Какой лучший пример программируемой автоматизации

Промышленное программирование, или Пара слов об АСУ ТП

Есть такая профессия — производство автоматизировать. Аббревиатура АСУ ТП означает «автоматизированная система управления технологическим процессом» — это система, состоящая из персонала и совокупности оборудования с программным обеспечением, использующихся для автоматизации функций этого самого персонала по управлению промышленными объектами: электростанциями, котельными, насосными, водоочистными сооружениями, пищевыми, химическими, металлургическими заводами, нефтегазовыми объектами и т.д. и т.п.

Фактически, каждый человек, живущий не в лесу и пользующийся благами цивилизации, использует результаты труда предприятий, на которых функционируют АСУ ТП.

Иногда на эту тему проскакивают статьи и на хабре. Обычно они не пользуются особой популярностью, но всё же я хочу написать несколько обзорных статей об АСУ ТП в надежде рассказать хабравчанам что-то интересное (а возможно, кому-то даже полезное) и привлечь на хабр больше своих коллег.

Сначала пара слов о себе. Я только начинаю свой жизненный путь в автоматизации, опыт работы без малого два года. За это время побывал на нескольких газовых месторождениях, сейчас работаю на нефтяном.

Поскольку область обширная, несмотря ни на что развивающаяся, местами противоречивая и спорная, буду стараться обобщать не в ущерб достоверности, но не могу избежать перекоса в свою область — то оборудование, софт и сферу, с которыми лично я сталкивался.

Итак, программно-технический комплекс АСУ ТП делится на три уровня: верхний (компьютеры), средний (контроллеры), нижний (полевое оборудование, датчики, исполнительные механизмы). Про нижний уровень рассказывать не буду — слишком уж это далеко от от тематики хабра, да и статья получится слишком большая.

Верхний уровень

Верхний уровень — это серверы и пользовательские ПК (у нас они называются АРМ — автоматизированное рабочее место). Сюда выводится состояние технологического процесса, и отсюда при необходимости оператором подаются команды на изменение его параметров. Для упрощения разработки создано большое количество SCADA-систем (от англ. supervisory control and data acquisition — диспетчерское управление и сбор данных). Это в некотором роде расширенный аналог IDE, в котором скомпилированная «программа» и выполняется.

Системы SCADA

Вообще, если отбросить академизм, то на предприятии для всех кроме асушников скада выглядит вот так:

А если совсем не повезёт, то вот так:

Подразумеваются два режима функционирования: режим разработки и режим выполнения (runtime). Не обязательно эти режимы взаимоисключающи: можно редактировать проект на одном АРМе, инженерном, заливать его, он обновится на пользовательских. Это очень важно — изменять проект без простоев и отключений, потому что технологический процесс прерывать нельзя, и операторы всегда должны иметь возможность его контролировать. В скаде создаются графические интерфейсы, настраиваются источники данных с полевых устройств, она отвечает за взаимодействие пользователя (оператора, диспетчера, технолога) с происходящим на производстве, а также за архивирование всех нужных данных в БД.

Архивирование — одна из обязательных функций, очень важно иметь возможность «вернуться назад во времени» для разбора полётов в случае чего-то непредвиденного либо для глобального анализа при медленных, длительных процессах. Например, недавно геологи попросили меня выгрузить табличкой данные по давлению нефти на скважинах за последний год.

Периодически скада складывает все собранные данные в БД. Их потом можно посмотреть в виде графиков (называем их трендами), а при необходимости, если оговорено в ТЗ на АСУТП, реализуется выгрузка в виде отчётов в эксель или ещё как-нибудь. Архивация сделана по-разному: в MS SQL; MS Access; в ту же MS SQL, но по своему хитрому алгоритму с дополнительной архивацией; а у кого-то вообще в свою собственную бинарную БД.

Особым пунктом в скадах идёт информирование оператора: текущие сообщения и аварийные. Они тоже обязательно архивируются. В общем виде сообщения делятся на текущие и важные (аварийные). Текущие прячут подальше, но журнал аварийных всегда выводится на экране оператора. К текстовым аварийным сообщениям привязываются звуковые, чтобы кто-нибудь не проспал ЧП 🙂

Рынок SCADA

Самыми распространёнными, по-моему, считаются скады производства Invensys Wonderware, Iconics, Siemens, Indusoft, AdAstra, Emerson, Rockwell Automation.

Я лично работал с виндовыми: Invensys Wonderware InTouch и более мощной System Platform, с Iconics Genesis32 — и с (пока ещё?) малоизвестной B&R APROL под SLES (формально, это не совсем скада, а покруче — из-под апрола программируются и сами контроллеры).

По поисковым запросам, например, SCADA, HMI можно посмотреть примеры интерфейсов и мнемосхем.

Внешний вид и юзабилити по приоритету, увы, находятся на последнем месте. Причём, это касается не только рантайма, но и разработки. Для разработки в каждой скаде существуют как минимум дефолтные библиотеки символов — от кнопок и прочих контролов до графических изображений насосов, труб, задвижек, ёмкостей. Здесь-то и могли бы умные разработчики SCADA-пакетов (не путать с нами, асушниками — разработчиками проектов в этих пакетах) добиться принципиального преимущества над конкурентами, сделав продуманные библиотеки, из которых бы даже самый далёкий от дизайна и юзабилити инженер при всём нежелании делал бы гуманные интерфейсы и мнемосхемы. К сожалению, сейчас эта сфера идёт по пути экстенсивного развития, по которому развивалась IT до недавнего времени — наращивание функционала, добавление плюшек, больше, выше, сильнее, harder, better, stronger, и о пользователях пока думают мало.

Средний уровень

Средний уровень — ПЛК, программируемые логические контроллеры. Здесь всё достаточно просто, чаще всего физически ПЛК состоят из отдельных модулей. Для программирования у каждого ПЛК есть своя среда разработки, иногда она объединена со средой для создания SCADA.

Состав ПЛК

• блок питания;
• процессорный;
• дискретных входов;
• дискретных выходов;
• аналоговых входов;
• аналоговых выходов;
• температурных входов;
• интерфейсные/коммуникационные.

Контроллер B&R серии X20

Зачем нужен блок питания — понятно. БП сделан отдельным именно модулем, а не устройством, чтобы гарантировать совместимость с данной линейкой ПЛК. Чаще всего входное напряжение у БП 220 В переменного тока, выходное — 24 В постоянного тока.

Процессорный модуль — это голова ПЛК. Внутри у него, само собой, ЦПУ, ОЗУ и ПЗУ, сервисный порт для прошивки и, возможно, коммуникационный порт (ethernet, RS232/422/485, Profibus, etc). Иногда коммуникационный порт используется и как сервисный. Иногда на модуле есть переключатель (у Allen Bradley ещё круче — там натуральный ключ с замочной скважиной) для перевода ПЛК в различные режимы работы. Отдельной кнопки включения/выключения нет, в лучшем случае — тот переключатель, иначе, если есть питание — ПЛК запускается, а выключается и перезагружается «по-варварски» отключением питания.

Контроллер Allen Bradley серии CompactLogix

Дискретные и аналоговые модули обрабатывают соответствующие сигналы. Входные модули принимают эти сигналы с поля, выходные — формируют их.

Дискретный сигнал — это обычно напряжение цепи 24 вольта. Есть 24 — это «1», нет — «0». Бывают модули на 220В, есть модули с проверкой целостности цепи. Дискретные сигналы, приходящие с поля, могут информировать, например, о состоянии насоса включен/выключен. Управляющие дискретные сигналы могут запускать либо останавливать этот насос. Оптимизация здесь не оправдана, поэтому на запуск будет отдельная цепь, на останов — отдельная.

Модули I/O одного типа могут быть объединены: например, один модуль с 16 дискретными входами и 16 дискретными выходами.

Аналоговые входные сигналы — это приходят показания с датчиков. Здесь чаще всего используется токовая петля 4-20 мА, в соотетствие которой ставятся пределы измерения датчика. Начинается от 4 мА для диагностирования обрыва цепи (если меньше 4 мА, значит где-то что-то не в порядке с проводкой).

Рассмотрим на примере уровня жидкости в резервуаре. Стоит уровнемер, он измеряет уровень от 0 до 2 метров. Тогда: уровень 0 метров — это 4 мА, уровень 2 метра — это 20 мА. Промежуточные значения калибруются по ситуации, не всегда 1 метр соответствует 4+(20-4)/2=12 мА, может быть небольшая погрешность, уровень в 1 метр может быть какие-нибудь 12,7553 мА.

Аналоговые выходные — то же, только на управление. Не встречал чтобы использовалось, т.к. всегда существуют наводки. В измерении это допустимая погрешность, в управлении — нет. Да и неудобно это. Вместо них используется цифровая передача данных по различным протоколам через коммуникационные модули.

Температурные модули замеряют сопротивление в цепи либо термо-ЭДС. Если на них подключаются термометры сопротивления — при нагревании металла его сопротивление, по законам физики, повышается, соответственно определяется температура. Если подключается термопара (два спаянных проводника из разных металлов, при нагревании стыка возникает разность потенциалов между другими концами), замеряется напряжение.

Интерфейсные (или коммуникационные) модули предоставляют нам порты под RJ45, DB9, DB15, просто клеммники или что ещё бог производителю на душу положит. Помимо реализации непосредственно интерфейса (физического разъёма под коннектор, физического уровня модели OSI) они также реализуют протокол обмена через этот разъём.

Протоколы и интерфейсы

Протоколов напридумывали и используют кучу: ModBus (RTU, TCP, ASCII), Profibus, Profinet, CAN, HART, DF1, DH485 и т.д. Некоторые особо хитрые производители реализуют свои протоколы поверх общепринятых.

Я достаточно тесно знаком с интерфейсами RS232/485 и протоколами Modbus. RS232 это всем знакомый COM-порт, с тремя основными линиями: Tx (transmit, передача), Rx (recieve, получение) и GND (ground, земля). RS485 это асинхронный полудуплексный последовательный интерфейс по 2 проводам (совмещённые Tx/Rx+ и Tx/Rx-) или 4 проводам (отдельно Tx+, Tx-, Rx+, Rx-) с разностью потенциалов на каждой паре от 2 до 10 вольт.

А модбас это в общем-то нехитрая штука, с проверкой целостности пакета по чексумме, подтверждением доставки и корректности запроса — или ответом, почему запрос неверен. В сети модбас есть два вида устройств: master — инициирует обмен; slave — выполняет запросы мастера. Пакет от мастера расходится ко всем слейвам, которые сравнивают адрес назначения со своим, если сходится, то смотрят следующие два байта — это команда работы с регистрами памяти — чтение/запись (за исключением нескольких редко используемых служебных команд), потом байты адреса и непосредственно данных, в конце чексумма. Достаточно подробно и понятно расписано на википедии.

Программная начинка

Первое, что нужно сказать, программа в ПЛК выполняется циклически с определённой частотой. Возможности зависят от контроллера, обычно это где-то 20, 50, 250 мс, 1, 2, 3, 4, 5 с. Естественно, это не гарантирует выполнение кода именно за такой промежуток времени, нельзя большие программы пихать в цикл 20 мс, к началу следующего цикла предыдущий должен быть завершён.

Второе, это языки программирования. По идее программируются ПЛК на языках, определённых стандартом МЭК61131:

1. IL (Instruction List) — низкоуровневый ассемблероподобный язык.
   
2. LD (Ladder Diagram) — графический язык, представляет собой программную реализацию электрических схем на базе электромагнитных реле. Придумано в лохматые года для тех асушников, которые больше электрики, чем программисты.
   
   IL и LD легко конвертируются друг в друга, кажется, всеми средами программирования. Они не очень читабельны, и потому неудобны для разработки, но в ситуациях, когда внутренней памяти контролера немного, приходится писать на них.
3. ST (Structured Text) — текстовый паскалеподобный язык. По-моему, из всех пяти самый удобный.
   
4. FBD (Function Block Diagram) — своего рода графический язык, «блоксхемоподобный». Программа составляется из функциональных блоков, которые представляют собой подпрограммы, написанные на каком-либо из языков стандарта МЭК61131. У каждого ФБ есть входы и выходы, которые соединяются со входами и выходами других ФБ. Кому-то, возможно, удобнее делать так, чем писать всё на том же ST.
   
5. SFC (Sequential Function Chart) — графический высокоуровневый язык. Создан на базе математического аппарата сетей Петри. Описывает последовательность состояний и условий переходов. Ни разу не встречал и не слышал, чтобы где-то использовался.
   

Это «по идее». Но, например, Siemens придерживается своего наименования языков, а у B&R есть возможность писать на ANSI C.

Самые используемые контроллеры, безоговорочно, у Siemens и Allen Bradley (последним, к слову, принадлежит Rockwell Automation со своей линейкой SCADA-пакетов RSView). За ними по пятам идут Schneider Electric; ОВЕН; General Electric; AutomationDirect; ICP DAS; Advantech; Mitsubishi Electric; B&R.

Быстрый старт в IT: начинаем с автоматизации процессов

Привет! Меня зовут Андрей и я являюсь тимлидом команды разработки роботизированных процессов в компании Talan Systems.

Технология RPA (Robotic Process Automation) является одной из форм автоматизации бизнес-процессов, основанная на метафорическом программном обеспечении «роботов».

Отличительной же особенностью RPA от других систем и средств автоматизации процессов является возможность использования пользовательского интерфейса для сбора данных и управления приложениями.

То есть запрограммированный «робот» использует UI, как и обычный пользователь, только во много раз быстрее.

В этой статье я хочу познакомить читателя с технологией, которая может обеспечить быстрый старт карьеры в прогрессивной области IT, для того, кто решит постигнуть её, как разработчик.

О чем же пойдет речь?

При попытке описать, что же из себя представляет технология RPA, на ум приходит аналогия создания робота, который выполнял бы все скучные и рутинные действия человека.

«Робот» в данном случае — не что-то физическое, а ПО, которое может быть запущено на любом ПК, не требуя предварительной интеграции с многочисленными системами. Это достигается путем того, что для интеграции с любой системой вам достаточно будет понимать, как процессы данной системы выполняются пользователем, а после этого записать данные действия в виде алгоритма в одной из программ для автоматизации (RPA).

RPA не нуждается в дополнительных API поскольку работает с пользовательским интерфейсом программы, как человек.

В данном случае я говорю про каждую деталь того, как человек выполняет какой-либо процесс: нажатие на кнопку, наведение курсора, ввод данных и т.д.

Для того чтобы «научить» робота (задать ему порядок действий в виде алгоритма) вам, как разработчику, достаточно вывести на рабочую панель создания проекта последовательные действия, именуемые Activity, вследствие чего вы создадите цепочку необходимых действий и ветвлений, если таковые требуются.

Activity в одной из программ для создания роботизированных процессов RPA — UIPath

На скриншоте выше выставлена цепочка последовательностей, которая показывает «роботу», что он должен:

1. Нажать на кнопку.
2. Ввести логин в форму ввода.
3. Ввести пароль в форму ввода.

Почему это возможность начать карьеру?

На данный момент интернет наполнен похожими статьями о том, что же такое RPA, в связи с чем мне не хотелось бы повторять их, а, в свою очередь, поговорить о том, как данная область может помочь вам начать карьеру в интересной и развивающейся области.

Как вы могли наблюдать на скриншоте выше, создание алгоритмов для робота не требует знаний программирования (на начальных стадиях), а лишь умение создания алгоритмов логических последовательностей, а также системный подход.

Что означает, что даже для человека, который только начинает свой путь в IT и еще не знаком с основами какого-либо языка программирования, данная технология поможет совершить отличный старт для дальнейших свершений.

Может ли быть все так просто? Отчасти

Для того чтобы начать создавать «роботов» действительно не нужно иметь углубленных знаний в программировании, в его классическом понимании (не нужно учить синтаксис языка либо изучать его устройство). Однако в процессе вашей работы над коммерческим проектом, с приобретением опыта написания алгоритмов в формате WorkFlow приходит осознание того, что можно достичь гораздо большей производительности создаваемых программных роботов, используя их в связке в программами, написанными на популярных языках программирования (таких как C#, Python, C/C++…).

Что же получается? Мы опять вернулись к тому, что нужно изучать языки программирования?

Это правда, однако давайте проанализируем, в какой ситуации находится человек, пошедший этим путём:

1. Благодаря навыкам, которые человек получил путем написания программных роботов с помощью WorkFlow, он научился понимать и создавать структуру программ, в их обобщенном виде — без использования синтаксиса конкретного языка.
2. После того, как человек понял структуру программ, на определенном этапе изучения он осознает, что в некоторых задачах, использование робота — является некоторой прослойкой, связывающей взаимодействие робота с UI-интерфейсом сервиса и вычислительную мощность программы заточенной на решение лишь одной задачи.
   Для примера: Мы пишем программного робота, который, повторяя действия пользователя (нажимает на кнопки, вводит текст), производит авторизацию на почтовом сервисе (Gmail, i.ua…), считывает все новые сообщения за сегодняшний день, формирует из текста полученных сообщений список и передает его в заранее написанную программу для NLP, которая сможет распознать структуру письма и передать данные про неё в программного робота, который визуализирует предоставленные программой данные в удобном для пользователя формате.

Этот кейс может использоваться в крупных компаниях, конкретно в подразделениях HR, у которых за каждый день скапливается огромный ворох электронных писем от людей, что хотят работать в данной компании, и является классическим применением RPA.

Возможности платформы роботизации вне использования программ написанных на сторонних языках программирования

Как было написано ранее:

на определенном этапе изучения человек осознает, что в некоторых задачах использование робота является некоторой прослойкой, связывающей взаимодействие робота с UI-интерфейсом сервиса и вычислительную мощность программы, заточенной на решение лишь одной задачи.

Однако прошу заметить, что речь в данной ситуации идет про задачи не начальных и даже не средних уровней разработки роботизированных процессов. Сама по себе технология RPA может и выступает на сегодняшний день, самостоятельным решением огромного количества процессов (напомню, для работы с RPA вам не нужно знать языки программирования)

Все доступные категории Activity в программе UIPath

В каждой из категорий, отображенной на данном скриншоте, содержится от 5 до 20 подкатегорий с десятками Activity, так что самостоятельную функциональность технологии точно не назовешь ограниченной.

Немного цифр

Глобальный рынок RPA:

• В 2016 году объем рынка составил $271 млн.
• 100-150% составил прирост мирового объема внедрений RPA в 2017 году.
• Более 70% крупных международных компаний уже применяют технологии RPA.
• Увеличение количества поисковых запросов в 2,5 раза за 5 лет.

Темпы роста рынка RPA (прогноз до 2021 года):

К 2021 году может вырасти до $3 млрд.

Ключевые факторы роста:

• RPA-системы развиваются и адаптируются под большинство корпоративных процессов.
• Синергия RPA-систем и искусственного интеллекта позволит влиять на процессы принятия управленческих решений.

Данная технология доступна всем и имеет достаточно низкий порог вхождения, так что даже те люди, кто еще не написал в своей жизни ни одной строки кода, смогут начать работать RPA разработчиком.

Надеюсь данная статья заинтересует молодых разработчиков в данной технологии и поможет без труда окунуться в мир коммерческой IT разработки.

Автоматизация и программирование

Автоматизация — казалось бы, простое и понятное всем слово. Но каждый понимает под этим что-то своё и очень часто далёкое от тех определений, которые приводятся в книжках, произносятся на лекциях. Как-то встретил в метро земляка, которого не видел со школы, и поинтересовался, чем он занимается. Он ответил — автоматизацией. У меня в дипломе тоже написано «инженер по автоматизации». Только после уточнения выяснилось, что специфика его работы — это автоматизация бухгалтерского учета («1С», «Анжелика» и т.д.), и к «моей» автоматизации она практически не имеет никакого отношения.

Автоматизация управления производством берёт начало в далёком 1959 году, когда на нефтехимическом заводе компании «Texaco» в городе Порт-Артур, штат Техас, был установлен компьютер Thomson Ramo Woolridge RW300, построенный на электронных лампах. Он следил за расходом, температурой, давлением и концентрацией на нефтеперегонном производстве, а также рассчитывал необходимые управляющие воздействия на основе обработки входной информации.

В дальнейшем расширение использования ЭВМ в промышленности происходило очень медленно из-за дороговизны компьютеров. Только гиганты промышленности могли себе позволить такую роскошь. Поэтому движение программирования в автоматизацию сверху застопорилось. Однако элементы программирования начали появляться в автоматизации с другой стороны — снизу. И, в первую очередь, этому обязаны программируемые логические контроллеры.

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) — это специальные микрокомпьютеры, предназначенные для выполнения операций переключения в промышленных условиях. Это название в действительности верно, так как ПЛК сегодня могут гораздо больше, чем просто выполнять логически операции. Однако эта аббревиатура сохранена, чтобы избежать путаницы с более общими терминами «программируемые контроллеры» и «персональные компьютеры» (оба по-английски «PC»). ПЛК генерирует выходные сигналы «включить/выключить» для управления исполнительными механизмами — электродвигателями, клапанами, лампочками и т.п., которые являются неотъемлемой частью систем автоматизации во всех отраслях промышленности.

Первый ПЛК был разработан в 1968 году группой инженеров компании General Motors. В соответствии с первоначальной спецификацией устройство должно быть несложным в программировании, модификация программы не должна требовать изменения аппаратной части, размеры должны быть меньше, чем у релейных и полупроводниковых аналогов, и, наконец, обслуживание и ремонт должны быть максимально просты. Эти требования следует рассматривать в свете того, что в конце 1960-х — начале 1970-х годов ещё не было малогабаритных программируемых устройств (микропроцессор был изобретён в 1971 году). ПЛК на основе микропроцессора был впервые создан в США в 1977 году компанией Allan-Bradley Corporation. Он содержал микропроцессор Intel 8080 и дополнительные схемы, позволяющие с высокой скоростью производить логические битовые операции.

Первые ПЛК были сконструированы только для простых последовательностей операций с двоичными сигналами. Сегодня на рынке существуют сотни различных моделей ПЛК, которые различаются не только размером памяти и числом каналов ввода/вывода (от нескольких десятков до нескольких сотен), но и выполняемыми функциями.

Программирование задач низового управления

ПЛК раньше программировались чаще с помощью внешних устройств — программаторов. Как правило, эти устройства не нужны для непосредственной работы ПЛК. Программаторы — это либо ручные специализированные устройства, либо обычные персональные компьютеры. Ручной программатор ПЛК выглядит как большой карманный калькулятор с простым дисплеем. Каждый логический элемент принципиальной схемы или программы вводится специальными клавишами или их комбинацией. Сегодня в качестве программатора используют второй вариант — это персональный компьютер с графическим дисплеем. Обычно дисплей показывает несколько горизонталей принципиальной схемы одновременно. Для облегчения отладки на экране показывают значения протекающих токов или логические сигналы.

В системах промышленной автоматики ПЛК должны работать в режиме реального времени, т.е. быстро реагировать на внешние события. Ввод и обработка сигналов осуществляется в ПЛК двумя способами — по опросу или по прерыванию.

Для программирования ПЛК применяются несколько подходов. Выбор этих подходов часто определяется стоимостью, спецификой объекта, требованиями по надёжности, квалификацией персонала и т.д. Наиболее распространенным в Беларуси является подход, соответствующий стандарту IEC 1131-3. Существует и другой подход — использование непосредственно языков высокого уровня С, С++, Pascal. Дешёвый вариант, который не требует покупки ПО, но временные затраты увеличиваются, надёжность снижается, требования к знаниям и квалификации программиста возрастают. Существуют и другие подходы: для непосредственного управления используют промышленные ПК или одноплатные компьютеры. Там уже может быть использован не только DOS, но и Windows (Windows NT, Windows CE и т.д.), Linux, QNX и т.д. На базе Linux существует специализированная версия реального времени Linux RT (Real Time). С точки зрения надёжности, реализации при управлении реального времени, критичности времени перезагрузки предпочтение часто отдается QNX.

Средний и верхний уровни

После того, как Windows «завоевала» практически весь мир, появилась возможность использовать компьютерные возможности не только для реализации управления непосредственно на нижнем уровне с помощью ПЛК и других средств.

Сначала эти уровни управления реализовывались на базе программирования на языках высокого уровня, но потом появились специализированные пакеты реализации. Верхний уровень — ERP (Enterprise Resource Planning), управление ресурсами предприятия. Следующий уровень — MES (manufacturing execution systems), система оперативного управления производством. И, наконец, система SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), что переводится как «диспетчерский контроль и сбор данных». В абстрактном смысле это, скорее, технология компоновки АСУ ТП, чем класс информационных систем.

Проектирование

На сегодняшний день при проектировании уже не используются кульман и карандаш. На территории Беларуси стандартом является использование для создания проектов AutoCAD. Иногда для этих целей из-за специфики знаний исполнителя или из-за пожелания заказчика используют и другие пакеты. Например, не предназначенный для этих целей MS Visio.

Существуют и пакеты автоматизации проектирования. Например, EPLAN Electric P8 позволяет автоматизировать генерацию вторичных чертежей и синхронизировать при модификации сотни чертежей, из которых обычно состоит проект объекта средней сложности.

К элементам проектирования можно отнести и элементы программирования, и SCADA, и т.д. Программный код тоже часто входит в проект по автоматизации.

Как стать инженером по автоматизации

Пойти учиться. Один из вариантов — кафедра автоматизации производственных процессов и электротехники Белорусского государственного технологического университета (bstu.unibel.by/facultet/htit/appie).

Для того, чтобы делать хорошие проекты, программировать ПЛК, SCADA, нужны серьёзные знания в области математики, физики, теории автоматического управления, математического моделирования, электроники, технических средств автоматизации, метрологии, программирования, баз данных, нормативной документации по проектированию и монтажу (особенно), знания технологического процесса и подходов к его автоматизации.

Специфика проектов по автоматизации в том, что каждый новый проект делается практически с нуля. Чтобы запрограммировать ПЛК, нужно знать не только основы программирования. На основании математической модели требуется выбрать структуру и настройки. Учесть возможности отказа оборудования. Знания метрологии и электроники понадобятся для работы с аналоговыми сигналами. Без знания технологии производства программу тоже не напишешь. Неплохо предусмотреть и возможности дальнейшего развития. При программировании ПЛК или ПК для задач низового регулирования потребуются знания устройства внешних модулей микропроцессора и т.д.

Несмотря на то, что в автоматизации всё меняется не так быстро, как, например, в вебе, но и здесь следует интересоваться новыми технологиями. Кроме этого, специфика высшего образования в РБ (да и в Европе в этой сфере существуют проблемы) при обучении не гарантирует современности знаний. Кафедра может заложить только фундамент. Всё остальное уже зависит от подхода студента к обучению. Сейчас актуальны задачи автоматизации нижнего и верхнего уровней, внедрение станков с программным управлением, роботов и т.д. Потребность в инженерах по автоматизации со знаниями, а не с дипломами, огромна как в сфере программирования, так и проектирования, монтажа, сопровождения. И она будет только увеличиваться.

Автоматизация производства: что это такое в промышленности — средства, системы, уровни, принципы и способы механизации производственных процессов

Современное общество, в частности, производственные компании постоянно стремятся улучшить и повысить показатели качества предлагаемых товаров и услуг. Если раньше активно привлекался человеческий труд, то сегодня на большинство компаний отдают предпочтение робототехнике. Такой подход во многом более привлекателен для руководства и на это есть множество причин. Поэтому рассмотрим определение и понятие автоматизации процессов производства: что это такое, для чего нужно, какие средства и системы используются, а также популярные примеры программ и технологий, которые применяют на промышленных предприятиях.

Внедрение в работу организации специального технического оборудования, а также обеспечение обслуживания влечет за собой финансовые и трудовые затраты. Однако именно благодаря установке такого оснащения удается добиться следующих результатов:

• освобождение работников от тяжелой физической нагрузки;
• снижение объемов бракованной продукции, которая появляется из-за человеческого фактора (ошибок);
• повышение качества товара и расширение ассортимента, что, в свою очередь, привлекает поток новых клиентов;
• увеличение производительности труда, а именно производство большего объема товаров за меньшие сроки;
• уменьшение численности персонала и, соответственно, снижение затрат на выплату зарплаты.

В итоге предприятие сможет достичь своей главной цели — увеличение прибыли. Однако даже при таком подходе важно выделить недостатки:

• технологическая безработица;
• необходимость в найме высококвалифицированных кадров или обучение действующих работников;
• повышение степени риска взлома системы;
• нужда в постоянном обеспечении электроснабжения.

Несмотря на строгие требования, необходимо отметить, что плюсы оказываются гораздо весомее минусов.

Функции, структура

В результате исследования технологических и рабочих этапов выявлена необходимость дополнительной сети обмена информацией, которая выстраивается по иерархичности. Таким образом, можно выделить несколько уровней автоматизации производства:

• нулевой, то есть участие работников полностью исключено при осуществлении привычных маневров;
• 1 — автоматизирование цикла не требует присутствия сотрудника при прохождении холостого хода на отдельно взятых аппаратах;
• 2 — предполагает транспортировку, контроль над машинами;
• 3 — затрагивает все производственные этапы от наиболее примитивных и до завершения испытаний/отгрузки изделий.

Процесс комплексной автоматизации предполагает прохождение всех уровней, от самого начального. Такая особенность объясняется сложным техническим оснащением и необходимостью внесения капитала. При этом обновление будет эффективно только при условии разработки объемной программы выпуска товаров.

Готовые решения для всех направлений

Ускорь работу сотрудников склада при помощи мобильной автоматизации. Навсегда устраните ошибки при приёмке, отгрузке, инвентаризации и перемещении товара.

Мобильность, точность и скорость пересчёта товара в торговом зале и на складе, позволят вам не потерять дни продаж во время проведения инвентаризации и при приёмке товара.

Обязательная маркировка товаров — это возможность для каждой организации на 100% исключить приёмку на свой склад контрафактного товара и отследить цепочку поставок от производителя.

Скорость, точность приёмки и отгрузки товаров на складе — краеугольный камень в E-commerce бизнесе. Начни использовать современные, более эффективные мобильные инструменты.

Повысь точность учета имущества организации, уровень контроля сохранности и перемещения каждой единицы. Мобильный учет снизит вероятность краж и естественных потерь.

Повысь эффективность деятельности производственного предприятия за счет внедрения мобильной автоматизации для учёта товарно-материальных ценностей.

Первое в России готовое решение для учёта товара по RFID-меткам на каждом из этапов цепочки поставок.

Исключи ошибки сопоставления и считывания акцизных марок алкогольной продукции при помощи мобильных инструментов учёта.

Получение сертифицированного статуса партнёра «Клеверенс» позволит вашей компании выйти на новый уровень решения задач на предприятиях ваших клиентов..

Используй современные мобильные инструменты для проведения инвентаризации товара. Повысь скорость и точность бизнес-процесса.

Система, технологии и организация полностью автоматизированного производства: что это

При планировании обновления требуется учесть все существующие нюансы. Это нужно для сокращения подготовки и уменьшения затрат. Так основными закономерностями считаются:

• автоматизируемые этапы согласуются между собой;
• проведение всех шагов проходят с минимумом перерывов;
• обеспечение ритмичности;
• параллельный запуск нескольких операций.

Далее следует фаза определения, какие именно действия подлежат автоматизации. Как правило, это производственные, управленческие или планировочные, которые основываются на применении программ для сбора данных, а также прогнозировании. Программное обеспечение основано на заданных параметрах, что позволяет анализировать полученные сведения и достигнуть желаемого результата.

Управленческие манипуляции меньше всего подвержены корректировке, что объясняется принципом принятия решений, то есть на объективных данных и интуиции персонала.

Автоматизация производственных процессов и производств на предприятиях – это глобальное замещение человеческого труда разными видами машин и робототехникой, которое распространено в различных направлениях. При этом может использоваться спецоборудование — от примитивного и до сложного программно-технического комплекса.

Машины с числовым управлением (NC)

Это станки, запрограммированные на выполнение определенных задач. С ними операции выполняются под контролем электроники, а необходимость вмешательства работников минимизирована и требуется только для корректировки или обслуживания оборудования, установки или принятия заготовок. Такие операции выполняются одним сотрудником, который одновременно обслуживает сразу несколько установок.

Машины работают автономно, но производят изделия наивысшего качества. Все элементы точно обрабатываются в установленные сроки. Если сравнить их с трудом человека, то в них отсутствует фактор усталости, а также они помогают четко спрогнозировать производительность.

Важно выделить понятие гибкости, то есть возможность изменения программ, которые хранятся и переустанавливаются при необходимости.

Роботы

Роботизация становится все более популярной: машины выполняют сложные операции, а круг их возможных задач довольно широк — от погрузки тяжелых или опасных изделий до упаковочной, сварочной или отделочной деятельности.

Техника может отличаться по типу, функционалу и размерам. Существуют аппараты, требующие обязательного управления человеком, или следующие программе. Однако второй вариант также требует присутствия рабочих, которые обязаны своевременно корректировать выполнение операций. Самостоятельной является автономная робототехника, выполняющая каждый шаг по алгоритму. Это позволяет полностью автоматизировать отдельные участки конвейера и исключить необходимость использования человеческого ресурса.

Инфотехнологии (IT)

Здесь требуется компьютерное оснащение, которые охватывает сферу интеллектуального труда и нацелено на работу с информацией (создание, получение, хранение или иная обработка). В современном обществе компьютеры завоевывают все более новые позиции, давая возможность убрать из должностных обязанностей рутинную и мыслительную деятельность. При этом скорость функционирования в значительной степени повышает производительность и снижает вероятность ошибок.

Автоматизированное проектирование

В этом пункте подразумевается ПО, предназначенное для конкретных направлений — CAD/CAM/CAE. Каждые помогают урегулировать отдельные задачи на определенных этапах с учетом подбора наиболее подходящего варианта. Такой тип помогает выполнять сложные детали с сокращением рабочего цикла.

Также прикладное программирование позволяет создавать новые алгоритмы для станков с возможностью прогнозирования.

Благодаря такому подходу можно повысить качество продукции со снижением себестоимости.

Гибкие FMS

Такие системы автоматизации производственных процессов и управления производством разработаны для выполнения целого цикла в условиях постоянно меняющейся среды. Своевременная реакция на новые обстоятельства дает возможность адаптации. Например, при изменении очередности действий возможна корректировка дизайна или упрощения сборки деталей.

При этом метод нельзя назвать бюджетным, так как он требует дорогостоящего оборудования с последующей установкой, найма квалифицированного персонала. Высокая стоимость компенсируется надежностью и иными плюсами (повышение производительности и последующее уменьшение себестоимости).

Гибкость позволяет исключить риск простоя из-за сбоя с эффективным использованием рабочего времени, то есть изготовление изделий продолжается в период ремонта.

Системы компьютерного интегрирования (CIM)

Методика предполагает использование специализированной программы как для управленческих действий, так и для принятия решений. При этом происходит обмен данных между собой и центром, что в итоге ведет к созданию общей базы. Это, в свою очередь, дает возможность наблюдения за выделенными сегментами.

Метод предназначен для:

• проектирования, планирования и подготовительных действий перед началом производства;
• управление различными участками, складскими помещениями и транспортной линией;
• контролирование выпускаемой продукции;
• регулировка сбыта;
• финансовое распределение.

CIM позволяет охватить всю производственную линейку, при этом все шаги ускоряются, а трудозатраты работников и вероятность ошибок снижаются.

Основные элементы

Современные системы состоят из:

• роботизированной техники или целых комплексов, которую внедряют в центр промышленного процесса;
• оценки качества и проектирования;
• автосистема для складов и управления ими;
• гибкие структуры для надзора за перемещением отдельных элементов.

Где применяется

Система получила наибольшее распространение в организациях, где важно повысить продуктивность и уменьшить необходимость в человеческом ресурсе и одновременно обеспечить комфорт. Тем не менее ручная работа даже в 21 веке высоко оценивается.

На сегодняшний день усовершенствованы различные сферы:

• производство;
• узкоспециализированное обучение;
• создание проекта, плана;
• бизнес.

Разработка систем полной автоматизации процессов на промышленных предприятиях

Внедрение позволяет повысить эффективность управления и механизмов промобъекта. Сначала надо разработать техническое задание, а также произвести аудит с целью поиска наилучших решений по доступным ресурсам и возможностям. Далее потребуется подключение аппаратуры и настройка. Самый простой проект выглядит так:

• карта расстановки аппаратов;
• чертеж схем для автоконтроля, регулировки и питания;
• прогноз доходов и расходов;
• описание техпостановлений;
• заявка на предоставление техники в случае нехватки;
• расчет возможной прибыли.

Внедрение

Основная цель — повышение результативности и комфорта для сотрудников. Такие шаги позволяют повысить конкурентоспособность. Возможно несколько способов автоматизации производственных процессов:

• частичная — затрагивает некоторую часть аппаратуры, выполняющую манипуляции сложные для человека;
• комплексная — получает целиком цепочку в цеху, отвечающую за определенное изделие;
• полная — переведение контроля и управления на технику во всех сферах производства, а яркий пример — условия труда неприемлемы для работников.

Оборудование

Для полного или даже частичного перехода к автоматизированной системе необходимо использовать специализированные аппараты:

• пусковые элементы;
• регулирующие щиты;
• сигнализация и защитное устройство;
• контроллеры и выключатели;
• программное обеспечение.

При внедрении инженерам необходимо определить наилучшее местоположение для приборов, пультов управления и щитов.

Поиск подрядчика

Для достижения лучшего результата рекомендуется обращаться за помощью к специалистам. При этом важно предоставить список требований к будущему проекту. Рекомендуется запросить концепты с оценкой предстоящих затрат. Если обе стороны не имеют сомнений, то заключается договор.

Виды и средства для комплексной автоматизации процессов на промышленного производства

В результате постоянного роста спроса и предложения, автоматизирование становится наилучшим решением со стороны руководства, однако это требует внедрения нового довольно дорогого и сложного оборудования и ПО для отдельных шагов или всей линейки. Благодаря совершенствованию удается улучшить производительность, при этом добившись существенной экономии. Каждый шаг, включая транспортировку и надзор за качеством, предполагает установку спецоборудования, которое находится под полным контролированием программ и режимов, объединенных в единую и взаимосвязанную цепочку.

В зависимости от ожиданий выделяется несколько вариантов, что и как можно автоматизировать, поэтому рассмотрим более подробно роль, метод и степень автоматизации, а также выясним, что дает контроль производства.

Программно-аппаратные установки

Это система запрограммированного оборудования, предназначенного для параллельного исполнения задач. Основной целью его внедрения является повышение рентабельности производственных процессов, а также сокращение объема оборотных средств.

Администрирование выполняется через интернет-браузер, что в значительной степени сокращает стоимость обслуживания. Еще одним плюсом станет оснащение автоматическим контролем и автовосстановлением работоспособности при обнаружении ошибок.

Автоматизированные линии

Широко применяются для массового выпуска товаров, требующих поэтапной обработки. Вся линейка разделена на станции, которые соединяются между собой для доставки деталей на следующий шаг согласно установленной последовательности. Оператор только контролирует работу, а другие рабочие загружают заготовки или снимают их в конце.

По виду транспортировки выделяют следующие типы: сквозная, боковая, комбинированная и другие.

По способу связи: жесткая и гибкая.

Учитывая различные принципы и степень автоматизации производства, каждый завод может подобрать наиболее удобный вариант в зависимости от сферы деятельности.

Робототехника

На сегодняшний день роботы используются как для крупных предприятий, так и для небольших предприятий. Среди плюсов выделяют:

• гарантия качества;
• высокая работоспособность;
• сокращение издержек;
• программируемость и перенастройка;
• исключение человеческого фактора.

Высокотехнологичное оборудование получило распространение в погрузочно-разгрузочных работах, при обработке, сборке и контроле продукции.

1C:ERP

Программное обеспечение соединяет в единое целое все бизнес-процессы, чтобы точно управлять каждым шагом. Подойдет для внедрения на предприятиях различного уровня.

Благодаря этому инструменту выполняются такие задачи, как:

• анализ эффективности деятельности;
• отслеживание изменение;
• планирование (тактическое, стратегическое или оперативное);
• проверка на сбалансированность и корректность.

Продукт дает возможность без лишних сложностей управлять машинным производством, при этом детализировать отдельные операции. На верхней ступени управления производится координация цехов и подразделений, на нижней — контроль работоспособности оборудование и отслеживание выполнения заданий. Также есть пункты, предусматривающие техническое обслуживание, кадровое дело, финансовый анализ и т.д.