Jardines de Viveros endüstriyel kontrolörler Modern otomasyonun beyni haline geldiler.Küçük bir şişeleme tesisinden rafineriye veya otomobil fabrikasına kadar hemen hemen her üretim tesisinde, değişkenleri ölçen, milisaniyeler içinde kararlar alan ve yorulmadan emirleri yerine getiren onlarca veya binlerce cihaz bulunur. Bu cihazlar sayesinde şirketler teknik ve insan kaynaklarını en üst düzeye çıkarır, hataları azaltır ve ürün kalitesini artırır.
Çok uzun zaman önce değil, bu işin büyük bir kısmı şunlara bağlıydı: Operatörler panelleri izliyor, vanaları çalıştırıyor ve motorları manuel olarak başlatıyor.Günümüzde bu rolü, zorlu ortamlarda çalışabilen, diğer ekipmanlarla iletişim kurabilen, yönetim sistemleriyle entegre olabilen ve hatta Endüstri 4.0 mimarilerine katılabilen kontrolörler üstlenmektedir. İyi otomasyon kararları almak veya modern bir tesisin ardında ne olduğunu anlamak istiyorsanız, bunların ne olduklarını, hangi tiplerinin bulunduğunu ve bir endüstriyel kontrol sisteminde nasıl organize edildiklerini anlamak çok önemlidir.
Endüstriyel kontrol ünitesi nedir ve ne için kullanılır?
Bir endüstriyel kontrol ünitesi, özünde, Süreçleri güvenilir ve sürekli olarak otomatikleştirmek için tasarlanmış programlanabilir bir elektronik cihaz.Sensörlerden (sıcaklık, basınç, akış hızı, konum, hız vb.) gelen giriş sinyallerini alır, bunları tanımlanmış referans noktaları veya hedef noktalarla karşılaştırır, kontrol algoritmalarını yürütür ve son elemanlara (vanalar, motorlar, kontaktörler, pnömatik silindirler, dirençler, robotlar...) komutlar üretir.
Bu cihazların temel amacı şudur: Üretimi optimize edin: döngü sürelerini iyileştirin, arıza oranını düşürün ve sürekli personel varlığına gerek kalmadan çalışmaya olanak sağlayın.Tehlikeli veya ulaşılması zor alanlarda bile. Operatörün sürekli izlemesine güvenmek yerine, kontrol ünitesi mantığını otonom olarak yürütür, verileri kaydeder, sapmaları tespit eder ve anında harekete geçer.
Yüzeyin altında, hepsinin aynı çalışma prensibini paylaştığı görülüyor: Proses değişkenlerini sensörler kullanarak ölçerler, bu bilgiyi bir işleme birimine gönderirler ve gerçek değeri istenen değere yaklaştırmak için çıktıları ayarlarlar.Birçok durumda, hassas ve istikrarlı düzenlemeye olanak sağlayan oransal, integral veya türevsel (PID) algoritmalar kullanılarak kontrol sağlanır.
Modern kontrol cihazları, komut verme işlevine ek olarak... Kritik istatistikleri toplarlar: yürütme süreleri, döngü sayısı, arıza türleri, durdurmalar, alarmlar veya enerji tüketimi.Bu veriler, verimliliği analiz etmek, belirli hatların karlılığını hesaplamak, bakım planlamak veya yatırımlara karar vermek için kullanılır.
Çoğu modern tesiste, endüstriyel kontrol üniteleri tek başına çalışmaz, aksine... Bunlar, denetleyici kontrol ve veri toplama (SCADA) sistemleri, veri kayıt sistemleri, MES ve hatta ERP sistemleriyle entegre ağlara dahil edilir.Bu sayede bir mühendis veya üretim müdürü, yüzlerce kilometre uzakta olsa bile ekranında robotik hattın durumunu, vardiyada üretilen miktarı veya aktif alarmları görebilir.
Kontrol nesnesine göre endüstriyel kontrolör tipleri
Endüstriyel kontrol cihazlarını sınıflandırmanın klasik bir yolu şöyledir: doğrudan kontrol ettikleri ekipman veya değişken türüBu yaklaşım sayesinde bitkide çok yaygın birkaç grup bulabiliriz.
Her şeyden önce var tek yönlü motor kontrolörleriBu üniteler, her zaman aynı yönde dönen motorların başlatılmasını, durdurulmasını ve çoğu durumda hız kontrolünü yönetir. Örneğin, basit takviye pompalarında, fanlarda veya dönüş yönünün tersine çevrilmesini gerektirmeyen konveyör bantlarında kullanılırlar.
Onlara çok yakın bir yerde buluyoruz çift yönlü motor kontrolörleriBu motorlar temelde aynı işlevleri yerine getirebilir, ancak dönüş yönünde değişikliklere de olanak tanır. Genellikle tavan vinçlerinde, asansörlerde, doğrusal konumlandırma servolarında veya mekanik eksenin ileri ve geri hareket etmesi gereken herhangi bir sistemde kullanılırlar.
Bir diğer önemli grup şunlardan oluşmaktadır: pnömatik kontrolörlerBu cihazlar, ana aktüatörlerin pnömatik silindirler veya valfler olduğu sistemlerde kullanılır. Hava basıncını ve akışını kontrol ederek, montaj hatlarında, paketlemede veya hafif taşıma işlemlerinde yaygın olarak bulunan, iyi bir maliyet/performans oranıyla hızlı ve tekrarlanabilir hareketler sağlarlar.
Yüksek mukavemet ve hassas kontrolün gerekli olduğu ortamlarda aşağıdaki hususlar devreye girer: hidrolik kontrolörlerYağın basıncını ve akışını düzenleyerek presleri, krikoları, yüksek tonajlı doğrusal aktüatörleri ve endüstriyel kaldırma sistemlerini kontrol ederler. Prensip pnömatik sistemlere benzer, ancak neredeyse sıkıştırılamaz bir sıvı kullanıldığı için yüksek yükler altında daha fazla hassasiyet sağlar.
Bu daha "uzmanlaşmış" kontrol cihazlarının üzerinde şunlar yer almaktadır: PLC (Programlanabilir Mantık Denetleyicileri)Gerçek anlamda çok yönlü cihazlar. Bunları daha sonra ayrıntılı olarak inceleyeceğiz, ancak kontrol nesnesine göre yapılan bu sınıflandırmada, motorları, pnömatik ve hidrolik vanaları ve her türlü saha cihazını aynı anda kontrol edebildikleri için genel amaçlı kontrol cihazları olarak kabul edilebilirler.
Açık döngü ve kapalı döngü kontrolü
Kontrolörleri sınıflandırmanın bir başka yolu da şunlara göre yapılabilir: Çıktı bilgilerini karar vermek için nasıl kullandıklarıBurada iki ana aile ayırt edilir: açık döngü kontrolörleri ve kapalı döngü kontrolörleri.
Un açık döngü kontrolörü Bu yöntem, sistemin gerçek tepkisini dikkate almadan, yalnızca giriş sinyallerine ve önceden tanımlanmış mantığa dayanarak çalışır. Örneğin, yükün beklendiği gibi ilerleyip ilerlemediğini ölçmeden, konveyör bandını düzenli aralıklarla 10 saniye boyunca çalıştırmak gibi. Bu yaklaşım basit ve ucuzdur, ancak süreçteki bozulmaları veya varyasyonları telafi etmez.
Bunun yerine, bir kapalı döngü kontrolörü Gerçek çıktıyı sürekli olarak istenen değerle (ayar noktası) karşılaştırır ve hatayı azaltmak için komutları ayarlar. Tipik bir örnek fırındaki sıcaklık kontrolüdür: kontrolör sıcaklığı ölçer, ayar noktasıyla karşılaştırır ve hedef değeri korumak için ısıtma elemanlarının gücünü veya gaz vanasının açıklığını ayarlar.
Kapalı devre kontrol sistemleri içinde, endüstriyel otomasyonda yaygın olarak kullanılan birkaç özel tür öne çıkmaktadır.
Jardines de Viveros oransal kontrolörler Çıkış sinyalini hataya bağlı olarak doğrudan ayarlarlar: ölçülen değişken ile ayar noktası arasındaki fark ne kadar büyükse, düzeltme de o kadar büyük olur. Basit ve etkilidirler, ancak birçok süreçte asla tamamen ortadan kalkmayan sabit bir hata bırakırlar.
Jardines de Viveros PID (Oransal-İntegral-Türev) kontrolörleri Bunlara iki işlem daha eklerler: zaman içinde hatayı biriktiren ve tamamen ortadan kaldırmaya yardımcı olan integral ve değişen eğilime tepki veren ve istikrarı artıran türev. Rafinerilerde, kimya tesislerinde, su arıtma tesislerinde, endüstriyel iklimlendirmede ve diğer birçok uygulamada proses kontrolünün temelini oluştururlar.
Endüstriyel kontrolörler, özel işlevlerine göre
Büyük proses kontrol cihazlarına ek olarak, bir tesiste bunlara da sıkça rastlanır. çok özel işlevlere adanmış daha basit cihazlarBunların çoğu artık PLC'lere veya DCS'lere entegre edilmiş durumda, ancak mantıkları hala açıkça tanımlanabilir durumda.
W tezgahlar veya tezgah üstleri Bu cihazlar, üretilen parça sayısı, şaft devir sayısı, akış ölçerden gelen darbeler gibi birimleri kaydetmekten sorumludur. Miktar kontrolü, verimlilik hesaplaması ve tıkanma tespiti için gereklidirler. Ayrıca genellikle basit zamanlama fonksiyonları da içerirler.
Jardines de Viveros zamanlayıcılar Zamanlayıcılar, belirli zamanlarda eylemler gerçekleştirmek için kullanılır: bir pompayı gecikmeli olarak çalıştırmak, bir vanayı sabit bir süre için kapatmak veya çalışma dizileri oluşturmak gibi. Basit görünseler de, birçok ayrık otomasyon sisteminin temelini oluştururlar.
Öte yandan, kontrol algoritmalarının kendileri (orantılı, integral, türevsel veya bunların kombinasyonları) şu şekilde görülebilir: daha büyük bir kontrol ünitesi içinde çalışan özel işlevsel bloklarTasarımı ve ayarlanması, süreç değişkeni üzerindeki kontrolün kalitesini büyük ölçüde belirler.
Endüstriyel kontrolörlerin geniş aileleri: PLC, DCS, PAC ve daha fazlası.
Kontrol nesnesine veya açık/kapalı döngüye göre sınıflandırmaların ötesinde, pratikte esas olarak belirli konulardan bahsediyoruz. endüstrideki standart kontrolör aileleriYıllar içinde aralarındaki sınırlar bulanıklaşmış olsa da, bunlar hâlâ coğrafi yapıyı anlamak için faydalıdır.
El PLC (Programlanabilir Lojik Denetleyici) Başlangıçta otomotiv sektöründe röle panolarının yerini almak üzere geliştirilen bu teknoloji, kablolamayı önemli ölçüde azaltarak mantık değişikliklerini çok daha kolay hale getirdi. Zamanla analog giriş ve çıkışları (0-10 V, 4-20 mA), iletişim yeteneklerini ve daha güçlü işlemcileri bünyesine katarak, ayrık otomasyondan orta ölçekli süreçlerin kontrolüne geçiş yapmasını sağladı.
Günümüzde tipik bir PLC Birkaç düzineden binlerce giriş/çıkış sinyaline kadar işlem yapabilir.Elektrik gürültüsü, titreşim ve yüksek sıcaklıkların olduğu ortamlarda çalışmak üzere tasarlanmıştır ve IEC 61131-3 standardına göre, merdiven mantığı, yapılandırılmış metin, fonksiyon blok diyagramı, talimat listesi veya sıralı diyagramlar gibi dillerde programlanır.
Jardines de Viveros DCS (Dağıtılmış Kontrol Sistemleri) Bu sistemler, petrol rafinerileri, enerji santralleri, kağıt ve selüloz fabrikaları ve su arıtma tesisleri gibi sürekli, büyük ölçekli süreçleri kontrol etmek için ortaya çıkmıştır. Felsefeleri, tesis genelinde giriş/çıkış modüllerinin ve kontrolörlerin dağıtılmasına ve bunların yüksek hızlı bir ağ üzerinden bir veya daha fazla merkezi kontrol odasına bağlanmasına dayanmaktadır.
Bir DCS'de, Kontrol mantığı ve operatörün ekrandaki gösterimi (HMI) yakından bağlantılıdır.Yeni bir kontrol döngüsü oluşturarak, sistem kontrol ünitesinde koordineli bloklar ve arayüzde grafiksel öğeler, alarmlar ve trendler üretir. Bu, büyük tesislerde mühendislik, işletme ve bakım işlemlerini büyük ölçüde basitleştirir.
Jardines de Viveros PAC (Programlanabilir Otomasyon Kontrol Cihazları) PLC dünyası ile endüstriyel bilgisayarlar dünyası arasında bir tür köprü görevi görüyorlar. Daha güçlü işlemcilerden ve açık mimarilerden yararlanarak karmaşık kontrol görevlerini yerine getiriyor, büyük veri hacimlerini yönetiyor ve tescilli platformlara bu kadar bağımlı kalmadan birden fazla sistem ve protokolle iletişim kuruyorlar.
Birçok geleneksel PLC'nin aksine, çok sayıda PAC Bu araçlar, üst düzey dillerde (C, C++) programlama yapılmasına veya MATLAB/Simulink gibi araçlarda geliştirilen modellerin entegre edilmesine olanak tanır.IEC 61131-3 ile uyumluluğu korurken, özellikle klasik kontrolü gelişmiş analizle birleştirirken ilgi çekicidirler. yapay görüş veya optimizasyon algoritmaları.
En uç hesaplama gücü seviyesinde şunu buluyoruz: IPC (Endüstriyel Bilgisayarlar veya endüstriyel PC'ler)Endüstriyel ortamlar için tasarlanmış, yüksek performanslı kontrolör görevi gören dayanıklı bilgisayarlar. Bunlar, [format/format/vb.] şeklinde kabinlere monte edilir. panel-PC Veya DIN rayına monte edilirler ve genellikle Windows IoT gibi sistemlerle çalışırlar. SCADA yazılımı, veritabanı sunucuları ve entegre kontrol ve izleme uygulamaları çalıştırmanıza olanak tanırlar.
Ayrıca oldukça önemli olanlar şunlardır: gömülü kontrolcülerçok küçük boyutlu ve düşük tüketimli olanlar, örneğin Strato Pi MaxAlan ve enerjinin kritik önem taşıdığı belirli görevler için tasarlanan bu cihazlar, kompakt makinelere, saha ekipmanlarına, iletişim modüllerine veya küçük dağıtılmış kontrol sistemlerine entegre edilir.
ICS Sistemleri: Eksiksiz Endüstriyel Kontrol Mimarisi
Biz konuşurken ICS (Endüstriyel Kontrol Sistemleri) Burada sadece belirli bir kontrol ünitesinden değil, bir tesisin izlenmesini ve otomasyonunu sağlayan tüm cihazlar, ağlar ve yazılımlar setinden bahsediyoruz. Buna DCS'ler, PLC'ler, PAC'ler, SCADA sistemleri ve diğer enstrümantasyon ve iletişim elemanları dahildir.
Tipik bir ICS katmanlar halinde oluşturulur. saha seviyesi Bunlara sensörler ve aktüatörler dahildir: basınç transmitterleri, debimetreler, termokupllar, kontrol vanaları, frekans dönüştürücüler, motorlar, pnömatik silindirler vb. Bu cihazlar fiziksel gerçekliği ölçer ve aldıkları komutları yerine getirir.
Yukarıdaki kontrol seviyesiPLC'ler, DCS'ler, RTU'lar (uzaktan telemetri üniteleri) ve diğer otomatik kontrol ünitelerinden oluşur. Burada kontrol algoritmaları yürütülür, her bir ekipman veya devre hakkında kararlar alınır ve tesisin farklı bölümlerinin çalışma sıraları koordine edilir.
sonraki adım denetim düzeyiİşte burada SCADA sistemleri ve HMI'lar devreye giriyor. Bu cihazlar, operatörlerin proses durumunu görüntülemesine, ayar noktalarını değiştirmesine, alarmları tanımasına, gerekirse manuel işlemleri zorlamasına ve geçmiş trendleri incelemesine olanak tanır.
En üstte yönetim ve entegrasyon düzeyiBu seviye, MES (Üretim Yürütme Sistemleri) tarafından işgal edilir ve daha üst seviyelerde ERP ve diğer iş uygulamaları yer alır. Burada, üretim verileri siparişler, envanter, planlama, maliyetler ve kalite ile kesişerek fabrikanın kapsamlı bir görünümünü sağlar.
SCADA, DCS ve PLC'nin detaylı açıklaması: Nasıl bir araya geliyorlar?
Jardines de Viveros SCADA (Denetleyici Kontrol ve Veri Toplama) Bunlar, sunucular ve iletişim ağları tarafından desteklenen, genellikle coğrafi olarak dağıtılmış üst düzey süreçleri izlemek için tasarlanmış yazılım platformlarıdır. RTU'lardan veya PLC'lerden saha verilerini alırlar, depolarlar, grafiksel gösterimler oluştururlar, olayları kaydederler ve uzaktan komut gönderilmesine olanak tanırlar.
Saf kontrol seviyesinden farklı olarak, SCADA yazılımı Genellikle hızlı kontrol döngülerini kapatmaz.Bunun yerine, izleme, parametre belirleme, alarm yönetimi ve operatör karar verme süreçlerine odaklanır. Elektrik şebekelerinde, petrol boru hatlarında, doğalgaz boru hatlarında, içme suyu sistemlerinde ve büyük ulaşım altyapılarında çok yaygındırlar.
Birçok durumda, aralarındaki sınırlar DCS, SCADA ve PLC Bu ayrımlar bulanıklaştı. Uzaktan giriş/çıkış ve gelişmiş HMI'lar sayesinde küçük DCS'ler gibi davranabilen PLC'ler ve dağıtık kurulumlarda kapalı döngü kontrolünü yöneten SCADA sistemleri mevcut. İşlemci ve ağ teknolojisi, seçimi katı teknik sınırlamalardan ziyade uygulama, ölçek ve üreticinin stratejisine daha bağımlı hale getirdi.
Tarihsel olarak, büyük tesislerin kontrolü, küçük yerel kontrol ünitelerinden, analog cihazlar ve kağıt kayıt cihazlarıyla dolu merkezi panellere ve nihayetinde elektronik kontrolörler ve grafik ekranlara sahip dağıtılmış mimarilerBu atılım, karmaşık kilitleme sistemlerini, gelişmiş alarm yönetimini, otomatik olay kaydını, azaltılmış kablolamayı ve tesisin durumuna ilişkin gerçek zamanlı küresel bir görünümü mümkün kıldı.
Modern endüstriyel kontrolörlerin temel özellikleri
Otomasyon sisteminin çekirdeğini oluşturan endüstriyel kontrol üniteleri, bir dizi ortak özelliğe sahiptir. Tesisde kullanımı için gerekli teknik özellikler.
İlki senin güvenilirlik ve istikrarBu cihazlar, elektromanyetik girişim, toz, titreşim, nem veya aşırı sıcaklık gibi ortamlarda 7/24 çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Dahili teşhis mekanizmaları, güç izleme, kalıcı bellek ve birçok kritik uygulamada CPU, güç kaynağı veya ağ düzeyinde yedeklilik içerirler.
Bir diğer temel özellik ise şudur: gerçek zamanGiriş sinyallerindeki değişikliklere milisaniyeler içinde yanıt verebilmeli, böylece sürecin istikrarlı kalması ve tehlikeli durumların önlenmesi sağlanmalıdır. Bu, DCS, PLC ve PAC içindeki gerçek zamanlı işletim sistemleri veya deterministik çekirdekler kullanılarak elde edilir.
La esneklik ve programlanabilirlik Bu da aynı derecede önemlidir. Kullanıcılar, yeni ürünlere, proses varyasyonlarına veya tesis genişlemelerine uyum sağlamak için kontrol programları geliştirebilir ve değiştirebilirler. IEC 61131-3 gibi standartların ve yeniden kullanılabilir fonksiyon bloklarının kullanımı bu görevi büyük ölçüde kolaylaştırır.
Bağlantı açısından modern kontrol üniteleri şunları sunar: Son derece çeşitli iletişim arayüzleri: Endüstriyel Ethernet, dijital alan veri yolları (PROFIBUS, Modbus, Foundation Fieldbus, HART…), açık ve tescilli protokoller.Ve endüstriyel seri iletişimBu, verilerin diğer ekipmanlar, izleme sistemleri, veri tabanları ve bulut platformlarıyla paylaşılmasına olanak tanır.
Ayrıca, bunların amacı da budur. bakımı ve genişletilmesi kolayModüler tasarım, tüm tesisi kapatmaya gerek kalmadan giriş/çıkış kartlarının eklenmesine, arızalı modüllerin değiştirilmesine veya kurulum büyüdükçe kontrol kapasitesinin artırılmasına olanak tanır. Uzaktan teşhis, olaylara müdahale sürelerini önemli ölçüde azaltır.
Sonuç olarak, önemi giderek daha da belirginleşiyor. akıllı ve bağlantılı ortamlarda entegrasyon yeteneğiEndüstriyel Nesnelerin İnterneti (IIoT) ve Endüstri 4.0 kavramları, kontrol ünitelerinin uzaktan izleme, buluta veri gönderme, öngörücü bakım, siber güvenlik ve gelişmiş analitik desteği gibi işlevleri içermesini zorunlu kılıyor.
Doğru endüstriyel kontrol cihazı tipini nasıl seçersiniz?
Belirli bir uygulama için doğru sürücüyü seçmek kolay bir iş değildir. Dikkatli bir değerlendirme gerektirir. Tesisin büyüklüğü, sürecin kritikliği, sinyal sayısı, değişkenlerin türü, kullanılabilirlik gereksinimleri ve bütçe.
Birkaç yüzün altında giriş/çıkış sinyali bulunan ve nispeten basit süreçlere sahip kurulumlarda, PLC genellikle tercih edilen seçenektir. Maliyet, programlama kolaylığı ve geniş bir eğitimli teknisyen havuzu nedeniyle tercih edilir. Bu durum, tekil makineler, küçük üretim hatları, pompa sistemleri veya bina otomasyonu için tipiktir.
Ile uğraşırken Binlerce sinyale ve yüksek kritiklik seviyesine sahip karmaşık tesisler (Rafineriler, kimya tesisleri, mineral konsantratörleri, enerji üretimi) DCS, en yaygın tercih olmaya devam etmektedir. Güçlü yönleri, düzenleyici kontrol, gelişmiş kontrol, alarm yönetimi ve işletmenin tamamen entegre bir şekilde yönetildiği birleşik, ölçeklenebilir ve son derece sağlam bir platform sunmalarında yatmaktadır.
Endüstriyel PAC'ler ve PC'ler ihtiyaç duyulduğu anda yerlerini bulurlar. yoğun hesaplama işlevleri, BT sistemleriyle entegrasyon, büyük veri işleme veya gelişmiş kontrol algoritmalarıKlasik kontrol sistemlerini analitik, görüntü işleme veya yapay zeka ile birleştirmeyi amaçlayan yeni gelişmeler de oldukça ilgi çekicidir.
Temel teknolojinin ötesinde, aşağıdaki gibi faktörleri de dikkate almak kritik önem taşır. Ülke içindeki üretici desteği, yedek parça bulunabilirliği, eğitimli profesyonellerden oluşan topluluk ve benzer uygulamalardaki referanslar.Bu aşamada verilecek doğru bir karar, bakım maliyetlerinde ve sistemin ömründe fark yaratabilir.
Endüstriyel kontrolörler ve ICS sistemlerinden oluşan bu ekosistemin tamamı Bu durum, neredeyse tüm sektörlerde üretimin yapılma biçimini kökten değiştirdi.Enerji, otomotiv, petrokimya, gıda, su ve sanitasyon, ulaşım, tarım ve daha birçok sektör. Bu sektörlerin türlerini, özelliklerini ve entegrasyon yöntemlerini anlamak, otomasyonun faydalarını en üst düzeye çıkarmamızı ve giderek daha verimli, güvenli ve esnek tesisler oluşturma yolunda ilerlemenin temelini atmamızı sağlar.
