Wskazówki przy projektowaniu systemów sterowania maszynami

Zaawansowane technologie i procesy przemysłowe zmuszają każdego konstruktora do przemyślanego projektowania skomplikowanych systemów sterowania maszynami. Tylko odpowiednio stworzone oprogramowanie jest w stanie w pełni obsłużyć urządzenia i zapewnić ich sprawne, efektywne funkcjonowanie.

Dlaczego projektowanie systemów automatyki jest ważne?

Oszczędność wysiłku i przede wszystkim czasu – taki cel przyświeca wielu projektantom i konstruktorom, których zadaniem jest projektowanie systemów sterowania maszynami. Dobrze zaprogramowane urządzenie nie będzie w przyszłości przyczyną frustracji dla użytkowników. Oprzyrządowanie, czujniki, obróbka danych czy sama komunikacja, to czynniki wpływające na efektywne działanie maszyn. Należy pamiętać, że projektowanie systemów automatyki musi odbywać się zgodnie z obowiązującymi przepisami oraz uwzględniać standardy bezpieczeństwa.
 

Badania, analiza i ustalanie priorytetów to tak naprawdę rzetelne gromadzenie niezbędnych danych do opracowania systemu sterowania. Konkretne korzyści muszą iść w parze z elastycznym podejściem. Systemy sterowania maszynami nie powinny być nadmiernie skomplikowane. Duża liczba rozwiązań dopisanych już na etapie realizacji projektu może tylko utrudnić przyszłe użytkowanie sprzętu. W pierwszej kolejności projektowanie systemów sterowania maszynami musi uwzględniać czynniki, które gwarantują największe zwroty z inwestycji.

Niezbędne będzie dostarczenie szczegółowych analiz jakościowych oraz statystycznej kontroli przebiegu procesu produkcyjnego. Projektowanie systemów automatyki musi uwzględniać modułową konstrukcję maszyn i odpowiednie dobranie sposobów ich produkcji. To faza projektu, podczas której możliwe jest zredukowanie czasu konstruowania urządzeń i obniżenie wielu kosztów. W przypadku rodzin maszyn można je podzielić na podgrupy funkcyjne. Każda z nich powinna zawierać poszczególne elementy automatyzacji i sterowania czy procedury programowe. W ten uporządkowany sposób szybciej można zoptymalizować wszystkie rozwiązania. Ponadto przetestowane komponenty łatwiej jest później wyprodukować, co generuje kolejne oszczędności.

Bezpieczeństwo przede wszystkim

Utrzymywanie standardów bezpieczeństwa pozwala wprowadzać ulepszenia i likwidować na bieżąco wiele problemów. Projektowanie systemów automatyki z wykorzystaniem wiedzy zebranej podczas użytkowania oprogramowania jest dużo lepszą alternatywą dla spontanicznego dobierania rozwiązań. Systemy sterowania maszynami wartowyposażyć w translatory danych, które obsługują wiele formatów plików, m.in. IGES czy STEP. W przypadku grupowego instalowania silników i redukcji ilości ich obwodów regulacyjnych stosuje się normę NEC (National Electric Code).

Dzięki niej można zmniejszyć koszty i wyeliminować wiele zakłóceń wynikających z niedopasowania elektromagnetycznego czy przemieszczania modułów bez konieczności zmian w okablowaniu. Zapewnienie najwyższych standardów bezpieczeństwa powinno być głównym celem przyświecającym konstruktorom, których zadaniem jest projektowanie systemów sterowania maszynami. Każde urządzenie na produkcji powinno być wyposażone w zabezpieczenia zgodne z normą NFPA-79 dostosowaną do wymagań IEC 60204-1 kat 4.

Czujniki, sprzęt i oprogramowanie

Projektowanie systemów sterowania maszynami musi uwzględniać rozplanowanie czujników. Mogą one znacznie uprościć życie przyszłemu użytkownikowi. Pod uwagę należy wziąć także wszelkie sygnały zwrotne oraz problemy wynikające z potencjalnych braków zasilania, transmisji danych czy oświetlenia.

Problematyka przetwarzania danych jest bardzo istotna w projektowaniu systemów sterowania. Regulatory mogą mieć postać sterowników, minikomputerów, interfejsów PCI, PXI czy płytki drukowanej. Pod uwagę należy wziąć wszystkie funkcje, które w przyszłości ma pełnić sprzęt cyfrowy. Oprogramowanie powinno działać zrozumiale, a kody – mieć postać modułową. Kluczowy jest wybór architektury, która najbardziej uprości sam projekt maszyny. Projektowanie systemów sterowania maszynami musi uwzględniać odpowiedni dobór podzespołów. Nie warto wybierać najtańszych, lecz wziąć pod uwagę kompatybilność. Zwiększy to sprawność urządzenia i obniży koszty w przypadku wymiany części.

Części wykonawcze automatyki

Na rynku dostępnych jest wiele typów i odmian napędów pneumatycznych, hydraulicznych i elektrycznych. Bogata jest również oferta sterowników do wszelkiego rodzaju silników, systemów analogowych bądź cyfrowych. Najlepszymi rozwiązaniami będą te, które zapewnią najwyższą efektywność i maksymalnie zredukują koszty. Dobry kompromis w kwestii stosunku wydajności do ceny oraz użycie elastycznych i łatwych w użyciu narzędzi to cel każdego projektanta maszyn.

Płynna regulacja i wykorzystanie falowników gwarantujących bezstopniową kontrolę częstotliwości, zwłaszcza w systemach zamkniętych pętli, są w stanie zwiększyć trwałość urządzeń. Projektowanie systemów automatyki z uwzględnieniem tych kwestii zminimalizuje ryzyko awarii, a tym samym przestojów w produkcji. Napędy typu VFD cieszą się coraz większą popularnością. Nie ma problemów z ich dostępnością, stąd warto je wykorzystać do rozwiązywania wielu problemów.

Ekrany dotykowe czy interfejs z klawiszami?

Nie da się ukryć, że znacznie więcej zalet posiadają interfejsy reagujące na dotyk użytkownika. Te z przyciskami znajdą zastosowanie w mało skomplikowanych urządzeniach czy też dublowaniu układów zabezpieczeń. Ekrany dotykowe mają znacznie większe możliwości, lecz z pewnością są rozwiązaniami droższymi od odpowiedników z klawiszami. Należy też wspomnieć, że często wyposażone są w programy, które ułatwiają ich adaptację.

Interfejsy dla użytkowników typu HMI posiadają też inne zalety. Łączą dane, a także obejmują elementy diagnostyczne. W tym drugim przypadku poznanie stanu urządzenia podczas sytuacji awaryjnych może skrócić czas usunięcia usterki. Za pośrednictwem komunikatów można zredukować ilość oprogramowania oraz ułatwi  wymienność zużytych podzespołów. Tym samym systemy sterowania maszynami z ekranami dotykowymi mogą przynieść szybszy zwrot inwestycji.

Sieć i komunikacja – sposób na oszczędności

Bezprzewodowe sieci są w stanie wyeliminować konieczność prowadzenia przewodów. Protokoły komunikacji zwiększają pole manewru w kwestii wymienności urządzeń w przedsiębiorstwie. Projektowanie systemów automatyki w sposób bezprzewodowy pozwala na śledzenie cykli życia urządzeń i występujących w nich zakłóceń. Łatwiej też planować przyszłe naprawy poprzez łączność z komputerem operacyjnym – np. w centrali fabryki.

Komunikację przy dużych odległościach zapewniają technologie Bluetooth i Zigbee. Można też wykorzystać do tego łącza RS-232 i Ethernet. Te jednak wymagają konkretnych protokołów, co potrafi pochłonąć wiele czasu przy ich konfiguracji. Każde połączenie przewodowe powinno być zabezpieczone przed poluzowaniem. Wykrycie usterki i jej usuwanie wymaga dużej ilości czasu.

Zasilanie i integracja

Jeśli projektowanie systemów sterowania maszynami ma ulec znacznemu przyspieszeniu, warto postawić na gotowy system zasilania. W przypadku chęci zapewnienia większej efektywności i wyższego stopnia integracji powinno się raportować stany i pracę zasilaczy, szyn zbiorczych czy inteligentnych zespołów. Warto zwrócić uwagę na skrupulatne wyizolowanie i ekranowanie kabli zasilających systemy sterowania maszynami.

Na wydajność zautomatyzowanego urządzenia wpływa integracja. Wykorzystywanie informacji z maszyn i rozpatrywanie ich na podstawie danych zgromadzonych w systemie automatyki może przynieść wiele korzyści – przede wszystkim redukcję kosztów planowania produkcji. Jeżeli spełnione zostaną wszystkie warunki, można płynnie przejść do cyklu projektowego. Systemy sterowania maszynami zgodne ze specyfikacją będą służyć użytkownikowi przez wiele lat.