают инженеры высокой квалификации, имеющие большой опыт разработки проектов и подбора средств автоматизации производства. Вся проектная документация оформляется в соответствии с ЕСКД, все решения отвечают требованиям ГОСТ, СНиП, ПУЭ и стандартам в области охраны труда и соблюдения пожаро- и взрывобезопасности.

Среди других услуг компании – производство шкафов автоматики, программирование систем автоматизации. Получите профессиональную консультацию и выгодное коммерческое предложение, обратившись по телефону: +7 (843) 210-18-28.

Промышленная автоматизация

фото завода Сименс

Автоматизация всех стадий производства – необходимое и основное условие развития современной промышленности. Активно начавшийся в прошлом столетии, этот процесс позволяет наиболее эффективно использовать имеющиеся экономические ресурсы: оборудование, рабочую силу, сырьё, капиталовложения и энергию. Кроме того, автоматизация даёт возможность значительно снизить себестоимость продукции, повысить её качество и максимально увеличить срок и надёжность эксплуатации оборудования и технических сооружений.

Промышленная автоматизация предполагает активное внедрение новых технологий в производственный процесс и позволяет все функции контроля и управления выполнять с помощью автоматических систем и приборов. По степени интенсивности различают три вида промышленной автоматизации:

  • Полная автоматизация возможна лишь при тщательно спланированной и отлаженной работе автоматики, исключающей возможность сбоев. В этом случае контроль и управление всеми циклами производственной деятельности осуществляется непосредственно САУ, то есть происходит тотальная автоматизация промышленного предприятия.
  • Частичная. Как правило, используется для модернизации оборудования, уже установленного на данном предприятии, в следствие большой сложности или даже невозможности осуществлении контроля человеком над отдельными операциями технологического цикла. Наиболее эффективен метод внедрения автоматизированного промышленного оборудования. Автоматизация работ по управлению производством также относится к частичной автоматизации производства.
  • Комплексная. Такая автоматизация, предполагающая функционирование производственных участков в качестве единого автоматического комплекса, целесообразна при высоком технологическом обеспечении и использовании промышленных систем автоматизации. При такой организации производства человек осуществляет только общее управление, контролируя работу автоматических систем.
Читать статью  Программное обеспечение для производства: назначение, виды и цели

Кибернетика

Автоматическое управление предприятием – это детально организованный комплекс лингвистических, технических, программных и информационных средств. Весь производственный цикл осуществляется с помощью нескольких специализированных автоматических систем. САУ (системы автоматического управления) подразделяются на:

  1. Системы регулирования. Состоит из технического устройства (объекта регулирования) и регулятора, которые подчинены единому алгоритму управления.
  2. Специализированные. Узкопрофильные системы, связанные с выполнением нестандартных операций.
  3. Адаптивные. Самонастраивающиеся системы, использующие аналитический метод поиска нужного режима, а также обучающиеся (хранящие и обрабатывающие информацию)
  4. Следящие. Обеспечивающие сохранение заданных параметров в процессе производства.

Главным энергетическим составляющим работы современных промышленных установок является электропривод, преобразующий электрическую энергию в механическую. Линейные электроприводы, кроме того, берут на себя функцию управления производственными процессами. Такие устройства, оборудованные специализированными датчиками и приборами, позволяют эффективно решать самые сложные задачи на любых стадиях производства. Электропривод и автоматизация промышленных установок обеспечивают оптимальные условия для создания высококачественного продукта, значительно сокращают время работы и экономят электроэнергию.

Приборная доска

В наши дни автоматизация необходима во всех сферах промышленности. Это обстоятельство позволяет разработчикам и производителям технологических новинок поставлять на рынок всё новые и новые устройства и материалы. Появляется всё больше компаний, основной вид деятельности которых – автоматизация и промышленная арматура. Такие компании занимаются производством и сбытом технологического оборудования, приводной техники, электроники, фитингов, гидравлических и пневматических устройств, а также непосредственно компонентов систем контроля и управления, датчиков, контроллеров, производственных автоматизированных линий и робототехники.

Разработкой и внедрением современных технологий занимаются бюро промышленной автоматизации. Создание новейших автоматических устройств, контрольно-измерительных систем, технотронных модулей – всё это прерогатива подобных учреждений.

Промышленная автоматизация — беремся за проектирование

Автоматизация промышленных объектов, как мы уже знаем, проходит через несколько стадий. В этот раз мы затронем проектирование и типовые примеры подбора используемых элементов с последующим их включением в проектную документацию. В комментариях к предыдущей статье, где я пытался в общих чертах объяснить принцип подготовки к тендерам, советовали начать с изучения ГОСТов. Ну что же. Мы с коллегами, ради интереса, нашли несколько интересных ссылок, чтобы ознакомиться с содержанием этих стандартов. К сожалению, это совсем не применимо на территории ЕС, где мы пользуемся местными нормативными актами и стандартами. Об этом речь пойдёт ниже, в частности об известном сертификате «СЕ» — почему и зачем он нужен.

После тендера мы уже знаем сумму средств, которые выделены на наш фронт работ. Сами работы и их описание получаем в виде ТЗ. А что касается технологии — то в основном мы от заказчика получаем технологический рисунок плюс описание желаемых/предполагаемых алгоритмов работы тех процесса страниц так на 100-200. Многие вещи, что касаются сварочных работ, гидравлики или капитального строительства нас не касаются. Однако хорошо иметь на руках планы всех предполагаемых работ и примерные чертежи зданий, объектов и коммуникаций. Это необходимо как раз на стадии проектирования, для планирования прокладки кабельных трасс, размещения шкафов локального управления и т.д. Во многих случаях бывает оправдано сотрудничать с другими фирмами, чтобы, к примеру, совместно делать прокол под существующими дорогами или укладывать заземление после того, как закончен фундамент зданий, но ещё не начато строительство стен. Большинство трасс с сигнальными кабелями к датчикам давления, температуры, расхода воды, густоты и многим другим, идут вдоль основных технологических труб. Если в планах модернизации есть укладка новых трубопроводов, то мы стараемся договориться с генеральным исполнителем и уложить наши кабельные линии в существующие траншеи.

Так может выглядеть примерный план будущего объекта.

На нем проектным бюро предварительно расположены здания, кабельные трассы, трубопроводы и многое другое. Исходя из него уже можно понять примерную протяжённость кабельных линий, возможное расположение и количество шкафов управления. Также какие-то простые вещи, вроде уличного освещения или расположения/количества камер наружного наблюдения можно быстро разместить на нем же и отправить на согласование. Из этого же плана можно выделить объекты нуждающихся в заземлении по периметру. Здания административные и технологические изначально строятся с заземлением в фундаментах, а остальные объекты должны быть заземлены по периметру с обязательным выведением контрольно-измерительных участков с последующим подключением к общему заземляющему контуру. Ещё в нескольких местах необходимо предусмотреть выводы обычного заземления (мы используем, в основном полосу заземления FeZn 30×4) недалеко от основных трубопроводов. Так, как в последнее время они делаются исключительно из нержавеющей стали и нам нужно перейти с заземления оцинкованного, с помощью медного кабеля сечением 10-16мм², на заземление трубопровода. Для подключения заземления раньше вваривали болты М6 или М8, пока не купили специальный контактный сварочный аппарат, что за секунду «стреляет» шпильки М6-М8. Получается таких мест, где нужны выводы с резьбой для болтового соединения — довольно много. Каждое механическое соединение и ответвление труб должно быть заземлено последовательно. Исходя из стандартов механическое соединение (болтовое или на шпильках) не может быть признано электрическим, кроме редких случаев.

Читать статью  3.2. Требования безопасности производственного оборудования КонсультантПлюс

А вот так может выглядеть технологический рисунок, к которому идёт многостраничное объяснение самого техпроцесса

Сам техпроцесс , с которым мы можем столкнуться, может быть совершенно разным: это может быть станция подготовки воды (водоканал), глубинные скважины, станция очистки сточных вод, станция обработки природного и биогаза, а также множество всего другого. Крайне важно получить подробный технологический рисунок с предварительными расчётами сечений трубопроводов. Из него мы можем понять, где и как именно должен происходить техпроцесс:

  • В каких местах должны быть технологические измерения (давление, расход, pH, температура, уровень кислорода, плотности/вязкости и прочие)
  • Где необходимо вести контрольный замер по нескольким параметрам.
  • Где будут расположены исполняющие устройства, их количество и мощность.
  • Можно понять тип устройств — в некоторых случаях достаточно управляемых задвижек или клапанов с принципом работы 1/0 — открыто/закрыто. Тогда, скорее всего, будут использоваться более простые устройства с управлением бинарными сигналами и с обратной связью по ним же — состояние, авария, конечные положения. Или же необходимо использовать устройства с плавной регулировкой положения и тогда управление и обратная связь должны уже идти по каким-то протоколам промышленной связи (profibus, modbus и т.д.).
  • То же самое касается и двигателей насосов, компрессоров. Либо достаточно устройств плавного пуска, либо все же необходимо использовать частотные преобразователи

Самое простое с чего можно начать — это структурные схемы (упрощенные однолинейные принципиальные схемы) с посчитанными мощностями исполняющих устройств — будь то помпы, вентиляторы, компрессоры. К ним, исходя из номинальных значений токов и расстояний, подбираются соответствующие сечение кабелей. Если кабели будут иметь подземные участки, то сразу выбирается соответствующее исполнение, к примеру, в помещениях для маломощной однофазной нагрузки используются кабели типа YDY 3×2,5 (возможный аналог — ПВС), а устройства снаружи будут использоваться минимум YKY 3×2,5 (возможный аналог — ВВГ). Согласно параметрам исполняющих устройств подбираются дифференциальные автоматы (если необходимо).

Пример структурой схемы с указанием возможного типа кабеля и потребляемой мощности.

Указывается тип питания — однофазный или трехфазный и параметры автоматических выключателей. Указываем параметры УЗО – номинальный ток, количество фаз, ток утечки и тип самого аппарата. Как и комментарии в коде, здесь важно постараться описать всех потребителей. Это потом пригодится для составления протоколов измерений параметров электрической сети. Если есть такой «скелет» с типами кабелей и защитных аппаратов, мы сделали практически половину работы, что понадобится при контрольных измерениях и составлении протоколов. Не стоит забывать и о монтажниках, что впоследствии и будут изготавливать шкафы. Имея максимум информации на скелетной схеме – они легко могут подобрать количество и тип клемм (по сечению жил), быстро понять иерархию соединения между собой аппаратов защиты и найти названия потребителей. Скелетная схема может занимать 10-15 страниц. А полная проектная электрическая документация с внесенными всеми зависимостями – может содержать 200-300 страниц.

Пример того, как могут быть расположены элементы в электрическом шкафу и обоснование подбора именно этого размера корпуса.

Здесь самый простой электрический шкаф и потому расположение элементов имеет мало значения. В шкафах же управления придётся учитывать множество факторов — тот же температурный режим, особенно, если будут расположены блоки питания 230/24В, частотные преобразователи, контроллеры, панели к ним – тогда необходимо предусмотреть вентиляционные решетки, принудительную вентиляцию включать через термостат. Или же учитывать электромагнитное излучение — от тех же частотных преобразователей. Необходимо заранее предусмотреть место на крепление экранов силовых кабелей от двигателей.

Читать статью  Справочник по промышленному газовому оборудованию

Структурная схема части объекта — очень условная, так как здесь только питающие цепи.

На ней мы показываем расчётное сечение будущих питающих кабелей, типы предохранителей и их номинал. Мощность генератора, если он необходим. Такая структура нужна на этапе согласования в первую очередь. Инспектор, вполне может не согласиться с выносным исполнением генератора или шкафа АВР. А ещё может произойти сокращение/изменение количества шкафов управления и уточнение их расположения.

Структурная схема коммуникации. Разные цвета — разные протоколы

Пожалуй, самый трудный для согласования этап. Сделать коммуникацию можно практически в любом исполнении/варианте. Однако на деле мы сталкиваемся с тем, что конечные устройства, те же управляемые задвижки AUMA уже куплены/заказаны главным подрядчиком. И они имеют какой-то протокол связи и нам приходится предусмотреть возможность подключения к нашей сети этих устройств. Тем более что существует ещё масса устройств с закрытой системой управления, которые «общаются» с внешними системами через свои протоколы. В конце концов получается эдакий зоопарк протоколов связи что соединяет воедино разрозненную информацию и передаёт на главный контроллер.

Отдельно пару слов об иерархии контроллеров . Если система очень сложная, имеет множество технологических объектов с обилием аналоговых измерений и устройств, с которыми нужно «общаться» или управлять, то мы разбиваем её на несколько шкафов управления. Один из шкафов условно назначаем главным. В нем будет главный контроллер. Он обслуживает свою часть техпроцесса и отвечает за коммуникацию со SCADA. Остальные контроллеры независимы и выполняют свой объем локальных задач, синхронизируя с главным контроллером только некоторые переменные. Те же панели управления HMI — всегда slave. Будут ли они работать или нет — не влияет на работу контроллеров и как следствие — техпроцесса. Панели управления, расположены на дверях шкафов управления и служат исключительно для локального мониторинга или проверки работы оборудования сервисными службами. Наши же программисты оставляют себе backdoor в виде GSM модемов с туннелем в шкафах с контролерами. И тогда к контроллеру в аварийной ситуации можно подключиться удалённо, даже если все панели и компьютер со SCADA выйдет из строя.

Структурная схема компьютерных сетей, к ним относятся и сети к камерам наблюдения, особенно после того, как они все стали использовать протокол POE

Дело в том, что многие предварительные документы на постройку каких-то объектов могут лежать годами. Порой они долго ждут финансирования и успевают устареть. К примеру, часто встречается требование укладки отдельных кабелей питания к камерам. Что-то, вроде кабеля 3х1,5. Плюс витая пара 5 или 6 категории к каждой камере. Если на этапе согласования не удается избавиться от таких «ляпов», то они остаются физически. То есть эти кабеля укладываются, хоть никогда и ни к чему не подключаются. А само подключение и питание камер идет по POE

После скелета проекта и этапов согласования начинается проектирование полноценной документации. Об этом и нюансах проектирования – в следующей части

Вместо вывода:

Начиная с нуля, довольно трудно спроектировать автоматизацию какого-то крупного объекта. Однако все начинали с чего-то небольшого. И пусть это был шутливый проект по охране цветка от кота с помощью Arduino или самодельная ambilight подсветка по документации от Lightpack, это было всего лишь начало. В любом из проектов накапливается опыт. Берутся все более крупные заказы. Да, мы живем в неидеальном мире и постоянно приходится оглядываться на себестоимость проектирования, изготовления, запуска и гарантии. Всегда есть рамки, в которые надо поместиться, будь то время или средства. Но в конце концов, не ошибается только тот, кто ничего не делает. Много интересных вещей мы видели на Хабре, многому научились. Может кому-нибудь поможет наш опыт в области промышленной электроники. Задавайте вопросы в комментариях, делитесь своим опытом, будет интересное узнать другое мнение.

Источник https://ivctl.ru/o-kompanii/blog/chto-takoe-promyshlennaya-avtomatizatsiya/

Источник https://www.gorinkom.ru/avtomatizaciya/promyshlennaya-avtomatizaciya.html

Источник https://habr.com/ru/company/ruvds/blog/567172/

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.