אוטומציה של מערכות בקרה: רמות, כלים, תכונות ויישומים

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

אוטומציה של מערכות בקרה (ACS) היא מערכת מידע המיועדת ליישום אוטומטי של תהליכי ניהול. יש לציין שהכנסת טכנולוגיה כזו צריכה להיות מוצדקת מנקודת מבט טכנית וכלכלית. לרוב, התקנת מערכת כזו מאפשרת לצמצם את מספר העובדים העובדים, להגביר את יעילות הניהול ולשפר את איכות המתקן.

דרישות עבור ACS

ישנן כמה דרישות לאוטומציה של מערכת הבקרה.

ראשית, חשוב מאוד שכל האלמנטים יוכלו להיות מחוברים זה לזה, וגם יהיו להם חיבור עם מערכת אוטומטית שמחוברת למערכת הבקרה האוטומטית. בנוסף, חשוב כאן מאוד שלמערכת תהיה אפשרות הרחבה, פיתוח ומודרניזציה. זה נעשה מתוך ציפייה שבעתיד הארגון יתפתח ויהיה צורך במערכת מודרנית יותר.

שנייה, אך לא פחות חשובה, מערכת אוטומציית הבקרהחייב להיות מידת מהימנות מספקת. במילים אחרות, זה חייב להיות מאובטח ב-100% כאשר עובדים עם הפרמטרים שהוגדרו לראשונה. דרישה חשובה נוספת היא יכולת הסתגלות. יש להגדיר את המערכת בצורה כזו שתוכל להשתנות לנוכח הפרמטרים המשתנים. עם זאת, יש לומר כאן כי טווח השינויים נדון מראש, לפני התקנת מערכת הבקרה האוטומטית, ולכן גבולות השינויים הללו מוכנסים למערכת מראש.

מערכת אוטומציית הבקרה צריכה לספק את היכולת לשלוט בעבודתה. בנוסף, חשוב מאוד שבמקרה של תקלה המערכת תוכל לאבחן ולציין את המקום, הסוג והגורם לבעיה מסוימת. הדרישה החשובה האחרונה למערכת בקרה אוטומטית היא הגנה מפני פעולות שגויות של כוח אדם. במקרה של שינויים מקריים או מכוונים בפרמטרים העלולים להוביל את האובייקט למצב קריטי, יש להגן על מערכת הבקרה. כלל זה חל גם במקרה שמידע דלוף איפשהו.

חלקים מ-ACS. פונקציונלי

כיום, כל מערכת מידע, לרבות מערכת אוטומציה לניהול ארגוני, ניתנת לחלוקה מותנית לשני מרכיבים. הראשון פונקציונלי, השני מספק. החלק הראשון אחראי על היבט הפעולות שבו נוצרת כל מערכת בנפרד. השילוב של משימות בודדות אלו יוצר חלק פונקציונלי מהמערכת הכוללת.

לאחר מכן, אתה צריך לשים לב לעובדה שכל מערכת בקרה אוטומטית חייבת לבצעהשלבים הבאים:

• על זה לאסוף, לעבד ולנתח את כל המידע הקשור למצב האובייקט;
• המערכת חייבת להיות מסוגלת לפתח שיטות בקרה כשמתעורר הצורך;
• מערכת הבקרה האוטומטית חייבת להיות מסוגלת גם להעביר פעולות בקרה לגורמי ההנהלה, כמו גם להעביר נתונים למפעיל לצורך בקרה;
• יישום ובקרה של פעולות הבקרה שפותחו נמצאות גם במערכת הבקרה.

מתן חלק ממערכת הבקרה האוטומטית. חלק מידע

החלק הגדול השני הוא לספק. זה קצת יותר מסובך, והוא מחולק על תנאי לכמה קבוצות ביצוע קטנות יותר, הכוללות את הקטעים הבאים:

• program-mathematical;
• אינפורמטיבי;
• technical;
• מתודולוגית וארגונית;
• linguistic;
• personnel.

הפעולה של מערכת האוטומציה לניהול ארגוני, או יותר נכון החלק התומך שלה, מבוססת על העובדה שהיא אוספת מידע מלא על האובייקט. בהתבסס על המידע המתקבל, הכולל נתונים על קידוד, שיטות הפנייה, פורמטים של נתונים וכו', ה-ACS יפעל. אתה צריך להבין שכמות גדולה של מידע דורשת שטח אחסון. מסיבה זו, כל הנתונים המתקבלים נאספים במסדי נתונים גדולים, אשר מאוחסנים לאחר מכן במדיה מכונה.

חשוב להבין כאן שכדי לאחסן את כל המידע מתחילת העבודה ועד היוםבלתי אפשרי כי יש יותר מדי מזה. לכן, כל הנתונים המאוחסנים מוחלפים על מדיה בתדירות מסוימת, הנחוצה לפעולה רגילה של האובייקט. בנוסף, לכל מערכת אוטומציית תהליכים כזו יש סוג של אחסון נתונים לגיבוי. זה נועד להיות מסוגל לשחזר את אובדן המידע אם מכשיר כלשהו נכשל.

חלק מתמטי

יש לציין מיד שהיא החשובה ביותר בכל מערכת ניהול כיום. חלק התוכנה מסוג זה כולל כל תוכנה המבצעת את כל המשימות המוקצות למערכת, וכן מבטיחה את הפעולה התקינה של כל מכלול האמצעים הטכניים המשמשים בארגון זה. החלק המתמטי הוא המכלול של כל הנוסחאות, המודלים, האלגוריתמים המתמטיים המשמשים בתפעול מערכת המידע.

התוכנה של מערכת בקרת אוטומציה של תהליך חייבת לספק את הביצועים של כל הפונקציות הנדרשות מאובייקט האוטומציה. חשוב לציין כאן שכל הפונקציות הללו מיושמות באמצעות כלי חישוב. ישנם מספר מאפיינים ספציפיים שחלק התוכנה של ה-ACS חייב לעמוד בהם:

1. ספיקות פונקציונלית. כלומר, המערכת חייבת להיות שלמה.
2. חשוב שהמערכת לא רק אמינה, אלא גם שתהיה לה את הנכסריפוי עצמי, כמו גם לקבוע את הגורם להתמוטטות.
3. המערכת חייבת להסתגל לפרמטרים המשתנים של האובייקט.
4. צריך להיות אפשרי לשנות במידת הצורך.
5. מודולריות של הבנייה, כמו גם קלות השימוש, הם גם מרכיבים חשובים של המערכת.

קטע טכני

הכל די פשוט כאן. התמיכה הטכנית כוללת את הזמינות של כל האמצעים הטכניים הדרושים על מנת להבטיח את הפונקציונליות המרבית של מערכת הבקרה האוטומטית. סעיף זה מושפע בעיקר מהתפתחות טכנולוגיית המחשבים וטכנולוגיית המחשוב. הודות לפיתוח שני התחומים הללו, מגוון מכשירי המדידה הטכניים הולך ומתרחב, ובעצמם הם מסוגלים לפתור מגוון רחב יותר ויותר של בעיות.

כיום ניתן לחלק מערכות ואמצעים טכניים לאוטומציה ובקרה לשתי קבוצות גדולות. הקבוצה הראשונה היא אמצעי התקשורת, והשנייה היא אמצעי הטכנולוגיה הארגונית.

כאן יש צורך להבין שאמצעי האוטומציה הטכניים משמשים בכל שלבי הפעולה של מערכת הבקרה האוטומטית, החל מתיקון הפרמטרים ועד לאחסון שלהם, וגם בעזרתם ניתן לחבר את מערכת בקרה כולה לרשת אחת. אם נדבר בנפרד על אמצעי התקשורת, אז הם, קודם כל, ממלאים את התפקיד של משדרי מידע ממכשיר אחד למשנהו. במקרים נדירים מסוימים, הם עובדים יחד עם מחשבים. טכנולוגיה ארגונית היא מכשיר שמאפשרלבצע פעולות שונות עם מידע שהושג קודם לכן.

כלל די חשוב הוא שכל אמצעי טכני של מערכת הבקרה האוטומטית, במקרה של תקלה, צריך להיות מוחלף בדומה ללא בעיות, ללא צורך בהגדרה מחדש.

קטע מתודולוגי וארגוני במערכת

עיצוב מערכת אוטומציה בקרה מרמז על נוכחות של סעיף כזה כמתודולוגי וארגוני. ענף זה של מערכת הבקרה האוטומטית הוא מכלול של שיטות, כלים וכמה מסמכים מיוחדים הקובעים את הליך ההפעלה לא רק עבור המערכת עצמה, אלא גם עבור הצוות המתחזק אותה. בנוסף, ישנם גם מסמכים המסדרים את הליך העבודה של כוח אדם בעת אינטראקציה זה עם זה. זה כולל גם כמה שיטות, כתוצאה מהן אנשי צוות מאומנים לעבוד עם מערכת מידע מסוימת. במילים אחרות, מדובר בסעיף שמשפיע לא רק על המערכת עצמה, אלא גם על הגורם האנושי.

המטרה העיקרית של סעיף זה היא לשמור על המערכת פעילה וכן לאפשר לה להמשיך ולפתח אותה במידת הצורך. ניתן להוסיף כי סעיף זה מכיל הנחיות המתייחסות למה שצוותים צריכים לעשות במהלך פעולת ה-ACS על מנת לשמור על תפקודו התקין. זה גם מאחסן קבצים הנושאים מידע על מה שצריך לעשות אם המערכת נכנסת למצב חירום או פשוט לא מתפקדת כמו שצריך.

בלשנות

החלק האחרון של החלק התומך ב-ACS הוא לשוני. באופן טבעי, מערכת זו היא מערכת שפה. זה כולל את שפות התקשורת של הצוות הנותן שירות למערכת האוטומציה של ניהול הייצור, כמו גם של המשתמשים שלה עם חלקים כאלה של המערכת עצמה כמו טכנית, מידע ותוכנית-מתמטית. יש גם תמלילים של כל המונחים וההגדרות שבהם השתמש ה-ACS במהלך עבודתו.

במהלך ההפעלה, חשוב מאוד שהמפעילים יוכלו לתקשר עם מערכת הבקרה בזמן ובנוחות. הודות לתמיכה לשונית מושגת הנוחות הנדרשת, חד הבהירות והיציבות של תקשורת זו. צריך רק להוסיף שכאן יש צורך באמצעים טכניים שיתקנו שגיאות, אם ישנן, במהלך התקשורת בין המשתמש למערכת האוטומציה. עד כה, קיימות שתי גישות שונות לעבודה עם ACS.

הדרך הראשונה בה מתבצע תהליך ניהול האוטומציה היא התקנה ושימוש בטכנולוגיית מחשוב. כלים אלו ישמשו רק כדי לפשט חלק מהפעולות המתרחשות בעת עבודה עם מסמכים. נכון להיום, שיטה זו נחשבת כלא יעילה, מכיוון שהיא אינה מאפשרת לך לנצל במלואו את הפוטנציאל של הרמה הנוכחית של טכנולוגיית המחשב.

השיטה השנייה שונה מהותית מהראשונה והיא נעוצה בעובדה שהארגון יוצר מערכת אוטומציה משולבת לניהולחפצים. במקרה זה, לא רק ניהול המסמכים מועבר לטכנאי, אלא גם מסדי נתונים, מערכות מומחים, כלי תקשורת, וכן פונקציות רבות נוספות.

רמה נמוכה ואמצעית של ACS

כל מערכת בקרת תהליכים כיום ניתנת לחלוקה מותנית למספר רמות. לאוטומציה של מערכת הבקרה יש כיום שלוש רמות כאלה.

הרמה הנמוכה יותר היא החיישנים, כמו גם מכשירי מדידה השולטים במאפיינים המבוקרים. בנוסף, זה כולל גם מפעילים, שבהם תלוי ערך המאפיינים. ברמה זו מתבצעת רק בקרה מינימלית, המורכבת מהתאמת האות מהחיישן לכניסת מכשיר הבקרה. יש גם חילופי אותות שנוצרים על ידי מכשירים אלה עם מפעילים.

רמת הביניים הבאה היא ניהול ציוד. במילים אחרות, בקרי לוגיקה הניתנים לתכנות ממוקמים בשלב הבקרה הזה. PLCs אלו מסוגלים לקבל אותות מציוד מדידה וכן מחיישנים המנטרים את מצב התהליך. בהתאם למידע המתקבל, כמו גם לנתונים שנקבעו על ידי המשתמש, ה-PLC מייצר אות בקרה המועבר למפעיל בפקודה ברורה.

רמה עליונה

אוטומציה של בקרה במערכות טכניות יש גם שלישי, גבוה יותררָמָה. ציוד כזה הוא תחנות מפעיל ושיגור, ציוד רשת, שרתים תעשייתיים. בשלב זה מתבצעת שליטה מלאה על מהלך הפעולות הטכנולוגיות במתקן על ידי אדם. בנוסף, ניתנת כאן גם תקשורת עם שתי הרמות הקודמות, המאפשרת לך לאסוף בהצלחה כל מידע נחוץ.

בשלב זה נעשה שימוש ב-HMI, SCADA. הראשון הוא ממשק אדם-מכונה, בעזרתו מסוגל השלוח לעקוב אחר התקדמות הפעולות הטכנולוגיות במתקן. זה כולל מסכים או לוחות גרפיים שונים, המותקנים לרוב על ארונות אוטומציה ומיועדים רק להצגת מידע על האובייקט ועל התקדמות התהליך. על מנת לשלוט בציוד האוטומציה ובמערכת הבקרה, קיימת מערכת SCADA, המשתמעת בנוכחות בקרה פיקוחית ויכולת איסוף נתונים. במילים פשוטות, רשת זו מאפשרת לך להתקין תוכנה שניתן להגדיר ולהתקין במחשבי השולחים.

כל הנתונים החשובים ביותר שה-PLC אוספת ברמה האמצעית נאספים, מאוחסנים בארכיון ומוצגים באמצעות מערכת זו. הבסיס לאוטומציה טמון בדיוק כאן, שכן SCADA מסוגל לא רק לקבל מידע, אלא גם להשוות אותו לזה שהוזן על ידי המפעיל. אם יש סטייה של פרמטר כלשהו מהערך שנקבע, המערכת מודיעה על כך למשתמש באמצעות אזעקה. כמהלמערכות יש את היכולת לא רק לשלוט, אלא גם לשנות באופן אוטומטי כל ערכים על מנת להחזיר ערך שחרג מהגבולות שנקבעו.

כלי אוטומציה

מערכת האוטומציה של ניהול כוח אדם, התהליך הטכנולוגי מתבצע על חשבון אמצעי אוטומציה טכניים, או TCA. במילים אחרות, מדובר במכשירים שיכולים להיות כלי טכני בפני עצמם ולבצע כל פעילות, או להיות חלק ממכלול חומרה-תוכנה.

לרוב, TCA הוא המרכיב הבסיסי של מערכת אוטומציה. זה כולל את כל הציוד הלוכד, מעבד, מעביר מידע. בעזרת כלים כאלה ניתן לשלוט, להתאים ולנטר את ההיבטים האוטומטיים של תהליך הייצור. ישנם TCAs השולטים בפרמטר כלשהו. אלה יכולים להיות חיישני לחץ, טמפרטורה, מפלס, חיישנים קיבוליים, חיישני לייזר וכו'. בהמשך יש TSAs מידע, שעיקר תפקידם הוא להעביר את המידע המתקבל מהחיישנים. במילים אחרות, זה המקשר בין הרמה הנמוכה לציוד הבקרה ברמה הגבוהה יותר.

לציוד בקרה יש את היכולת להפסיק לחלוטין או חלקית את תהליך הייצור עד לביטול הגורם לעצירה. כמו כן, מערכות מתקדמות מסוימות יכולות לבצע פתרון בעיות משלהן. במקרה זה, הם מתייחסים למערכות בקרה וניהול ריפוי עצמי.