W świecie stale rosnącej wydajności nie jest zaskakujące, że większość udogodnień, które uważamy za oczywiste, jest realizowana za pomocą zautomatyzowanych procesów. Ponieważ operatorzy ludzcy wymagają minimalnej uwagi, maszyny wykonują ważne zadania, takie jak analiza danych, wykonywanie operacji i współpraca ze sobą.
W wyniku postępu w automatyzacji przemysłowej systemy takie jak SCADA są łączone z komponentami takimi jak sterowniki PLC i interfejsy HMI, co pozwala zwiększyć wydajność, wygodę i poprawić bezpieczeństwo w niebezpiecznych warunkach.
Obecnie setki krytycznych obiektów wykorzystują systemy SCADA i PLC, które prawie zawsze mają HMI. Procesy te są krytyczne, jeśli chodzi o obsługę automatyzacji i zaawansowane projektowanie systemów. Systemy te będą się tylko poprawiać. Oczekuje się, że wykorzystanie SCADA wzrośnie o prawie 7 procent do 2024 r., a coraz więcej producentów będzie stosować to bardziej wydajne podejście.
Ponieważ jednak niektóre z tych systemów mają podobne cechy i funkcjonalności, ważne jest, aby zrozumieć, czym się one różnią i jak działają, biorąc pod uwagę konkretne potrzeby danej branży.
Krótki przegląd SCADA, HMI i PLC
Systemy SCADA są niezbędne do funkcji automatyki przemysłowej. Podobnie jak komputery, te złożone systemy mogą analizować informacje, rejestrować dane i wykonywać zadania bez większej pomocy człowieka.
Systemy nadzoru i gromadzenia danych
SCADA, czyli Supervisory Control and Data Acquisition, to zautomatyzowany proces sterowania wykorzystywany w wielu dużych gałęziach przemysłu do automatyzacji przemysłu, np. w zakładach produkcyjnych, budowlanych i inżynieryjnych.
SCADA jest systemem dwuczęściowym:
- PLC (sterowanie programowalne)
- RTU (zdalna jednostka terminalowa)
Często SCADA ma również oddzielny komponent zwany HMI (Human Machine Interface). W skrócie, SCADA to system z elementami oprogramowania i sprzętu do kontrolowania procesów, interakcji oraz monitorowania i rejestrowania danych za pomocą PLC i HMI.
Interfejs człowiek-maszyna
HMI to interfejs użytkownika lub pulpit nawigacyjny, który umożliwia operatorowi interakcję z maszyną. HMI są używane na całym świecie w szerokiej gamie technologii, od smartfonów po elektrownie.
Interfejsy HMI nie są częścią konkretnego oprogramowania, ale służą do komunikacji ludzi z maszyną lub urządzeniem. Interfejsy HMI służą przede wszystkim do ułatwiania użytkownikom zrozumienia i kontrolowania danych za pomocą dotyku urządzenia komunikacyjnego, na przykład:
- ekran (telewizor, komputer lub film)
- Pikolak
- Dźwignie
- Mysz komputerowa
- Klawiatura
Systemy SCADA mogą działać bez interfejsu HMI, choć często zaleca się jego użycie, aby operatorzy wiedzieli, jak komunikować się z systemem i otrzymywać powiadomienia o błędach, które należy rozwiązać.
Kontrolery programowalne
Programowalne sterowniki logiczne są często opisywane jako mikrokomputery, które mogą komunikować się z różnymi obiektami, systemami i maszynami. Są zaprojektowane do sterowania i rozwiązywania problemów w sieciach, dlatego są niezbędnym elementem SCADA.
System upraszcza obsługę maszyn, zapewniając jednocześnie niezbędną funkcjonalność i jest stosowany w każdej sytuacji, w której do wysoce niezawodnej kontroli potrzebny jest operator ludzki. Ponadto stanowią one złożoną część automatyki przemysłowej, bez której system SCADA nie może funkcjonować.
Do głównych funkcji sterowników PLC w systemie SCADA należą:
- Robotyka
- linia montażowa
- Lada
- Zmierzenie
- Informatyka
- Czujniki
- Silniki
- Oczy
- Fani
- Wyłącznik obwodu
Ważna rola automatyki przemysłowej
Automatyzacja przemysłowa to wykorzystanie wielu systemów sterowania do obsługi maszyn i urządzeń. Różni się ona znacznie w zależności od rodzaju przemysłu, takiego jak zakłady produkcyjne i systemy sterowania dla budynków, transportu i komunikacji.
Ten typ procesu jest potężny i wykorzystuje komputery i maszyny do pracy zamiast ludzi, z minimalną uwagą dla operatorów. Dlatego niektóre z głównych zalet zautomatyzowanych systemów obejmują:
- Większa produktywność, ponieważ maszyny mogą pracować bez wytchnienia
- Popraw jakość produktu, produkując tę samą ilość za każdym razem
- Zmniejsz koszty pracy poprzez zastąpienie pracowników maszynami
- Zmniejsz liczbę rutynowych przeglądów, korzystając ze sterowników PLC i interfejsów HMI pracujących w tandemie
- Popraw bezpieczeństwo, wyprowadzając pracowników z niebezpiecznych środowisk
Jeśli chodzi o sedno sprawy, automatyzacja jest doskonałym sposobem na wykonanie ważnych procedur przy minimalnej ingerencji człowieka. Chociaż stosowana w różnych formach, metoda ta jest stosowana przez ludzi od stuleci.
Krótka historia automatyzacji
Chociaż Ford Motor Company ukuł termin „automatyzacja” w 1948 r., proces ten można prześledzić aż do starożytnego Egiptu. W rzeczywistości jeden z pierwszych mechanizmów sterowania sprzężeniem zwrotnym pochodzi z 270 r. p.n.e.!
Przez następne kilka stuleci ludzkość szukała sposobów na ułatwienie pracy. Wraz ze zbieraniem żywności, budową domów i wprowadzeniem rewolucji przemysłowej pojawiły się setki sposobów na uczynienie życia bardziej praktycznym. Przez cały XIX wiek ludzie doświadczyli pierwszych maszyn obsługiwanych automatycznie, takich jak piece, silniki i termostaty.
Gdy czas przeskoczył do XX wieku, ludzie intensywnie korzystali z elektryczności, a automatyzacja przemysłowa była w pełnym rozkwicie. Automatyzacja przemysłowa jest nieco bardziej złożona niż automatyzacja, którą ludzie znają od lat; jest to kontrola i wykorzystanie różnych systemów do obsługi sprzętu, takiego jak maszyny.
Obecnie istnieje duże zapotrzebowanie na produkty, materiały i artykuły pierwszej potrzeby, takie jak transport i produkcja energii. Jednym z najłatwiejszych sposobów na zaspokojenie tych potrzeb jest wykorzystanie automatyki przemysłowej. Te kompletne systemy pomagają kontrolować te główne części życia i wymagają skutecznych systemów, takich jak SCADA, PLC i HMI.
Jak SCADA, HMI i PLC współpracują w automatyce przemysłowej?
W dzisiejszym świecie jest tak wiele technologii, za którymi trzeba nadążać. Więc chociaż może to brzmieć przytłaczająco, aby zrozumieć, jak dokładnie działa złożony system, taki jak SCADA, jest to prosty łańcuch informacji. Pamiętaj, że systemy SCADA są zaprojektowane, aby:
- Automatyzacja procesów i procedur
- Śledź i analizuj dane i błędy
- Wykonaj zdalne monitorowanie witryny
- Zwiększ produktywność i zapewnij sobie tę samą jakość wyników
Ale w jaki sposób SCADA, PLC i HMI współpracują ze sobą?
SCADA jest najlepiej rozumiana jako scentralizowana baza danych, która przechowuje i kontroluje całą operację. Komunikuje się ona z PLC, w ten sposób system działa i komunikuje się w środowisku operacyjnym. Jeśli istnieje HMI, może mieć formę ekranu, przycisku, dźwigni lub klawiatury, która umożliwia człowiekowi interakcję z systemem SCADA-PLC. Niektóre przykłady obejmują maszyny fabryczne, komputery i pojazdy.
W produkcji przemysłowej interfejs HMI pełni kluczową rolę w dostarczaniu informacji operatorowi. System PLC identyfikuje wszelkie problemy w systemie SCADA i prezentuje je operatorowi za pośrednictwem interfejsu HMI, co umożliwia rozwiązanie problemu.
Obiekty produkcyjne
Istnieje niezliczona ilość branż, w których wykorzystuje się systemy automatyczne, ale do najpopularniejszych należą:
- Żywność, taka jak bydło, zboża, przetwory owocowe i warzywne oraz opakowania
- Napoje i tytoń, takie jak woda butelkowana, napoje gazowane, alkohol, papierosy i cygara
- Tekstylia, takie jak tkaniny odzieżowe, pościel, ręczniki i zasłony
- Wyroby drewniane, takie jak tarcica, sklejka, fornir, podłogi i materiały budowlane
Można śmiało powiedzieć, że towary są pożądane na całym świecie, co z kolei oznacza, że potrzeba produktywności jest wyższa niż kiedykolwiek. Aby sprostać tym wymaganiom, zakłady produkcyjne zwracają się w stronę systemów automatyki przemysłowej, które pomagają zwiększyć produktywność i stale wytwarzać produkty wysokiej jakości.
Wytwarzanie energii elektrycznej
Wraz ze stałym wzrostem zużycia energii elektrycznej na całym świecie, istnieje duże zapotrzebowanie na zautomatyzowaną produkcję energii. Chociaż te obiekty muszą być obsługiwane ręcznie, dzięki zautomatyzowanym systemom, takim jak SCADA, można rozdystrybuować więcej mocy.
Żywność i handel detaliczny
Jeśli ostatnio byłeś w restauracji fast food McDonald's, to prawdopodobnie zauważyłeś najnowszy dodatek do ich sklepu: kiosk do zamawiania. Dzięki temu zautomatyzowanemu systemowi zamawiania z ekranem dotykowym wzrosła produktywność, co oznacza krótszy czas oczekiwania dla konsumentów i więcej czasu dla pracowników na skupienie się na swojej pracy.
Ale McDonald's nie jest jedyną firmą korzystającą z systemów automatycznych. W każdej restauracji lub sklepie spożywczym można znaleźć przykłady takich systemów, na przykład:
- Systemy przenośników taśmowych
- Opcje zakupów online
- Kasy samoobsługowe
- Dostawy dronami
Innym doskonałym przykładem systemu SCADA w handlu detalicznym jest bankowość automatyczna. Dzięki bankomatom ludzie mogą wypłacać gotówkę ze swoich kont czekowych w dowolnym momencie. Systemy te wykorzystują SCADA, PLC i HMI do współpracy.
Systemy podróżowania i transportu
Operatorzy w dużym stopniu polegają na zautomatyzowanych systemach przy kontrolowaniu i monitorowaniu procedur transportowych, na przykład:
- samoloty
- kontrola ruchu lotniczego
- Sterowanie statkami
- pociągi
- Odwrócenia mechaniczne
- Lokalizatory i urządzenia GPS
- Światła czasowe na skrzyżowaniach
Operator będzie korzystał z interfejsu HMI, który może składać się z kombinacji ekranów, dźwigni, przycisków i klawiatur.
Wniosek
Automatyzacja przemysłowa zmienia sposób działania świata. Bardziej niż kiedykolwiek wcześniej maszyny są w stanie manipulować danymi i przetwarzać je, aby zwiększyć produktywność, zmniejszyć koszty pracy i zmniejszyć interakcję międzyludzką, dzięki czemu wyniki są spójne.