1. AUTOMATYZACJA W NOWOCZESNYM ZAKŁADZIE PRZEMYSŁOWYM

Rozwój przemysłu obserwowany w ciągu ostatnich lat spowodował wzrost złożoności procesów technologicznych oraz zaostrzenie wymagań w stosunku do jakości i wydajności produkcji. Duża konkurencja, obecna na światowym rynku wśród największych potentatów przemysłowych wymusza stosowanie coraz nowocześniejszych, bezpieczniejszych i bardziej niezawodnych systemów sterowania i zarządzania produkcja. Powszechnie dąży sie do tzw. automatyzacji przedsiębiorstw przemysłowych, polegającej na zastąpieniu lub ograniczeniu ludzkiej pracy fizycznej i umysłowej przez maszyny, wykonujące pewne powtarzalne czynności automatycznie. Realizacja tej strategii możliwa jest tylko przy zastosowaniu nowoczesnych rozwiązań z szeroko pojętej dziedziny automatyki przemysłowej, która nieustannie sie rozwija. Obecnie zauważyć można wprowadzanie sztucznej inteligencji na poziomie samego procesu technologicznego (nowoczesne elementy i układy automatyki), zwiększenie ilości informacji rozsyłanych po całym przedsiębiorstwie (nowoczesne standardy komunikacji) oraz polepszenie wyglądu w stan procesu (systemy SCADA). Powstanie sieci transmisji danych zredukowało okablowanie oraz umożliwiło umieszczenie regulatorów w pobliżu procesu zamiast w centralnej sterowni. Zostało to określone jako wprowadzenie systemów regulacji z rozproszona inteligencja. Komunikacja sieciowa umożliwiła również większa dostępność do istotnych danych w obrębie całego przedsiębiorstwa. Z kolei odpowiednio usytuowane oprogramowanie SCADA oraz panele operatorskie diagnozują prace systemu automatyki umożliwiając kompleksowa kontrole nad całym procesem, jego odcinkiem lub nad poszczególnymi urządzeniami. Te wszystkie elementy składowe, połączone w jeden spójny system tworzą zintegrowane systemy sterowania, nazywane również systemami rozproszonymi DCS (Distributed Control Systems) . Szybki wzrost produkcji, który charakteryzuje rozwój współczesnego przemysłu wymaga systematycznego podnoszenia poziomu organizacji i automatyzacji procesów wytwórczych. Dotyczy to również rozwoju układów i środków transportu wewnątrz zakładowego, który musi zapewniać ciągły obieg surowców, półwyrobów i gotowych wyrobów przez wszystkie stanowiska produkcyjne, kontrolne i magazynowe. Tak, wiec transport wewnątrz zakładowy musi być ściśle powiązany z organizacja produkcji istniejąca w zakładzie i dostosowany do istniejących procesów technologicznych. Na całym świecie coraz częściej poddaje sie analizie sprawność, prędkość przebiegu i ekonomiczność transportu materiałów w cyklu produkcyjnym. Wiąże sie z tym konkretne posunięcia organizacyjne, zmierzające do ograniczenia pracy ręcznej i zastępowania jej automatyczna praca mechanicznych środków transportu, które umożliwiają przemieszczanie większych ilości materiałów transportowanych luzem z większa prędkością. Przykładem tego może być przemysł wydobywczy, w którym coraz częściej stosuje sie rozproszone systemy sterowania, obejmujące równie urządzenia transportowe, takie jak przenośniki taśmowe . Automatyzacja umożliwia firmom produkowanie w krótszym czasie większej liczby wyrobów, produkcje z mniejsza ilością odpadów, optymalne od strony ekonomicznej zarządzanie procesem oraz monitoring na każdym stopniu procesu. Szybsza i bardziej wydajna produkcja przynosi duże korzyści finansowe dla wytwórcy oraz zadowolenie klienta. Monitoring i diagnostyka w znacznym stopniu redukują liczbę awarii, a optymalne zarządzanie procesem produkcji znacznie obniża koszty. Aby uzyskać takie efekty, dla każdego procesu technologicznego, musi zostać właściwie zaprojektowany i zrealizowany system sterowania. W tym celu niezbędne jest wykorzystanie doświadczenia i fachowej wiedzy inżynierów-automatyków, specjalizujących sie w danej dziedzinie .

Przystąpienie Polski do Unii Europejskiej spowodowało znaczące rozszerzenie rynku pracy, na którym odnotowano wyraźne zapotrzebowanie na inżynierów elektryków, specjalizujących sie w zakresie automatyki przemysłowej. Powszechny brak wykwalifikowanej kadry technicznej powoduje konieczność odpowiedniego kierunkowego kształcenia na wyższych uczelniach technicznych, których absolwenci

oprócz ugruntowanej wiedzy teoretycznej powinni posiadać również przygotowanie

praktyczne. W tym celu niezbędne jest odpowiednie wyposażenie laboratoriów naukowych i dydaktycznych, w których powinien znajdować sie nowoczesny sprzęt,

podobny do tego, który jest obecnie stosowany w przemyśle. Oprócz nowoczesnych

urządzeń pomiarowych i sterujących laboratoria powinny być wyposażone w różnego

rodzaju modele fizyczne, stanowiące w miarę możliwości wierne odpowiedniki rzeczywistych urządzeń i procesów technologicznych spotykanych w przemyśle.

2. ZASTOSOWANIE MODELI PROCESÓW TECHNOLOGICZNYCH

DO TESTOWANIA SYSTEMÓW DCS

Nowoczesne przemysłowe systemy sterowania coraz częściej posiadają strukturę rozproszona, która bezpośrednio wynika z dużych odległości pomiędzy poszczególnymi elementami automatyki. Prawidłowy przebieg każdego procesu technologicznego wymaga opracowania odpowiedniej strategii sterowania urządzeniami automatyki, które musza być odpowiednio połączone ze sobą, tworząc zintegrowany system sterowania. Elementy składowe zintegrowanych systemów sterowania to najczęściej: sterowniki programowalne PLC, sieci komunikacyjne, czujniki, układy wykonawcze oraz systemy diagnostyki i wizualizacji. Podstawowa rola systemu DCS jest zapewnienie szybkiej i niezawodnej wymiany danych oraz przepływu informacji na każdej płaszczyźnie.

Zintegrowane systemy sterowania musza spełniając wymagania niezawodności i bezpieczeństwa, które zależą miedzy innymi od:

 stopnia niezawodności poszczególnych elementów urządzeń układu sterowania

procesem przemysłowym, niezawodności zasilania urządzeń sterowniczych,

prawidłowego opracowania algorytmu sterowania procesem przemysłowym, właściwości zastosowanych sieci przemysłowych. sprawdzenie współpracujących z nim urządzeń sterujących pod kątem dopasowania poziomów sygnałów sterujących. Ponadto, modele rzeczywiste pozwalają na przetestowanie odporności urządzeń automatyki na prace w warunkach silnych zakłóceń elektromagnetycznych, pochodzących przykładowo od silników elektrycznych zasilanych z przekształtników częstotliwości. Dzięki temu możliwy jest dobór odpowiednich kabli zasilających i sygnałowych w układzie sterowania, które będą skutecznie tłumic zakłócenia zewnętrzne. Oprócz tego, modele fizyczne pozwalają na przetestowanie odporności całego systemu sterowania na trudne warunki środowiskowe, takie jak podwyższona temperatura, duża wilgotność czy obecność agresywnych substancji chemicznych. Od strony testów oprogramowania sterującego, zastosowanie modeli rzeczywistych procesów przemysłowych umożliwia przede wszystkim zasymulowanie różnych stanów awaryjnych oraz przebadanie reakcji obiektów sterujących na tego typu zdarzenia. Dzięki temu, możliwe jest opracowanie i przetestowanie odpowiednich algorytmów zabezpieczających i w razie potrzeby zastosowanie redundancji sprzętowej, zwiększającej niezawodność i bezpieczeństwo aplikacji.

3.Automatyka-Sygnały

Sygnał to dowolna wielkość fizyczna za pomocą, której przekazywane są informacje w pewnym procesie np.: temperatura, ciśnienie. Podział sygnałów: sygnał analogowy (ciągły), sygnały dyskretne, sygnał dyskretny próbkowany w czasie.

Ze względu na rodzaj: sygnał pneumatyczny (sygnałem jest ciśnienie sprężonego powietrza. Wartość sygnału jest znormalizowana od 20 do 100 kPa), sygnał hydrauliczny (ciśnienie oleju od 1 do 16 MPa), sygnał elektryczny (-sygnał prądu od 0 do 20mA, sygnał napięcia od ± 10 V, napięcie prądu przemiennego 230v, 380 V). Element automatyki – jest to urządzenie występujące w układzie automatycznej regulacji, w którym można wyróżnić wyjście i wejście.

Układ sterowania automatycznego jest to zespół obiektów i oddziaływujących na niego urządzeń.

Łącznik bimetaliczny jest to przedmiot, który odgina się pod wpływem temperatury. Gdy temperatura spada poniżej zaprogramowanej, łącznik bimetaliczny odgina się, co powoduje zamknięcie obwodu i doprowadza napięcie do grzejnika. Temperatura rośnie. Gdy wzrośnie powyżej zaprogramowanej, łącznik odchyla się przerywając obwód. W układzie tym obiektem jest termostat, a regulatorem są grzejnik i łącznik bimetaliczny. Podział układów regulacji: 1) układ regulacji stałowartościowej, 2) układ regulacji programowanej. Wielkość wyjściowa zmienia się w sposób zaprogramowany, 3) układ regulacji nadążnej. Układ podąża za zmianami nieznacznymi, 4) Układ regulacji ekstremalnej.

Silnik napędza przekładnie, która obraca krzywkę połączoną z rozdzielnią, która reguluje poziom oleju w siłowniku poprzez przesuwanie się w górę lub w dół.

Obiekt – komora grzejna, czujnik pomiarowy – bimetal, przetwornik pomiarowy – bimetal.

Termoelement – element, w którym indukuje się siła termoelektryczna spowodowana zmianą temperatury. Zbudowany jest z dwóch metali złączonych spoiwem. Wzmacniacz – wzmacnia sygnał błędu.

Jeżeli temperatura w komorze jest wysoka to termoelement podaje sygnał do wzmacniacza, który go wzmacnia i podaje go do silnika. Następnie sygnał z silnika wędruje przez przekładnie i przesuwa autotransformator w dół, aby zmniejszyć napięcie podawane na grzałkę.

4. PODSUMOWANIE

Zastosowanie rzeczywistych modeli procesów przemysłowych umożliwia przeprowadzenie testów programowych i sprzętowych urządzeń automatyki przemysłowej, wchodzących w skład zintegrowanych systemów sterowania. Testy programowe umożliwiają zbadanie zachowania sie systemu w sytuacjach awaryjnych oraz przebadanie odporności na zakłócenia o charakterze stochastycznym. Testy sprzętowe, z kolei, pozwalają na przebadanie wszystkich urządzeń pod katem ich wzajemnej kompatybilności, odporności na zakłócenia elektromagnetyczne i trudne warunki środowiskowe. Przedstawiony w referacie model rzeczywisty procesu segregacji i transportu materiału umożliwia wykonanie badan testowych różnych elementów automatyki przemysłowej, wchodzących w skład zintegrowanych systemów sterowania.

5.Zrobotyzowanie w nowoczesnym zakładzie przemysłowym

„Robot” to słowo powszechnie znane. Przypisujemy je do wielu różnych urządzeni znajdujących się w naszych domach. Czym jednak dokładnie są roboty? Słownik PWN mówi nam: „[jest to] urządzenie przeznaczone do realizacji niektórych czynności manipulacyjnych, lokomocyjnych, informacyjnych i intelektualnych człowieka”. Czyli prościej: robot to taka maszyna, która wykonuje pewne, określone czynności automatycznie. Działanie robota może być albo wcześniej zaprogramowane lub kontrolowane bezpośrednio przez człowieka.

Słowo „robot” zostało wprowadzone przez Karela Ĉapka w 1923r. w książce „R.U.R.” i oznacza ciężką pracę i wysiłek. Termin „robotyka” to już dzieło innego pisarza, Isaaca Asimova, który jest również autorem trzech praw robotyki:

1)Robot nie może zranić i skrzywdzić człowieka ani przez zaniechanie działania dopuścić, aby człowiek poniósł szkodę.

2)Robot musi słuchać danego mu rozkazu, chyba, że koliduje on z Pierwszym Prawem.

3)Robot musi chronić sam siebie, dopóki nie koliduje to z Pierwszym lub Drugim Prawem.

Nie potrafimy stwierdzić co było pierwszym robotem jednak większość badaczy uważa, że były to antyczne klepsydry, które same potrafiły się obracać bądź latająca drewniana mucha, skonstruowana przez Arytasa z Tarentu w IV w. p.n.e.. Za pierwszego robota humanoidalnego uważa się konstrukcje Jacquesa de Vaucansona. Był to, stworzony w 1738r., android potrafiący grać na flecie. Jednak już w 1495r. Leonardo da Vinci zrobił techniczny rysunek mechanicznego rycerza. Niestety nie ma dowodów potwierdzających, że da Vinci zrealizował swój projekt. Jednak dopiero w połowie XXw. Zaczęto konstruować „prawdziwe” roboty. Były to np. podobne do żółwi maszyny, które poruszając się na trzech kółkach penetrowały pomieszczenia w poszukiwaniu światła. Umiały przy tym ominąć przeszkody i uciekały, gdy światło było za mocne. Roboty swoje zastosowanie znalazły na początku w fabrykach samochodów.

Roboty dzielimy ze względu na różne rzeczy. Możemy podzielić je ze względu na sposób działania. Wtedy są to:

1)Manipulatory – często spotykane roboty przemysłowe. Pełnią one funkcje manipulacyjne i wysięgnikowe- zastępują górne kończyny człowieka. Zwykle mają one postać mechanicznego ramienia o pewnej liczbie stopni swobody (najczęściej spotykamy je w fabrykach samochodów). Ich zaletą jest to, że działają dużo szybciej i dokładniej niż człowiek oraz nie potrzebują przerw.

2)Pedipulatory – maszyny kroczące, pełnią funkcje lokomocyjne (zastępują kończyny dolne człowieka.

3)Humanoidalne – starają się naśladować człowieka. Wyglądem i zachowaniem. Obecnie najlepsze z tych robotów są na etapie rozwoju 3 letniego dziecka.

Pojawiło się tu określenie „stopnie swobody”. Termin ten określa ilość ruchów jakie ciało może swobodnie wykonać w przestrzeni.

Obecnie roboty dzielimy na trzy podgrupy (generacje):

1)Roboty I generacji to takie, które realizują zadane programy ruchowe, są zdolne do samodzielnego wykonywania i powtarzania prostych czynności.

2)Roboty II generacji mają różne „zmysły”. Przez połączony z komputerem zestaw czynników (sensory) reagują na dotyk, sygnały dźwiękowe, mają zdolność rozróżniania kolorów i kształtów.

3)Roboty III generacji są wyposażone w najbardziej rozwinięte „zmysły” (fotoelementy). Wzrok umożliwia im obserwacje zmian środowiska a słuch komunikację głosową. Oraz techniczny układ „sztucznej inteligencji”.

Różne są również zastosowania robotów.

1)Roboty przemysłowe. Zazwyczaj są to manipulatory. Używamy ich do wykonywania powtarzających się czynności. 90% tych robotów pracuje w fabrykach, z czego połowa przy składaniu samochodów.

2)Roboty w służbie prawa. Używane są najczęściej do rozbrajania bomb. Roboty te (ruchome platformy z przymocowanymi narzędziami potrzebnymi do rozbrajania bomb) są kontrolowane przez operatora.

3)Roboty zwiadowcze. Używane są do badania środowisk niedostępnych dal człowieka. Np. głęboko pod wodą, w miejscach silnie skażonych lub w kosmosie.

4)Roboty w rozrywce. Roboty są tu przeróżne, od reagujących na dotyk pluszaków do technicznie zaawansowanych pojazdów używanych w zawodach robotów.

Warto wspomnieć o naukowcach, którzy pragną zbudować robota, który będzie „jak człowiek”. Znanych jest kilaka robotów, które są dostępne w Japonii, które potrafią np. tańczyć czy zabawiać prostą rozmową.

6.Wpływ zautomatyzowania i zrobotyzowania na bezrobocie

Zagrożeniem wynikającym z wszechobecnej robotyzacji i faktu, że maszyny będą w stanie zastąpić człowieka w prawie każdej dziedzinie życia, może być duży wzrost bezrobocia technologicznego , czyli wynikające z postępu technicznego . Specjaliści są jednak przekonani, że z czasem powstaną nowe miejsca pracy, związane z szeroko pojętą automatyką i robotyką, takie jak projektowanie, programowanie czy serwisowanie robotów.

Działanie zrobotyzowanego społeczeństwa

Hiszpańscy naukowcy podjęli się także oszacowania możliwych skutków, jakie może wywołać włączenie robotów do naszego życia. Z jednej strony może nastąpić silne zróżnicowanie w dostępie do takich technologii, tak jak ma to obecnie miejsce w przypadku Internetu. Spowoduje to zacofanie kulturowe i podział społeczeństwa na ludzi, którzy będą mogli sobie pozwolić na zakup robota, który będzie ich wspomagał w codziennym życiu, oraz ludzi, których po prostu nie będzie na to stać. Robotyzacja dotknie w największym stopniu społeczności bogate i wysokorozwinięte, co pogłębi cywilizacyjną przepaść oraz potencjał logistyczny i militarny pomiędzy wysokorozwiniętymi krajami a krajami trzeciego świata. Z drugiej jednak strony, już dzisiaj wielu Japończyków wierzy, że ich roboty są "żywe", a w przyszłości roboty posiądą cechy typowo ludzkie, możliwe nawet, że powstanie kodeks robotów, regulujący ich prawa.