Termelési folyamatok automatizálása

1. Termelési folyamatok automatizálása Kucsera Péter Kucsera.peter@kvk.bmf.hu

2. A vezérlő rendszer felépítése Szabályzó program Beavatkozó Vezérelt vagy Szabályozott szakasz Szabályzó Beavatk. hajtás Beavatk. egység Távadó Távadó Szenzor Operátor állomás Szabványos jelek Gyártás Simulation software Megjelenítő program SCADA (Supervisory control and data acquisition)

4. ES ES – Engineering Station – Mérnöki állomás Az ES-n történik a rendszer 95%-ának konfigurálása a programfejlesző software segítségével. Itt kell elkészíteni a projektet, amit a AS-ekbe, OS/BATCH/Route Control szerverekbe és kliensekbe le kell tölteni. Egy rendszerben több ES is lehet, ezáltal több mérnök is együtt tud dolgozni a projekten. Multiprojekt engineeringet használva a multiprojektben lévő projektek kerülnek szétosztásra az ES-ek között, míg multi user engineeringet használva a központi ES-en lévő multiprojektet lehet szerkeszteni bizonyos megkötések mellett. A mérnöki állomáson keresztül lehet felprogramozni az intelligens az intelligens terepi eszközöket.

5. OS • OS – Operator station – Operátori állomás • Az operátori állomás alapvetően két részből áll, a szerverből és a kliensből. A szerver feladata, hogy az AS-ekkel kommunikáljon és az adatokat, üzeneteket tárolja, a kliens feladata, hogy a szerver által összegyűjtött adatokat a felhasználó számára megjelenítse. Kisebb rendszerek esetén a szerver és a kliens egy gépen is lehet, ezt a konfigurációt Single Stationnek nevezzük. Minél több adatot kell feldolgoznia a rendszernek, annál több szerverre van szükség, minél több adatot kell megjeleníteni, annál több kliensre van szükség, egy kliensre akár több monitor is csatlakozhat. Egy szerverre több kliens, egy kliens pedig több szerverre is csatlakozhat. Ahhoz, hogy a rendszer megbízhatósága magasabb legyen, a szerverek redundánssá tehetők. Az OS szerver feladata többek között a folyamatból érkező adatok és üzenetek archiválása is.

6. AS • AS – Automation station • Az automation station-ök PLC-kből álló állomások. Ezek az állámások lehetnek egyszerű, rendundáns és hibabiztos (Fail-safe) állomások is. Egy rendszerbe több AS is beépíthető. Az AS-ekhez számos, különböző célra készített periféria: digitális be/kimenetek analóg be/kimenetek csatlakoztathatók PROFIBUS DP-n, PROFIBUS PA‑n, valamint az ezekhez készített buszátalakítókon keresztül.

7. Az operátor állomás feladata • - A technológia folyamatinformációkat hordozó folyamatjellemzőinek gyűjtése, feldolgozása, és ezek különböző formában történő megjelenítése, következtetések levonása. • Archiválási feladatok ellátása • Jegyzőkönyvek, protokollok készítése • Zavarjelentések készítése, analízise, hibaüzenetek megjelenítése • A terepen üzemelő irányító berendezések működésének megfigyelése, diagnosztizálása. • Dokumentáció készítése

8. Az operátor állomás hardware felépítése Az operátor állomást jellemzően egy vagy több nagy teljesítményű számítógép alkotja. A számítógépek képesek a beérkező adatmennyiség feldolgozására és megfelelő módon történő megjelenítésére. Az operátor állomás jellemzően Ethernet vagy Profinet hálózaton kapcsolódik a irányító berendezésekhez, szintén Ethernet hálózaton kapcsolódhat esetleges magasabb vállalat irányítási rendszerekhez is. A megjelenítés egy vagy több monitoron történik. Egy számítógéphez maximálisan 2-4 monitor kapcsolható, így amennyiben a technológia kiterjedtebb megjelenítést igényel, a operátor teremben több OP számítógép is elhelyezésre kerülhet. A monitorok jellemzően napjainkban TFT vagy LCD kivitelűek, szintén előfordulhat projektorral kivetített vizualizálás is. A kezelő általában a hagyományos billentyűzet egér segítségével kezeli az OP állomást, azonban előfordulhat egyes speciális alkalmazásoknál egyedi vezérlőpanel alkalmazása is. Ezen joystick és görgető golyó is helyet kaphat. Szekrénybe szerelt operátor felületnél jellemző Touch Screen alkalmazása. Így az utasítások kiadása a képernyő megfelelő módon történő megérintésével történik

9. OPC server Az OPC server olyan software alkalmazása, amely megteremti a kapcsolatot az operátor számítógépen futó vizualizáló (SCADA) software és a irányító eszkö (Pl. PLC) között. Az OPC server segítségével különböző megjelenítő software-k csatlakoztathatók különböző hardware elemekhez.

10. Archiválás, dokumentáció, jegyzőkönyvek készítése • A szerzett információ tárolható merevlemezen valamint papír alapon. Papír alapú tárolás esetén valamilyen nyomtató eszköz használata szükséges. • Az archiválás történhet optikai CD vagy DVD lemezekre történő írással is. • Az operátor állomás feladata a rendszer állapotainak dokumentálása: • Esemény naplózás (spontán események bekövetkezési idejének és az esetleges hibajelenségnek naplózása) • Állapot naplózás • Zavarjelenségek lefolyásának nyomon követése • Műszaki és termelési adatok naplózása (adott rendszerességgel történő archiválás)

11. Megjeleníthető képek • Áttekintő kép (a technológia teljes áttekintése, csak a legfontosabb jellemzők kiemelésével) • Grafikus képek (dinamikus elemeket tartalmazó kép. Az elemek változtatják színüket, helyzetüket…) • Csoport képek (ugyan azon funkciót végző elemek összefoglalása) • Trendek (folyamat változóinak idő függvényében történő ábrázolása) • Napló (állapot és hibajelzéseket naplózását tartalmazó képek) • Face Platek (egyes elemeket kiválasztva, azok tulajdonságainak állítására szolgáló felbukkanó ablak. Segítségével üzemmód kapcsolás, értékbeállítás, megfigyelés valósítható meg)

12. Operátor felület feladatai • - Az irányítani kívánt technológia felügyelése • Felvilágosítás a támadt zavarokról • Beavatkozási lehetőség biztosítása az operátor számára Üzenetsor Menüsor Kijelző terület Stástus sor Kezelési terület

13. Áttekintő rész (Menüsor, üzenetsor) Az áttekintő részben található az üzenetsor, melyben mindig az utolsó bejövő üzenet olvasható. Az üzenetek nyugtázása után az üzenet eltűnik a listából, azonban a nyugtázott üzenetek között nyomon követhető a nyugtázott üzenet, időpontja, valamint az felhasználó neve aki az üzenetet jóváhagyta ( nyugtázta ). Az áttekintő rész másik eleme a navigációs gombsor, melyek segítségével a SCADA képei között lehet választani. Ezeket a megjelenítő képek csoportokba vannak rendezve, és a csoportok nevei találhatóak a fő gombokon (a). A csoporton belüli alképeket a főgombok jobb oldalán elhelyezkedő gombot (b.) megnyomva tudjuk megnyitni. Ekkor az alábbi ábrához hasonló ablak jelenik meg, ahonnan kiválasztható a nekünk szükséges alkép.

14. Tag-ek feladata • A Tag-ek az operátori felület változóinak tekinthetők. Lehetnek: - Külső Tag-ek (Az irányító rendszerből kiolvasott változók, bemenetek, kimenetek vagy adatblokkok) - Belső változók (Az operátori felület működéséhez használt belső változók)

15. A grafikus szerkesztőben elhelyezhető objektumok • Általános formák (vonal, kör, négyzet…) • Windows objektumok (Gomb, Check box, slider …) • „Ügyes objektumok” (Képek, I/O mező, státus bar …) • Speciális objektumkészlet (technológiai ábrák, trendek, speciális kijelző mezők)

16. Objektumok tulajdonságai - Tulajdonságok (méret, szín, stílus, betűtípus, kiemelés, villogás, kitöltés, egyéb) - Események (egérrel történő kattintás, billentyű lenyomás, objektum változása…)

17. Tulajdonságok dinamizálása Lehetőség van egy tulajdonság tag-hez történő hozzárendeléséhez, így megvalósítható egy objektum dinamikus méretezése, pozicionálása. A Display (megjelenítés) tulajdonság BOOL típusú tag-hez történő hozzárendelésével az objektum a képernyőn ki-be kapcsolható

18. Példa a méret dinamizálására A példában szereplő tartályban lévő szint kijelzésére használható egy téglalap elem (Rectangle), melynek magasságát dinamizáljuk (Height). Amennyiben az oszlop magasság túllép egy megadott maximumot, lehetőség van az oszlop színének pirosra váltására, vagy az oszlop villogtatására. Ezzel felhívható az operátor figyelme az esetleges veszélyre.

19. Display tulajdonság dinamizálása Munkahengerek kitolt és behúzott állapotának vizualizálására használható az előre megrajzolt grafikus készletben található munkahenger kitolt és behúzott elemének egymáson történő elhelyezése. A változó egyik értékénél a kitolt, a másik értékénél a behúzott grafikus elem kerül megjelenítésre.

20. Dinamizálás további lehetőségei C-Action C kódban írt program képes aktiválni a változtatásokat VBS-Action Egy speciális programnyelv segítségével lehet programokat, scripteket írni Tag-hez történő közvetlen hozzárendelés lehetséges

21. Események kezelése A események kezelése az objektum orientált programnyelvekhez hasonlóan (C++ builder, Delphi) történik. Az adott eseményt kiválasztva egy általunk c-ben vagy VBS-ben írt kód kerül lefuttatásra. Lehetőség van továbbá egy változóhoz, tag-hez egy érték hozzárendelésére is (Direct Connection). Pl. Ha egy gomb lenyomásának hatására egy tag értékét egybe szeretnénk állítani, majd, ha a gombot felengedjük a változó értékét ismét nullázni szeretnénk, a Direct Connection opciót választva először a Press Left (bal egérgomb lenyomás) hatására a tag-hez 1-es értéket rendelünk, majd a Release Left (bal egérgomb felengedés) esemény hatására ugyanazon tag-hez a 0- értéket rendeljük.

22. Faceplate A PCS7 DCS rendszer nagy előnye, hogy a tervező mérnöknek nem kell minden Tag-et külön definiálni, valamint minden grafikus elemet külön megrajzolni. Meglévő könyvtárakban szép számban álnak rendelkezésre előre elkészített blokkok a legkülönbözőbb területek igényeinek kielégítésére. A kész blokkok alkalmazásával a program, a kódbol automatikusan generálja a Tag-eket, valamint a már dinamizált grafikus kezelőfelületet.

23. Faceplate példa A berendezések kezelése un. kezelői ablakok (faceplate) segítségével történik – azon berendezések esetében, ahol ez engedélyezve van. Ezt a WinCC runtime alól úgy vehetjük észre, hogy az egérrel az adott eszközre mutatva az kurzor megváltozik (egy zöld nyíl jellegűvé válik). Ebben az esetben a kezelői ablak a jobb egérgombbal előhívható. Ha a cursor nem változik, az adott eszköz ilyen módon való kezelése tiltott. A szelep ikonja a szabványrajzokban megismert módon jelenik meg. Az automatikus üzemmódot egy “A” betű, a kézit “M” betű jelzi az eszköz képe mellett. Hibás működés esetén sárga “S” betű villog szintén az eszköz mellett.

24. TAG Loging WinCC-be lehetőség van arra, hogy a tag-eket archiváljuk. Ebben az alkomponensben fel kell venni azokat a tag-eket amiket menteni szeretnénk. Minden tag-nel be kell állítani, hogy milyen időközönként készítsen róla archiválást. Ez az idő egység minimum egy szekundum lehet. Az archiválást lehet előre megadott időközönként de lehetőség van arra is, hogy saját magunk hozzunk létre archiválási ciklus időket. Lehetőség van arra a BOOL típusú változóknál, hogy akkor készítsen róla mentést, mikor megváltozik az értéke. Így az archivált adat mennyiségét jelentősen lehet csökkenteni. A rendszer az archiválást SQL adatbázisba végzi. Ezeknek az adatbázisoknak (szegmenseknek) meg kell adni a maximális nagyságát és azt, hogy mekkora lehet az összes szegmens maximális nagysága. Miután a rendszer elérte a maximális nagyságot, a legrégebbi archivot felülírja.

25. Operátori jogosultságok Mivel a SCADA rendszerből nem csak monitorozni lehet a technológiát, hanem működésbe be is lehet nyúlni, ezért a felhasználókat különböző jogosultságokkal kell felruházni. Azért, hogy olyan rendszerbe ne nyúlhasson bele, még véletlenül se, ami nem az ő hatásköre. WinCC-ben lehetőség van arra, hogy ezt teljes mértékig beállítsuk. Mivel minden egyes blokk ikonhoz hozzá rendelhető egy-egy jogosultsági szint. De akár a gyár részegységeit is összefogva fel lehet ruházni a megfelelő jogosultságokkal. Az ábrán megfigyelhető, hogy a „józsi” felhasználónak csak monitorozási joga van.

26. OS hardwareRACK PC Rack szekrénybe szerelhető ipari kivitelű számítógép. Általában az operátor teremben, vagy a operátori számítógép teremben helyezkedik el. A számítógép hűtőventillátora elé cserélhető, tisztítható légszűrőt alkalmaznak, így az elektromos alkatrészek portól védhetők. A PC részegységei ipari előírásnak megfelelő megbízhatóságúak, így az ipari PC-k ára jelentősen meghaladja a hagyományos asztali számítógépekét.

27. OS hardwarePanel PC Ipari kialakítású, pornak, rázkódásnak mechanikai igénybevételnek ellenálló számítógép. Az adatbevitel többnyire Touch Screen (érintő képernyő) segítségével történik. A számítógép rendelkezik az irányító rendszerhez történő csatlakozáshoz szükséges portokkal: ( Siemens esetében: Ethernet vagy ProfiNet, esetleg Profibus vagy MPI.) A panel pc beépítésre kerülhet a vezérlő szekrénybe, vagy saját konzollal elhelyezhető közvetlenül a technológia közelében is.

28. Szenzorok (Sensors)

29. Gyártás automatizálás Folyamat automatizálás

30. Szenzorok csoportosítása • Contact (szintkapcsolók) • Non Contact (Inductive, Capacitive proximity sensors) • Diszkrét Kimenetű (Szintkapcsolók, Fénysorompó) • AnalogKimenetű(Hőmérséklet mérő,Ultrahangos távolságmérő, Nyomás mérő) • Active (Jel kibocsátott) • Passive (Nincs kibocsátott jel)

31. Végállás kapcsoló

32. Inductive közelítés kapcsoló Az induktív érzékelő fém tárgyak kontaktus nélküli érzékelésére lett kifejlesztve. Az érzékelés egy nagyfrekvenciával gerjesztett tekercs által létrehozott mágneses tér változásának figyelésével történik.

33. Mágneses tér érzékelő szenzorok (Hall-szenzorok) - Magas műveleti sebesség - Tág hőmérséklet tartomány - Kontaktusmentes - Passzív Ha egy félvezető lapkán áram folyik keresztül és a lapkát rá merőleges mágneses térbe helyezik, az áram folyására merőleges irányban a lapkán feszültség keletkezik. Ez a feszültség a Hall feszültség és a fizikai hatást hívják Hall effektusnak.

35. Kapacitívközelítésérzékelő A kapacitív érzékelő tetszőleges anyagú kontaktusmentes érzékelésére lett kifejlesztve. Az érzékelés egy nagyfrekvenciával gerjesztett kapacitás dielektrikumának változásának figyelésével történik.

37. Fénysorompó, reflexiós fénysorompó

38. Triangulation SensorHáromszögelés elven alapuló távolságmérés

39. 3D Triangulation Sensor

41. Inkrementális optikai encoderElfordulás érzékelő

42. Absolute Rotary Encoder

44. Futási idő mérésén alapuló távolságmérés A mérés során kibocsátott jelcsomag céltárgyról történő visszaverődése utáni, visszaérkezés és a kibocsátás között eltelt időt mérjük, ismerve a jelcsomag terjedési sebességét, a távolság számÍtható. A kibocsátott jel lehet hang, fény, vagy elektromágnesen sugárzás.Amennyiben a kibocsátott jel, hanghullám, a terjedési sebesség: 342m/s, tehát a terjedési idő, egy 3 méterre lévő visszaverő tárgy esetén 20 ms. Ha a kibocsátott jel, egy lézersugár, a terjedési sebesség: 3 x 108 m/s ami 106-szor gyorsabb, mint a hang esetében. A futási idő ebben az esetben: 20ns! Ha a mérendő távolság kicsi, a nagy terjedési sebesség miatt a pontos mérés bonyolult és költséges. Hanggal történő mérés esetén azonban sokszor pont a lassú terjedésből adódó lassú mérés okoz problémát.

45. Ultrahangos távolságmérés

47. Lézeres távolságmérés

49. Sebesség és gyorsulás mérés

50. Gyorsulás mérés