Bộ điều khiển tự động sản xuất: phân loại và kiến trúc

Trong quá trình thiết kế hệ thống cung cấp nhiệm vụ sản xuất, nhiều khía cạnh hoạt động được tính đến. Mỗi phức tạp là cá nhân, nhưng các nguyên tắc của việc thực hiện nó dựa trên một bộ yêu cầu cơ bản. Hệ thống phải hiệu quả, đáng tin cậy, chức năng và đồng thời ergonomic. Liên kết giữa phần kỹ thuật trực tiếp của hỗ trợ sản xuất và các nhiệm vụ kiểm soát được thực hiện bởi các bộ điều khiển để tự động hoá các quy trình. Họ tập trung thông tin đến từ các lĩnh vực công nghệ khác nhau, là cơ sở để đưa ra quyết định.

Phân loại bộ điều khiển theo lĩnh vực áp dụng

Hầu như mọi doanh nghiệp hiện đại đều sử dụng các hệ thống cho phép tự động hoá các quy trình làm việc ở một mức độ nào đó. Và tính chất của các chức năng được phục vụ có thể hoàn toàn khác nhau. Ví dụ, trong ngành công nghiệp hóa chất, thiết bị lập trình có thể điều khiển liều lượng, khối lượng dòng chảy của vật liệu dạng lỏng và chất lỏng thông qua các bộ điều khiển, theo dõi các tính chất của các chất khác nhau bằng cảm biến, vv Trong lĩnh vực dịch vụ của các tổ chức vận tải, trọng tâm là quản lý thiết bị điện, theo nguyên tắc, xếp dỡ. Bộ điều khiển phổ rộng và phổ quát cho tự động hóa thông gió, sưởi ấm và cung cấp nước. Đây là một nhóm các hệ thống quản lý kỹ thuật và tiện ích trong các doanh nghiệp thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau. Ngược lại, có những lĩnh vực có tính chuyên môn hoá cao, trong đó cần phát triển cá nhân các hệ thống cho các nhu cầu cụ thể. Các lĩnh vực này bao gồm ngành công nghiệp dầu mỏ và luyện kim.

Nguyên tắc hoạt động của bộ điều khiển

Bộ điều khiển công nghiệp là một bộ vi xử lý, cung cấp phần cứng và phần mềm. Phần đầu tiên, trên thực tế, phục vụ công việc vật lý của hệ thống, dựa trên chương trình thực hiện các tác vụ lồng nhau. Một khía cạnh quan trọng của bất kỳ cấu hình của loại này là cơ sở hạ tầng điều tiết. Nghĩa là, cơ sở phần mềm có trách nhiệm đưa ra các quyết định nhất định, nhưng trong tương lai, các tín hiệu thu được sẽ nhận được tại các điểm chỉ huy được đưa trực tiếp vào thiết bị làm việc. Do đó, bộ điều khiển cho các máy điều khiển tự động, băng tải, các công cụ điện kỹ thuật, vv

Một yếu tố quan trọng không kém quan trọng khác của cơ sở hạ tầng kiểm soát thông thường là các cảm biến và các chỉ số, trên cơ sở đó bộ điều khiển phát triển các giải pháp hoặc chuỗi chiến lược để xác định các phương thức hoạt động của thiết bị. Đây có thể là các cảm biến đánh giá tình trạng máy móc và cốt liệu, vật liệu phục vụ, thông số vi khí hậu trong phòng sản xuất và các đặc tính khác.

Kiến trúc điều khiển tự động

Dưới kiến trúc của bộ điều khiển được hiểu tổng thể của các thành phần, do đó chức năng điều khiển tự động được thực hiện. Thông thường cấu hình kiến trúc bao gồm sự hiện diện của một bộ xử lý, giao diện mạng, bộ nhớ và các hệ thống I / O. Đây là một thiết bị cơ bản, nhưng tùy thuộc vào nhu cầu của một dự án cụ thể, thành phần và đặc tính của từng bộ phận có thể khác nhau. Bộ điều khiển phức tạp cho tự động hóa được gọi là mô đun. Nếu kiến trúc đơn giản truyền thống là một khối thống nhất với một thành phần điển hình của các phần tử chức năng mà không có sự thay đổi của người vận hành, thì trong các mô hình kiến trúc phức tạp một cấu hình mô đun đa năng được thực hiện. Nó cho phép không chỉ bảo trì của một đơn vị đóng cửa, mà còn mỗi mô-đun riêng biệt. Bây giờ nó có giá trị xem xét một số phần của kiến trúc chi tiết hơn.

Các loại mô-đun kiến trúc

Thiết bị mô đun cơ bản được đại diện bởi một bộ vi xử lý. Từ quyền lực của nó phụ thuộc vào các nhiệm vụ khó khăn có thể được giải quyết bằng một bộ điều khiển cụ thể. Cũng quan trọng là thiết bị lưu trữ. Nó có thể được tích hợp vào hệ thống mà không có khả năng thay đổi thêm. Nhưng hầu hết các mô đun bộ nhớ flash bên ngoài đều được sử dụng, có thể thay đổi tùy thuộc vào các nhiệm vụ hiện tại. Trách nhiệm đối với các hành động được thực hiện bởi bộ điều khiển tự động hóa công nghiệp phần lớn là chịu đựng bởi các thiết bị đầu vào đầu ra. Thông qua các kênh này, bộ xử lý nhận được thông tin để xử lý và sau đó đưa ra các lệnh thích hợp. Trong các hệ thống hiện đại, một vai trò ngày càng tăng được thực hiện bởi các module giao diện, trên đó các khả năng truyền thông của bộ điều khiển phụ thuộc.

Các đặc điểm chính của bộ xử lý

Khi phát triển một hệ thống điều khiển, điều đặc biệt quan trọng là phải tính đến các đặc điểm cơ bản và khả năng của bộ vi xử lý. Đối với các thông số hoạt động cơ bản của mô đun này, chúng bao gồm tần số đồng hồ, độ sâu bit, thời gian thực hiện nhiệm vụ, bộ nhớ ... Nhưng ngay cả những đặc điểm này cũng không phải lúc nào cũng có tính quyết định, vì hiệu năng của bộ vi xử lý ngay cả ngân sách cũng đủ để duy trì hầu hết các quy trình sản xuất. Điều quan trọng hơn nhiều là xác định các khả năng truyền thông và các chức năng mà bộ điều khiển thực hiện để tự động hóa hoạt động của doanh nghiệp. Cụ thể, các nhà điều hành đưa khả năng làm việc với một loạt các kênh mạng, giao diện và ngôn ngữ lập trình. Một cách riêng biệt, đáng chú ý là khả năng kết nối thiết bị hiển thị, điều khiển, hiển thị hiện đại và các thành phần khác.

Bảng điều hành

Bất kể các đặc tính của việc điền vào bộ điều khiển, một trạm điều hành với một relay thích hợp phải được cung cấp để kiểm soát các chức năng của nó. Bên ngoài, các thiết bị này giống như một máy tính nhỏ được cung cấp với các thiết bị đầu vào và đầu ra, cảm biến quá trình và màn hình hiển thị. Bộ điều khiển đơn giản nhất cho tự động hóa sản xuất bao gồm khả năng lập trình thông qua bảng điều khiển này. Và dưới chương trình có thể có nghĩa là các lệnh cài đặt cơ bản của cấp độ nhập cảnh. Các bảng điều khiển phức tạp nhất cũng thực hiện tự chẩn đoán và tự chuẩn.

Nguồn điện tự động hóa hệ thống

Dải điện áp trung bình cung cấp bộ điều khiển công nghiệp nằm trong khoảng 12-48 V. Nguồn thường là một mạng cục bộ ở 220V. Trong trường hợp này, không phải lúc nào bộ phận cung cấp điện cũng gần với thiết bị phục vụ. Ví dụ, nếu các bộ điều khiển được sử dụng để tự động hóa nhà máy nồi hơi trong sản xuất nhiều giai đoạn luyện kim thì mạng lưới điện phân phối có thể được sử dụng tương đương với một số người tiêu dùng năng lượng. Tức là, một mạch sẽ phục vụ nồi hơi cho kim loại mềm, và một cho các mạch rắn. Trong trường hợp này, điện áp có thể khác nhau trong các đường dây.

Kết luận

Các hệ thống tự động hóa công việc ngày càng được tích hợp vào cơ sở hạ tầng của các doanh nghiệp hiện đại. Theo đó, các bộ điều khiển cho các hệ thống tự động hóa trong các sửa đổi khác nhau được phân phối rộng rãi. Bản thân nó, nội dung của thiết bị như vậy không đòi hỏi chi phí đặc biệt. Những khó khăn chính khi làm việc với thiết bị này liên quan đến chất lượng của việc lập trình và tối ưu hóa bố cục cấu hình. Nhưng cùng với điều này, để đơn giản hóa các chức năng của người vận hành, các mô-đun cho rằng tự điều chỉnh theo các dữ liệu cơ bản do người dùng nhập vào đang trở nên phổ biến.