Новейшие модули управления для автоматизации производства

Промышленность активно внедряет цифровые технологии для повышения эффективности производства. Одним из ключевых элементов являются современные модули управления оборудованием. Давайте разберемся, какие новейшие разработки появились в этой сфере и как они могут помочь оптимизировать бизнес-процессы.

Тенденции развития модулей управления

Модули управления используются на производстве уже не одно десятилетие. Однако в последние годы этот сегмент активно развивается благодаря внедрению новых технологий.

По данным аналитической компании MarketsandMarkets, мировой рынок промышленных модулей управления в 2021 году оценивался в 15,8 млрд долларов и к 2026 году может вырасти до 25,2 млрд долларов.

Рост рынка обусловлен несколькими факторами:

• Переход от аналоговых систем управления к цифровым;
• Расширение функционала модулей управления за счет новых технологий;
• Потребность промышленных предприятий в автоматизации производства.

Бурное развитие модулей управления началось в 1990-х годах. До этого использовались в основном электромеханические реле и таймеры. Появление микроконтроллеров и микропроцессоров позволило создать компактные и функциональные модули, способные заменить громоздкие системы управления.

Современный рынок модулей управления можно разделить на несколько сегментов:

• Промышленные модули управления на базе микроконтроллеров или ПЛИС;
• Программируемые логические контроллеры (ПЛК);
• Панели оператора для визуализации и мониторинга;
• Модули ввода-вывода для сбора данных с датчиков.

Ведущими игроками на этом рынке являются такие компании как Siemens, Rockwell Automation, Mitsubishi Electric, Omron, Schneider Electric. Они занимают около 65% мирового рынка промышленной автоматизации.

Функциональные возможности

Современные модули управления обладают широкими функциональными возможностями. Рассмотрим основные из них:

• Мониторинг параметров оборудования в реальном времени - модули управления позволяют отслеживать такие показатели как температура, давление, расход, вибрация, уровень жидкости и многие другие. Это помогает своевременно реагировать на отклонения от заданных параметров.
• Автоматическая балансировка нагрузки - данная функция распределяет нагрузку между различным оборудованием или линиями для оптимизации производительности и исключения простоев.
• Предиктивная аналитика и предупреждение поломок - на основе собранных данных о работе оборудования модули могут прогнозировать возможные неисправности и отправлять оповещения для их предотвращения.

Также современные модули управления поддерживают удаленный мониторинг через web-интерфейс или мобильные приложения. Это позволяет получать актуальную информацию о состоянии оборудования в любой точке мира.

Большинство модулей управления оснащаются различными интерфейсами для интеграции с другими информационными системами:

• SCADA для визуализации технологических процессов;
• MES для сбора данных о производительности и простоях;
• ERP для передачи данных в учетные системы.

Такая интеграция позволяет комплексно управлять производством на всех его уровнях.

Модули управления в разных отраслях

Рассмотрим применение модулей управления в различных отраслях промышленности.

Добывающая отрасль

В добывающей промышленности, будь то нефтегазовый сектор, горнодобывающая отрасль или металлургия, особо важна бесперебойная работа оборудования.

Здесь применяются различные виды модулей управления:

• Программируемые логические контроллеры (ПЛК) для автоматизации технологических процессов, управления насосами, конвейерами, дробилками. Они отличаются повышенной надежностью и защищенностью от внешних воздействий.
• Панели оператора с яркими экранами, устойчивыми к перепадам температур, для визуализации работы оборудования. Их размещают в операторских или непосредственно на производственных участках.
• Модули ввода-вывода для подключения различных датчиков - расходомеров, датчиков давления, вибрации, газоанализаторов.

Пример: на предприятии по добыче никеля введена в эксплуатацию автоматизированная система на базе ПЛК Siemens с модулями ввода-вывода ET200. Система позволила сократить время простоев конвейеров на 30% за счет автоматического переключения и балансировки нагрузки.

Пищевая промышленность

Для пищевой промышленности характерно использование специализированного технологического оборудования: пароконвектоматов, фасовочно-упаковочных линий, сушильных и морозильных камер.

Модули управления здесь решают задачи:

• Контроля температурных режимов и влажности на разных этапах производства;
• Мониторинга работы и предупреждения поломок дорогостоящего оборудования;
• Автоматизации процессов фасовки и упаковки продукции.

Пример: на заводе по производству молочной продукции внедрена система мониторинга пастеризационно-охладительных установок на базе модулей управления Unitronics. Она позволяет непрерывно контролировать температуру и давление на всех этапах обработки молочного сырья.

Таким образом, новейшие модули управления открывают большие возможности для цифровизации производства в самых разных отрослях промышленности. Их функционал постоянно расширяется за счет новых технологий, таких как искусственный интеллект, VR/AR и цифровые двойники.

Энергетика

В энергетической отрасли модули управления широко используются для автоматизации работы электростанций и подстанций.

Здесь применяются модули:

• Для мониторинга параметров генераторов, трансформаторов, электродвигателей;
• Для управления выключателями, разъединителями, высоковольтными блоками;
• Для защиты оборудования от аварийных режимов.

На крупных электростанциях используются модули управления Siemens, которые интегрируются в АСУ ТП на базе SCADA-системы.

Транспорт и логистика

В сфере транспорта и логистики модули управления применяются для автоматизации работы различных механизмов:

• Конвейерные линии на складах и в портах;
• Подъемно-транспортное оборудование: краны, лифты, эскалаторы;
• Железнодорожная автоматика и системы управления движением поездов.

Здесь важными задачами являются повышение скорости грузопереработки и обеспечение безопасности.

Химическая промышленность

В химической промышленности требуется точный контроль параметров сложных технологических процессов, в том числе давления, температуры, расхода.

Для этих целей используют:

• Модули ввода сигналов с различных датчиков - давления, расхода, PH и др.
• Программируемые логические контроллеры для управления запорно-регулирующей арматурой, насосами.
• Панели оператора для визуализации параметров химических реакторов и трубопроводов.

Модули управления стиральных машин

Одним из массовых примеров использования модулей управления являются модули управления стиральной машины. Они выполняют целый ряд функций:

• Управляют скоростью вращения барабана и температурным режимом;
• Отслеживают уровень воды;
• Выбирают программу стирки в зависимости от загрузки;
• Оптимизируют расход электроэнергии и воды.

Схема модуля управления стиральной машины может включать:

• Микроконтроллер для обработки сигналов датчиков и формирования управляющих воздействий;
• Силовые ключи для питания электродвигателя и нагревательного элемента;
• Датчики уровня воды, температуры, вращения барабана.

Бытовые холодильники

Еще один распространенный пример - модуль управления холодильника. Он выполняет функции:

• Включения/выключения компрессора для поддержания температуры в камерах;
• Контроля обмерзания и автоматического оттаивания;
• Управления вентилятором для циркуляции воздуха внутри.