admin
Automatyka przemysłowa jest układem współpracujących ze sobą elementów, a nie zbiorem przypadkowo wybranych sterowników, czujników i napędów. Dlatego skuteczny dobór komponentów do maszyny powinien rozpoczynać się od funkcji urządzenia, wymagań procesu oraz koncepcji bezpieczeństwa. Inżynier projektujący maszynę musi uwzględnić jednocześnie logikę sterowania, sygnały wejścia i wyjścia, komunikację, ruch, interfejs operatora, bezpieczeństwo i późniejsze utrzymanie systemu. Właściwe pytanie brzmi więc nie „jaki PLC kupić?”, lecz „jakiej architektury sterowania wymaga maszyna?”.
Dobór automatyki powinien zaczynać się od funkcji maszyny
Przed otwarciem katalogu producenta warto przygotować opis procesu. Należy określić, co maszyna ma robić, w jakiej kolejności, z jaką prędkością, dokładnością i powtarzalnością. Dopiero później można przełożyć te wymagania na komponenty. Podstawą jest lista I/O. Trzeba określić liczbę sygnałów cyfrowych i analogowych, urządzenia komunikujące się przez sieć, osie napędowe oraz sygnały bezpieczeństwa. Warto pozostawić również rozsądny zapas na przyszłą rozbudowę. Sterownik pracujący na granicy swoich możliwości już w dniu uruchomienia pozostawia niewielkie pole do późniejszych modyfikacji.
Projekt powinien pokazywać, jak sygnał z czujnika trafia do sterownika, jest przetwarzany przez program i powoduje reakcję napędu lub innego elementu wykonawczego, a także jak system otrzymuje informację zwrotną. Osobną, ale powiązaną warstwę tworzy bezpieczeństwo. Takie spojrzenie ułatwia wykrycie problemów integracyjnych, zanim rozpoczną się zakupy.
Jak dobrać sterownik PLC i system I/O?
PLC powinien odpowiadać przede wszystkim skali zadania. Znaczenie mają liczba I/O, czas cyklu programu, obsługiwane funkcje technologiczne, pamięć, komunikacja i ewentualne sterowanie ruchem. Prosta maszyna z kilkunastoma sygnałami wymaga innej klasy sterownika niż linia z wieloma osiami, systemem wizyjnym i komunikacją nadrzędną. Należy także zdecydować, czy sygnały będą skupione w jednej szafie, czy korzystniejsze okaże się rozproszone I/O.
Komponenty muszą komunikować się wspólnym językiem. W zależności od architektury może to być np. PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT, Modbus TCP czy inny standard. Istotna jest nie tylko obecność protokołu w specyfikacji. Trzeba zweryfikować obsługiwane funkcje, topologię, czasy komunikacji oraz sposób diagnostyki.
Czujniki, HMI i napędy – na co patrzeć?
Element automatyki może mieć świetne parametry katalogowe, a mimo to być niewłaściwy do konkretnej aplikacji. Przy doborze czujnika trzeba uwzględnić nie tylko mierzony parametr. Znaczenie mają zakres pomiarowy, dokładność, częstotliwość pracy, rodzaj wyjścia, sposób montażu, temperatura, obecność pyłu, wody, oleju czy środków myjących. Czujnik pracujący poprawnie w laboratorium może szybko ulec awarii w środowisku przemysłowym, jeżeli nie został do niego przeznaczony.
Dobór panelu HMI powinien wynikać z zadań operatora. Jeżeli jego rolą jest tylko uruchomienie maszyny i wybór receptury, wymagania będą inne niż w przypadku stanowiska pokazującego trendy, alarmy, diagnostykę i parametry produkcji. Najbardziej efektowny ekran nie zastąpi czytelnej hierarchii informacji. Dobór napędu powinien uwzględniać obciążenie mechaniczne, wymagany moment, prędkość, dynamikę, sposób hamowania i profil pracy. Silnika, falownika czy serwonapędu nie należy traktować jako niezależnych pozycji w zestawieniu. Tworzą razem układ elektromechaniczny, którego parametry muszą odpowiadać aplikacji.
Bezpieczeństwo musi powstawać razem z automatyką
Jednym z najpoważniejszych błędów jest projektowanie automatyki, a następnie „dodawanie bezpieczeństwa” na końcu. Samo zastosowanie przekaźnika bezpieczeństwa lub safety PLC nie oznacza jeszcze, że funkcja bezpieczeństwa została prawidłowo zaprojektowana. Trzeba przeanalizować cały łańcuch: detekcję zagrożenia, logikę, komunikację i reakcję elementów wykonawczych. Współczesne systemy umożliwiają integrowanie bezpiecznych I/O, sterowników i funkcji napędowych, ale ich parametry muszą wynikać z analizy ryzyka.
Dla projektów realizowanych obecnie istotny jest również harmonogram legislacyjny. Rozporządzenie UE 2023/1230 dotyczące maszyn ma być stosowane zasadniczo od 20 stycznia 2027 r. W przypadku maszyn planowanych do wprowadzenia na rynek po tej dacie warto odpowiednio wcześnie zweryfikować wymagania dotyczące zgodności, zamiast robić to dopiero przed wystawieniem dokumentacji końcowej.
Środowisko pracy i szafa sterownicza
Automatyka pracuje w realnym środowisku produkcyjnym. Dlatego warunki otoczenia są pełnoprawnym parametrem projektowym. Trzeba zweryfikować zakres temperatur, stopień ochrony obudowy, możliwość kondensacji, obecność substancji agresywnych oraz sposób odprowadzania ciepła. Szafa pełna urządzeń elektronicznych sama generuje energię cieplną. Jeżeli projektant nie przeanalizuje bilansu cieplnego, problemy mogą pojawić się dopiero podczas pracy z pełnym obciążeniem.
Zasilacze, zabezpieczenia, filtrowanie i sposób prowadzenia przewodów wpływają na stabilność systemu. Szczególnej uwagi wymagają instalacje z falownikami i serwonapędami. Prawidłowa separacja obwodów i koncepcja uziemienia nie są dodatkiem estetycznym do schematu. Są elementem niezawodności maszyny.
Dlaczego dostępność komponentów jest parametrem technicznym?
Projektant często koncentruje się wyłącznie na parametrach elektrycznych. W produkcji seryjnej równie ważne jest to, czy ten sam komponent będzie można kupić przy budowie kolejnych maszyn i później podczas serwisu. Awaria podzespołu po kilku latach nie powinna oznaczać konieczności przebudowy połowy układu sterowania. Warto więc analizować dostępność zamienników, długość cyklu życia produktu oraz możliwość utrzymywania części zapasowych.
Stosowanie ograniczonej liczby rodzin podzespołów ułatwia projektowanie, zakupy, programowanie i magazynowanie części. Nie oznacza to, że cała maszyna musi pochodzić od jednego producenta. Chodzi o świadome ograniczanie liczby wariantów tam, gdzie ich większa różnorodność nie daje dodatkowej wartości technicznej.
Jak stworzyć dobrą specyfikację automatyki?
Przed wysłaniem zapytania ofertowego warto przygotować co najmniej opis procesu, listę I/O, wymagania dotyczące komunikacji, liczbę napędów, założenia bezpieczeństwa, warunki środowiskowe i preferowane standardy komponentów. Dostawca otrzymujący takie informacje może zaproponować rozwiązanie pod konkretną aplikację zamiast dobierać produkty na podstawie niepełnego opisu. Straschu specjalizuje się w dostawach komponentów do produkcji maszyn i urządzeń oraz oferuje m.in. elementy automatyki, aparaturę sterującą, napędy i technikę łączeniową wraz z doradztwem technicznym. Dobrze zaprojektowana automatyka przemysłowa zaczyna się więc przed wyborem pierwszego numeru katalogowego. Najpierw powstaje architektura, następnie kryteria techniczne, a dopiero na końcu lista konkretnych komponentów.
Materiał partnera
