Die industrielle Automatisierung ist ein komplexes, dynamisches und faszinierendes Technologiefeld.
Einführung
In der heutigen Welt ist industrielle Automatisierung nahezu allgegenwärtig. Automatisierte Systeme ermöglichen die Verbesserung von Effizienz und Produktivität in der Fertigung, im Ingenieurwesen, im Baugewerbe, bei der Energieerzeugung und anderen Prozessen im Kern der Wirtschaft. Heute durchläuft die industrielle Automatisierung eine neue Welle bedeutender Entwicklungen, die durch innovative Technologien wie künstliche Intelligenz (KI), Cloud Computing, Big Data und das Internet der Dinge (IoT) vorangetrieben wird.
Was ist industrielle Automatisierung?
Unter industrieller Automatisierung versteht man den Einsatz automatisierter Steuerungen wie speicherprogrammierbarer Steuerungen (SPS) und Remote Terminal Units (RTUs). Diese helfen bei der Steuerung industrieller Prozesse und Maschinen und ersetzen manuelle Eingriffe und gefährliche automatisierte Montagevorgänge.
Die industrielle Automatisierung besteht aus einer Reihe synchronisierter Komponenten. Es übernimmt Funktionen wie Steuerung, Erfassung, Überwachung und Überwachung industrieller Prozesse.
Funktionell umfasst die industrielle Automatisierung die Feldebene (Sensoren und Aktoren), die Steuerungsebene-, die Überwachungsebene, die Produktionssteuerungsebene-(SCADA) sowie die Informations- und Unternehmensebene-(MES und ERP).
Automatisierte Steuerungskomponenten
SPS - Speicherprogrammierbare Steuerung
Eine SPS ist ein industrietauglicher Digitalcomputer, der für die Ausführung von Steuerfunktionen, insbesondere in industriellen Anwendungen, konzipiert ist.
Eine speicherprogrammierbare Steuerung ist ein elektronisches Gerät zur Steuerung von Prozessen. Es besteht aus einer zentralen Verarbeitungseinheit; Ein- und Ausgabegeräte, Stromversorgung, Kommunikation und Redundanzeinheiten. Eine SPS wird entsprechend ihrer Anwendung vor-vorprogrammiert und in Betrieb genommen. Eine SPS empfängt Eingaben aus dem Feld, verarbeitet die Eingaben gemäß der abgeschlossenen Programmierung und gibt Befehle an Feldgeräte aus. Darüber hinaus kann es über SCADA Befehle von Anlagenbetreibern empfangen und Befehle an Feldgeräte erteilen. Die Funktionen einer SPS variieren je nach Hersteller, die grundlegende Architektur bleibt jedoch gleich.
RTU - Remote Terminal Unit
RTU steht für Remote Terminal Unit. Eine RTU ist ein Steuergerät, das typischerweise an einem entfernten Standort als Teil eines größeren Systems installiert wird. Der Hauptzweck einer RTU besteht darin, Feldgeräte wie Ventile, Aktoren, Sensoren usw. zu überwachen und zu steuern. RTUs sind ein wesentlicher Bestandteil von SCADA-Systemen (Supervisory Control and Data Acquisition) und dienen als Schnittstelle zwischen SCADA-Steuerung und physikalischen Prozessen.
Eine RTU besteht aus einem Hardware-Panel, das ein oder mehrere Eingabe-/Ausgabemodule (I/O) beherbergt. Die wichtigsten Komponenten einer RTU sind die Zentraleinheit (CPU), die Stromversorgung, Kommunikationsanschlüsse und physische E/A.
DCS - Verteiltes Steuerungssystem
Ein DCS (Distributed Control System) ist für die Verwaltung komplexerer und geografisch ausgedehnterer Industrieprozesse konzipiert. Der gesamte Industrieprozess ist in verschiedene Kontrollzonen unterteilt, die jeweils von speziellen autonomen Controllern gesteuert werden. Feldgeräte kommunizieren mit Controllern in bestimmten Kontrollzonen. Diese Steuerungen sind über ein Hochgeschwindigkeits-Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden und mit einem Engineering-PC verbunden, auf dem allgemeine Steuerungs-, Überwachungs-, Datenprotokollierungs- und Alarmfunktionen ausgeführt werden. In einem verteilten Steuerungssystem werden Steuerungsentscheidungen vom Anlagenbetreiber und nicht von den Controllern selbst getroffen. Ein DCS ist eine vorgefertigte Lösung, die eher eine Konfiguration als eine Programmierung erfordert (wie eine SPS).
PAC - Programmierbare Logiksteuerung
Ein PAC kann als Kombination aus SPS, RTU, DCS und PC betrachtet werden. Es verfügt über die diskreten Steuerungsfähigkeiten einer SPS, die Multitasking- und Speicherfähigkeiten eines PCs, die Multiprotokoll-Kommunikations- und Fernbetriebsfähigkeiten einer RTU und die enormen E/A-Verarbeitungsfähigkeiten eines DCS.
SCADA - Überwachungskontroll- und Datenerfassungssystem
Ein Supervisory Control and Data Acquisition System (SCADA) ist eine Softwareschnittstelle, die es Anlagenbetreibern ermöglicht, verschiedene Geräte in Industrie-/Anlagenumgebungen einfach zu steuern und zu überwachen. Darüber hinaus führt es eine Datenerfassung durch. Bediener können Parameter über SPS/SCADA überwachen und Befehle an Feldgeräte erteilen. SCADA kann nicht direkt mit Feldgeräten kommunizieren; Dies ist nur über SPS möglich. Alle Daten aus dem Feld gelangen in die E/A-Module der SPS und werden in bestimmten Speicherorten oder Registern gespeichert. SCADA wiederum liest oder schreibt in diese Speicherorte. Die gesamte Steuerlogik ist in der SPS gespeichert, nicht in SCADA.