SISTEME MECATRONICE

Sisteme mecatronice industriale

SISTEME MECATRONICE Acest capitol este destinat descrierii succinte a principalelor tehnologii, echipamente i strategii care sunt folosite n prezent pentru realizarea de sisteme mecatronice industriale, adic, pentru realizarea de instalaii i echipamente nalt automatizate folosite pentru producia industrial.1. Exemple de sisteme mecatronicen toate ariile de producie industrial exist procese i proceduri care trebuie monitorizate i controlate n mod automat. Majoritatea acestor procese automatizate opereaz cu constante de timp de ordinul secundelor. n trecut, astfel de procese, relativ lente, foloseau componente discrecte (separate) pentru a realiza un circuit de control. Componentele puteau s fie pneumatice i atunci se realiza un circuit de control cu logic pneumatic, sau electrice i atunci se realiza un circuit de control cu relee i contactoare.

Aceste se mai numesc circuite de control cu programare cablat. Funciile circuitului de control depind de doi factori: tipul de componente i modul de conectare (cablare) ntre aceste componente. Pentru schimbarea funcionrii circuitului trebuiesc modificate conectrile i componentele. Schimbarea nefiind uoar, se spune c circuitele cu programare cablat nu sunt flexibile.

Un sistem mecatronic industrial este orice mijloc de producie care are ncorporate echipamente mecanice, electronice i informatice, n scopul realizrii unei uneia sau mai multor operaii tehnologice, ntr-un proces de fabricaie.

Componentele mecanice asigur suportul fizic pentru transmiterea de fore i momente n vede rea realizrii de micri cu viteze i acceleraii controlate. Ele includ: mecanisme i organe de maini, lanuri de transmisie a micrii, dispozitive de fixare, scule, unelte etc. n aceste componente intr i mijloacele de acionare pneumatice, hidraulice i electrice.

Componentele electronice sunt de obicei reprezentate prin senzori i traductoare, precum i prin diferite circuite electronice de for sau de procesare semnale, incluznd suportul fizic de transmitere a semnalelor n comunicaii.

Componetele informatice reprezint cel puin un controller cu procesor n care este nglobat un program software realizat de utilizator i/sau de firma care a construit controller-ul.

Un sistem flexibil de comand este automatul programabil (PLC Programable Logic Controller). Avnd la baz un microprocesor i un program realizat pe calculator, un PLC nu necesit mult munc de cablare. Pentru modificarea funciilor de control este suficient s se modifice programul din memoria automatului programabil. Programarea unui PLC se face cu ajutorul unui calculator, mai rar cu ajutorul unor console de programare speciale. Programele se sriu n limbaje de programare specifice controlului binar, de logic boolean.

n afar de avantajul modificrii simple a programelor, un PLC poate comunica cu alte controller-e utiliznd reele Fieldbus sau Ethernet. Posibilitatea de comunicare este un mare avantaj al PLC-urilor fa de circuitele de control cu programare cablat. Prin comunicare ntre un PLC i un calculator se dechide calea ctre aplicaii de vizualizare a proceselor, adic de afiare pe calculator, sub form grafic i n simboluri uor de neles, a strilor procesului de producie.

Cel mai simplu i des ntlnit sistem mecatronic industrial este un post de lucru condus de un automat programabil. Un post de lucru are o funcie simpl, de obicei realizeaz o singur operaie tehnologic. Dar, exist i posturi de lucru n care se realizeaz mai multe operaii, n general de prelucrare i testare. Un post de lucru complex poate fi, de exemplu, un robot ce deservete o main cu comenzi numerice.

Mai multe sisteme mecatronice simple pot forma un sistem mecatronic complex, care are o funcionalitate unitar, cu un scop bine determinat. Exemple de sisteme mecatronice industriale sunt date mai jos, n ordinea creterii complexitii acestora:

Post de lucru cu AP i pupitru de comand cu butoane. Post de lucru cu AP i panou operator electronic (display) cu afiaj LCD n mod text sau grafic. Sisteme modulare de producie (SMP) cu conducere centralizat (un singur AP cu multe intrri/ieiri). Un SMP are mai multe posturi de lucru (ex. statii de alimentare, prelucrare, testare, sortare) Sisteme modulare de producie (SMP) cu conducere descentralizat, cu module avnd funcii bine determinate, fiecare modul fiind condus de un AP. Acest sistem implic necesitatea comunicaiilor ntre AP-ul fiecarui modul, precum i o conducere centralizat cu un AP master sau un calculator. De asemenea, este posibil ataarea unuia sau a mai multor panouri operator electronice (cu afiaj LCD text sau grafic) la un post de lucru sau la mai multe.

Linii de producie automatizate (LPA). Pot conine posturi de lucru, sau chiar SMP-uri, distribuite la care se adaug un sistem de transport.

Sisteme flexibile de fabricaie (SFF). Implic SMP-uri, un sisteme de transport, depozite automate, si programe software pentru vizualizarea proceselor i mai ales pentru planificarea produciei. Fabrici cu grad nalt de automatizare: CIM (Computer Integrated Manufacturing). Pentru a putea controla i sincroniza astfel de sisteme mecatronice industriale, un mecatronist trebuie s aib suficiente cunotine electronice i informatice astfel nct s poat alege i justifica economic soluia de control propus.

2. Comunicaii industrialen procesele de fabricaie automatizate este necesar schimbul de informaii i sincronizarea ntre diverse controller-e ale mainilor i instalaiilor de producie. Pentru a realiza acest lucru, controller-ele se folosesc de anumite dispozitive auxiliare numite interfee de comunicare.

2.1. Comunicaii prin intrri/ieiri digitale

Utilizarea intrrilor i ieirilor (IO) digitale este probabil cea mai veche i simpl metod de comunicaie ntre controller-ele industriale.

Fiecare fir are o anumit semnificaie i poate fi setat n 1 logic sau 0 logic. O ieire digital dintr-un controller este intrare digital n cel de-al doilea controller, i invers. n acest fel dou controller-e pot transmite i recepiona date unul ctre cellalt. Cu ct sunt mai multe firele de legtur cu att mai multe informaii se pot transmite la un moment dat. Dezavantajul principal const n numrul mare de cabluri care trebuie montate ntre cele dou controller-e. Majoritatea roboilor industriali au disponibile IO digitale pentru realizarea de comunicaii cu alte maini.

n mod uzual, comunicaiile cu IO digitale se folosesc pentru:

Cuplarea de posturi de lucru secveniale, semnale de start i de confirmare att pentru staia precedent ct i pentru staia urmtoare, minim 2 x (1 intrare i 1 ieire).

Comunicare ntre roboi industriali i maini CNC.

Afiare n format BCD pe diferite display-uri cu LED-uri

n concluzie, cea mai simpl interfa de comunicare este reprezentat de intrrile i ieirile digitale. Aceast tehnic de comunicaie este simpl i robust dar are dezavantajele c necesit munc de cablare, viteza de transmisie a datelor nu este mare iar interpretarea semnalelor rmne n sarcina programatorului.

Datorit simpliti, robusteei i a posibilitaii de interpretare a datelor conform cu opiunile utilizatorului, comunicaia cu intrri/ieiri digitale este foarte rspndit i n prezent.

2.2. Comunicaii seriale

Pentru comunicarea mai eficient ntre dou controller-e s-au inventat circuite electronice integrate care, ataate unui microprocesor, pot realiza comunicaii seriale, pe un cablu cu 2, 3 sau 4 fire. Se numesc comunicaii seriale deoarece serializeaz date de 8 bii (1 octet) pentru a transmite fiecare bit, n ordine, unul dup cellalt. Astfel datele sunt transmise octet dup octet iar pentru fiecare octet se transmite bit dup bit.

Pentru a permite mai multor productori s construiasc diverse maini care pot comunica ntre ele, comunicaiile seriale s-au standardizat. Astfel, un productor de echipament ce respect standardele de comunicaie serial, ofer garania c echipamentul lui poate comunica cu orice alt dispozitiv construit n acelai standard. Cele mai cunoscute standarde n acest sens sunt RS-232, RS-422, RS-485 (RS Recommended Standard). Standardele de comunicaie indic att modul de realizare a comunicaiei la nivel fizic (cabluri, tensiuni, cureni) ct i modul de transmisie a semnalelor pentru sincronizarea comunicaiei (nivel legtur de date).

La nivel fizic, RS-232 folosete 3 fire; unul de transmisie, unul de recepie i unul pentru mas (0V). Tensiunile sunt de (12V cu minus pentru 1 logic.

La nivel fizic, RS-422 folosete 4 fire, 2 pentru transmisie i 2 pentru recepie. Este un sistem n bucl de curent, 0 20 mA. Dac trece curent atunci exist semnal 1 logic.

La nivel fizic, RS-485 este un sistem n care se folosesc 2 fire. Semnalul este transmis n funcie de diferena de tensiuni ntre cele dou fire, ca la telefon sau la modem. Fiecare fir poate avea tensiunea de (5V. Pe aceleai 2 fire se transmite i se recepioneaz. n acest sistem pot exista mai muli participani la comunicare, ataai pe acelai cablu. Fiecare participant trebuie s aibe o adres unic. Un participant poate fi la un moment dat n una din trei stri posibile: de inhibare (pasiv ), de transmisie sau de recepie (ascultare).

Avnd la baz tehnologiile de comunicaie RSxxx, s-au dezvoltat pentru industrie mai multe tehnologii de comunicaie numite generic comunicaii fieldbus. Aceste tehnologii trebuie s permit o instalare uoar, flexibilitate (modificri uoare) i scalabilitate (extinderi uoare), viteze i distane mari de comunicaie, rezisten la mediul de lucru industrial i pre acceptabil.

2.3. Tehnologii Fieldbus

Sistemele fieldbus sunt componente de automatizare care asigur comunicaia ntre diferite controller-e pe acelai nivel sau pe nivele diferite n ierarhia de control. Trebuie s fie robuste att din punct de vedere mecanic ct i electric (s reziste la interferene electromagnetice). Pentru comunicaii la nivel fizic se utilizeaz tehnologia cablurilor ecranate cu 2 fire sau cabluri cu fibr optic. Cele mai cunoscute tehnologii fieldbus sunt:

PROFIBUS

PROFIBUS FMS

PROFIBUS DP

Interbus S

CAN-Bus

AS Interface (ASI)

Profibus

PROFIBUS (Process Field Bus) este utilizat pentru comunicaii globale ntre echipamente insustriale. n funcie de topologia reelelor (liniar, circular, ramificat etc.) i de necesitile aplicaiilor, s-au conceput diferite protocoale de comunicaie. Toate aceste protocoale de comunicaie folosesc, la nivel fizic, o interfa serial standard.

Tehnologia de transmisie:

Cablu ecranat cu dou fire mpletite

Vitez de transmisie: de la 9.6kBit/s la 12MBit/s; depinde de lungimea cablului

Distan maxim: 1200 m la 93.75 kBit/s, 100 m la 12 MBit/s

Distana maxim se poate mri cu circuite de amplificare (repeaters)

Fig. 3.1. Utilizarea tehnologiei Profibus n diferite locaii ale ierarhiei de control.

Profibus FMS

O reea PROFIBUS FMS este folosit de preferin pentru comunicaii ciclice sau aciclice ntre controller-e inteligente (PLC, roboi, calculatoare etc.). Fiecare participant la reea are o adres unic.

n PROFIBUS se disting staii active (master) i staii pasive (slave). Un master poate ncepe o conversaie pentru a schimba date cu un slave sau cu alt master. Un slave poate fi interogat de mai multi master-i. Un slave nu va deschide niciodat o comunicaie din proprie iniiativ.

Pentru a stabili clar ordinea de comunicare n reele PROFIBUS, protocolul de comunicaie are incluse dou proceduri: procedura de transmisie a jetonului (token passing procedure), care este utilizat de ctre controller-ele master pentru a comunica ntre ele, i procedura master-slave utilizat pentru comunicaia fiecrui master cu controller-e slave.

Procedura de transmisie a jetonului asigur drepturile de acces la comunicaie prin predatea unui jeton (token) acelui master care poate comunica. Exist un singur jeton n reea i acesta const ntr-un mesaj special pe care controller-ele master care ascult reeaua tiu sa-l interpreteze univoc. Jetonul poate rmne la un master pentru o perioad de timp bine delimitat. La terminarea timpului master-ul activ trebuie s predea jetonul urmtorului master. Ordinea n care circul jetonul este de la master-ul cu adresa cea mai mic la master-ul cu adresa cea mai mare. Master-ul cu adresa cea mai mare va pasa jetonul master-ului cu adresa cea mai mic i astfel se nchide inelul. Timpul de parcurgere a inelului este fixat la configurarea reelei.

Procedura master-slave procedure permite oricrui master activ (care deine jetonul) s interogheze controller-e slave. Masterul poate trimite mesaje cu date i poate obine informaii despre starea slave-ului. Fiecare slave are adres proprie, diferit de cele ale master-elor.

Topologia reelei, adic modul de conectare fizic a staiilor master i slave, nu are nici o legtur cu ordinea de realizare a comunicaiilor. ntr-o reea Profibus toate staiile se conectaz n serie, una dup alta. Topologia este liniar i nu are nimic de-a face cu circuitul n inel al jetonului.

n figura 3.2. se prezint schematic o reea Profibus FMS.

Fig. 3.2. Ordinea comunicaiilor n reea Profibus FMS, tehnica jetonului i tehnica master-slave.

Date tehnice:

Maxim 126 staii active (master) sau pasive (slave) pe o reea

Acces la comunicaie garantat de tehnica jetonului i tehnica master-slave

Transmisii ciclice (ntr-un timp dat) sau aciclice (cu prioriti)

Model de date client-server orientat pe obiecte (pentru comunicaii master-master)

Obiecte accesate prin servicii

Pn la 240 octeti de date pentru fiecare serviciu

Profibus DP

PROFIBUS DP permite realizarea de reele n sistem mono-master sau multi-master.

n sistemele mono-master, un singur master este activ n reea. De obicei un PLC cu funcia auxiliar de Profibus master este componenta central de control. Toate celelalte staii sunt slave. Acest sistem atinge cele rapide comunicaii, cu cele mai scurte cicluri de interogare.

n configuraii multi-master, mai multe controller-e master sunt conectate la o singur reea (bus). Controller-ele master fie controleaz o reea separat de controller-e slave, fie sunt staii speciale de diagnoz sau configurare (consola de programare). De exemplu, un master de diagnoz i configurare este i calculatorul de unde se face programarea unui PLC, acesta din urm fiind master-ul principal ntr-o reea Profibus DP.

Intrrile i ieirile digitale sau analogce ale cotroller-elor slave pot fi citite de orice master DP din reea, dar modificarea ieirilor unui slave nu poate fi fcut dect de un singur master DP.

Date tehnice:

Maxim 126 staii n reea, master i slave

Comunicaie ciclic master-slave

Configuraii de sisteme mono-master sau multi-master

Interbus S

Interbus S este un sistem de reea bazat de asemenea pe interfee seriale standard. Se utilizeaz pentru cuplarea unui controller (PLC) cu senzori sau actuatori inteligeni sau cu alte controller-e subordonate.

Un singur controller master este responsabil pentru controlul reelei. Schimbul de date se face conform procedurii master-slave. Datele transmise trec prin toate controller-ele slave ntr-un format de mesaj special, de tip inel, cu regitrii de schimb date pentru fiecare slave n parte. Fiecare slave are doi conectori fizici. Pe unul primete date iar pe cellalt transmite mai departe, la urmtoarea staie. Dup un ciclu de transmisie, regitrii de intrare ai fiecrei staii slave conin datele pe care controller-ul master a dorit s le transmit la nceputul ciclului. n mod invers, datele transmise de controller-ele slave ctre master se acumuleaz n regitrii speciali de ieire, specifici fiecrui slave, iar la sfritul unui ciclu de schimburi de regitrii master-ul va obine informaii privind poziia staiilor slave n inel i numrul de bii de date transmii de acestea.

Date tehnice:

Lungime maxim cablu 13 km, extensibil cu amplificatoare (repeaters)

Maxim 512 (8 x 64) staii

Nu este necesar adresa unic, deoarece ordinea de cablare a modulelor determin exact poziiile datelor n pachetele de mesaje

Timp de ciclu fix, dependent de numrul de staii

n figura 3.3. se prezint o structur de reea Interbus. Reeaua principal (remote bus) asigur legturile fizice ntre un PLC cu funcie de master i mai multe cuploare (BK) de sub-reele (maxim 64). Pe fiecare sub-reea pot fi ataate maxim 8 module de intrri/ieiri. Pentru a asigura integritatea datelor transmise, standardul Interbus impune o distana maxim de 400 m ntre cuploarele de sub-reele i 1,5 m ntre modulele de intrri/ieiri

Fig. 3.3. Exemplu de reea Interbus cu: 1 PLC master, max. 64 cuploare de sub-reelei max. 8 x 64 module slave de intrri/ieiriCAN Bus

Tehnologia CAN bus (Controller Area Network) a fost la origine dezvoltat de firma Bosh pentru a lega n reea diferite componente inteligente pentru controlul motoarelor n industria automobilelor. Folosete pentru nivelul fizic un cablu cu 2 fire.

Pentru transmisia de date n protocolul CAN, fiecare staie cunoate exact toate adresele staiilor din reea. Fiecare mesaj are un un antet cu identificator unic i care descrie coninutul i prioritatea acelui mesaj. Fiecare mesaj este transmis la toate staiile, n acelai timp. Staiile analizeaz antetul mesajului i iau decizii selective n privina rspunsului sau al altor aciuni, fig. 3.4.

Fig. 3.4. Modul de selecie al unui mesaj ntr-o reea CAN.

Deoarece nu exist un master de reea, apare posibilitatea de conflict de acces la reea atunci cnd dou sau mai multe staii transmit n acelai timp (coliziune a mesajelor). Prin observarea identificatorilor din antetul mesajelor, dreptul de acces la reea este reglat foarte repede i fr pierderea capacitii de transmisie a datelor. Modul de conectare fizic a staiilor permite ca pe reea s apar doar o combinaie SI logic a tuturor semnalelor trimise la un moment dat. Starea dominant (de 0 logic) se impune n faa unei stri recesive (1 logic). Dac o staie transmite la un moment dat un semnal 0 logic i n acelai timp o a doua staie transmite semnal 1 logic, pe cablul de legtur dintre staii se va propaga numai semnalul dominant, 0 logic, fig. 3.5. Mesajul cu numrul de identificare cel mai mic are prioritate. Staiile celelalte se opresc din transmisie i trec n starea de ascultare. Ele vor atepta terminarea mesajului pentru a rencerca s transmit.

Fig. 3.5. Ordinea comunicaiilor n reea Profibus FMS, tehnica jetonului i tehnica master-slave.

AS Interface (ASI)

ASI (Actuator-Sensor-Interface) este un sistem de comunicare ce leag ntr-o reea un singur master (PLC) cu mai muli senzori i actuatori inteligeni. Deoarece nu permite comunicaii ntre controller-e aflate pe acelai nivel, o reea ASI este utilizat la cel mai jos nivel de automatizare din ierarhia de control (low fieldbus). Se poate spune chiar c ASI este sub nivelul fieldbus, deoarece ajut doar la conectarea senzorilor i actuatorilor cu mai puine cabluri de conexiuni dect se folosesc n modul convenional.

ASI funcioneaz pe principiul comunicaiei master-slave. Controller-ul master este conectat cu ajutorul unui singur cablu (galben) cu toi senzorii i actuatorii (slaves). Fiecare slave are o adres unic, setat de utilizator cu ajutorul unei console speciale de configurare. Configurarea se poate face pe rnd, deconectnd temporar de pe cablu senzorii i actuatorii deja configurai.

Cablul de legtur are dou funcii. Prima funcie este de a transmite mesaje de la master la fiecare slave. Cu ajutorul mesajelor se interogheaz starea semzorilor i se d comand ctre actuatori. A doua este de a alimenta cu energie senzorii i actuatorii. Dac actuatorii necesit putere mai mare, se utilizeaz un al doilea cablu (negru) special pentru alimentarea cu energie.

Date tehnice:

Lungime maxim a cablului: 100m, extensibil cu amplificatoare (repeters)

Numr maxim de module de intrare/ieire (slaves): 31

Adrese fixe repartizate de master sau de o consol de configurare

Ciclu de reea: 5 ms cu 31 slaves

4 Biti de date pentru fiecare slave, (31 x 4 = 124 intrri/ieiri digitale)

Vitez de comunicaie reea: 0.167 MBit/s (vitez de comunicaie date: 53.3 kBit/s)

Fig. 3.6. Ordinea de comunicare (de la stnga la dreapta) ntre master i slaves ntr-o reea ASI.

n ultimii ani au aprut variante de reele ASI cu 8 biti i 12 biti de date pentru fiecare modul slave. Motivul pentru varianta cu 12 bii este simplu: permite utilizarea de senzori analogici n reele ASI.

3. Interfee ommain (HMI Human Machine Interface)

n automatizrile moderne sunt tot mai des folosite echipamente electronice care asigur informarea operatorilor asupra strii unor maini de lucru complexe cu ajutorul unui afiaj electronic n mod text sau grafic, cu cristale lichide (LCD) sau cu monitor sensibil la atingerea ecranului.

n literatura tehnic din limba englez dispozitivele de control i comand de tip panou operator fac parte din categoria Human Machine Interface (HMI) sau Man Machine Interface (MMI).

n afar de afiaj, echipamente HMI dispun de taste funcionale i taste alfa-numerice cu ajutorul crora operatorul poate s modifice parametri de funcionare ai procesului i s comande diverse aciuni ale mainii. Un echipament HMI este, n general, utilizat n tandem cu un AP. O caracteristic esenial a oricrui automat programabil modern este capacitatea acestuia de a comunica cu alte dispozitive inteligente de control i comand, cum sunt i panourile operator cu afiare n mod text sau cu afiare grafic. Afiarea n mod text se utilizeaz preponderent n aplicaiile de automatizare de mrime mic sau medie unde nu sunt importante vizualizri ale mrimilor de proces (temperaturi, presiuni, debite, etc.). Tehnologic, astfel de panouri operator sunt construite cu afiaje cu leduri sau cu cristale lichide i, n funcie de modelul constructiv, pot avea un ecran de 1...4 siruri cu 8...20 de caractere fiecare.

Comunicaia dintre automatul programabil i panoul operator se poate face:

prin intrri/ieiri digitale, pentru panouri operator mai simple;

serial de tip unul la unul cu interfa RS232, bucl de curent sau TTL;

n reea, Ethernet sau ntr-unul din numeroasele protocoale industriale Fieldbus.

Avantajele ultimelor dou tipuri de comunicaie este evident atunci cnd se folosete panoul operator i pentru introducerea de comenzi din partea operatorului, adic atunci cnd comunicaia cu automatul programabil este bidirecional (panoul operator nu este un simplu afior de texte).

De exemplu, fiecare post de lucru automat este dotat cu cel puin trei comenzi principale: Start, Stop, Reset. ntr-o instalaie fr panou operator aceste butoane ocup trei intrri digitale n AP. n plus, orice semnalizare vizual sau auditiv ctre operator nseamn utilizarea uneia sau mai multor ieiri digitale ale AP-ului (cele mai multe semnalizri vizuale se folosesc pentru semnalarea unei stri de defect sau eroare n instalaie).

n cazul folosirii unui panou operator cu comunicaie serial sau n reea, aceste intrri i ieiri rmn libere i sunt disponibile pentru senzori respectiv elemente de execuie din instalaie. Prin eliberarea n acest fel a unui numr semnificativ de intrri/ieiri se poate alege un automat programabil mai mic sau se poate renuna la un modul de intrri/ieiri (n cazul automatelor programabile modulare).

Avantajele utilizrii unui echipament HMI:

Economie de intrri/ieiri digitale pentru AP

Afiare text informativ ctre operator, cu explicaii mai detaliate i mai elocvente Se permite introducerea si modificarea uoar a parametrilor importani ai procesului

n funcie de complexitatea programului, se pot afia texte pentru diagnosticare defecte sau pentru mentenan (ex. la 10000 de piese trebuie schimbat uleiul n sistemul de ungere).

Echipamentele HMI se programeaz de ctre utilizator n mod asemntor cu AP-urile. Programarea trebuie s se fac n paralel, pentru AP i pentru echipamentul HMI, deoarece funcionarea lor trebuie s fie unitar. Exist software specializat cu ajutorul cruia se editeaz textele ce trebuiesc afiate n funcie de anumite evenimente, i se dau comenzi ctre AP-ul cu care echipamentul HMI este conectat. Programul se realizeaz pe un calculator obinuit iar la sfrit, se ncarc n memoria controller-ului din panoul operator. n figura 3.7 este artat un panou operator cu afiaj text i 11 taste funcionale.

Fig. 3.7. Panou operator cu afiaj LCD n mod text.4. Programe SCADA de control i achiziie date

SCADA este denumirea prescurtat a programelor software pentru Supervisory Control And Data Acquisition. Ele se instaleaz pe un calculator personal sau industrial i asigur conducerea centralizat a unor procese industriale. Un sistem SCADA poate urmri att un post de lucru simplu cu un singur AP, ct i un sistem complex cum ar fi, de exemplu, reeaua de transport gaze naturale pe teritoriul unei ri. Un sistem SCADA are urmtoarele funcii: Permite transmiterea de comenzi ctre instalaia supravegheat, n mod centralizat. Permite recepionarea de informaii despre starea unuia sau mai multor procese, n mod centralizat. Realizeaz o imagine grafic i animat a procesului pe un monitor de calculator sau un ecran.

Permite achiziionarea (nregistrarea) de date n timp real i memorarea acestor date n memoria calculatorului

Poate comunica cu alte calculatoare de pe acelai nivel i transmite date brute sau prelucrate Asigur protecia a datelor i a echipamentului supraveghet printr-un sistem de securitate cu parole pentru diferite nivele de acces. Exist multe firme care dezvolt i vnd programe SCADA. n unele companii se dezvolt programe SCADA particularizate. Oricum, printre cele mai cunoscute pachete de programe de firm de tip SCADA se enumer: InTouch de la firma Wonderware i WinCC de la firma Siemens.Un program tip SCADA care funcioneaz pe o platfrm Windows face apel la mai multe tehnici de comunicaie, interne calculatorului i externe(cu echipamente din proces). Comunicaiile interne se bazeaz pe tehnologie DDE (Dynamic Data Excenge) care este cea mai rapid metod de comunicaii ntre aplicaiile deschise simultan pe un calculator ce ruleaz cu sistemul de operare Windows.

Tehnica de lucru a unui pachet SCADA este de mprire a sarcinilor n programe diferite i separate ce ruleaz n paralel i comunic ntre ele prin mesaje DDE. Astfel, se disting programe cu urmtoarele funcii:

De comunicaii externe: citesc n permanen la un port de comunicare extern (serial, profibus, ethernet etc). Achiziioneaz i transmit date de la, respectiv pentru, echipamente periferice.

De interfa cu utilizatorul: au grij de animaia ecranului i de desenarea n fereastra utilizatorului. Preiau comenzile pe care utilizatorul le introduce cu mouse-ul sau cu tastatura.

De gestionare a datelor: se ocup cu prelucrarea i arhivarea datelor achiziionate, comunicaii i schimb de date cu alte baze de date prin tehnologie SQL sau ODBC.Un program SCADA poate comunica prin mesaje DDE cu aplicaii precum Excel i Access i poate transmite date n timp real ctre departamentele de contabilitate, gestiune sau vanzri. Astfel se realizeaz o legtur ntre reeaua de proces (producie) i reeaua de la nivelul conducerii i administrrii firmei.5. Sisteme integrate

Roboii sunt deseori componente ale unei fabrici de producie complex, cu grad nalt de automatizare. n afar de roboi exist i alte echipamente i sisteme automatizate: maini-unelte, sisteme de transport, dispozitive de msurare i control, depozite automatizate etc. Pentru asigurarea unei producii continue i eficiente, fr probleme de apariie a blocrilor, fiecare component trebuie s opereze n coordonare cu toate celelalte. Roboii trebuie s se sincronizeze n timp cu mainile pe care le deservesc sau de care depind. Aceast coordonare este preluat de controller-ul robotului, care trebuie s poat comunica cu uniti de control superioare, inferioare sau aflate pe acelai nivel, n lanul de comand. Sistemele i tehnologiile actuale folosite pentru coordonarea unei fabrici cu grad nalt de automatizare constau n:

Automate Programabile

Sisteme de comunicaii Fieldbus

Controller-ul unei celule de fabricaie

Controller-ul de stocuri

Sistemul de planificare a produciei (PPS Production Planning System) 5.1. Controller-ul unei celule de fabricaie

n producia de serie mare, mai puin flexibil, facilitile de producie sunt aranjate pe linii de producie. n sistemele de producie flexibile se folosesc celule de fabricaie cu robot. Aa numitul controller al unei celule de producie preia controlul tuturor componentelor din care este alctuit celula de fabricaie (sincronizarea tuturor mainilor i roboilor din celul). Toate informaiile necesare pentru controlul fabricaiei n celul alctuiesc planul de producie local. Pentru comunicarea cu controller-ele subordonate ale mainilor i roboilor din celul, controller-ul master va utiliza reele fieldbus.

De asemenea, controller-ul va fi conectat cu un claculator sau mai multe, aftate pe nivele superioare, acestea fiind utile la nivelul conducerii (PPS) pentru vizualizare i control direct al procesului. Comunicaia cu nivelele superioare se realizeaz tot n reea, de obicei Ethernet, cu protocoalele TCP/IP. n figura 3.8. se prezint schematic modul de integrare a unor controller-e de celule de fabricaie n ierarhia de control.

Fig. 3.8. Ierarhia controlului ntr-un sistem CIM.

5.2. Controller-ul de depozit

n zilele noastre se utilizeaz depozite automatizate, controlate de un controller (calculator). Orice micare de depozitare a materiilor prime i a pieselor finite sau semifinite se face automat, cu nregistrarea stocurilor ntr-o baz de date. Controller-ul depozitului va consulta ntotdeauna baza de date pentru a permite anumite aciuni de alimentare a produciei sau pentru a semnaliza lipsa de materie prim. Deoarece baza de date este foarte important pentru fabric, aceasta este memorat pe sisteme redundante, astfel nct, n caz de defect al unui calculator, datele s nu se piard.

Controller-ul depozitului este subordonat direct sistemului de planificare al producie. Acesta din urm decide care va fi circulaia mrfurilor n depozit, conform cu planul de producie aflat n desfurare.

5.3. Sistemul de planificare a produciei

Unitile de producie industrial trebuie s aibe un plan de producie pe termen mediu (orientativ) i un plan de producie pe termen scurt (detaliat). Aceste planuri determin modul de alocare a resurselor n procesul de producie (ce materii prime pentru ce produse). Planul de producie este n strns corelaie cu planul de vnzri al companiei i este subordonat acestuia deoarece activitatea de vnzare este cea care dicteaz ajustarea i modificarea planului de producie.

n acord cu principiul stocurilor minime se practic strategia produciei la comand. O comand acceptat este introdus n sistemul de planificare al produciei, fig. 3.9. Acesta rezerv resurse i programeaz producia anumitor produse, pentru anumii clieni, ntr-un anumit interval de timp. Pornete producia la un timp dat i trimite materialul brut prin sistemul de transport, fie pe liniile de producie, fie la celulele de producie necesare n vederea realizrii produsului.

Fig. 3.9. Schema logic de prelucrare a unei comenzi ntr-o fabric automaizat (CIM).

CAD: Computer Aided Design

CAP: Computer Aided Planning

CAM: Computer Aided Manufacturing

CIM: Computer Integrated Manufacturing

PAGE 2