Các mức độ tự động hóa là gì?
Kim tự tháp tự động hóa là một đại diện bằng hình ảnh của các mức độ tự động khác nhau trong một nhà máy. Đó là một cách tuyệt vời để hiểu toàn bộ sự phức tạp trong một nhà máy. Trong bài viết này, chúng ta sẽ có cái nhìn chi tiết về các cấp độ khác nhau trong một ứng dụng tự động hóa công nghiệp điển hình.
Động lực cho tự động hóa công nghiệp
Thuật ngữ tự động hóa được đặt ra bởi một kỹ sư từ Ford Motor Company, những người đi tiên phong trong dây chuyền lắp ráp sản xuất và tự động hóa công nghiệp. Ban đầu, quy trình sản xuất công nghiệp dựa trên đôi mắt, bàn tay và khối óc của người lao động. Trái ngược với các cảm biến, thiết bị truyền động và máy tính ngày nay.
Tự động hóa trong công nghiệp
Cụ thể, việc thực hiện tự động hóa trong quy trình sản xuất tập trung vào việc thay thế một công nhân con người bằng một máy móc độc lập. Ban đầu, những cỗ máy độc lập này phải được điều phối bởi một người giám sát con người để quá trình sản xuất diễn ra suôn sẻ.
Nhưng với sự phát triển công nghệ trong các hệ thống điều khiển tương tự và kỹ thuật số, bộ vi xử lý và PLC (Bộ điều khiển logic lập trình) và các cảm biến khác nhau. Việc đồng bộ hóa một số máy móc và quy trình độc lập trở nên rất dễ dàng và đạt được tự động hóa công nghiệp thực sự.
Với sự gia tăng của nền kinh tế công nghiệp, các chiến lược kinh doanh cho tự động hóa công nghiệp cũng thay đổi theo thời gian. Ngày nay, các động lực cơ bản để thực hiện tự động hóa công nghiệp là:
- Tăng sản lượng
- Giảm chi phí, đặc biệt là chi phí liên quan đến con người
- Nâng cao chất lượng sản phẩm
- Sử dụng hiệu quả nguyên liệu thô
- Giảm tiêu thụ năng lượng
- Tăng lợi nhuận kinh doanh
Có một số động lực phụ để sử dụng tự động hóa trong quá trình sản xuất công nghiệp như cung cấp một môi trường an toàn cho người vận hành, giảm ô nhiễm môi trường, v.v.
Các cấp độ của tự động hóa công nghiệp là gì?
Có một số cách để mô tả các cấp độ của quy trình tự động hóa công nghiệp. Nhưng cách đơn giản nhất là kim tự tháp phân cấp bao gồm những cấp độ của một ứng dụng tự động hóa công nghiệp điển hình.
Tự động hóa có tổng cộng 5 cấp độ
Mức 1: Mức hiện trường / Quy trình sản xuất (Field level)
Cấp độ tự động hóa này có các thiết bị, bộ truyền động và cảm biến được tìm thấy tại hiện trường hoặc trên sàn sản xuất. Cấp hiện trường là tầng sản xuất, nơi diễn ra công việc thực tế và giám sát. Động cơ điện, bộ truyền động thủy lực và khí nén để di chuyển máy móc. Công tắc khoảng cách để phát hiện chuyển động của một số vật liệu nhất định, công tắc quang điện phát hiện những thứ tương tự là một số ví dụ ở cấp độ hiện trường.
Các thiết bị đầu cuối như cảm biến và thiết bị truyền động được phân loại thành cấp trường trong hệ thống phân cấp. Các cảm biến như nhiệt độ, quang học, áp suất, v.v. và các thiết bị truyền động như động cơ, van, công tắc, v.v. được giao tiếp với PLC thông qua bus trường và giao tiếp giữa thiết bị mức trường và PLC tương ứng của nó thường dựa trên điểm-tới- kết nối điểm.
Cả mạng có dây và không dây đều được sử dụng để giao tiếp, PLC cũng có thể chẩn đoán và tham số hóa các thành phần khác nhau. Ngoài ra, một hệ thống quy trình tự động hóa công nghiệp cũng yêu cầu hai hệ thống chính. Đó là cung cấp điện công nghiệp – an ninh và bảo vệ.
Các yêu cầu về nguồn của các hệ thống khác nhau ở các cấp độ khác nhau của hệ thống phân cấp có thể rất khác nhau. Ví dụ, PLC thường chạy trên 24V DC, trong khi động cơ nặng chạy trên AC 1 pha hoặc 3 pha.
Mức độ tự động hóa hiện trường
Vì vậy, cần phải có nhiều loại nguồn điện đầu vào thích hợp để hoạt động không gặp sự cố. Ngoài ra, cần có bảo mật cho phần mềm đang được sử dụng để điều khiển PLC vì nó có thể dễ dàng bị sửa đổi hoặc bị hỏng.
Mức 2: Mức độ điều khiển / Cảm biến và thao tác (Control level)
PLC và PID hoạt động ở cấp độ tự động hóa này. Ở cấp độ này, bạn kiểm soát và thao tác các thiết bị ở cấp độ trường thực sự thực hiện công việc vật lý. Chúng lấy thông tin từ tất cả các cảm biến, công tắc và các thiết bị đầu vào khác để đưa ra quyết định bật đầu ra nào để hoàn thành nhiệm vụ được lập trình. PLC chứa một bộ xử lý, bộ nhớ để giữ chương trình của chúng và các dữ liệu khác cũng như các mô-đun đầu vào và đầu ra.
PID thường được tích hợp vào PLC và là viết tắt của từ tỷ lệ – tích phân – đạo hàm. Đó là những gì có thể giữ một biến trong một tập hợp các tham số.
Một mặt hàng được kiểm soát PID công nghiệp phổ biến là lò sưởi. Nhiều hệ thống trong nhà máy sản xuất phải được làm nóng. Chúng sẽ kiểm soát điều này bằng một khối PID trong PLC. Khi một điểm đặt được nhập, PID sẽ xác định thời điểm PLC cần bật và tắt bộ sưởi để duy trì nhiệt độ không đổi.
Mức độ điều khiển
Mức điều khiển là mức giữa trong hệ thống phân cấp và đây là mức mà tất cả các chương trình liên quan đến tự động hóa được thực thi. Đối với mục đích này, nói chung, bộ điều khiển Logic Lập trình hoặc PLC được sử dụng, cung cấp khả năng tính toán thời gian thực.
PLC thường được triển khai bằng vi điều khiển 16 bit hoặc 32 bit và chạy trên hệ điều hành độc quyền để đáp ứng các yêu cầu thời gian thực. PLC cũng có khả năng được giao tiếp với một số thiết bị I / O và có thể giao tiếp thông qua các giao thức truyền thông khác nhau như CAN.
Mức 3: Mức giám sát (Supervisory level)
Trong trường hợp cấp trước sử dụng PLC, cấp này sử dụng SCADA. SCADA về cơ bản là sự kết hợp của các mức tự động hóa trước đó được sử dụng để truy cập dữ liệu và điều khiển hệ thống từ một vị trí duy nhất. Nó thường thêm một giao diện người dùng đồ họa được gọi là HMI, để điều khiển các chức năng từ xa. Điều quan trọng cần nhớ về SCADA là nó có thể giám sát và điều khiển nhiều hệ thống từ một vị trí duy nhất. Nó không giới hạn ở một máy duy nhất.
Cấp giám sát thường bao gồm PC công nghiệp, thường có sẵn dưới dạng PC để bàn hoặc PC bảng điều khiển hoặc PC gắn trên giá đỡ. Các PC này chạy trên hệ điều hành tiêu chuẩn với một phần mềm đặc biệt, thường do nhà cung cấp cung cấp để kiểm soát quy trình công nghiệp.
Mức độ giám sát
Mục đích chính của phần mềm là trực quan hóa quy trình và tham số hóa. Một ethernet công nghiệp đặc biệt được sử dụng để liên lạc, có thể là Gigabit LAN hoặc bất kỳ cấu trúc liên kết không dây (WLAN) nào.
Mức 4: Cấp độ hoạch định (Planning level)
Cấp độ thứ bốn của kim tự tháp tự động hóa được gọi là cấp độ lập kế hoạch. Cấp độ tự động hóa này sử dụng hệ thống quản lý máy tính được gọi là MES hoặc hệ thống thực thi sản xuất. MES giám sát toàn bộ quá trình sản xuất trong nhà máy hoặc nhà máy từ nguyên liệu thô đến thành phẩm.
Điều này cho phép ban quản lý nhìn thấy chính xác những gì đang xảy ra và cho phép họ đưa ra quyết định dựa trên thông tin đó. Họ có thể điều chỉnh đơn đặt hàng nguyên liệu thô hoặc kế hoạch vận chuyển dựa trên dữ liệu thực nhận được từ hệ thống.
Mức 5: Cấp độ doanh nghiệp (Enterprise level)
Đỉnh của kim tự tháp tự động hóa là những gì được gọi là cấp độ quản lý hay cấp độ doanh nghiệp. Cấp độ này sử dụng hệ thống quản lý tích hợp của công ty được gọi là ERP hoặc hoạch định nguồn lực doanh nghiệp.
Đây là nơi mà ban lãnh đạo cao nhất của một công ty có thể xem và kiểm soát hoạt động của họ. ERP thường là một bộ các ứng dụng máy tính khác nhau có thể nhìn thấy mọi thứ đang diễn ra bên trong một công ty. Nó sử dụng tất cả các công nghệ cấp độ trước đó cùng với một số phần mềm khác để thực hiện cấp độ tích hợp này.
Cấp độ doanh nghiệp
Điều này cho phép doanh nghiệp có thể giám sát tất cả các cấp của doanh nghiệp từ sản xuất, bán hàng, mua hàng, tài chính và trả lương, cùng với nhiều cấp độ khác. Việc tích hợp ERP thúc đẩy hiệu quả và tính minh bạch trong công ty bằng cách giữ cho mọi người ở cùng một trang.
Ngoài 5 cấp điển hình trên thì còn một cấp khác nữa là đám mây (Cloud). Đám mây là phần hình thành phần chuyển đổi kỹ thuật số của nhà máy, nơi dữ liệu từ bất kỳ cấp nào trước đó có thể được đưa trực tiếp vào hồ dữ liệu hoặc các ứng dụng và thông tin chi tiết khác có thể được thu thập. Đây là nơi đạt được mức hiệu quả và hoạt động xuất sắc tiếp theo.
Thông tin về các mức độ tự động hóa đã được giải đáp trên đây. Hi vọng các doanh nghiệp đang có nhu cầu triển khai hệ thống này sẽ có cái nhìn tổng quan nhất. Để được tư vấn cụ thể hơn, hãy vui lòng liên hệ với CÔNG TY TNHH PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ CAO QUYẾT THẮNG để được chuyên gia hỗ trợ giải đáp.
