Pramoninė automatika – kas tai ir kur ji naudojama?

Šiuolaikinėje pramonėje vis daugiau procesų atliekama automatiškai. Gamybos linijos pačios kontroliuoja produktų judėjimą, jutikliai nustato objektų padėtį, valdikliai apdoroja gaunamus signalus, o įvairūs elektromechaniniai komponentai pagal nustatytą logiką paleidžia, sustabdo arba pakeičia įrenginių veikimą. Visa tai apima plati sritis – pramoninė automatika. Automatizuoti sprendimai naudojami ne tik didelėse gamyklose. Jie aktualūs sandėliuose, pakavimo linijose, vandens tiekimo sistemose, pastatų inžinerijoje, energetikoje ir daugelyje kitų sričių, kur procesai turi būti valdomi tiksliai ir nuosekliai.

Šiame straipsnyje aptarsime, kas yra pramoninė automatika, iš kokių pagrindinių komponentų sudaromos automatikos sistemos, kaip jose naudojami jutikliai ir valdikliai bei kokią naudą automatizavimas gali suteikti įmonei.

Kas yra pramoninė automatika?

Pramoninė automatika – tai technologijų, įrenginių ir valdymo sistemų visuma, leidžianti įvairius gamybos ar technologinius procesus atlikti ir kontroliuoti automatiškai arba sumažinant tiesioginio žmogaus įsikišimo poreikį. Paprastas pavyzdys – konvejerio sistema. Vietoje to, kad darbuotojas nuolat stebėtų, kada gaminys pasiekė tam tikrą vietą, tai gali nustatyti jutiklis. Jo signalas perduodamas valdymo sistemai, kuri pagal nustatytą programą gali sustabdyti konvejerį, įjungti kitą mechanizmą ar atlikti kitą numatytą veiksmą. Tačiau realios pramoninės automatikos sistemos gali būti gerokai sudėtingesnės. Jose gali veikti daugybė tarpusavyje susietų jutiklių, valdiklių, relių, pavarų, elektros variklių ir kitų komponentų.

Kaip veikia pramoninės automatikos sistema?

Nors konkrečios sistemos labai skiriasi, jų veikimą paprastai galima suprasti kaip informacijos gavimo, apdorojimo ir veiksmo grandinę. Pirmiausia reikia gauti informaciją apie vykstantį procesą. Tam naudojami įvairūs jutikliai. Jie gali nustatyti, ar objektas yra konkrečioje vietoje, įvertinti atstumą, padėtį ar kitą sistemos veikimui reikalingą parametrą. Gautas signalas perduodamas valdymo įrangai. Valdiklis arba kita valdymo sistemos dalis jį apdoroja pagal nustatytą logiką.

Tuomet sistema gali inicijuoti konkretų veiksmą – pavyzdžiui:

• paleisti arba sustabdyti mechanizmą;
• pakeisti įrenginio darbo režimą;
• aktyvuoti kitą gamybos proceso etapą;
• perduoti informaciją kitai sistemos daliai;
• įjungti perspėjimo signalą.

Taip sukuriamas nuoseklus procesas, kuriame atskiri įrenginiai veikia kaip viena sistema.

Pagrindiniai pramoninės automatikos komponentai

Pramoninė automatika nėra vienas konkretus įrenginys. Automatizuotą sistemą sudaro skirtingas funkcijas atliekantys komponentai. Priklausomai nuo konkrečios sistemos, joje gali būti naudojami valdikliai, jutikliai, relės, mygtukai, galiniai išjungėjai, elektros varikliai, matavimo įranga ir kiti valdymo bei kontrolės elementai. Svarbu, kad komponentai būtų parenkami ne atskirai, o atsižvelgiant į visos sistemos veikimą. Jutiklis turi perduoti tinkamą signalą, valdymo įranga – jį tinkamai apdoroti, o vykdymo elementas – atlikti numatytą veiksmą.

Valdikliai – automatikos sistemos valdymo dalis

Valdiklis gali būti viena svarbiausių automatizuotos sistemos dalių. Jis gauna informaciją iš kitų įrenginių ir pagal nustatytą valdymo logiką inicijuoja atitinkamus veiksmus. Pavyzdžiui, jutikliui užfiksavus gaminį ant konvejerio, informacija gali būti perduodama valdikliui. Sistema tuomet gali atlikti kitą užprogramuotą proceso veiksmą. Sudėtingesnėse sistemose vienu metu apdorojama daug signalų, o procesas gali būti valdomas pagal įvairias sąlygas.

Jutikliai pramoninėje automatikoje

Jutikliai leidžia automatinei sistemai gauti informaciją apie aplinką ir vykstantį procesą. Be jų daugeliu atvejų sistema paprasčiausiai nežinotų, kada turi būti atliekamas konkretus veiksmas.

Pramonėje naudojami skirtingais principais veikiantys jutikliai. ELEKTROSPEC asortimente pateikiami optiniai, induktyviniai, talpuminiai, ultragarsiniai ir magnetiniai jutikliai. Jų paskirtis skiriasi, todėl jutiklis turi būti parenkamas pagal tai, ką konkrečiai reikia aptikti arba išmatuoti.

Induktyviniai jutikliai

Induktyviniai jutikliai dažniausiai naudojami metaliniams objektams aptikti jų fiziškai neliečiant. Tai itin naudinga automatizuotose gamybos sistemose. Pavyzdžiui, jutiklis gali nustatyti, ar metalinė detalė pasiekė numatytą vietą, ir perduoti signalą kitam proceso etapui. Kadangi nėra būtinas mechaninis kontaktas su aptinkamu objektu, tokie jutikliai gali būti tinkami daugeliui pasikartojančių pramoninių procesų.

Optiniai jutikliai

Optiniai jutikliai objektams aptikti naudoja šviesą. Priklausomai nuo jutiklio tipo ir sistemos, jie gali būti naudojami objekto buvimui, padėčiai ar judėjimui nustatyti. Gamybos linijoje optinis jutiklis, pavyzdžiui, gali aptikti pro tam tikrą vietą judantį gaminį. Toks signalas gali būti naudojamas produktams skaičiuoti, konvejerio procesams kontroliuoti, kitam gamybos etapui inicijuoti arba informacijai perduoti valdymo sistemai.

Talpuminiai jutikliai

Talpuminiai jutikliai nuo induktyvinių skiriasi tuo, kad gali būti naudojami ne tik metaliniams objektams aptikti. Dėl savo veikimo principo jie gali reaguoti į įvairias medžiagas, todėl pramonėje gali būti pritaikomi, pavyzdžiui, medžiagų ar skysčių lygiui, objektų buvimui ir kitiems parametrams kontroliuoti. Konkrečiam procesui būtina pasirinkti tinkamų charakteristikų jutiklį, nes jo veikimui įtakos turi aptinkama medžiaga, atstumas ir aplinkos sąlygos.

Ultragarsiniai jutikliai

Ultragarsiniai jutikliai objektams aptikti ir atstumui nustatyti naudoja garso bangas. Tokie jutikliai gali būti naudingi ten, kur reikia nustatyti objekto atstumą arba kontroliuoti tam tikrų medžiagų lygį. Pavyzdžiui, ultragarsinis jutiklis gali būti naudojamas rezervuaro užpildymui stebėti. Gavusi informaciją apie pasiektą nustatytą lygį, valdymo sistema gali inicijuoti atitinkamą procesą.

Magnetiniai jutikliai

Magnetiniai jutikliai reaguoja į magnetinį lauką ir gali būti naudojami objekto padėčiai ar judėjimui nustatyti. Pramoninėse sistemose jų panaudojimas priklauso nuo konkretaus mechanizmo ir valdymo užduoties. Jie gali būti naudojami kaip automatikos sistemos informacijos šaltinis, pagal kurio signalą valdiklis inicijuoja kitą veiksmą. Tai dar kartą parodo, kad nėra vieno universalaus „geriausio“ jutiklio. Jo tipas turi būti pasirenkamas pagal procesą ir objektą, kurį sistema turi aptikti.

Galiniai išjungėjai – mechanizmo padėties kontrolei

Kitas pramoninėse sistemose naudojamas komponentas – galinis išjungėjas. Jis mechaniškai suveikia įrenginio daliai pasiekus nustatytą padėtį. Gautas signalas gali būti panaudotas mechanizmui sustabdyti, jo judėjimo krypčiai pakeisti ar kitam sistemos veiksmui inicijuoti. Tokie komponentai naudojami įvairiuose judančiuose mechanizmuose, gamybos linijose ir kitose sistemose, kur svarbu nustatyti konkrečios dalies galinę padėtį.

Duomenų perdavimas pramoninėje automatikoje

Šiuolaikinė pramoninė automatika neapsiriboja paprastu principu „jutiklis suveikė – variklis įsijungė“. Įrenginiai vis dažniau turi keistis informacija tarpusavyje ir perduoti duomenis į aukštesnio lygio valdymo ar stebėjimo sistemas. Vienas iš pramonėje naudojamų ryšio protokolų yra „Modbus“. Juo gali būti perduodami duomenys tarp valdiklių, matavimo įrangos ir kitų suderinamų įrenginių. Tai ypač aktualu, kai įmonė nori centralizuotai stebėti elektros energijos vartojimą ar kitus sistemos parametrus.

Kur naudojama pramoninė automatika?

Automatizavimo galimybės labai plačios. Pramoninės automatikos sprendimai gali būti naudojami:

• gamybos ir surinkimo linijose;
• konvejerių sistemose;
• pakavimo įrenginiuose;
• sandėliavimo ir logistikos sistemose;
• siurblių ir ventiliatorių valdyme;
• technologinių procesų kontrolėje;
• energijos vartojimo stebėjime;
• įvairiose pramoninėse mašinose ir mechanizmuose.

Kiekvienu atveju automatikos sistemos struktūra gali būti visiškai skirtinga. Vienai užduočiai gali pakakti kelių jutiklių ir paprastos valdymo grandinės, o kitai gali reikėti daugybę įrenginių apjungiančios valdymo sistemos.

Todėl pramoninė automatika pirmiausia turėtų būti projektuojama pagal konkretų procesą ir norimą rezultatą, o tik tada parenkami atskiri jos komponentai.

Kokią naudą įmonei suteikia pramoninė automatika?

Pramonės automatizavimas dažniausiai diegiamas ne vien dėl to, kad dalį žmogaus atliekamų veiksmų būtų galima pakeisti įrenginiais. Pagrindinis tikslas – sukurti procesą, kuris būtų lengviau kontroliuojamas, nuoseklus ir pritaikytas konkretiems įmonės poreikiams.

Tinkamai įdiegta pramoninė automatika gali padėti:

• tiksliau kontroliuoti gamybos procesus;
• sumažinti pasikartojančių rankinių operacijų kiekį;
• greičiau reaguoti į proceso pokyčius;
• stebėti įrenginių ir sistemų būseną;
• rinkti informaciją apie procesus;
• sumažinti dėl žmogiškųjų klaidų atsirandančių nukrypimų tikimybę;
• efektyviau organizuoti įrangos darbą.

Tačiau automatizavimas savaime negarantuoja didesnio našumo. Rezultatas priklauso nuo to, ar tinkamai įvertintas pats procesas, parinkta įranga ir suprojektuota valdymo sistema.

Pramoninė automatika ir elektros varikliai

Elektros varikliai yra viena svarbiausių daugelio pramoninių įrenginių dalių. Jie naudojami konvejeriuose, siurbliuose, ventiliatoriuose, kompresoriuose, staklėse ir įvairiuose kituose mechanizmuose. Automatikos sistema gali valdyti, kada variklis turi būti paleidžiamas arba sustabdomas. Sudėtingesniuose sprendimuose gali būti kontroliuojami ir kiti jo darbo parametrai. Pavyzdžiui, gamybos linijoje jutiklis gali nustatyti gaminio padėtį. Valdymo sistema, gavusi šį signalą, pagal nustatytą logiką gali pakeisti atitinkamo mechanizmo veikimą. Todėl elektros variklio ir automatikos sistemos negalima vertinti visiškai atskirai. Projektuojant sistemą turi būti atsižvelgiama į variklio galią, paleidimo būdą, apkrovą, darbo režimą ir reikalingas apsaugos priemones.

Elektros varikliai – kaip pasirinkti?

Kaip pasirinkti tinkamą jutiklį?

Jutiklio pasirinkimas priklauso nuo to, kokią informaciją automatikos sistema turi gauti. Pirmiausia reikia atsakyti į kelis klausimus: ką norima aptikti, iš kokios medžiagos pagamintas objektas, kokiu atstumu jis bus, kokioje aplinkoje veiks jutiklis ir kokio tipo signalas reikalingas valdymo sistemai.

Pavyzdžiui, metaliniams objektams aptikti gali būti tinkamas induktyvinis jutiklis. Kai reikia aptikti įvairių medžiagų objektus ar kontroliuoti tam tikrų medžiagų lygį, priklausomai nuo sąlygų gali būti naudojami talpuminiai arba ultragarsiniai jutikliai. Optiniai jutikliai dažnai pasirenkami objektų buvimui ar judėjimui nustatyti. Svarbios ir aplinkos sąlygos. Dulkės, drėgmė, temperatūra, vibracija ar kiti veiksniai gali turėti įtakos jutiklio pasirinkimui ir veikimui. Todėl vien jutiklio tipo nepakanka – būtina vertinti konkretaus modelio technines charakteristikas.

Kodėl svarbus komponentų suderinamumas?

Automatikos sistemoje skirtingi komponentai turi veikti kartu. Net ir kokybiškas jutiklis ar valdiklis neduos norimo rezultato, jeigu jo elektriniai ar komunikaciniai parametrai nesuderinti su likusia sistema.

Svarbu įvertinti:

• maitinimo įtampą;
• įėjimų ir išėjimų tipus;
• perduodamų signalų charakteristikas;
• naudojamas ryšio sąsajas;
• apkrovų parametrus;
• aplinkos sąlygas;
• apsaugos reikalavimus.

Tai ypač aktualu modernizuojant senesnes sistemas. Naujas komponentas nebūtinai gali būti tiesiog prijungtas vietoje senojo – pirmiausia reikia patikrinti jo suderinamumą su esama valdymo sistema.

Pramoninių procesų stebėjimas

Automatizavimas leidžia ne tik valdyti įrangą, bet ir rinkti informaciją apie jos darbą. Priklausomai nuo sistemos, gali būti stebimi elektros parametrai, įrenginių darbo būsena, jutiklių signalai, gamybos proceso rodikliai ar kiti duomenys. Tai suteikia galimybę greičiau pastebėti nukrypimus ir geriau suprasti, kaip veikia konkretus procesas.

Automatikos sistemos ir elektros skydai

Dalis pramoninės automatikos komponentų dažnai montuojami elektros arba valdymo skyduose.

Juose gali būti įrengiami valdymo, apsaugos, signalų apdorojimo ir kiti konkrečiai sistemai reikalingi komponentai. Labai svarbus tampa ne tik atskirų įrenginių pasirinkimas, bet ir jų išdėstymas, sujungimas, ženklinimas bei tinkamos eksploatavimo sąlygos. Sudėtingėjant sistemai, svarbu numatyti ir jos priežiūrą. Tvarkingai suprojektuotas ir surinktas skydas palengvina gedimų paiešką, komponentų keitimą bei vėlesnį sistemos modernizavimą.

Kada verta automatizuoti esamą procesą?

Nebūtina statyti visiškai naujos gamyklos, kad būtų galima pasinaudoti automatizavimo galimybėmis. Tam tikrais atvejais galima modernizuoti ir jau veikiančias sistemas. Apie automatizavimą verta svarstyti, kai procesas yra pasikartojantis, reikalauja daug nuolatinės operatoriaus kontrolės, jame dažnai pasitaiko nukrypimų arba trūksta informacijos apie realią įrenginių būklę. Tačiau prieš modernizuojant sistemą svarbu išanalizuoti esamą procesą.

Reikia suprasti, kurios operacijos iš tiesų sukelia problemų ir ką norima pasiekti automatizavimu. Tik tada galima spręsti, kokie jutikliai, valdymo komponentai ir kiti įrenginiai bus reikalingi.

Ar visada verta automatizuoti kuo daugiau?

Ne. Automatizavimo lygis turėtų būti pagrįstas realiu poreikiu. Kartais pakanka automatizuoti vieną proceso dalį, kuri sukelia daugiausia problemų arba reikalauja daugiausia pasikartojančių veiksmų. Per daug sudėtinga sistema gali padidinti įrengimo kainą, apsunkinti priežiūrą ir pareikalauti papildomų kompetencijų. Todėl pramoninė automatika turėtų būti vertinama ne kaip tikslas savaime, o kaip priemonė konkrečiai technologinei ar organizacinei problemai spręsti.

Dažniausios pramoninės automatikos klaidos

Viena dažniausių klaidų – pradėti nuo įrangos pasirinkimo dar tiksliai nežinant, ką sistema turi atlikti. Tokiu atveju gali būti įsigyjami komponentai, kurie vėliau netinka konkrečiam procesui arba tarpusavyje nėra tinkamai suderinami.

Taip pat pasitaiko kitų klaidų:

• netinkamai pasirenkami jutikliai;
• neįvertinamos aplinkos sąlygos;
• neatsižvelgiama į įrangos elektros parametrus;
• nepaliekama galimybės sistemą plėsti;
• nepakankamai dėmesio skiriama komponentų ženklinimui ir dokumentacijai;
• neįvertinamas būsimos techninės priežiūros poreikis;
• automatizuojamas pats procesas prieš tai neįvertinus jo trūkumų.

Gera automatikos sistema prasideda ne nuo konkretaus valdiklio ar jutiklio, o nuo aiškaus proceso supratimo.

Pramoninė automatika apima technologijas ir įrenginius, kurie leidžia automatiškai kontroliuoti bei valdyti įvairius gamybos ir technologinius procesus. Jos sprendimai gali būti naudojami nuo paprastų mechanizmo padėties kontrolės užduočių iki sudėtingų, daugybę komponentų apjungiančių sistemų.

Jutikliai padeda sistemai gauti informaciją, valdikliai ją apdoroja, o kiti elektrotechniniai komponentai leidžia įgyvendinti numatytus veiksmus. Tačiau efektyvi automatikos sistema priklauso ne nuo komponentų kiekio, o nuo to, kaip tiksliai ji pritaikyta konkrečiam procesui.

Todėl prieš modernizuojant gamybą ar diegiant naują automatikos sistemą svarbu pirmiausia įvertinti proceso poreikius, esamą įrangą, reikalingas funkcijas ir būsimos sistemos priežiūrą.

Domitės elektros instaliacijos sprendimais ar planuojate elektros darbus? Prisijunkite prie mūsų bendruomenės Facebook platformoje ir pirmieji sužinokite apie naujienas, produktus bei naudingus patarimus.