Industrielle Automatisierung kann grob definiert werden als der Einsatz von Technologie und Steuerungssystemen (Industrie-PC, SPS, PAC usw.) zur Automatisierung industrieller Prozesse zur Verbesserung von Qualität und Produktion ohne menschliches Eingreifen. Steuerungssysteme werden verwendet, um integrierte Technologien und andere Geräte anzuweisen, automatisch zu arbeiten. Beispielsweise können in großen Automobilfabriken automatisierte Roboterarme schnell arbeitsintensive, manuelle oder sich wiederholende Fertigungsaufgaben an einer Produktionslinie ausführen, um ein höheres Maß an Genauigkeit zu erreichen und manuelle Vorgänge im gleichen Zeitrahmen zu ermöglichen.
Was steuert diese Automatisierung? Der Industriecomputer ist das Herzstück der meisten industriellen Automatisierungssysteme.
Industrie-PC mit SPS/PAC
Aufgrund ihrer Umwelt- und Betriebsvorteile gibt es Industrie-PCs mittlerweile in allen Formen und Größen. Von robusten Einplatinencomputern bis hin zu vollwertigen lüfterlosen Box-PCs in Industriequalität mit leistungsstarken Intel-CPUs, HD-Grafik und umfangreichen E/A. Industrie-PCs prägen die Zukunft der industriellen Automatisierung. Aufgrund der Flexibilität, Funktionalität, Leistung und Kosten von Industrie-PCs werden derzeit speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und programmierbare Automatisierungssteuerungen (PACs) durch Industrie-PCs ersetzt. SPS sind im Wesentlichen Mikrocontroller zur Steuerung von Maschinen. Sie bestehen aus einem Speicher, einem Prozessor und Ein-/Ausgabefunktionen (E/A) und sind in der Lage, vorprogrammierte Funktionen wie Mathematik, Zählen, Kommunikation, die Verwaltung von Sensoren und das Auslösen von Aktoren auszuführen.
Industriecomputer können in einer Vielzahl von Betriebsszenarien eingesetzt werden, darunter in der Produktionshalle einer Fabrik, eingebettet in Sicherheits- und Überwachungsarchitekturen und anderen technischen Umgebungen der Prozess- und Maschinenautomatisierung. Im Vergleich zu allgemeinen -kommerziellen-Computern sind Industrie-PCs in der Lage, den rauen Umgebungen standzuhalten, die häufig in Industrieumgebungen und dergleichen anzutreffen sind, was sie zu einer beliebten Lösung für Fertigung, Energie, Transport, Landwirtschaft und andere Branchen mit ähnlich anspruchsvollen Umgebungen macht. Diese robusten Computer sind auch in der Lage, HMI-Anwendungen (Human Machine Interface) auszuführen und bieten somit auch eine größere Flexibilität als SPS und PACs. Die Verwendung eines Echtzeitkernels stellt eine Verbesserung gegenüber älteren Automatisierungsmodellen dar, da die Automatisierung von der Betriebssystemumgebung (OS) getrennt werden kann.
Industrie-PCs in der industriellen Automatisierung
Die Einsatzmöglichkeiten und Anwendungen von Industrie-PCs gehen weit über den Bereich der industriellen Automatisierung hinaus, in diesem Artikel beschränken wir uns jedoch ausschließlich auf Anwendungen im Bereich der industriellen Automatisierung. Schauen wir uns zunächst die Fertigung an und wie Industrie-PCs eingesetzt werden und wie sie der industriellen Automatisierung in diesem Bereich zugute kommen können.
Herstellung:Robuste Industrie-PCs bieten die beste Hardwareplattform für die Massenproduktion, die über die Grenzen gewöhnlicher Handarbeit hinausgeht. Die Maschinenautomatisierung hat die Massenproduktion ermöglicht und das Internet hat die Kommunikation ermöglicht. Industrie-PC-Systeme, die noch in den Kinderschuhen stecken, werden heute von vielen Herstellern stark genutzt, nicht nur für die Bildverarbeitung und Roboterführung, sondern auch wegen ihrer Fähigkeit, wertvolle Daten von Maschinen und Anlagen für die vorbeugende Wartung zu sammeln.
Paketinspektion und Qualitätskontrolle:Eine weitere wichtige Anwendung in der Fertigung ist natürlich die bildverarbeitungsgesteuerte Qualitätssicherung, die mit höherer Geschwindigkeit und größerer Genauigkeit arbeitet, als dies für Menschen möglich ist. Durch den Einsatz von Bildverarbeitungs- und Verpackungsinspektionssystemen können Hersteller und Lebensmittelverpackungsbetriebe die Qualitätssicherung ihrer Produkte schnell automatisieren.. 3D Bildverarbeitung ist der neueste Fortschritt in der Bildverarbeitungsbranche. Dank leistungsstarker Multi-Core-CPUs sind CPUs in der Lage, zusätzliche Z-Dimensionsberechnungen mit ultraschnellen Geschwindigkeiten zu verarbeiten und so tiefere multi-{7}dimensionale Daten zum Objekt bereitzustellen, was eine 100-prozentige Qualitätssicherung ermöglicht. Dies hebt die Qualitätskontrolle auf ein neues Niveau, bei dem die Gut/Schlecht-Entscheidung eines Systems von mehr Parametern wie Maßstab, Form, Oberfläche, Größe usw. abhängen kann.
Asset-Tracking:Das verarbeitende Gewerbe ist nicht die einzige Branche, die stark auf Industrie-PCs setzt. Der Einzelhandel und das Gesundheitswesen sind ebenfalls mit der tagtäglichen Nutzung industrieller PC-Hardware beschäftigt, da sie über die Möglichkeit verfügen, Inkonsistenzen und Anomalien bei Anlagen und Prozessen zu verfolgen und zu überwachen. Dies kann sowohl vor Ort als auch aus der Ferne erfolgen und bietet Systembetreibern die Möglichkeit, Anlagen oder Prozesse genauer und effizienter zu verfolgen, als dies durch manuelle Arbeit normalerweise möglich ist.
Simulation und Steuerung:Industrie-PC-Plattformen verwenden leistungsstarke Prozessoren, um potenzielle Szenarien aus der realen Welt zu emulieren und zu simulieren. Dies kann die Erkenntnisse verbessern, um Risiken zu analysieren, weitere Möglichkeiten vorherzusagen und Systeme in jedem Rahmen zu testen. Die Möglichkeit, diese Art von Tests und Analysen durchzuführen, ermöglicht eine weitere Verbesserung und Entwicklung der bestehenden Infrastruktur auf der Grundlage von Erkenntnissen aus Simulationen und Vorhersagen. Da künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen viel diskutiert werden, werden diese drei Technologien in naher Zukunft zusammenwachsen, um noch fortschrittlichere Simulationen zu schaffen.
Ferndatenerfassung:Im Zeitalter der Automatisierung und des IoT sind Daten eines der wertvollsten Güter überhaupt. Die Fähigkeit entfernter IoT-Sensoren, Daten über die Verwendung entfernter Maschinen, Werkzeuge, Hardware und anderer verbundener Geräte zu senden und zu empfangen, ermöglicht es den Betreibern, die sie einsetzen, verwertbare Daten über betriebliche Prozesse, Geräteermüdung und Gesamtleistung zu erhalten. Anhand dieser Daten kann das Steuerungssystem erkennen, wann die Leistung eines Geräts mit äußerster Präzision angepasst, Aktuatoren ausgelöst, die Temperatur oder der Druck geregelt und andere Betriebsfunktionen gesteuert werden müssen.
IoT- und PC-basierte Automatisierung
Der PC steht im Mittelpunkt der auf offenen Standards-basierten IoT-Revolution, insbesondere des industriellen IoT, das das Gehirn sein wird, das die Infrastruktur steuert, von der Gemeinschaften und Volkswirtschaften im täglichen Leben abhängen. Ältere betriebliche Technologiesysteme und -instrumente müssen durch intelligentere Computer geschützt werden, bis sie durch hochmoderne Sicherheitstechnologien ersetzt werden. IoT-Kommunikations-Gateways erfordern nicht nur robuste Komponenten und Baugruppen, sondern auch eine starke Netzwerksicherheit, die in die Software eingebettet ist, die die Kommunikation zwischen Dingen verwaltet.