1

TECHNICZNE RODKI AUTOMATYZACJI

LITERATURA:

Literatura zwarta:
Marciniak M:

Elementy automatyzacji we wspó czesnych procesach wytwarzania.

Kowalkowski H: Automatyzacja dyskretnych procesów przemys owych.
Chorowski:

Mechaniczne urz dzenia automatyki

Krakowiak S:

Wprowadzenie do techniki automatyzacji

Czasopisma:

Pomiary Automatyka Robotyka,
Automatyka – podzespo y i aplikacje,
Pomiary Automatyka Kontrola,
Nap dy i sterowanie,
Hydraulika i pneumatyka,
Technologia i automatyzacja monta u.

www:
www.automatyzacja.com.pl . www.controlengpolska.com, www.piap.pl .
www.automatyka.pl .

2

AUTOMATYKA

Automatyka

jest nauk interdyscyplinarn

zajmuj

si teori oraz praktyczn realizacj

urz dze technicznych do samoczynnej (bez
udzia u cz owieka lub z ograniczonym jego
udzia em) obs ugi ró nych procesów w zakresie
zbierania informacji, przetwarzania jej i
podejmowania decyzji dotycz cych sterowania
prac obiektów rzeczywistych.

PODSTAWOWE DEFINICJE

3

AUTOMATYZACJA

Automatyzacja jest to zbiorcze okre lenie dla

wszystkich metod i urz dze , za pomoc których
zast puje si bezpo redni udzia ludzi w procesie
przekszta cania informacji lub procesie produkcji
przez systemy techniczne,

Automatyzacja to dzia ania praktyczne o

charakterze technicznym i organizacyjnym
polegaj ce na wprowadzaniu urz dze , rodków i
metod automatyki do ró nych dziedzin techniki i

ycia.

PODSTAWOWE DEFINICJE

4

STEROWANIE

Sterowanie to takie dzia anie systemu, przy którym

na jedn lub wi cej wielko ci charakteryzuj cych
system wp ywa si w sposób celowy.

PODSTAWOWE DEFINICJE

5

STEROWANIE

Sterowanie w uk adzie otwartym to takie

sterowanie, przy którym odpowiednie wielko ci
steruj ce wp ywaj w sposób celowy na wielko ci
sterowane za po rednictwem otwartego toru
dzia ania.

PODSTAWOWE DEFINICJE

6

REGULACJA

Regulacja to proces, przy którym wielko

regulowana

jest w sposób ci

y mierzona i porównywana z

wielko ci zadan , (wiod

) i na któr oddzia uje si

w celu zbli ania do wielko ci zadanej.

Regulacj uwa a si za szczególny rodzaj sterowania -

w uk adzie zamkni tym, poniewa wskutek dzia ania

tli sprz enia zwrotnego wielko regulowana

po rednio oddzia uje na sam siebie.

Regulacja jest sposobem zmniejszenia wp ywu

zak óce na wielko regulowan , a jej celem jest
minimalizacja odchylenia wielko ci regulowanej
(wyj ciowej) od jej warto ci zadanej (wej ciowej).

PODSTAWOWE DEFINICJE

7

REGULACJA

PODSTAWOWE DEFINICJE

88

Def.: (DIN) PROCES

Proces jest zespo em wzajemnych oddzia ywa
elementów danego systemu, które powoduj
przekszta canie i/lub magazynowanie materia u,
energii i/lub informacji.

Proces techniczny,

jest procesem w którym

mo liwe jest rejestrowanie jego fizycznych
parametrów i wp ywanie na te parametry poprzez
odpowiednie rodki techniczne.

PODSTAWOWE DEFINICJE

99

Def.:

Proces techniczny (przemys owy)

jest procesem

podczas którego nast puje przetworzenie (zmiana
stanu) materia u, energii lub informacji.

To przetworzenie powoduje przej cie
z pocz tkowego stanu procesu do jego stanu ko cowego.

PODSTAWOWE DEFINICJE

Materia y,

energia,

informacje

w stanie

pocz tkowym

Materia y,

energia,

informacje

w stanie

ko cowym

Proces

techniczny

(przemys owy)

Przetwarzanie

Transport

Sk adowanie

Procesy techniczne polegaj na przep ywie i przetwarzaniu
materia ów, energii i informacji.

10

10

PRZYK ADY

Informacja o stanie
koncentracji
zanieczyszcze

Czujniki
zanieczyszcze z
uk adem analizy

Monitoring
zanieczyszcze

Zanieczyszczenia

Detal obrobiony

Obrabiarka do
metalu

Obróbka
ubytkowa

Pó wyrób
nieobrobiony

Energia elektryczna

System
generatorów
energii

Proces
elektroenerge-
tyczny

giel, gaz,

paliwo j drowe

Paczki posortowane
zgodnie z
adresowaniem

Infrastruktura
transportowo-
sortuj ca

Transport,
sortowanie i
dystrybucja

Zbiór
nieposortowanych
paczek

Czyste ubrania

Urz dzenie
pior ce

Proces prania

Zabrudzone
ubrania

Odpowiednia temp.
w domu

System c.o. ze

ród em energii

Ogrzewanie
domu

Niska temp. w
pomieszczeniach

Stan ko cowy

System

techniczny

Proces

techniczny

Stan pocz tkowy

11

11

Substancja A

Substancja B

Sygna y steruj ce

System techniczny

Sygna y pomiarowe

Substancja C

Proces

techniczny

Nape -

nianie

Reakcja

Opró -

nianie

Wej cie
substancji A

Wej cie
substancji B

Wyp yw produktu
reakcji (substancja C)

Przyk ad

PRZYK AD

12

12

Automatyzacja procesów = proces + urz dzenia automatyzuj ce

AUTOMATYZACJA PROCESÓW

Urz dzenie sprzedaj ce bilety

wiat a steruj ce ruchem

Niezale nie
dzia aj cy system
techniczny

Automatyczne sterowanie

wiat ami na skrzy owaniu,

Automatyczna sprzeda
biletów

Umo liwienie
urz dzeniom
technicznym ich
niezale nego dzia ania

13

13

AUTOMATYZACJA PROCESÓW - struktura

Osoby (operatorzy),

zarz dzanie i sterowanie,
interwencje w sytuacjach

awaryjnych

Systemy przetwarzania i przesy u

informacji: sterowniki, komputery

przemys owe, sieci itp.

Systemy techniczne w procesach

technicznych

Zadane parametry
procesu

Sygna y steruj ce
proc. technicznym

Uzyskane
parametry procesu

Sygna y zmierzone
w procesie techn.

14

STEROWANIE

Hierarchia sterowania

15

Automatyzacja procesów

Automatyzacji mog podlega wszelkie procesy

zachodz ce w przedsi biorstwie, zarówno
bezpo rednio zwi zane z wytwarzaniem (procesy
technologiczne) jak równie pozosta e procedury
maj ce za zadanie wspomaganie wytwarzania.

16

SYSTEM PRODUKCYJNY

system produkcji jest zbiorem ludzi wyposa enia i

procedur maj cych na celu realizacj procesów
technologicznych zwi zanych z produkcj w
przedsi biorstwie.

System

wspomagania

wytwarzania

Urz dzenia,

wyposa enie

fabryki

System produkcji mo na

podzieli na dwie kategorie albo
dwa poziomy:

• poziom informacyjno-decyzyjny;

• poziom operacyjny.

17

System wspomagania wytwarzania

System

wspomagania

wytwarzania

Urz dzenia:

wyposa enie

fabryki

System wspomagania wytwarzania

Zestaw procedur u ywanych przez
przedsi biorstwo, w celu zarz dzania
produkcj oraz rozwi zywania problemów
technicznych i logistycznych zwi zanych z
ca ym procesem wytwarzania (zamawianie
materia ów i pó wyrobów, realizacja procesów
technologicznych w przedsi biorstwie,
zapewnienie odpowiedniej jako ci produktu
finalnego).

System wspomagania wytwarzania

obejmuje

równie projektowanie produktów oraz
dzia ania biznesowe zwi zane z
uruchomieniem i prowadzeniem produkcji .

18

WYPOSA ENIE

Na wyposa enie sk adaj si :

• zabudowania przedsi biorstwa,
• wyposa enie w maszyny i

urz dzenia techniczne,

• sposób zorganizowania

wyposa enia przedsi biorstwa.

System

wspomagania

wytwarzania

Urz dzenia,

wyposa enie

fabryki

19

AUTOMATYZACJA PROCESÓW

PRODUKCYJNYCH

zastosowanie metod i urz dze z zakresu mechaniki,
elektrotechniki, elektroniki i informatyki do sterowania,
kontroli i realizacji procesów produkcyjnych.

System

wspomagania

wytwarzania

Urz dzenia,

wyposa enie

fabryki

Automatyzacja systemów wspomagania
wytwarzania (komputeryzacja)

Automatyzacja systemów wytwarzania
(automatyczne sterowanie, automatyczna
regulacja, robotyzacja)

20

STOPIE AUTOMATYZACJI

Stopie automatyzacji okre la udzia , jaki maj

dzia ania zautomatyzowane w ca kowitej liczbie
dzia

urz dzenia. Podawany jest jako iloraz

sumy procedur realizowanych automatycznie w
stosunku do wszystkich procedur, które mo na
zrealizowa - wliczaj c udzia czynnika
ludzkiego.

Stopie automatyzacji jest funkcj wielko ci

produkcji oraz stopnia zró nicowania produkcji.

21

21

Stopie automatyzacji

Personel zarz dzaj cy

zamówienia

Wyznaczanie
operacji

Karty
operacji

Karty zarz dzania
procesem

Urz dzenia sterujace

Urz dzenie podaj ce wyniki
pomiarów w procesach

Obs uga

czna

Proces przemys owy

Brak automatyzacji

Personel
operacyjny

22

22

Stopie automatyzacji - cd.

Personel zarz dzaj cy

zamówienia

Instrukcje wej ciowe

operacji

Wej ciowe dane

procesowe

Protoko y
operacji

Komputer

off-line

Personel
operacyjny

Wyniki pomiarów w
procesach

Urz dzenia
sterujace

Obs uga

czna

Proces przemys owy

Niski stopie

automatyzacji, bez

bezpo redniego

wp ywu na proces

Instrukcje zarz dzania
procesem

23

23

Stopie automatyzacji - cd.

System
zarz dzania
operacjami

zamówienia

Protoko y
operacji

Instrukcje

Centrum sterowania

Urz dzenia
sterujace

Obs uga

czna

System
komp.

Proces przemys owy

redni stopie

automatyzacji,

akwizycja danych

procesowych

Otwarty US

Personel zarz dzaj cy

Personel
operac.

24

24

Stopie automatyzacji - cd.

Personel zarz dzaj cy,

nadzór procesu

zamówienia

Zamkni ty US,

(URA)

Komp. systemy przetwarzania informacji

Sterowanie

awaryjne

Czujniki stanu

Proces przemys owy

Protoko y
operacji

Wysoki stopie

automatyzacji,

akwizycja danych

procesowych i

wp ywanie na

procesy techniczne

25

25

Zakres automatyzacji

26

26

Automatyzacja procesu:

Ca y automatyzowany proces techniczny jest jednego

typu i odbywa si na jednym urz dzeniu lub
maszynie

(pralka, system alarmowy, ABS, TV, sprz t AGD,

urz dzenia pomiarowe),

Automatyzacja systemowa:

automatyzacji podlega kompleksowy proces techniczny

ony z pojedynczych podprocesów cz ciowych

realizowanych jednocze nie

(instalacje elektro-energ.,

zautomatyzowane centra logistyczne, systemy pakowania i
dystrybucji, automatyczne linie produkcyjne).

Zakres automatyzacji

27

27

Charakterystyczne cechy automatyzacji procesu:

• procesy „osadzone” na jednym urz dzeniu lub
maszynie,

• automatyzacja prostych czynno ci,
• uk ady sterowania stycznikowe, lub pojedyncze
sterowniki (PLC),

• niewiele sensorów i elementów wykonawczych,
• du y stopie automatyzacji (cz sto 100%),
• uk ady przemys owe w produkcji seryjnej i
masowej,

• niewielki koszt na jednostk produkcji.

Zakres automatyzacji - cd.

28

28

Automatyzacja procesu :

ytkownik

operator

Uk ad steruj cy

Przebieg procesu

ustawienia

komunikaty

zmienne
wej ciowe

Rezultaty
procesu

29

29

Charakterystyczne cechy automatyzacji systemowej:

• automatyzacja dotyczy kompleksowej instalacji
technicznej,

• automatyzacja kompleksowych czynno ci,
• komputerowe uk ady sterowania nadzoruj ce
systemy sterowników i komp. przemys owych,

• znaczna ilo sensorów i elementów
wykonawczych,

• stopie automatyzacji redni do du ego,
• automatyzacja „dedykowana” dla danych uk adów,
• znaczny koszt.

Zakres automatyzacji - cd.

30

30

Automatyzacja systemowa :

Monitorowanie,
obs uga, raporty

Komputer

ówny

Instalacja przemys owa

31

Wspó zale no pomi dzy wielko ci

produkcji a jej zró nicowaniem

Z

ró

nicowan

ie pro

d.

Wielko produkcji

jednostkowa

seryjna

masowa

Na mo liwo ci a tak e celowo wprowadzania

automatyzacji ma wp yw charakter produkcji,
determinuj cy sposób zorganizowania systemu
produkcji.

32

Automatyzacja Ustalona (nieelastyczna)

• Indywidualnie zaprojektowane wyposa enie;

• Wysoka wydajno produkcji;
• Stosunkowo nieelastyczna w przystosowaniu do

zmian w rodzaju produktu;

AUTOMATYZACJA SYSTEMÓW

WYTWARZANIA –rodzaje

33

Automatyzacja Elastyczna

• Indywidualnie zaprojektowany systemu;
• Ci

a produkcja zró nicowanych produktów;

•

rednia wydajno produkcji;

• Elastyczno umo liwiaj ca prac przy

zró nicowanych wyrobach.

AUTOMATYZACJA SYSTEMÓW

WYTWARZANIA –rodzaje cd.

34

Automatyzacja Programowalna
•

Wyposa enie bardziej uniwersalne;

• Ni sza wydajno produkcji;
• Elastyczno umo liwiaj ca wprowadzanie

znacznych zmian w konfiguracji produktu;

• Odpowiednia dla niewielkiego poziomu produkcji

AUTOMATYZACJA SYSTEMÓW

WYTWARZANIA –rodzaje cd.

35

Z

ró

ni

cowa

nie p

rod.

Wielko produkcji

jednostkowa

seryjna

masowa

OBSZARY ZASTOSOWA AUTOMATYZACJI

Automatyzacja

ustalona

Automatyzacja

elastyczna

Automatyzacja

programowalna

36

AUTOMATYKA PRZEMYS OWA

- komponenty

37

37

Czujniki (sensory):

• zbieranie informacji o przebiegu procesu (sygna y),
• dzia aj przeprowadzaj c detekcj lub pomiar,
• przetwarzanie sygna ów na sygna y standardowe.

Przyk ad - ogrzewanie pomieszczenia.

AUTOMATYKA PRZEMYS OWA

- komponenty

Elementy wykonawcze:

• pod wp ywem sygna ów steruj cych wp ywaj
bezpo rednio na proces,

• koryguj prac systemu,
• „przetwarzaj ” sygna y na dzia anie.

38

38

Urz dzenia steruj ce:

- mikroprocesorowe:

• sterowniki programowalne (PLC)

• komputery przemys owe,

• komputery osobiste (PC),

• mikro-kontrolery,

• systemy sterowania procesem.

- inne:

• regulatory,

• przeka niki, styczniki,

• zawory steruj ce

• inne

AUTOMATYKA PRZEMYS OWA

- komponenty

39

39

AUTOMATYKA PRZEMYS OWA

- komponenty

Oprogramowanie:

zestaw oprogramowania potrzebnego do przeprowadzenia
zada automatyzacji cznie z nadzorem i tworzeniem
dokumentacji.

Aplikacje:

• akwizycja i przetwarzanie danych,

• monitorowanie,

• sterowanie i regulacja,

• zarz dzanie i optymalizacja,

• zabezpieczenie.

Systemowe:

• systemy operacyjne,

• sterowniki urz dze ,

• kompilatory,

• interface,

• wykonywanie aplikacji.

40

AUTOMATYKA PRZEMYS OWA

- funkcje

41

DLACZEGO AUTOMATYZACJA ?

• Wzrost wydajno ci pracy;
• Redukcja kosztów pracy;
• Zapobiega problemowi braku odpowiednich

pracowników;

• Ogranicza lub eliminuje prac r czn ;
• Wzrost bezpiecze stwa pracy;
• Lepsza jako wyrobów;
• Krótszy proces przygotowania produkcji;
• Umo liwia wykonanie czynno ci, które nie

mog yby by wykonane r cznie;

• Redukcja kosztów jednostkowych produktów.

42

KIEDY NIE WARTO AUTOMATYZOWA ?

• Zadania bardzo trudne (z

one) technologicznie;

• Krótki cykl produkcyjny;
• Indywidualnie dostosowane produkty (jedyne w

swoim rodzaju).

43

43

Pozytywne

(zamierzone)

:

• uproszczone i bardziej „przyjazne” wykonywanie

operacji,

(pralka automatyczna, termoregulacja c.o)

• wy sza jako produktów przy ni szych kosztach

produkcji,

• wyeliminowanie ryzyka zwi zanego z czynnikiem

ludzkim

(ABS, automatyczne hamulce w poci gu,

automatyczne rogatki)

.

• zast pienie pracy ludzi w niebezpiecznych (agresywnych)

rodowiskach,

(odlewnie, lakiernie, hutnictwo),

• wy sza wydajno , przy sta ej jako ci i powtarzalno ci

(zrobotyzowana prod. samochodów)

AUTOMATYKA PRZEMYS OWA

- wp yw na ludzi i rodowisko

44

44

Negatywne

(niezamierzone)

:

• zast powanie pracowników mo e powodowa wzrost

bezrobocia

(automatyczne linie produkcyjne),

• zmiany w strukturze zatrudnienia

(zmiany w

wymaganych kwalifikacjach, wzrost zatrudnienia w us ugach )

• ograniczanie relacji mi dzyludzkich

(automatyczne

terminale, automaty sprzedaj ce),

• znaczne obci enie stresem przy nadzorze du ych

systemów zautomatyzowanych,

• z

ono w sytuacjach awaryjnych.

AUTOMATYKA PRZEMYS OWA

- wp yw na ludzi i rodowisko

45

45

Automatyzacja wp ywa na:

• indywidualne osoby,
• spo ecze stwo,
• rodowisko,
• zu ycie energii i surowców.

AUTOMATYKA PRZEMYS OWA

- wp yw na ludzi i rodowisko

In ynierowie odpowiedzialni za automatyzacj
powinni mie

wiadomo odpowiedzialno ci za

wszelkie efekty automatyzacji, zarówno pozytywne
jak i negatywne, cho by by y niezamierzone.