PRS

1. ITVP, PCS, RS Systémy automatizácie výroby a riadenia procesovITVP PCS: HCS, DCS, SCADA, HMI, PLCdruhy riadenia, riadiace algoritmy,procesné regulátory ITVP – informačné technológie výrobných podnikov PCS – Process Control Systems, systémy automatizácie výroby a riadenia procesov RS – riadiaci systém PRS Prvky riadiacich systémov - IPS 1 5.10.2014

2. Automatizácia výroby a IT a RS výrobného podniku Vrcholové riadenie podnikových činnostíERP –Enterprise Resource Planning Systém riadenia výrobného procesu MES – Manufacturing Executive System Systémy automatizácie výroby a riadenia procesov PCS -Process Control Systems (DCS, PLC, ...) Bloková schéma IT a RS výrobného podniku vrátane požívaných komunikačných zberníc, PCS -hybridný (distribuovaný) riadiaci systém SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition, systémy sledovania a riadenia procesov, HMI – Human-Machine Interface, operátorské rozhrania,MČ – merací člen, AČ – akčný člen, IMČ – inteligentný merací člen (inteligentný senzorový systém), IAČ – inteligentný akčný člen 2 5.10.2014

3. Automatizácia výroby a informačné technológie výrobného podniku Mechanizácia – 19. a začiatok 20. storočia, nahradzovanie manuálnej ľudskej práce strojovou prácou (mechanizmami), riadenie strojov vykonáva človek Automatizácia na procesnej úrovni (prvky riadiaceho systému spojené s technológiou, MČ, AČ, REG), predstavuje proces, pri ktorom sa riadiaca a kontrolná činnosť človeka nahrádza strojom (regulátorom) konštruovaným na tento účel Automatizácia - priemyselná automatizácia: samočinné riadenie výrobných strojov, liniek a procesov s využitím teórie automatického riadenia (matematických a inžinierskych metód) a pri použití elektroniky a výpočtovej techniky na zber údajov z riadeného procesu, na ich prenos, spracovanie a využitie, napr. na akčný zásah v riadenom systéme Automatické a automatizované systémy tvoria súčasť aj napr. dopravných prostriedkov, domácich spotrebičov, spotrebnej elektroniky a začínajú sa uplatňovať aj napr. v poľnohospodárstve a ďalších odboroch Automatizácia a informatika sa dnes spájajú do jedného nedeliteľného celku nielen vo výrobnej jednotke – podniku (ITVP a PCS), ale aj v širšom kontexte PSA Základy automatizácie 3 5.10.2014

4. Riadenie, regulácia a vyššie formy riadenia Riadenie - činnosť na zabezpečenie vopred predpísaného cieľa v rámci riadeného systému. K tomu sú vytvorené technické a programové prostriedky (RS), ktoré na základe hodnotenia a spracovania informácií získaných o objekte riadenia, o jeho stave, ale aj na základe vplyvov okolia na tento objekt, zabezpečujú jeho riadenie (realizácia riadiacich algoritmov riadenia), tj. dosiahnutie cieľa riadenia Riadený systém, tj. výrobný proces predstavuje pasívny člen vzhľadom na jeho riadenie, riadiaci systém je aktívny prvok, ktorý zabezpečuje riadenie a kontrolu riadeného systému Ak celý výrobný proces prebieha bez účasti človeka ide o automatický riadený proces, ak v štruktúre RS sa aktívne zúčastňuje aj človek, potom možno hovoriť o automatizovanom výrobnom procese. Skratky a definície z odboru Automatizácia - výber PSA Základy automatizácie 4 5.10.2014

5. Chemický priemysel (spojité riadenie): výroba benzínu, plastov, ... , by nebola možná bez meracej a riadiacej techniky ako sú :snímače, analyzátory, ventily, pohony, regulátory,riadiace systémy.

6. Bez meracej a riadiacej techniky by sme nemohli vyrábať elektrickú energiu(spojité a nespojité riadenie)

7. Roboty, manipulátory a výrobné linky vykonávajú namáhavú, nebezpečnú, nepretržitú a precíznu prácu (nespojité riadenie)

8. Moderné lietadlá dnes vedia lietať aj bez pomoci pilota Riadenie letovej prevádzky pomocou výkonnej výpočtovej techniky koordinuje súčasný pohyb tisícok lietadiel vo vzdušnom priestore.

9. Osobné automobily dnes obsahujú riadiace počítače, ktoré vykonávajú mnoho dôležitých funkcií ako: kontrola a riadenie činnosti motora, ABS, Airbag, informačný systém, ...

10. Riadiaca technika v spotrebnej elektronike

11. INFORMAČNÉ TECHNOLÓGIEVÝROBNÉHO PODNIKUvýrobné podniky, informačné systémy podnikovej a prevádzkovej úrovne riadenia PRS Informačné technológie vo výrobných podnikoch 11 5.10.2014

12. Automatizácia výroby a IT a RS výrobného podniku Vrcholové riadenie podnikových činnostíERP –Enterprise Resource Planning Systém riadenia výrobného procesu MES – Manufacturing Executive System Systémy automatizácie výroby a riadenia procesov PCS -Process Control Systems (DCS, PLC, ...) Bloková schéma IT a RS výrobného podniku vrátane požívaných komunikačných zberníc, PCS -hybridný (distribuovaný) riadiaci systém SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition, systémy sledovania a riadenia procesov, HMI – Human-Machine Interface, operátorské rozhrania,MČ – merací člen, AČ – akčný člen, IMČ – inteligentný merací člen (inteligentný senzorový systém), IAČ – inteligentný akčný člen 12 5.10.2014

13. Globalizácia a konkurencia • Výrobné podniky a súčasné požiadavky na efektívnu produkciu • globálna konkurencia, náročnejší zákazníci, dodávateľské reťazce(Supply Chain SC),spájanie do sieťových produkčných štruktúr, tj. aj dodávatelia a zákazníci ako súčasť produkčných systémov(Supply Chain Managment – SCM) • riadenie dodávateľských reťazcov od prvého subdodávateľa cez výrobu a distribúciu až po konečného zákazníka, optimalizovanie ich činnosti (modely a optimalizačné techniky): • riadenie materiálových a finančných tokov • vyhľadávanie optimálnych podmienok pre produkciu na základe požiadaviek zákazníka • dynamický proces: flexibilné prispôsobovanie neustále sa meniacim vnútorným a vonkajších parametrom PRS Informačné technológie vo výrobných podnikoch 13 5.10.2014

14. IT a ich úlohy • efektívna integrácia podnikov a ďalších účastníkov výroby do výkonných produkčných systémov → dôležitá úloha IT produkčných systémov • efektívna prevádzka samotného výrobného podniku • zásadná úloha IT pri presadzovaní a prevádzkovaní moderných výrobných podnikov • ––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– • Poznámky: • Informačné technológie IT VP - elektronické sledovanie výroby od zásobovania po expedíciu just in time, automatická konfigurácia otvoreného riadiaceho systému plug and produce • Požiadavka na pružnosť, Outsourcing, Globalizácia, Globálne siete, Partnerstvo, Vyššie požiadavky na kvalitu produktu, Zdokonalená komunikácia s dodávateľmi a so zákazníkmi, Elektronické vzdelávanie PRS Informačné technológie vo výrobných podnikoch 14 5.10.2014

15. Informačné a RS systémy podnikovej úrovne riadenia • Vrcholové riadenie podnikových činnostíERP – Enterprise Resource Planning • Systém riadenia výrobného procesuMES – Manufacturing Executive System • Systémy automatizácie výroby a riadenia procesovPCS -Process Control Systems (HCS, DCS, PLC, ...) Celopodnikový informačný systémEPM –Enterprise Production Management CRM – Customer Relationship Management, správcovstvo vzťahov so zákazníkmi, SCM – Supply Chain Management, riadenie dodávateľských reťazcov, SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition, systémy sledovania a riadenia procesov, HMI – Human-Machine Interface, operátorské rozhrania PRS Informačné technológie vo výrobných podnikoch 15 5.10.2014

16. ITVP: • EPR+MES • PCS (DCS+PLC) • HMI + SCADA operátorské rozhrania, systémy sledovania a riadenia procesov, funkčne orientované PC • Procesná úroveň • Regulátory (M+K-PLC a R, IPC, Proc. stanice) • MČ, IMČ • AČ, IAČ (NV, EV) ITVP a distribuovaný (hybridný) riadiaci systém (PCS) s dôrazom na procesnú úroveň Vrcholové riadenie podnikových činnostíERP – Enterprise Resource Planning Systém riadenia výrobného procesu MES – Manufacturing Executive System Systémy automatizácie výroby a riadenia procesovPCS -Process Control Systems (DCS, PLC, ...) HMI – Human-Machine Interface, SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition MČ – merací člen, AČ – akčný člen, IMČ – inteligentný merací člen (inteligentný senzorový systém), IAČ – inteligentný akčný člen PRS Prvky riadiacich systémov - IPS 16 5.10.2014

17. C) Úroveň riadenia celého podniku Príklad štruktúry riadiaceho a informačného systému konkrétneho objektu (napr. fabriky) PC, Intranet, Internet, ... výpočtová a komunikačná technika (priemyselné PC, priemyselný Ethernet, ...) B) Nadradená dispečerská úroveň A) Procesná úroveň – riadenie procesov snímače, prevodníky (teplota, tlak, otáčky, koncentrácia,...), akčné členy (pohony, čerpadlá, ventily, ...), regulátory, riadiace počítače,priemyselná komunikácia a iné prvky

18. Integrované systémy riadenia podniku ERP • Tretia úroveň riadenia podniku (vertikálne) • základná aplikácia informačnej a komunikačnej techniky v podniku pri jeho riadení ako celku • kľúčová činnosť - služba poskytovaná podnikovým používateľom IT, dodávateľsko-odberateľský reťazec, CRM, SCM, MES, DCS,... • ERP neznamená len spoločnú databázu údajov dostupnú všetkým používateľom, ale predstavuje silný nástroj na zvyšovanie celkovej efektívnosti činností podniku, rastu jeho hodnoty a jeho finančných príjmov PRS Informačné technológie vo výrobných podnikoch 18 5.10.2014

19. C) Úroveň riadenia podniku (ERP) : operatívne riadenie, rozhodovanie, plánovanie, ...

20. Internet (ERP, MES)diaľkový prístup k aktuálnym dátam, prípadne aj možnosť operatívne zasahovať do procesov - odkiaľkoľvek na svete

21. Systém riadenia výrobného procesu MES • Efektívne prepojenie systému ERP a procesnej úrovne výrobného podniku, MES poskytuje potrebné informácie pri optimalizácii výrobných aktivítv reálnom čase • Softwarové produkty komplexnej a otvorenej informačnej koncepcie schopnej „na mieru“ vyhovieť súčasným i budúcim potrebám používateľov v menších i väčších podnikoch vo väčšine priemyselných odvetviach Funkčná oblasť MES a okolie informačného systému výrobného podniku 1 - CRM, 2 - ERP, 3 - PDM/CMC, 4 - Automatizácia (DCS, PLC, …), 5 - P/PE, 6 - AP&S, 7 - S&R, 8 - SCM, 9 - prideľovanie zdrojov a kapacít, 10 - správa dokumentácie, 11 - ovládanie procesu, 12 - zber údajov, 13 - riadenie kvality, 14 - sledovanie pracovníkov, 15 - dispečerské riadenie, 16 - krátkodobé rozvrhovanie, 17 - analýza výkonnosti, 18 - sledovanie toku materiálu, 19 - dlhodobé rozvrhovanie PRS Informačné technológie vo výrobných podnikoch 21 5.10.2014

22. Sklady údajov SÚ- dôležitý prvok IT výrobného podniku • Nadstavbová časť informačného systému na uchovanie a analýzu údajov, SÚ - PDW (Process Data Warehouse) • Hlavná úloha SÚ spočíva v uchovávaní a spravovaní veľkých objemov údajov, ktoré sa potom využívajú pri riešení analytických problémov riadenia VP (častí) PRS Informačné technológie vo výrobných podnikoch 22 5.10.2014

23. Kybernetická bezpečnosť a IT výrobného podniku • Počítačové systémy IT sú zraniteľnejšie vzhľadom na stále väčšiuuniverzálnosť prepojenía na rozdielymedzi svetom IT a riadením výrobných zariadení v reálnom čase (chyby software, nepredvídané udalosti, svojvoľné útoky, atď.) • RS a ich zabezpečenie v kybernetickom priestore, tzv.kybernetická bezpečnosť • otvorené a unifikované softwarové systémy (napr. HMI, inžinierské a operátorské stanice PC, používanie zbernice Ethernet ) – menej bezpečné!!! • firemné (proprietárne) systémy sú štrukturovanějšie, ale svysokou úrovňou kybernetického zabezpečenia PRS Informačné technológie vo výrobných podnikoch 23 5.10.2014

24. Kybernetická bezpečnosť a IT výrobného podniku • Zásadný problém:ciele vyšších úrovní riadenia ITVP sa líšia od cieľov riadenia výrobných procesov • ERP, MES - hlavne ochrana centrálneho servera, nie koncového klienta • RS - najdôležitejšie sú koncové zariadenia (práca v RT), tj. neohrozenie bezpečnosti ľudí a technických zariadení, neohrozenie životného prostredia • Konečný cieľ - je dôležité, aby sa metódy a postupy kybernetického zabezpečenia známe z ERP techniky (Firewall)sa upravili a použili aj v riadiacich systémoch priemyselnej automatizácie • Všeobecne sa však konštatuje, že používatelia moderných riadiacich systémov venujú nedostatočnú pozornosť jeho kybernetickej bezpečnosti PRS Informačné technológie vo výrobných podnikoch 24 5.10.2014

25. Internet, intranet v IT výrobných podnikov • uplatnenie internetu a intranetu v IT VP závisí od orientácie podniku (výroba, služby), • internet sa spravidla považuje za komunikačný prostriedok smerom von z podniku, • intranet na vnútornú komunikáciu medzi jednotkami podniku, preto intranet sa niekedy používa aj ako informačný systém podniku Príklad architektúry podnikovej IT s webovovou službou a tenkými klientami (Firewall „ochranný múr“, chrániaci server - zabezpečenie komerčných sieti) PRS Informačné technológie vo výrobných podnikoch 25 5.10.2014

26. Riadiace systémy výrobných procesov PCS Systémy automatizácie výroby a riadenia procesovPCS Vývoj a architektúry PCS, DCS a PLC, HCS, SCADA, HMI, druhy riadenia, riadiace algoritmy,procesné regulátory PRS Riadiace systémy výrobných procesov 26 5.10.2014

27. ITVP: • EPR+MES • PCS (DCS+PLC) • HMI + SCADA operátorské rozhrania, systémy sledovania a riadenia procesov, funkčne orientované PC • Procesná úroveň • Regulátory (M+K-PLC a R, IPC, Proc. stanice) • MČ, IMČ • AČ, IAČ (NV, EV) ITVP a distribuovaný (hybridný) riadiaci systém (PCS) s dôrazom na procesnú úroveň Vrcholové riadenie podnikových činnostíERP – Enterprise Resource Planning Systém riadenia výrobného procesu MES – Manufacturing Executive System Systémy automatizácie výroby a riadenia procesovPCS -Process Control Systems (DCS, PLC, ...) HMI – Human-Machine Interface, SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition MČ – merací člen, AČ – akčný člen, IMČ – inteligentný merací člen (inteligentný senzorový systém), IAČ – inteligentný akčný člen PRS Prvky riadiacich systémov - IPS 27 5.10.2014

28. RS- riadená sústava y- riadená sústava MČ- merací člen y- odozva meracieho člena * S- snímač w- žiadaná (riadiaca) veličina MP- merací prevodník e- regulačná výchylka R- regulátor m- opravná veličina P- pohon u- akčná veličina RO- regulačný orgán U- zdroj energie AČ- akčný člen Poruchy 1 - poruchy v riadenej sústave Poruchy 2 - poruchy meracom člene (nepresnosť) Procesná úroveň - jednoduchý jednoparametrový regulačný obvod PRS Prvky riadiacich systémov - Úvod 28 5.10.2014

29. Vývoj architektúr riadiacich systémov Generácia 1 • • riadiace prvky - regulátor priamy • • prevádzková úroveň - kompaktný, súčasť riadenej technológie • • priamočinný, nevyžaduje vlastný zdroj energie • • jednoparametrový, jednoúčelový • • priestorová a funkčná centralizácia • • lokálna obsluha • Wattov regulátor na parnom stroji •riadiace prvky - regulátor – nepriamy • konštrukcia zosilňovačov, pomocný zdroj energie (P, H, E) • prenos informácií na väčšiu vzdialenosť • priestorová a funkčná decentralizácia v rámci technologického pracoviska • možnosť zložitých algoritmov (P, I, D) • indikácia - MP, registrácia - ZAP. • diaľková obsluha Generácia 2 PRS Riadiace systémy výrobných procesov 29 5.10.2014

30. Vývoj architektúr riadiacich systémov Generácia 3 • • priestorová decentralizácia funkcií (prevádzka - velín), analógová • technika, stavebnicové RS • • unifikované signály (US), medzisystémové prevody U/U, U/I, • sústredenie spracovania informácií (UR) • • náročnosť na pasívnu infraštruktúru, rozvádzače a káblové rozvody PRS Riadiace systémy výrobných procesov 30 5.10.2014

31. Vývoj architektúr riadiacich systémov Generácia 4, číslicový regulátor • ADC a DAC prevody • • SPC - Set Point Control – riadenie na žiadanú hodnotu • • BACK-UP – záloha, redundantnosť - spoľahlivosť • • DDC - Direct Digital Control – priame číslicové riadenie • • MLC - Multi Loop Controller – viacslučkové riadenie • dohliadaci režim- operátor • riadiace počítače – problémy, štrukturálna spoľahlivosť, mikroelektronika – distribúcia inteligencie PRS Riadiace systémy výrobných procesov 31 5.10.2014

32. Generácia 5, hierarchické riadenie ITVP, PCS, VProc. • EPR+MES ekonomika, manažment • PCS (DCS+PLC+ MaAČ) • Riadenie výr. procesu • HMI + SCADA operátorské rozhrania, systémy sledovania a riadenia procesov, funkčne orientované PC • Procesná úroveň • Regulátory (M+K-PLC a R, IPC, Proc. stanice) • MČ, IMČ • AČ, IAČ (NV, EV) ITVP a distribuovaný (hybridný) riadiaci systém (PCS) Riadiace pyramídy IT (+ PCS) VP: a) IT→ ERP+(MIS), MES; PCS→ SCADA + HMI, HCS, DCS, PLC, IMČ (MČ), IAČ (AČ) b) Číslicové prvky a zbernice Základná štruktúra moderných PCS je charakterizovaná distribúciou riadiacich funkcií (číslicové prvkyssdistribuovanou inteligenciou), zbernicovo orientovaným komunikačným podsystémom a používaním tzv. inteligentných (vnorených, „embeded“) prvkov vo svojej štruktúre. PRS Prvky riadiacich systémov - IPS 32 5.10.2014

33. Riadiace systémy PCS - charakteristika • PCS (Process Control System, DCS) alebo PLS(Prozessleitsysteme) - mikropočítačovo orientované systémy a ich prvky, riadenie veľkých celkov, rozdelené do viacerých úrovní riadenia (hierarchia), poprepájané komunikačným systémom (Bus). • Tech. prostriedky – hlavne číslicové spracovanie informácií: IMČ, IAČ, I-analyzátory, čísl. kompaktné a modulárne procesné regulátory, PLC, IPC, pracovné a grafické stanice. • PCS umožňujú komplexnú automatizáciu VP. • Súčasný stav: vzájomné prelínanie dvoch aplikačných oblastí (PCS), a to distribuovaných riadiacich systémov (DCS) a riadiacich systémov s programovateľnými automatmi (PLC), • Hybridné riadiace systémy (HRS)- spájajú hlavné vlastnosti oboch kategórií (modularita, rozšíriteľnosť, spojité a nespojité riadenie, logické riadenie, dávkové „riadenie“, robustnosť, redundancia, ...) a zároveň sú cenovo veľmi efektívne, • HRS - distribúcia riadiacich funkcií (distribuovaná inteligencia), zbernicovo orientovaný komunikačný podsystém a používanie tzv. inteligentných (čísl.) prvkov vo svojej štruktúre PLC, DCS a hybridné systémy, funkčná schopnosť/cena PRS Informačné technológie vo výrobných podnikoch 33 5.10.2014

34. Výrobné technológie, výrobné procesy, vlastnosti RS • Riadené systémy- výrobné podniky, procesy, technológie,... • spojité (kontinuálne) a nespojité -diskrétne(dávkové) procesy (všeo. delenie) • RS nejadrových elektrární (podľa druhu VP), • RS jadrových elektrární, • RS pre riadenie výrobných procesov (spojité a nespojité technológie a ostatné), • RS pre riadenie veľkých budov (inteligentné budovy). • Základné (spoločné) funkčné vlastnosti súčasných PCS: • komplexný zber a spracovanie informácií z výrobného procesu, • prenos informácií v rámci celého podniku (podnikové IT) až po nadväznosti na riadenie a plánovanie činnosti výrobného podniku, t.j. MES a ERP, Internet • komfortné ovládanie výrobného procesu z dozorní, • archivácia hodnôt procesných, akčných, bezpečnostných, produkčných veličín vrátane tvorby trendov pre tzv. správnu výrobnú prax (napr. sklad údajov), • komplexná vnútorná diagnostika funkcií RS, redundantná koncepcia na dosiahnutie potrebnej spoľahlivosti a robustnosti, • ochrana proti zásahom nepovolaných osôb a zneužitiu informácií v IT výrobného podniku, tj. kybernetická bezpečnosť. PSA Základy automatizácie 34 5.10.2014

35. Automatizácia výroby a informačné technológie výrobného podniku – súčasné požiadavky • Priemyselná automatizácia - aktuálne požiadavky používateľov AUT, (súčasť informačných systémov výrobného podniku): • flexibilita výroby: výrobný úsek, zmena konfigurácie produktu, zmena veľkostí sérii, priebežné úpravy a inovácie výrobku, • kontinuálny rast produktivity: postupný nárast výroby s klesajúcim počtom pracovníkov, • zlepšovanie kvality výrobkov: rozhodujúca pri uplatňovaní produkcie na svetových trhoch, • znižovanie celkových nákladoch: či už investičných alebo prevádzkových. Príspevok automatizácie k rastu tržnej hodnoty VP– dôležitý parameter Jeden integrovaný model podniku, okrem vlastných výrobných operácií, „predchádzajúce“ činnosti (nákup, skladovanie,...), „pokračujúcich“ činností (dokončovacie práce, balenie, skladovanie a expedícia hotových výrobkov) PSA Základy automatizácie 35 5.10.2014

36. Informačné a riadiace systémy výrobných procesov ERP MES PCS HMI, Scada Procesná úroveň PLC1 – PLC vyššej úrovne, KR- kompaktný reg., Eternet, Profibus – kom. zbernice Typická štruktúra súčasnej generácie HCS Príklady PRS Riadiace systémy výrobných procesov 36 5.10.2014

37. PRS STN ISO 3511 – 1 až 4 37 5.10.2014