Automatizarea unui proces industrial

Automatizarea unui proces industrial

Evolutia economica actuala se caracterizeaza printr-o puternica dezvoltare a tehnologiei informationale, materializata prin aparitia sistemelor de calcul din ce in ce mai performante, realizarea de aplicatii software complexe si crearea de noi echipamente si tehnologii in general.

Aceasta dezvoltare a permis introducerea pe scara larga a solutiilor de automatizare moderne. Putem defini automatizarea intr-un sens general, prin ansamblul masurilor tehnice luate in vederea diminuarii sau eliminarii participarii umane in sfera proceselor de productie. In cadrul proceselor de productie putem evidentia procese tehnologice si procese informationale.

Prin proces tehnologic se va intelege succesiunea operatiilor efectuate asupra materiilor prime, semifabricatelor, subproduselor, cu scopul obtinerii unor produse cu un inalt grad de prelucrare. Operatiile sunt efectuate in instalatii tehnologice si implica transfer de masa si energie. Procesul informational este caracterizat de ansamblul operatiilor de achizitie, prelucrare, stocare si transfer de informatii necesare desfasurarii procesului tehnologic.

Procesele tehnologice pot fi clasificate in functie de continuitatea fluxului de masa si energie in: procese discrete si procese continue.

Procesele industriale discrete sunt procese ce se desfasoara pe anumite etape, intr-o anumita ordine secventiala, actiunile caracteristice acestor procese avand loc la anumite momente de timp.

Un exemplu de proces industrial discret il reprezinta ansamblul operatiilor efectuate pe o

linie automata de prelucrare, ambalare, etc.

Procesele continue se caracterizeaza printr-un flux continuu de masa

si energie. Cateva din exemplele de procese continue sunt date de procesele din industria chimica, petrochimica, in care se controleaza diversi parametrii, cum ar fi: presiunea, aciditatea, concentratia. Acesti parametrii sunt urmariti

in mod continuu.

Automatizarea proceselor de productie a fost impusa de efortul general al producatorilor industriali de atingerea unor productivitati sporite,

de  utilizare superioara a resurselor, de imbunatatire a calitatii si fiabilitatii produselor, de micsorare a costurilor de productie, de imbunatatire a conditiilor de munca.

Aplicarea strategiei de automatizare se va face in functie de volumul

de productie (productie de masa, productie de serie sau serie mica), tinand cont de eficienta economica a investitiei, in conditiile asigurarii unei flexibilitati cat mai ridicate, astfel incat sa faca fata la schimbarile rapide ale cerintelor pietei.

Flexibilitatea permite adaptarea rapida a sistemelor de productie la o serie de modificari ale tehnologiei de fabricatie, necesare realizarii unor produse noi sau imbunatatite. Gradul de flexibilitate poate varia in limite foarte largi de la un sistem la altul, el fiind stabilit in functie de specificul productiei, corelat cu eficienta economica a realizarii acestuia.

In tara noastra se remarca in ultima perioada, preocuparea unui numar din ce in ce mai mare de intreprinderi cu profil de productie, pentru gasirea unor solutii de retehnologizare prin adoptarea unor solutii moderne de automatizare. Cele mai multe dintre solutiile de automatizare flexibila implica utilizarea controlerelor programabile, ce au o larga aplicabilitate in domeniul industrial.

Orice proces tehnologic automat sau semiautomat presupune existenta panoului de comanda (panou operator) (PO). Chiar daca procesul e complet automatizat, trebuie sa existe un minimum de comenzi (ex., comanda de oprire si de pornire a sistemului). Cu cat sistemul de conducere va fi mai perfectionat, cu atat panoul operator va fi mai simplu. Pe panoul operator pe langa elementele de comanda se pot afla si elemente de semnalizare.

Procesul tehnologic poate fi comandat prin intermediul marimilor de iesire din sistemul de conducere. Intrarile in echipamentul de conducere sunt marimi analogice sau digitale si au rolul de a furniza informatii din procesul tehnologic si de la panoul operator. Intrarile din procesul tehnologic pot fi semnale ce provin de la: senzori (senzori de proximitate, senzori de prezenta, senzori optici), limitatoare de cursa, contactele unor relee, butoane sau comutatoare, traductoare sau de la alte echipamente de conducere. Aceste marimi pot fi semnale digitale Sd sau semnale analogice Sa (de la traductoare), in curent sau tensiune.

Senzorul de proximitate este un dispozitiv care sesizeaza prezenta sau absenta unui obiect in apropierea lui. Senzorii de proximitate se pot clasifica in functie de raza de actiune si natura materialului la care sunt sensibili acestia.

Daca este actionat, senzorul va schimba valoarea logica a iesirii. Actionarea senzorului se realizeaza cand este un obiect in apropierea sa. Limitatoarele sunt dispozitive discrete ce pot avea doua stari: actionat (in logica directa 1)

sau neactionat (in logica directa 0).

Simboluri utilizate in schemele cu relee:

Modalitati de implementare a sistemelor

automate de productie

Existenta a numeroase tipuri de aplicatii ce utilizeaza echipamente de

control si comanda automata, a condus la necesitatea realizarii unor echipamente automate, care sa poata fi utilizate pentru o gama larga de

procese

Caracteristica de a putea fi utilizat la automatizarea unei game foarte

largi de procese este data de flexibilitatea ridicata. Flexibilitatea

echipamentului de conducere este reprezentata prin gradul de aplicabilitate a

unei solutii de automatizare.

In functie de analiza procesului ce urmeaza a fi automatizat si

elementele pe care le solicita beneficiarul, se alege o anumita varianta de

automatizare. Pentru alegerea solutiei de automatizare se va tine cont si de:

−gradul in care echipamentul permite dezvoltarea in continuare a

aplicatiei

−consecintele utilizarii unor echipamente complexe (infiintarea

unui service specializat, specializarea operatorilor);

−pretul de cost (costul investitiei);

−timpul de amortizare.

Echipamentele de automatizare se pot clasifica in doua categorii:

−echipamente realizate in logica cablata;

−echipamente realizate in logica programata.

Variantele de implementare a unui sistem de conducere in logica

cablata sunt reprezentate de solutiile bazate pe: tehnica releistica, selectoare

pas cu pas, circuite logice combinationale, automate secventiale si

microsisteme specializate.

Variantele de implementare a unui sistem de conducere in logica

programata sunt reprezentate de solutiile bazate pe: controlere programabile

(automate programabile), microcontrolere, calculatoare de proces.

Solutiile in logica cablata sunt indicate pentru aplicatii reduse, avand

un numar mic de intrari si iesiri. In cazul in care exista un numar mare de intrari / iesiri, daca se utilizeaza solutiile de automatizare in logica cablata, se

va ajunge la scheme complexe, ceea ce va presupune fiabilitate scazuta si

depanare dificila, datorita numarului mare de componente.

Valoarea echipamentelor de conducere creste odata cu complexitatea

lor si performantele pe care le detin.

La complexitati ridicate ale proceselor de productie este indicat sa se

utilizeze controlere programabile sau calculatoare de proces.

Calculatoarele de proces pot fi calculatoare personale dotate cu

interfete pentru proces, fiind prevazute cu carcase avand un grad de protectie

ridicat

Aceste interfete de proces realizeaza conversia semnalelor din proces

in semnale utilizate de calculator. Cele mai cunoscute sunt placile de achizitie

date

Calculatorul de proces, fiind amplasat intr-un mediu industrial, va fi

dotat cu o tastatura fiabila, protejata de praf si cu cheie de acces.

Conectarea calculatorului la proces se va realiza astfel:

Calculatorul va functiona pe baza unui program care va realiza

taskurile de automatizare.

Comanda iesirilor se va realiza de catre calculator pe baza

programului implementat si a valorilor marimilor de intrare.

Spre deosebire de echipamentele realizate in logica cablata, cele in

logica programata au o flexibilitate foarte mare, putand fi utilizate pentru o

gama larga de procese. Dintre toate solutiile prezentate, cele mai utilizate variante de automatizare sunt cele cu controlerele programabile, deoarece pretul lor este relativ mic si satisfac cerintele unei game foarte largi de procese, atat

discrete, cat si continue.

Controlerul programabil (automatul programabil) reprezinta o

structura flexibila, avand o puternica interfatare cu procesul.

Acesta este un dispozitiv electronic ce permite comanda unui proces

tehnologic sub controlul unui program implementat, cu ajutorul unui limbaj

specializat

In functie de complexitatea controlerelor, acestea pot realiza diverse

functii

functii logice;

−functii aritmetice;

−functia de generare a iesirilor si citire a intrarilor;

−functii de memorare;

−functii de comunicare;

−functii de temporizare, contorizare si generare de impulsuri;

−functii de conversie analog-numerica si numeric- analogica;

−functii de masurare si adaptare de semnal;

−functii de pozitionare (comanda pe axa a unui mecanism);

−functii de reglare continua P, PI, PID;

−functii de programare grafica.

Structura controlerului programabil

Un controler programabil (automat programabil), din punct de vedere

structural si functional, este asemanator cu un calculator numeric. In cazul

controlerului programabil, aceasta este capabil sa interpreteze un numar

relativ mic de instructiuni, necesare pentru implementarea functiilor unui

proces automatizat. Elemente principale ce compun un controler programabil

sunt

􀂃unitatea centrala;

􀂃modulul de intrari/iesiri logice;

􀂃modulul de intrari/iesiri analogice;

􀂃modulul de interconectare cu reteaua;

􀂃modulul de legatura cu PC pentru programare si comunicare;

􀂃modulul de memorie RAM, EEPROM;

􀂃modulul de memorie externa;

􀂃ceasul de timp real.

Daca numarul de intrari/iesiri oferite de controlerul programabil este

mic fata de necesitatile unei anumite aplicatii, este posibila marirea numarului de intrari/iesiri prin adaugarea de extensii locale. Pentru aplicatii complexe este necesar sa se utilizeze conectarea in retea a mai multor controlere programabile de acelasi tip sau de tipuri diferite, cu conditia ca ele sa fie interconectabile la aceeasi retea. Pentru a putea functiona, controlerul

programabil trebuie configurat corespunzator de utilizator, prin intermediul

unui limbaj specializat.

Controlerele programabile pot prelucra informatia digitala (la nivel de

bit, byte sau cuvant) sau analogica (pe 10 - 32 biti), putand fi: incorporate in

comenzi numerice sau ca echipamente individuale.

Functionarea controlerului programabil

Controlerul programabil are o functionare clasica. Fiecare ciclu de

functionare incepe cu citirea registrelor-imagine ale marimilor de intrare,

urmata de parcurgerea instructiunilor continute in programul utilizator, ce are

drept rezultat modificarea corespunzatoare a registrelor-imagine ale

marimilor de iesire. Comenzile logice raman neschimbate atat timp cat

variabilele ce le determina raman neschimbate. Inainte de a reincepe un nou

ciclu de functionare, controlerul programabil parcurge o etapa de

autosupraveghere si de testare a functiilor ce concura la buna functionare a

acestora

Controlerul programabil preia marimile de intrare din procesul

controlat prin modulul de intrare si le prelucreaza conform programului

inscris in unitatea de memorie pentru a genera iesirile, ce reprezinta comenzi

catre proces.

Unitatea de comanda citeste si decodifica instructiunea curenta,

lansand in executie prin unitatea de executie UE, operatiile curente. Valorile

marimilor de intrare/iesire vor fi actualizate la fiecare scanare a programului.

Comenzile unitatii centrale sunt transformate de modulele de iesire in

semnale electrice la parametrii solicitati de proces.

Programul unui proces controlat este compus dintr-o combinatie

specifica de instructiuni, proprii fiecarei aplicatii.

In general, timpul de procesare al programului este foarte scurt (zeci

sau sute de milisecunde, depinzand direct proportional de marimea

programului) fata de constantele de timp ale procesului. Daca in anumite

aplicatii acestea au acelasi ordin de marime, se impune utilizarea unei functii

de alarma, care permite intreruperea procesarii ciclice a programului atunci

cand o anumita intrare isi modifica starea.

Echipamentul de programare poate fi integrat sau extern controlerului

programabil, fiind dispozitivul cu ajutorul caruia se editeaza, se compileaza si

se transfera programele in unitatea de memorie.

In cazul cand echipamentul de programare e extern, el poate fi

reprezentat de o consola de programare sau de un calculator personal, dotat

cu soft de programare, testare si transfer.