Автоматизация помогает повышать эффективность производства, снизить зависимость от ручного труда, уменьшить количество ошибок и поддерживать стабильные режимы работы оборудования. Контроллеры и программное обеспечение отслеживают заданные параметры, получая данные от датчиков КИПиА, фиксируют данные и помогают операторам контролировать процессы в реальном времени, воздействуя на исполнительные механизмы. В статье подробно рассказано, что такое автоматизация производства, какие системы применяются на предприятиях и из каких компонентов строятся современные решения.

Что такое автоматизация производства

Это организация работы оборудования и технологических процессов с помощью КИПиА, контроллеров и программного обеспечения, которые выполняют функции управления и контроля вместо человека. Оператор при этом задает режимы работы и контролирует технологический процесс, но не участвует напрямую в выполнении операций.

Зачем и кому нужна автоматизация

Автоматизация нужна предприятиям, где работа зависит от точного соблюдения технологических параметров. Это процессы, в которых необходимо постоянно контролировать температуру, давление, расход сырья, уровни в ёмкостях, скорость линий или нагрузку на технику. Отклонения параметров могут привести к браку продукции, авариям или остановке производства. Поэтому автоматизация применяется в нефтепереработке, химической промышленности, металлургии, энергетике, горнодобывающих предприятиях и других производствах. Как пример: на нефтеперерабатывающих установках автоматизированные системы управления поддерживают температуру и давление в колоннах, на производственных линиях отслеживают режим работы станков и выпуск продукции.

Цели и функции автоматизации производства

Основные цели следующие:

• оптимизировать труд работников;
• повысить эффективность производства;
• обеспечить стабильный режим работы;
• повысить качество продукции;
• снизить затраты и простои;
• повысить безопасность;
• в конечном итоге увеличить прибыль.

Среди функций можно упомянуть:

• измерение технологических параметров;
• автоматическое регулирование работы механизмов и комплексов;
• управление техникой;
• сигнализация и защита;
• регистрация данных.

Основные компоненты автоматизации производства

АСУ ТП. Автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП). Управляет оборудованием по заданным алгоритмам, поддерживает технологические параметры и обеспечивает работу установок.

РСУ и ПАЗ. Распределенные системы управления и системы противоаварийной защиты. Обеспечивают управление технологическими установками и автоматическое отключение техники при аварийных отклонениях.

ПЛК / PAC. Программируемые логические контроллеры и контроллеры автоматизации. Выполняют алгоритмы управления, обрабатывают сигналы датчиков и управляют исполнительными механизмами.

SCADA. Система диспетчерского управления и сбора данных. Отображает параметры процессов, фиксирует события и позволяет оператору управлять оборудованием.

MES. СУ производственными процессами. Контролирует выполнение операций, собирает производственные данные и отслеживает загрузку оборудования.

APS. Система планирования производства. Рассчитывает производственные графики и распределяет загрузку.

MDC. Мониторинг оборудования. Собирает данные о работе станков и технологических линий, фиксирует простои и загрузку.

КСУТО/ ЕАМ. Комплекс управления техническим обслуживанием и ремонтами. Используется для управления активами предприятия, учета технических единиц и планирования ремонтов.

СУУТП. Система усовершенствованного управления технологическими процессами. Оптимизирует режимы работы оборудования на основе прогнозирующих моделей, виртуальных анализаторов и алгоритмов управления.

КТК. Компьютерные тренажерные комплексы. Используются для обучения операторов технологических процессов.

Роботизация. Промышленные и логистические роботы. Нужны для автоматизирования производственных и транспортных операций.

WMS. Система управления складом. Управляет движением материалов и складскими операциями.

BMS. СУ инженерными системами зданий. Контролирует энергоснабжение, вентиляцию, системы умного дома и др.

IIoT. Промышленный интернет вещей. Обеспечивает подключение датчиков и оборудования к центрам сбора данных.

Компьютерное зрение. Отвечает за автоматический контроль промышленной безопасности, качества и технологических операций.

Цифровые двойники. Виртуальные модели техники или производственных процессов для анализа и оптимизации режимов работы. Пример: цифровой двойник печи позволяет рассчитать оптимальную температуру и загрузку до изменения реального режима работы и оценить влияние этих изменений на производительность и расход энергии.

Уровни автоматизации производства

Уровень 0 — технологический процесс (Input / Output)

Нижний уровень включает датчики и исполнительные механизмы. Датчики измеряют параметры процесса: температуру, давление, расход, уровень, положение механизмов. Исполнительные устройства действуют: открывают клапаны, изменяют скорость приводов, включают насосы. Данные с датчиков передаются в контроллеры.

Уровень 1 — непосредственное управление (PLC / PAC / DCS)

Контроллеры (в том числе в составе распределённых систем управления DCS/РСУ) получают сигналы от датчиков и управляют приводами, насосами, печами, транспортными и технологическими установками. На этом уровне реализуется автоматическое регулирование параметров процесса. Управляющие данные передаются в SCADA.

Уровень 2 — диспетчерское управление (SCADA)

SCADA получает данные от контроллеров и отображает состояние техники оператору.

Здесь происходит:

• визуализация параметров;
• управление техникой с рабочих мест;
• архивирование параметров;
• регистрация событий и аварий.

Данные передаются в MES и другие производственные системы.

Уровень 3 — управление производством (MES)

MES получает данные от АСУ ТП и оборудования и использует их для управления производственными операциями.

На этом уровне выполняются:

• контроль выполнения производственных заданий;
• учет продукции;
• анализ загрузки техники;
• сбор производственных данных;
• планирование производства;
• контроль качества;
• производственный учет.

MES передает информацию в системы планирования и ERP.

Уровень 4 — управление ресурсами предприятия (ERP)

ERP использует производственные данные для планирования работы предприятия.

Задачи этого уровня:

• планирование производства;
• учет ресурсов;
• управление заказами;
• экономический анализ.

ERP передает задания на уровень MES.

Проекты автоматизации под ключ

Компания Т1 Интеграция разрабатывает комплексные проекты автоматизации, которые охватывают весь цикл внедрения систем управления, от обследования предприятия до ввода в эксплуатацию и последующего обслуживания. Вот как ведется работа:

1. Предпроектное обследование. На этапе обследования изучаются технологические процессы, существующее оборудование и системы управления. Определяются требования к автоматизированию и состав будущей системы.
2. Проектирование. Разрабатываются технические решения, структура автоматизации и схемы подключения. Подготавливаются спецификации техники и программного обеспечения.
3. Разработка и программирование. Создаются программы для контроллеров (PLC/PAC), разрабатываются SCADA-системы и операторские интерфейсы, настраиваются алгоритмы управления и логика работы. Выполняется отладка на тестовых стендах для проверки корректности работы всех сценариев.
4. Сборка и заводские испытания. Система собирается и проверяется до поставки на объект.
5. Поставка и пусконаладка. Техника устанавливается на предприятии и вводится в эксплуатацию. Проверяется работа в реальных условиях.
6. Обслуживание и техническая поддержка. После запуска специалисты помогут с обновлением и модернизацией.

Преимущества автоматизации производства

1. Системы управления выполняют операции быстрее человека и работают непрерывно, поэтому производительность предприятия увеличивается.
2. Автоматическое управление точно поддерживает заданные параметры: снижается количество брака и повышается качество продукции.
3. Программные алгоритмы работают по заданным правилам и не допускают случайных ошибок, уменьшается влияние человеческого фактора.
4. Отклонения фиксируются сразу, поэтому сокращаются простои и быстрее выявляются неисправности.
5. Опасные операции выполняются автоматически или под контролем защитных механизмов, поэтому снижается риск аварий и травматизма.
6. Системы автоматически собирают и сохраняют данные, можно анализировать работу техники и планировать производство на основе фактических показателей.

Автоматизация постепенно охватывает все уровни производства. Современные комплексы объединяют технику, программные средства и аналитические инструменты в единый контур управления. Дальнейшее развитие связано с переходом от простого сбора данных к их автоматическому использованию. Системы будут самостоятельно рассчитывать режимы работы оборудования, прогнозировать неисправности и оптимизировать загрузку производственных линий. Развиваются промышленный искусственный интеллект и роботизация, которые позволяют автоматизировать все больше операций и принимать решения на основе данных. Хотите узнать подробнее? Оставьте заявку на сайте.

Часто задаваемые вопросы

Что представляет собой автоматизация производства?

Это управление оборудованием и технологическими процессами с помощью контроллеров, программных средств и средств КИПиА (датчиков и исполнительных механизмов), которые вместе обеспечивают контроль и воздействие на процесс.

С какими проблемами можно столкнуться при автоматизации?

1. Ошибки при проектировании систем управления, которые приводят к тому, что в промышленной эксплуатации невозможно в полной мере использовать внедрённые системы и добиваться требуемых уровней эффективности.
2. Отсутствие спонсора проекта со стороны заказчика, отсутствие рабочей группы или большая текучесть рабочей группы, что не позволяет эффективно внедрять и использовать системы управления.
3. Разделение проекта на части по исполнителям и поставщикам, например, проектирование, поставка ПО, поставка оборудования, СМР/ПНР — всё отдельные тендеры, а значит, разные исполнители, что может приводить к растягиванию сроков внедрения, повышенным накладным расходам на интеграцию и управление проектами, ошибкам при реализации отдельных частей проекта.

Как автоматизация влияет на кадровую политику компании?

После внедрения уменьшается объем ручных операций и растет потребность в специалистах по эксплуатации. Персонал чаще выполняет задачи контроля, настройки и технического обслуживания автоматики.