Il controllo di processo automatizzato è parte integrante dell'industria moderna. L'automazione consente ai produttori di circuiti integrati sia di ridurre al minimo gli errori durante il processo di fabbricazione sia di migliorare l'efficienza produttiva, aumentando così la qualità dei prodotti finali.
Teoria del controllo e automazione industriale
Per ottenere un controllo di processo automatizzato, i processi industriali devono essere accurati, prevedibili e ripetibili. In pratica, ciò richiede un controllore che monitori una variabile di processo e la confronti con un setpoint o un valore di riferimento.
La differenza tra il valore della variabile di processo e il setpoint (cioè lo stato ideale della variabile di processo) è definita come segnale di errore. Questo invia un feedback al controllore affinché intervenga per riportare il valore di processo al setpoint ideale.
Fondamentalmente, l'ingegneria del controllo e dell'automazione (o C&E) è una branca dell'ingegneria elettrica che si occupa della progettazione, dello sviluppo e del funzionamento complessivo di elementi hardware e software per il controllo dei processi industriali.
Cosa sono i sistemi di controllo?
Un sistema di controllo è una rete di dispositivi elettrici e/o elettromeccanici progettati per controllare il comportamento di sistemi di processo dinamici attraverso anelli di controllo. Esistono due tipi principali di controlli: ad anello aperto e ad anello chiuso.
In un controller, l'azione corretta del controller non dipende dal valore della variabile di processo. Ad esempio, un timer utilizzato per accendere o spegnere un elemento riscaldante è a circuito aperto perché il timer spegnerà il dispositivo a un'ora specifica, indipendentemente dalla sua temperatura.
Al contrario, nel controllo ad anello chiuso, il comportamento del controllore dipende dai segnali di feedback dal processo.
tipi di loop di controllo
I principali tipi di loop di controllo utilizzati nell'industria includono sistemi di supervisione e acquisizione dati (SCADA), sistemi di controllo industriale (ICS) o sistemi di controllo distribuito (DCS).
Le tre sezioni successive riportano di più sui circuiti di controllo.
Controllo di supervisione e acquisizione dati
SCADA si riferisce alle applicazioni informatiche per il controllo dei processi in remoto. Sebbene i sistemi SCADA utilizzino software proprietario, possono contenere anche componenti hardware. Il componente hardware raccoglie informazioni su un processo specifico e le trasmette a un computer che esegue il relativo software SCADA.
Tale programma registra tutti gli eventi in un file di archiviazione locale e monitora continuamente il sistema. Se si verifica una condizione anomala, l'ingegnere nella sala di controllo viene avvisato (vedi esempio sopra) in modo che possa risolvere il problema manualmente.
Sistema di controllo industriale
Un ICS è l'integrazione di dispositivi hardware e software su reti cablate o wireless per controllare processi industriali critici. Le applicazioni chiave per ICS includono alimentazione, produzione di componenti elettronici e IoT industriale. La maggior parte degli ICS utilizza software di controllo proprietario con protocolli di sicurezza di rete incorporati.
Sistemi di controllo distribuito
I DCS sono sistemi di controllo computerizzati per impianti o grandi strutture: sono costituiti da più anelli di controllo con controlli distribuiti e dedicati (invece di un sistema di controllo centrale).
I DCS sono utilizzati in applicazioni industriali, ad es. B. nelle raffinerie di petrolio e gas, sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria (HVAC), impianti di trasformazione alimentare, impianti di trattamento delle acque reflue e altri. Come i sistemi SCADA, i sistemi di controllo distribuiti sono costituiti da componenti software e hardware.
dispositivi di controllo
A seconda dell'applicazione, molti tipi di apparecchiature di controllo di processo e Controllo di accesso schierato. Sei esempi di tali dispositivi sono trattati nelle seguenti cinque sezioni:
controllori logici programmabili
I controllori logici programmabili (PLC) sono portatili e Robuste Computer industriali programmati per eseguire un compito specifico. Sono costituiti da una CPU, gruppi di input e output, software per computer, alimentatore e un gruppo rack.
Controller proporzionale-integrale derivato
Le tecnologie PID sono dispositivi di controllo industriale i cui controllori utilizzano controlli proporzionali, integrali e derivativi per regolare una variabile di processo al setpoint desiderato.
I PID vengono utilizzati per controllare variabili come temperatura, flusso e pressione in circuiti chiusi (ad esempio, negli impianti di assemblaggio di automobili e impianti di trattamento delle acque reflue).
Sensori industriali
I sensori industriali sono dispositivi che rilevano stimoli fisici come luce, calore, movimento o pressione meccanica e rispondono di conseguenza (ad esempio visualizzando un valore su uno schermo LCD, premendo un interruttore, ecc.).
I sistemi di controllo utilizzano una varietà di sensori per regolare i processi industriali collegandosi ai controller. Ad esempio, un sensore di temperatura può rilevare una temperatura di processo anomala e azionare un relè per arrestare una macchina altrimenti potenzialmente surriscaldata.
