Automatyzacja w zakładach produkcyjnych

Wiele podręczników definiuje automatyzację procesów produkcyjnych jako wykorzystanie technologii automatyki przemysłowej i zrobotyzowanych systemów i systemów komputerowych do wykonywania zadań produkcyjnych, które wcześniej były realizowane ręcznie lub w sposób półautomatyczny. Celem automatyzacji jest zwiększenie efektywności, redukcja kosztów, poprawa jakości oraz zwiększenie bezpieczeństwa pracy. Automatyzacja może obejmować:

• Roboty przemysłowe – wykorzystywane są do wykonywania powtarzalnych zadań, np. montażu, spawania, pakowania czy malowania.
• Maszyny CNC (Computer Numerical Control) – pozwalają na precyzyjne sterowanie obróbką materiałów, takich jak metal, drewno czy tworzywa sztuczne.
• Systemy transportu i magazynowania – zautomatyzowane systemy przenoszenia i składowania towarów, np. taśmociągi, magazyny automatyczne.
• Czujniki i systemy kontroli – monitorują i kontrolują parametry produkcji, takie jak temperatura, ciśnienie czy wilgotność, aby zapewnić wysoką jakość produktów.
• Oprogramowanie i systemy ERP/MES – zarządzają procesami produkcji i synchronizują je, monitorują zużycie materiałów i kontrolują planowanie produkcji.
• Systemy SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) – nadzorują przebieg procesu technologicznego lub produkcyjnego. Główną ich funkcją jest zbieranie i archiwizowanie aktualnych danych z pomiarów, ich wizualizacja, a także sterowanie procesem za pośrednictwem komend i instrukcji wydawanych elementom układu automatyki.

Zastąpienie ludzi i prostych maszyn systemami automatyki przemysłowej niesie za sobą wiele korzyści. Automatyzacja produkcji pozwala przede wszystkim na wyeliminowanie błędów i przyspieszenie realizacji procesów. Co więcej, można uzyskać rezultaty, jakich nie dałoby się osiągnąć w inny sposób. Do korzyści zaliczyć należy również [1]:

• możliwość zredukowania ilości wykorzystywanych zasobów oraz odpadów produkcyjnych;
• ochrona zdrowia pracowników – brak ryzyka wynikającego np. z kontaktu z niebezpiecznymi substancjami;
• wzrost komfortu pracy – dzięki przeniesieniu personelu produkcyjnego na stanowiska związane np. z obsługą i nadzorem maszyn;
• uzyskanie idealnej powtarzalności wyrobów – każdy produkt ma dokładnie taką samą jakość;
• możliwość prowadzenia produkcji niezależnie od pory dnia;
• możliwość produkcji dostosowanej do bieżących potrzeb, eliminowanie przestojów.

Wykorzystanie odpowiednio dopasowanych rozwiązań pomoże spełnić określone potrzeby przedsiębiorstwa i zredukować występujące problemy. Dzięki temu wszelkie działania mogą być realizowane znacznie skuteczniej, co przekłada się na większe zyski. Skutkiem automatyzacji produkcji zwykle jest też wzrost jakości wyrobów oraz związany z tym wzrost zadowolenia ich odbiorców. Dzięki temu firma może poprawiać swoją pozycję na rynku i zdobywać nowych klientów, a dzięki temu dalej rozwijać swoją działalność.

Kluczowe technologie automatyzacji produkcji

W firmach produkcyjnych spotkać się można z dwoma rodzajami automatyzacji – automatyzacją lekką i przemysłową. Pierwsza polega na stosowaniu rozwiązań IT do zarządzania produkcją i do kontroli jej przebiegu (czujniki i sensory, analiza danych, predykcyjne utrzymanie ruchu, systemy ERM, SCADA itp.), w tym sztucznej inteligencji. Druga to tradycyjna automatyzacja procesów przemysłowych, w automatyzacja wykorzystująca sterowniki PLC, falowniki, napędy liniowe, enkodery itp. urządzenia, w tym obrabiarki CNC, które wspierają ludzi podczas pracy na hali produkcyjnej. Dotyczy ona zarówno procesów wytwarzania, magazynowania, jak i pakowania gotowych wyrobów, które wysyłane są do klienta.

Sterowniki PLC (Programmable Logic Controllers) odgrywają kluczową rolę we współczesnych systemach automatyki. Są to programowalne urządzenia cyfrowe, które mogą bez problemu zarządzać sekwencją działań maszyn i urządzeń w procesach produkcyjnych. PLC nie tylko monitorują i kontrolują różne operacje, ale są także fundamentem integracji rozproszonych systemów produkcyjnych, pozwalając na precyzyjną synchronizację z różnymi elementami infrastruktury przemysłowej. W sprzedaże dostępne są też sterowniki PLC, które skonstruowane z myślą o pracy w trudnych warunkach pracy, takich jak zmienna temperatura, wibracje czy wysoka wilgotność.

Nowoczesne sterowniki PLC są zdolne do zbierania i analizowania ogromnych ilości danych produkcyjnych w czasie rzeczywistym. Dzięki temu możliwe jest wykrywanie anomalii w pracy maszyn, przewidywanie awarii oraz optymalizacja zużycia energii i surowców. Współpraca z narzędziami analitycznymi w chmurze umożliwia jeszcze bardziej zaawansowane analizy, co prowadzi do poprawy efektywności produkcji.

Do zbierania danych oraz do sterowania urządzeniami wykonawczymi wykorzystywane są moduły wejścia/wyjścia (Moduły I/O). Są to elementy, które pozwalają sterownikom PLC na interakcję z fizycznymi komponentami systemu, takimi jak czujniki (wejścia) oraz urządzenia wykonawcze, np. siłowniki czy przekaźniki (wyjścia). Moduły I/O mogą być zarówno cyfrowe, jak i analogowe. Te ostatnie wykorzystywane są do obsługi sygnałów ciągłych, np. zmian temperatury czy ciśnienia.

Sterowniki PLC są często wyposażone w porty do komunikacji z innymi urządzeniami, takimi jak komputery przemysłowe, systemy SCADA czy inne urządzenia sterujące. Standardowe protokoły komunikacyjne obejmują tu Ethernet, Modbus, Profibus i Profinet, umożliwiając tym samym zdalne sterowanie oraz integrację z większymi sieciami produkcyjnymi [2].

Pilz, jedna z czołowych firm dostarczających rozwiązania automatyzacyjne, oferuje zaawansowane sterowniki PLC w ramach swojego systemu PSS 4000. To modułowe rozwiązanie, które umożliwia elastyczne zarządzanie bezpieczeństwem i automatyzacją procesów produkcyjnych. Dzięki zastosowaniu technologii PLC możliwe jest precyzyjne kontrolowanie ruchu maszyn, zapewniając nie tylko wydajność, ale także bezpieczeństwo pracy.

Turck z kolei oferuje linię wytrzymałych sterowników TBEN-PLC, które mogą być stosowane w najbardziej wymagających warunkach przemysłowych. Dzięki wbudowanym interfejsom sieciowym i protokołom komunikacyjnym, takim jak Profinet czy Modbus, sterowniki te umożliwiają integrację z szeroką gamą urządzeń peryferyjnych oraz systemów wyższego poziomu. Firma BOSCH REXROTH dostarcza natomiast swoim klientom systemy sterowania, takie jak CtrlX CORE, które łączą tradycyjne funkcje sterownika PLC z technologiami IIoT (Industrial Internet of Things), co pozwala na jeszcze większą elastyczność i wydajność w zarządzaniu produkcją.

Główne zadania systemów SCADA w automatyce przemysłowej obejmują: Monitorowanie i wizualizacja procesów – SCADA umożliwia operatorom monitorowanie stanu maszyn i urządzeń w czasie rzeczywistym poprzez interaktywne interfejsy graficzne. Na ekranach wyświetlane są szczegółowe informacje na temat bieżących parametrów pracy, co pozwala na szybkie diagnozowanie ewentualnych problemów. Sterowanie procesami – SCADA pozwala operatorom na zdalne sterowanie elementami procesu, takimi jak zawory, pompy, silniki i inne urządzenia. Dzięki temu możliwe jest reagowanie na zmiany w procesie bez konieczności fizycznej obecności przy maszynach. Alarmowanie – Systemy SCADA mogą generować alarmy w przypadku, gdy określone parametry przekroczą ustalone wartości, np. zbyt wysoka temperatura lub zbyt niskie ciśnienie. Pozwala to na szybkie podjęcie działań zapobiegawczych, co minimalizuje ryzyko awarii i przestojów. Akwizycja danych – SCADA zbiera dane z wielu źródeł w zakładzie, takich jak czujniki, sterowniki PLC, DCS (Distributed Control Systems), a także z systemów ERP (Enterprise Resource Planning) i MES (Manufacturing Execution Systems). Dane te są gromadzone w centralnej bazie danych, gdzie mogą być analizowane i wykorzystywane do optymalizacji procesów.

Przemysłowy Internet Rzeczy IIoT

Internet Rzeczy odgrywa coraz większą, jeśli nie kluczową rolę w automatyzacji produkcji. Dzięki wykorzystaniu czujników, systemów sieciowych i technologii komunikacyjnych, IIoT pozwala na zbieranie, przetwarzanie i analizę danych z różnych punktów w procesie produkcyjnym. Informacje te wykorzystywane są do optymalizacji produkcji, przewidywania awarii oraz zarządzania zasobami w czasie rzeczywistym.

Czujniki i sensory są podstawowymi elementami systemów IIoT dostarczającymi informacji o warunkach pracy maszyn, stanach procesów produkcyjnych oraz parametrów środowiskowych. Przemysłowe czujniki IIoT mogą monitorować temperaturę, wilgotność, ciśnienie, poziom wibracji, przepływ, jakość powietrza, a także inne kluczowe parametry, od których zależy prawidłowy przebieg procesu produkcyjnego. Czujniki te mogą przesyłać dane w czasie rzeczywistym do systemów nadzoru, takich jak SCADA, lub bezpośrednio do chmury, umożliwiając szybką reakcję na potencjalne awarie i zakłócenia.

Z kolei bramki IIoT pełnią funkcję pośrednika między czujnikami a systemami informatycznymi, zbierając dane z urządzeń i przesyłając je do chmury lub lokalnych systemów obliczeniowych. Mogą one również przetwarzać dane bezpośrednio na miejscu, zmniejszając potrzebę przesyłania dużych ilości informacji do zewnętrznych serwerów. W przemysłowych aplikacjach bramki IIoT umożliwiają integrację starszych systemów z nowoczesnymi sieciami IT i ułatwiają wdrażanie rozwiązań IIoT w istniejących infrastrukturach produkcyjnych.

Z punktu widzenia systemu automatyki kluczowym elementem IIoT są urządzenia wykonawcze zwane też aktuatorami IIoT. Sprzęt ten nie tylko odbiera polecenia z systemów sterowania, ale również reaguje na nie w czasie rzeczywistym, wykonując określone operacje. Do tej kategorii urządzeń zalicza się zawory sterujące, siłowniki, napędy oraz inne mechanizmy odpowiedzialne za regulację procesów produkcyjnych. Dzięki integracji z systemami IIoT, urządzenia wykonawcze mogą działać w znacznie większym stopniu autonomicznie, reagując na dane w czasie rzeczywistym bez konieczności interwencji czło­wieka.

Firma Turck oferuje zaawansowane systemy IIoT, które integrują czujniki, systemy sterowania i rozwiązania sieciowe w jeden spójny ekosystem. Przykładem są rozwiązania Turck Cloud Solutions, które umożliwiają zdalne monitorowanie i zarządzanie danymi produkcyjnymi w czasie rzeczywistym. Dzięki temu menedżerowie produkcji mogą na bieżąco reagować na zmiany w procesie, optymalizując jego efektywność.

Bosch Rexroth oferuje rozwiązania z zakresu IoT, takie jak IoT Gateway. To bramka IoT, która umożliwia integrację starszych maszyn i urządzeń z nowoczesnymi systemami IoT, umożliwiając monitorowanie i analizę danych w czasie rzeczywistym. Dzięki swojej elastyczności, IoT Gateway może łączyć się z różnorodnymi czujnikami, systemami sterowania oraz oprogramowaniem analitycznym.

IIoT w produkcji to nie tylko zbieranie danych, ale także ich analiza i przekształcanie w wartościowe informacje. Dane te mogą być następnie wykorzystywane do automatycznego dostosowywania procesów produkcyjnych, np. przez zintegrowanie z systemami PLC i SCADA. Tego rodzaju rozwiązania pozwalają na tworzenie tzw. inteligentnych fabryk, gdzie systemy produkcyjne są samodzielne i zdolne do podejmowania decyzji na podstawie zebranych danych.

Komputery przemysłowe

Komputery przemysłowe IPC (Industrial PC), to kolejny filar nowoczesnej automatyzacji, który pozwala na przetwarzanie ogromnych ilości danych w czasie rzeczywistym oraz na komunikację między różnymi systemami sterowania. Wykorzystywane są one głównie do zadań wymagających dużej mocy obliczeniowej, np. w złożonych procesach monitorowania i kontroli jakości. W praktyce przemysłowej spotkamy się z całą gamą tego typu urządzeń – począwszy od wersji Box PC, poprzez komputery typu embedded, komputery panelowe, terminale POS, urządzenia jednopłytkowe, systemy HMI, a na dużych systemach serwerów kasetowych sterujących produkcją i działaniem całej fabryki skończywszy. W zależności od zastosowania, komputery przemysłowe można podzielić na kilka podstawowych kategorii:

• Komputery panelowe – urządzenia te integrują jednostkę obliczeniową z wyświetlaczem dotykowym, co czyni je idealnym rozwiązaniem do bezpośredniego sterowania maszynami lub liniami produkcyjnymi. Są powszechnie stosowane w interfejsach HMI (Human Machine Interface), dzięki temu operatorzy mogą monitorować i sterować procesami produkcyjnymi bezpośrednio z linii produkcyjnej. Komputery panelowe często mają wytrzymałe, przemysłowe obudowy odporne na uszkodzenia mechaniczne, a ich ekrany są przystosowane do pracy w środowiskach o wysokim poziomie pyłu, wilgoci lub chemikaliów.
• Komputery jednopłytkowe (SBC – Single Board Computers) – to komputery przemysłowe o małych rozmiarach, które integrują wszystkie niezbędne komponenty na jednej płytce drukowanej. Używane są w aplikacjach wymagających niskiego zużycia energii i kompaktowej budowy, np. w systemach osadzonych, które pełnią specyficzne funkcje w automatyce, takie jak monitorowanie czujników, kontrola napędów czy zarządzanie systemami logistycznymi.
• Komputery kompaktowe – są to jednostki centralne o niewielkich rozmiarach, które mogą być montowane w ciasnych przestrzeniach lub bezpośrednio w szafach sterowniczych. Tego typu komputery przemysłowe są wykorzystywane do obsługi aplikacji SCADA, systemów monitorowania w czasie rzeczywistym oraz w zarządzaniu danymi produkcyjnymi.
• Komputery serwerowe – stosowane w dużych zakładach przemysłowych, gdzie istnieje potrzeba obsługi dużych ilości danych oraz zapewnienia wysokiej dostępności i bezpieczeństwa. Serwery przemysłowe mogą obsługiwać scentralizowane systemy SCADA, magazyny danych, a także złożone aplikacje analityczne, np. związane z analizą predykcyjną w oparciu o dane IoT.

W praktyce przemysłowej komputery IPC działają najczęściej jako pomost między różnymi elementami systemu automatyki i infrastruktury IT, umożliwiając integrację sterowników PLC, systemów SCADA, urządzeń IIoT oraz baz danych obsługiwanych np. przez systemy ERP/CRM. Mogą one zbierać i przetwarzać dane z wielu źródeł, a następnie udostępniać je w postaci scentralizowanych raportów lub analiz w czasie rzeczywistym. Integracja ta pozwala na lepszą kontrolę nad całością procesu produkcyjnego.

Jednym z najnowszych trendów w automatyce przemysłowej jest rozwój komputerów Edge AI (Edge Artificial Intelligence). Są to urządzenia, które łączą funkcje klasycznych komputerów przemysłowych z zaawansowaną analizą danych i sztuczną inteligencją (AI) na krawędzi sieci, czyli blisko źródeł danych. Zamiast przesyłać dane do scentralizowanych serwerów lub chmury do analizy, komputery Edge AI przetwarzają i analizują dane bezpośrednio na poziomie produkcji, co znacząco przyspiesza reakcję systemu na zmiany.

Firma Bosch Rexroth oferuje zaawansowaną platformę CtrlX CORE, która jest wszechstronnym komputerem przemysłowym o modularnej architekturze. Platforma ta integruje funkcje sterowania z przetwarzaniem danych, umożliwiając jednoczesną obsługę systemów automatyki, IIoT oraz aplikacji analitycznych. Dzięki wysokiej elastyczności i możliwościom rozbudowy, CtrlX CORE może obsługiwać zarówno tradycyjne procesy sterowania, jak i nowoczesne systemy Edge AI.

WObit oferuje komputery przemysłowe z serii EPC, które wyróżniają się wysoką wydajnością, kompaktowymi rozmiarami oraz szerokimi możliwościami integracji. Komputery te są doskonałym rozwiązaniem do złożonych aplikacji sterowania, a także systemów monitorowania, które wymagają dużej niezawodności i odporności na trudne warunki pracy.

Wybrane systemy SCADA dostępne na rynku polskim AVEVA InTouch (dawniej Wonderware) – Platforma Systemowa AVEVA InTouch to pakiet programów, które pozwalają stworzyć spójny, skalowalny system klasy HMI/SCADA/MES. W wypadku funkcjonalności SCADA, podstawowym elementem systemu jest moduł AVEVA InTouch. Pakiet nastawiony jest na wizualną prezentację procesu produkcyjnego i ułatwienie interakcji z systemami automatyki przemysłowej. Wyróżnikiem InTouch’a jest technologia Industrial Graphics (dawniej ArchestrA Graphics), która daje nieograniczone możliwości w procesie tworzenia obiektów graficznych. Każdy użytkownik w zestawie otrzymuje potężną bibliotekę gotowych obiektów, także tych zgodnych z metodyką Situational Awareness, którą określić można mianem bibliotek świadomości sytuacyjnej. Dzięki temu zapewnić można operatorom w czasie rzeczywistym dostęp do wszystkich informacji kontekstowych, których potrzebują danej chwili, aby szybko i dokładnie reagować na sytuacje krytyczne związane z procesem produkcyjnym, zanim wpłyną one na bieżące operacje wykonywane w ciągu technologicznym. Siemens SIMATIC WinCC – SIMATIC WinCC to system nadrzędnego sterowania i akwizycji danych SCADA i jednocześnie interfejs operatorski HMI. Obecnie zintegrowany jest z platformą inżynierską TIA Portal. System pozwala na tworzenie aplikacji służących do monitorowania i sterowania fizycznymi procesami przemysłowymi oraz infrastrukturą technologiczną. Platforma projektowa TIA Portal pozwala na integrację nowoczesnych komponentów automatyki przemysłowej, co ułatwia realizację koncepcji Przemysłu 4.0 w fabrykach i zakładach produkcyjnych. SIMATIC WinCC (TIA Portal) składa się z oprogramowania inżynierskiego w wariantach WinCC Basic do konfiguracji prostych paneli HMI, WinCC Comfort do tworzenia bardziej zaawansowanych aplikacji oraz WinCC Advanced do projektowania systemów HMI opartych na komputerach PC. WinCC Advanced jest również dostępny jako Pakiety Oprogramowania Runtime. Schneider Electric EcoStruxure – To otwarta i skalowalna platforma SCADA skoncentrowana na integracji z systemami IIoT i skupiająca się na optymalizacji zużycia energii w zakładach przemysłowych. EcoStruxure łączy technologie IoT, chmurę obliczeniową, analitykę danych oraz sztuczną inteligencję (AI), oferując rozwiązania na poziomie monitorowania, automatyzacji i zarządzania zarówno dla małych zakładów, jak i dla rozległych infrastruktur przemysłowych. EcoStruxure jest platformą otwartą i interoperacyjną, co oznacza, że może być integrowana z urządzeniami i systemami innych producentów. Jego struktura opiera się na trzech kluczowych poziomach: poziom Connected Products (poziom urządzeń), gdzie znajdują się urządzenia przemysłowe takie jak czujniki, sterowniki PLC, przetworniki, liczniki energii, napędy oraz inne urządzenia automatyki; poziom Edge Control (poziom sterowania lokalnego), na którym EcoStruxure wykorzystuje lokalne jednostki sterowania i przetwarzania danych, takie jak komputery przemysłowe i sterowniki PLC do analizy danych w czasie rzeczywistym i do sterowania procesami produkcyjnymi; oraz poziom Apps, Analytics & Services (poziom analityki i usług), który obsługuje aplikacje, sztuczną inteligencję i usługi analityczne.

Czas na SCADA

Pod względem funkcjonalnym współczesne systemy automatyki oraz systemy sterowania urządzeń są dość mocno do siebie zbliżone. Jak już wspomniano, komputer przemysłowy, bądź sterownik PLC podejmuje decyzje związane z pracą podłączonych do niego urządzeń na podstawie zbieranych w czasie rzeczywistym informacji o stanie maszyny czy linii produkcyjnej. Informacje te pochodzą z podłączonych do jego wejść czujników, np. temperatury lub położenia oraz różnego rodzaju przetworników, które są zazwyczaj sprzężone z elementami wykonawczych maszyny lub instalacji automatyki przemysłowej. Urządzenie sterujące na podstawie zebranych danych realizuje automatycznie zaprogramowane wcześniej algorytmy związane z procesami sterowania i regulacji, reagując tym samym w czasie rzeczywistym na wszelkiego typu zdarzenia związane z wykonywaniem ustalonych uprzednio czynności dotyczących pracy maszyny bądź linii.

W praktyce, to sterownik PLC na podstawie wejść, a więc danych otrzymanych z urządzeń pomiarowych i wykonawczych wykonuje operacje sterowania zgodnie z wgranym do niego programem. Następnie wysyła dane do systemu SCADA, gdzie następuje ich przetwarzanie i archiwizacja. Na podstawie tych danych system SCADA generuje wizualizację parametrów pracy procesu a operator może nie tylko obserwować stan procesu produkcyjnego, wartości określonych wyjść oraz alarmy, ale może również zadawać parametry procesu, wyłączyć lub włączyć proces bądź też przejść na prowadzenie sterowania w trybie ręcznym.

Jak widać z przedstawionych wyżej informacji, systemy SCADA odgrywają kluczową rolę w nadzorowaniu procesów technologicznych i zarządzaniu infrastrukturą przemysłową. Innymi słowy, system SCADA to zbiór zaawansowanych narzędzi do nadzoru, sterowania i akwizycji danych w systemach automatyki przemysłowej, które to narzędzia pozwalają na uzyskanie szybkiego wglądu w faktyczny stan funkcjonowania oraz pracy urządzeń produkcyjnych i wykonawczych. Dzięki nim nie tylko możliwa jest zamiana języka procesowego maszyn i urządzeń na informację w postaci zrozumiałej dla ludzi, ale także umożliwiają szybką lokalizację alarmów, podstawowe logowanie danych czy też automatyczną reakcję na określone sygnały pochodzące z urządzeń. System SCADA w warstwie graficznej odpowiada zaś za jednoznaczne prezentowanie dynamicznie zmieniających się informacji. Zdefiniowane wcześnie algorytmy przyspieszają i wspomagają operatora w jego pracy [3, 4].

Rozproszone systemy sterowania DCS

Rozproszone systemy sterowania DCS to zaawansowane platformy zarządzania i kontroli procesów przemysłowych, które umożliwiają bardziej precyzyjne sterowanie, monitorowanie i optymalizację skomplikowanych operacji w zakładach produkcyjnych. W przeciwieństwie do omówionych przed chwilą systemów SCADA, które koncentrują się na centralnym monitorowaniu i nadzorze, DCS kładą nacisk na rozproszoną architekturę, dzięki której sterowanie jest bardziej niezawodne, szybkie i elastyczne.

DCS to systemy, w których sterowanie i przetwarzanie danych odbywa się lokalnie w wielu węzłach rozproszonych w różnych punktach zakładu przemysłowego. Te węzły są często odpowiedzialne za konkretne sekcje lub procesy, co pozwala na autonomiczne funkcjonowanie poszczególnych jednostek, ale jednocześnie umożliwia centralne monitorowanie i koordynację. Dzięki rozproszonej architekturze DCS, możliwe jest efektywne zarządzanie złożonymi procesami, takimi jak rafinacja ropy, produkcja chemiczna, przemysł energetyczny czy przetwórstwo spożywcze.

DCS odgrywają kluczową rolę w automatyzacji procesów przemysłowych, szczególnie w przypadku skomplikowanych i rozległych systemów produkcyjnych. Dzięki swojej rozproszonej architekturze zapewniają większą niezawodność, skalowalność oraz elastyczność w porównaniu do innych systemów sterowania, takich jak SCADA czy tradycyjne sterowniki PLC.

JAKIE ROZWIĄZANIA SPRZĘTOWE I PROGRAMOWE CIESZĄ SIĘ OBECNIE NAJWIĘKSZYM ZAINTERESOWANIEM? Rafał Braś, specjalista ds. marketingu, askom sp. z o.o. Gwałtowny wzrost cen energii, który obserwujemy w ostatnich latach, sprawił, że optymalizacja kosztów zużycia mediów stała się jednym z priorytetów dla przedsiębiorstw. W obliczu tego wyzwania coraz większą rolę odgrywają nowoczesne technologie, pozwalające na monitorowanie i zarządzanie zużyciem energii w czasie rzeczywistym. Takie rozwiązania, jak inteligentne liczniki, systemy automatyki budynkowej czy instalacje odnawialnych źródeł energii (OZE) umożliwiają nie tylko ograniczenie kosztów, ale także zwiększenie efektywności energetycznej. Optymalizacja zużycia mediów jest kluczowa i tutaj z pomocą przychodzą systemy klasy EMS (Energy Management System). Ważnym ich aspektem jest możliwość objęcia jednym systemem wszystkich mediów obecnych na terenie zakładu, przez integrację urządzeń pomiarowych różnych producentów. Świetnym przykładem takiego rozwiązania jest Asix Energy firmy ASKOM, który oferuje głównym energetykom narzędzia umożliwiające dokładną analizę zużycia mediów (energii). Ranking zużycia jest jednym z nich – pozwala na szybki wgląd w listę największych odbiorców energii, wskazując miejsca, gdzie można osiągnąć największe oszczędności. Możliwość porównania pomiarów z różnych okresów czasu ułatwia ocenę efektów termomodernizacji budynków. Obsługa taryf, celów energetycznych, strażnik mocy to tylko niektóre z funkcji ułatwiających energetykom codzienną pracę. Na poziomie dyrekcji i zarządu jest to możliwość wysyłania informacji do chmury i prezentowania ich w przejrzysty i esencjonalny sposób w narzędziach Power BI. Aplikacje EMS są również bardzo pomocne podczas audytów energetycznych oraz w procesie ubiegania się o białe certyfikaty. Dla firm, które są operatorami systemu dystrybucyjnego OSD, ważna jest możliwość komunikacji z powstającym systemem CSIRE.

Integracja systemów automatyki produkcyjnej z infrastrukturą IT

Zdolność do wymiany informacji między systemami operacyjnymi OT (Operational Technology) a infrastrukturą IT (Information Technology) otwiera nowe możliwości w zakresie monitorowania, optymalizacji procesów, analizy danych i podejmowania decyzji w czasie rzeczywistym.

Integracja systemów automatyki przemysłowej (OT) z infrastrukturą technologii informatycznych (IT) polega na połączeniu dwóch kluczowych środowisk funkcjonujących w przedsiębiorstwie produkcyjnym. Jak już wspomniano systemy OT obejmują takie urządzenia, jak sterowniki PLC, komputery przemysłowe, systemy SCADA, DCS oraz inne, wymienione wyżej technologie kontrolujące procesy przemysłowe, natomiast systemy IT odpowiadają za zarządzanie danymi, za systemy ERP (Enterprise Resource Planning), chmurę obliczeniową oraz inne używane w firmie narzędzia analityczne, sprzedażowe i systemy zarządzania kontaktów z klientami klasy CRM (Customer Relationship Management). Jak można się domyślić, celem takiej integracji jest synchronizacja operacji produkcyjnych z zasobami informacyjnymi przedsiębiorstwa, co pozwala na pełne wykorzystanie zalet cyfryzacji i automatyzacji procesów produkcyjnych.

Integracja systemów OT z IT wymaga zastosowania szeregu technologii, które pozwalają na wymianę informacji między systemami operacyjnymi a aplikacjami IT. Po pierwsze, są to różnego rodzaju aplikacyjne interfejsy programistyczne API (Aplication Programming Interface). Umożliwiają one integrację różnych systemów, takich jak systemy automatyki, ERP, SCADA czy chmury obliczeniowej pozwalają na swobodną wymianę danych pomiędzy różnymi platformami. Ułatwiają one też wdrażanie nowych rozwiązań technologicznych w istniejącej infrastrukturze przedsiębiorstwa.

Warto tu też wspomnieć o systemach MES (Manufacturing Execution Systems). Systemy MES działają na styku OT i IT, zapewniając pełną widoczność procesów produkcyjnych oraz integrację z systemami ERP. MES monitorują wykonanie zleceń produkcyjnych, śledzą jakość oraz zbierają dane o stanie maszyn, które mogą być następnie analizowane w systemach ERP lub innych narzędziach IT.

Z kolei obliczenia brzegowe (Edge Computing) są technologią, która pozwala na przetwarzanie danych blisko źródła ich powstawania, czyli w urządzeniach i maszynach znajdujących się na hali produkcyjnej. Wykorzystanie Edge Computingu umożliwia lokalne analizowanie danych, co zmniejsza opóźnienia i redukuje obciążenie sieci, zanim informacje zostaną przesłane do centralnej infrastruktury IT.

Architektura rozproszonych systemów sterowania DCS składają się z kilku kluczowych komponentów: Sterowniki procesowe – Lokalne jednostki kontrolne, które zarządzają określonymi procesami w zakładzie. Każdy sterownik monitoruje dane z czujników i odpowiada za sterowanie urządzeniami, jak np. zawory, pompy czy mieszadła. W przypadku awarii jednego z nich, reszta systemu może nadal funkcjonować bez zakłóceń. Czujniki i urządzenia wykonawcze – To urządzenia, które zbierają dane o stanie procesu (temperatura, ciśnienie, przepływ itp.) i przekazują je do lokalnych sterowników. Z kolei urządzenia wykonawcze, takie jak zawory czy napędy, realizują polecenia sterowników w celu regulacji parametrów procesowych. Sieć komunikacyjna – Kluczowy element DCS, umożliwiający wymianę danych między sterownikami, czujnikami oraz systemem nadrzędnym. Sieci te muszą być wysoce niezawodne i charakteryzować się niskim opóźnieniem, aby zagwarantować szybkie i skuteczne reakcje na zmiany w procesach. Współczesne systemy DCS często korzystają z sieci Ethernet przemysłowego, co umożliwia bardziej elastyczną i szybką komunikację. Interfejs operatora (HMI) – Umożliwia operatorom monitorowanie i sterowanie procesami z poziomu centralnego. Systemy HMI dostarczają operatorom wizualne informacje o stanie procesu oraz pozwalają na interwencję w razie potrzeby. Interfejsy te są często oparte na systemach SCADA, oferując zaawansowane narzędzia do wizualizacji, raportowania i analizy danych. System zarządzania bazami danych – DCS gromadzi ogromne ilości danych, które są przechowywane i analizowane, co umożliwia długoterminową optymalizację procesów. Zebrane dane można wykorzystać do predykcyjnego utrzymania ruchu, optymalizacji wydajności czy redukcji zużycia energii.

Bezpieczeństwo w automatyzacji i produkcji

Automatyzacja procesów produkcyjnych niesie za sobą ryzyko związane z pracą w pobliżu maszyn i robotów przemysłowych. Dlatego niezwykle istotne jest stosowanie rozwiązań zapewniających bezpieczeństwo pracowników, takich jak kurtyny świetlne, czujniki obecności czy systemy blokujące dostęp do niebezpiecznych stref.

Kurtyny świetlne to zaawansowane urządzenia bezpieczeństwa stosowane w zautomatyzowanych liniach produkcyjnych. Tworzą one niewidzialną barierę z promieni świetlnych między nadajnikiem a odbiornikiem. W przypadku naruszenia tej bariery – np. przez rękę pracownika – maszyna natychmiast zostaje zatrzymana, co eliminuje ryzyko wypadków. Kurtyny świetlne znajdują zastosowanie przy obsłudze maszyn, gdzie pracownicy muszą mieć bezpieczny dostęp, np. w procesach pakowania lub montażu.

Czujniki obecności są używane w strefach zagrożenia, aby wykrywać obecność człowieka w pobliżu maszyny. W momencie, gdy pracownik znajdzie się w zasięgu działania maszyny, czujniki zatrzymują jej pracę, co zapobiega wypadkom. Zastosowanie technologii takich jak czujniki optyczne, ultradźwiękowe czy termiczne zwiększa poziom bezpieczeństwa przy jednoczesnym minimalizowaniu ryzyka w trakcie obsługi maszyn.

Blokady bezpieczeństwa są mechanizmami, które uniemożliwiają pracownikom dostęp do ruchomych części maszyn, gdy te są w stanie pracy. Przykładem są drzwi ochronne wyposażone w czujniki, które automatycznie wyłączają maszynę, gdy drzwi są otwarte. Takie rozwiązania są niezbędne przy obsłudze linii produkcyjnych, gdzie istnieje ryzyko kontaktu z niebezpiecznymi elementami.

Zapewnienie bezpieczeństwa produkcji obejmuje nie tylko ochronę ludzi, ale także maszyn, urządzeń i całych procesów technologicznych. W celu zagwarantowania zgodności z międzynarodowymi standardami, zakłady produkcyjne muszą spełniać określone normy oraz uzyskiwać certyfikaty, które potwierdzają ich zgodność z przepisami. Wymienić tu można normy ISO, takie jak ISO 13849 (Bezpieczeństwo maszyn – Części układów sterowania związane z bezpieczeństwem) czy ISO 45001 (Systemy zarządzania bezpieczeństwem i higieną pracy), które określają wymogi dotyczące projektowania i wdrażania systemów automatyki w sposób zapewniający bezpieczeństwo operatorów i procesów produkcyjnych. Przestrzeganie tych norm jest kluczowe dla zakładów produkcyjnych, które chcą działać zgodnie z międzynarodowymi standardami i zapewnić najwyższy poziom bezpieczeństwa.

Materiały źródłowe:

[1] Materiały firmy Inrel Engineering Services
[2] Janusz Kwaśniewski, Sterowniki PLC w praktyce inżynierskiej, Wydawnictwo BTC, Legionowa 2008
[3] Materiały firmy ASTOR
[4] Materiały firmy Schneider Electric

source: Automatyka 10/2024