Teollisuuden automaation ohjausjärjestelmät ovat välttämätön osa nykyaikaista teollisuustuotantoa. Ne käyttävät erilaisia antureita, toimilaitteita, ohjaimia ja muita laitteita reaaliaikaisen-seurannan, automaattisen ohjauksen ja tuotantoprosessien optimoinnin hallinnan saavuttamiseksi. Teknologian jatkuvan kehittymisen myötä teollisuusautomaation ohjausjärjestelmien tyypit ovat tulleet yhä monipuolisemmiksi ja kehittyneemmiksi. Tämä artikkeli tarjoaa yksityiskohtaisen yleiskatsauksen useista tärkeimmistä teollisuusautomaation ohjausjärjestelmistä, mukaan lukien keskitetyt ohjausjärjestelmät, hajautetut ohjausjärjestelmät, kenttäväyläohjausjärjestelmät, teolliset Ethernet-ohjausjärjestelmät, ohjelmoitavat logiikkaohjaimet (PLC) ja tietokone{4}}integroidut valmistusjärjestelmät (CIMS).
1. Keskitetyt ohjausjärjestelmät
Keskitetty ohjausjärjestelmä on ohjausjärjestelmä, joka keskittää kaikki ohjauslaitteet yhteen valvomoon. Tämän järjestelmän ensisijainen etu on sen hallinnan ja ylläpidon helppous, koska se mahdollistaa erilaisten ohjaussignaalien ja tietojen keskitetyn käsittelyn. Keskitetty ohjausjärjestelmä koostuu tyypillisesti seuraavista osista:
1.1 Ohjain:Ohjain on keskitetyn ohjausjärjestelmän ydin, joka vastaa anturisignaalien vastaanottamisesta, tietojen käsittelystä, päätösten tekemisestä ja sitten ohjausohjeiden lähettämisestä toimilaitteille.
1.2 Ohjausasema:Ohjausasema toimii rajapintana käyttäjien ja ohjausjärjestelmän välillä, joka sisältää tyypillisesti laitteita, kuten näyttöjä, näppäimistöjä ja hiiriä. Käyttäjät voivat valvoa tuotantoprosesseja, säätää ohjausparametreja ja tarkastella hälytystietoja ohjausaseman kautta.
1.3 Anturit ja toimilaitteet:Anturit ovat vastuussa erilaisten fysikaalisten suureiden, kuten lämpötilan, paineen ja virtauksen, keräämisestä tuotantoprosessin aikana ja näiden signaalien muuntamisesta sähköisiksi signaaleiksi, jotka lähetetään säätimelle. Toimilaitteet puolestaan säätävät tuotantoprosessia säätimen ohjeiden mukaan, kuten venttiilien avaamista tai sulkemista sekä moottorin nopeuden säätöä.
1.4 Tietoliikenneverkko:Tietoliikenneverkko toimii linkkinä, joka yhdistää ohjaimia, operaattoriasemia, antureita ja toimilaitteita, jotka vastaavat erilaisten ohjaussignaalien ja -tietojen välittämisestä.
2. Hajautettu ohjausjärjestelmä
Hajautettu ohjausjärjestelmä on ohjausjärjestelmä, joka jakaa ohjauslaitteet eri tuotantovaiheisiin. Tämän järjestelmän ensisijaiset edut ovat järjestelmän parannettu luotettavuus ja joustavuus, mikä mahdollistaa räätälöidyn ohjauksen eri tuotantovaiheisiin räätälöidyn. Hajautettu ohjausjärjestelmä koostuu tyypillisesti seuraavista osista:
2.1 Ohjaussolmut:Ohjaussolmut ovat hajautetun ohjausjärjestelmän perusyksiköitä, jotka vastaavat ohjaustehtävien käsittelystä vastaavissa solmuissaan. Jokainen ohjaussolmu sisältää tyypillisesti mikroprosessorin, tulo/lähtöliitännät ja tietoliikennerajapinnat.
2.2 Viestintäverkot:Viestintäverkot toimivat linkkinä, joka yhdistää ohjaussolmuja, jotka vastaavat ohjaussignaalien ja datan lähettämisestä. Yleisiä tietoliikenneverkkoja ovat kenttäväylä ja teollisuus Ethernet.
2.3 Ihmisen-koneen käyttöliittymälaitteet:Ihmisen-koneen käyttöliittymälaitteet toimivat käyttöliittymänä käyttäjien ja ohjausjärjestelmän välillä, ja ne voivat sisältää kosketusnäyttöjä, näppäimistöjä, hiiriä jne.
2.4 Tietokanta ja palvelin:Tietokantaa ja palvelinta käytetään erilaisten tuotantoprosessin tietojen tallentamiseen ja hallintaan, kuten laitteiden tila, tuotantotiedot, hälytystiedot jne.
3. Kenttäväyläohjausjärjestelmä
Kenttäväyläohjausjärjestelmä on kenttäväylätekniikkaan perustuva hajautettu ohjausjärjestelmä. Kenttäväylä on tietoliikenneverkko, jota käytetään kenttälaitteiden (kuten anturien, toimilaitteiden, ohjaussolmujen jne.) yhdistämiseen ja jolla on korkea reaaliaikainen-suorituskyky, luotettavuus ja kustannustehokkuus-. Yleisiä kenttäväylätekniikoita ovat Profibus, Modbus ja CAN.
3.1 Kenttälaitteet:Kenttälaitteet ovat kenttäväylän ohjausjärjestelmän perusyksiköitä, mukaan lukien anturit, toimilaitteet ja ohjaussolmut.
3.2 Kenttäväyläliitäntä:Kenttäväyläliitäntä on laite, joka yhdistää kenttälaitteet kenttäväylään ja vastaa kenttälaitteiden signaalien muuntamisesta kenttäväyläsignaaleiksi.
3.3 Kenttäväyläverkko:Kenttäväyläverkko on eri kenttälaitteita yhdistävä tietoliikenneverkko, joka vastaa ohjaussignaalien ja datan välittämisestä.
3.4 Ohjaimet ja käyttöasemat:Ohjaimet ja käyttäjäasemat ovat samanlaisia kuin hajautetut ohjausjärjestelmät, ja ne vastaavat ohjaustehtävien käsittelystä ja ihmisten{0}}konevuorovaikutuksesta.
4. Teollinen Ethernet-ohjausjärjestelmä
Teollinen Ethernet-ohjausjärjestelmä on Ethernet-tekniikkaan perustuva hajautettu ohjausjärjestelmä. Ethernet on tietokoneverkoissa laajalti käytetty viestintätekniikka, jolle on tunnusomaista korkea siirtonopeus, suuri kaistanleveys ja hyvä yhteensopivuus. Teollinen Ethernet-ohjausjärjestelmä koostuu tyypillisesti seuraavista komponenteista:
4.1 Teolliset Ethernet-laitteet:Teollisuuden Ethernet-laitteita ovat teollisuuden Ethernet-kytkimet, teollisuuden Ethernet-sovittimet ja teollisuuden Ethernet-liitännät.
4.2 Ohjaussolmut ja kenttälaitteet:Ohjaussolmut ja kenttälaitteet ovat samanlaisia kuin hajautetun ohjausjärjestelmän, jotka vastaavat ohjaustehtävien käsittelystä ja tuotantotietojen keräämisestä.
4.3 Ethernet-viestintäverkko:Ethernet-viestintäverkko on tietoliikenneverkko, joka yhdistää kaikki ohjaussolmut ja kenttälaitteet, jotka vastaavat ohjaussignaalien ja -tietojen välittämisestä.
4.4 Ohjaimet ja ohjausasemat:Ohjaimet ja käyttäjäasemat ovat samanlaisia kuin hajautetut ohjausjärjestelmät, ja ne vastaavat ohjaustehtävien käsittelystä ja ihmisten{0}}konevuorovaikutuksesta.
5. Ohjelmoitavan logiikkaohjaimen (PLC) ohjausjärjestelmä
Programmable Logic Controller (PLC) on tietokone, joka on suunniteltu erityisesti teollisiin ohjaussovelluksiin. PLC:issä on joustava ohjelmointi, korkea luotettavuus ja helppo laajentaa, ja niitä käytetään laajasti erilaisissa teollisuusautomaation ohjausjärjestelmissä. PLC-ohjausjärjestelmä koostuu tyypillisesti seuraavista komponenteista:
5.1 PLC:PLC on PLC-ohjausjärjestelmän ydin, joka vastaa anturisignaalien vastaanottamisesta, tietojen käsittelystä, päätösten tekemisestä ja sitten ohjauskomentojen lähettämisestä toimilaitteille.
5.2 Tulo-/lähtömoduulit:Tulo-/lähtömoduulit ovat laitteita, jotka yhdistävät PLC:n kenttälaitteisiin, jotka vastaavat anturisignaalien muuntamisesta PLC:n tunnistaviksi signaaleiksi tai PLC:n ohjauskäskyjen muuntamisesta toimilaitteiden tunnistaviksi signaaleiksi.