Zautomatyzowana kontrola procesów jest integralną częścią nowoczesnego przemysłu. Automatyzacja umożliwia producentom układów scalonych zarówno minimalizację błędów w procesie produkcyjnym, jak i poprawę wydajności produkcji, podnosząc tym samym jakość produktów końcowych.
Teoria sterowania i automatyka przemysłowa
Aby osiągnąć zautomatyzowaną kontrolę procesu, procesy przemysłowe muszą być dokładne, przewidywalne i powtarzalne. W praktyce wymaga to sterownika, który monitoruje zmienną procesową i porównuje ją z wartością zadaną lub wartością odniesienia.
Różnica między wartością zmiennej procesowej a wartością zadaną (czyli idealnym stanem zmiennej procesowej) określana jest jako sygnał błędu. To wysyła informację zwrotną do sterownika, aby podjął działania w celu przywrócenia wartości procesowej do idealnej wartości zadanej.
Zasadniczo inżynieria sterowania i automatyki (lub C&E) to gałąź inżynierii elektrycznej, która zajmuje się projektowaniem, rozwojem i ogólną obsługą elementów sprzętu i oprogramowania do sterowania procesami przemysłowymi.
Co to są systemy sterowania?
Układ sterowania to sieć urządzeń elektrycznych i/lub elektromechanicznych przeznaczonych do sterowania zachowaniem dynamicznych układów procesowych poprzez pętle sterowania. Istnieją dwa główne rodzaje kontroli: pętla otwarta i pętla zamknięta.
W regulatorze prawidłowe działanie regulatora nie zależy od wartości zmiennej procesowej. Na przykład timer używany do włączania lub wyłączania elementu grzejnego jest w pętli otwartej, ponieważ timer wyłączy urządzenie o określonej godzinie, niezależnie od jego temperatury.
Natomiast w przypadku sterowania w pętli zamkniętej zachowanie regulatora zależy od sygnałów sprzężenia zwrotnego z procesu.
rodzaje pętli sterowania
Główne typy pętli sterowania stosowane w przemyśle to systemy nadzoru i akwizycji danych (SCADA), przemysłowe systemy sterowania (ICS) czy rozproszone systemy sterowania (DCS).
Kolejne trzy sekcje zawierają więcej informacji na temat pętli sterowania.
Kontrola nadzorcza i akwizycja danych
SCADA odnosi się do aplikacji komputerowych do zdalnego sterowania procesami. Chociaż systemy SCADA współpracują z zastrzeżonym oprogramowaniem, mogą również zawierać komponenty sprzętowe. Komponent sprzętowy zbiera informacje o określonym procesie i przesyła je do komputera, na którym działa odpowiednie oprogramowanie SCADA.
Taki program rejestruje wszystkie zdarzenia w lokalnym pliku pamięci masowej i stale monitoruje system. Jeśli wystąpi nienormalny stan, inżynier w sterowni jest powiadamiany (patrz przykład powyżej), aby mógł ręcznie naprawić problem.
Przemysłowy system sterowania
ICS to integracja urządzeń sprzętowych i programowych w sieciach przewodowych lub bezprzewodowych w celu kontrolowania krytycznych procesów przemysłowych. Kluczowe zastosowania układów ICS obejmują zasilanie, produkcję komponentów elektronicznych i przemysłowy Internet Rzeczy. Większość ICS korzysta z zastrzeżonego oprogramowania sterującego z wbudowanymi protokołami bezpieczeństwa sieci.
Rozproszone systemy sterowania
DCS to skomputeryzowane systemy sterowania dla zakładów lub dużych obiektów: składają się z wielu pętli sterowania z rozproszonymi, dedykowanymi sterownikami (zamiast centralnego systemu sterowania).
DCS są wykorzystywane w aplikacjach przemysłowych, m.in. B. w rafineriach ropy i gazu, instalacjach grzewczych, wentylacyjnych i klimatyzacyjnych (HVAC), zakładach przetwórstwa spożywczego, oczyszczalniach ścieków i innych. Podobnie jak systemy SCADA, rozproszone systemy sterowania składają się zarówno z oprogramowania, jak i komponentów sprzętowych.
urządzenia sterujące
W zależności od zastosowania, wiele rodzajów urządzeń do sterowania procesami i Kontrola dostępu rozmieszczony. Sześć przykładów takich urządzeń omówiono w następujących pięciu sekcjach:
programowalne sterowniki logiczne
Programowalne sterowniki logiczne (PLC) są przenośne i robuste Komputery przemysłowe zaprogramowane do wykonywania określonego zadania. Składają się z procesora, zespołów wejścia i wyjścia, oprogramowania komputerowego, zasilacza i zespołu stelaża.
Regulator proporcjonalno-całkujący
Technologie PID to przemysłowe urządzenia sterujące, których regulatory wykorzystują sterowanie proporcjonalne, całkujące i pochodne w celu dostosowania zmiennej procesowej do żądanej wartości zadanej.
PID są używane do sterowania zmiennymi, takimi jak temperatura, przepływ i ciśnienie w pętlach zamkniętych (np. w montowniach samochodów i oczyszczalniach ścieków).
Czujniki przemysłowe
Czujniki przemysłowe to urządzenia, które wykrywają bodźce fizyczne, takie jak światło, ciepło, ruch lub nacisk mechaniczny i odpowiednio reagują (np. wyświetlanie wartości na ekranie LCD, naciśnięcie włącznika itp.).
Systemy sterowania wykorzystują różnorodne czujniki do regulacji procesów przemysłowych poprzez podłączenie do sterowników. Na przykład czujnik temperatury może wykryć nienormalną temperaturę procesu i uruchomić przekaźnik w celu wyłączenia potencjalnie przegrzanej maszyny.
