Automatisointijärjestelmät – löydä valmistajia ja toimittajia

Automaatiojärjestelmät ohjaavat, valvovat ja koordinoivat teknisiä prosesseja koneissa, tuotantolaitoksissa ja teollisuusprosesseissa.

Ne tunnistavat toimintatilat anturien avulla, käsittelevät signaaleja ohjausyksiköissä ja käynnistävät määriteltyjä toimintoja toimilaitteiden, taajuusmuuttajien tai muiden komponenttien avulla. Näin toistuvat prosessit voidaan suorittaa luotettavasti, prosessitietoja voidaan tallentaa ja koneiden toiminnot voidaan yhdistää toisiinsa.
Sovelluksesta riippuen automaatiojärjestelmät koostuvat ohjelmoitavista logiikkaohjaimista, hajautetuista tulo- ja lähtömoduuleista, kenttäväylä- ja viestintäjärjestelmistä, käyttö- ja valvontayksiköistä sekä ylemmän tason ohjaus- ja visualisointijärjestelmistä.
Yksinkertaiset ratkaisut automatisoivat yksittäisiä koneen toimintoja. Laajemmat järjestelmät puolestaan yhdistävät kokonaisia tuotantolinjoja, tunnistusjärjestelmiä, liikkeenohjauskomponentteja, paikannusjärjestelmiä ja tuotannonohjaustekniikkaa.
Seuraavassa esitetään yleiskatsaus automaatiojärjestelmien tyypillisistä tyypeistä, sovelluksista, eduista ja valintaperusteista.

Automaatiojärjestelmien tyypit

Ohjaus- ja PLC-järjestelmät

Ohjelmoitavat logiikkaohjaimet koordinoivat koneiden ja laitosten loogista ja ajastettua toimintaa.
Ne käsittelevät antureista, painikkeista tai mittauslaitteista tulevia tulosignaaleja ja käyttävät tätä tietoa moottoreiden, venttiilien, sylinterien, kontaktorien ja muiden toimilaitteiden ohjaamiseen.
Kompaktit ohjaimet sopivat selkeästi määriteltyihin koneen toimintoihin. Modulaarisia PLC-järjestelmiä voidaan laajentaa lisä-tulo- ja lähtömoduuleilla, tiedonsiirtomoduuleilla, turvallisuustoiminnoilla ja teknologiamoduuleilla.
Mikro-ohjaimia tai sulautettuja ohjausjärjestelmiä voidaan käyttää myös pienissä sovelluksissa, joissa asennustilaa on rajoitetusti.

Ohjaus- ja visualisointijärjestelmät

Ohjaus- ja visualisointijärjestelmät esittävät koneiden tilat, prosessiarvot, viestit ja käyttötoiminnot selkeässä muodossa.
Käyttöpaneelien, teollisuustietokoneiden ja HMI-järjestelmien avulla käyttäjät voivat syöttää asetusarvoja, valita toimintatiloja ja tunnistaa vikoja.
Ylemmän tason ohjausjärjestelmät voivat yhdistää useita koneita tai laitoksen osia. Ne tallentavat tuotantotietoja, arkistoivat prosessiarvoja ja tukevat monimutkaisten prosessien valvontaa.
Sovelluksesta riippuen saatetaan tarvita myös hälytysten hallintaa, reseptien hallintaa, raportointitoimintoja sekä yhteyksiä tuotanto- tai yritysohjelmistoihin.

Kenttäväylä- ja väyläjärjestelmät

Väyläjärjestelmät yhdistävät ohjaimet, anturit, toimilaitteet, taajuusmuuttajat sekä hajautetut tulo- ja lähtömoduulit yhteisten tietoliikenneyhteyksien kautta.
Kenttäväyläjärjestelmät vähentävät johdotustarpeita ja mahdollistavat ohjaus-, diagnoosi- ja prosessitietojen nopean vaihdon.
Vakiintuneita ratkaisuja ovat PROFIBUS-pohjaiset järjestelmät, erilaiset teolliset Ethernet-järjestelmät sekä valmistajakohtaiset viestintäjärjestelmät.
Tärkeimpiä valintakriteereitä ovat siirtonopeus, osallistujien lukumäärä, kaapelin pituus, reaaliaikaisuus ja yhteensopivuus olemassa olevan automaatioympäristön kanssa.

Etä-I/O-järjestelmät

Etä-I/O-järjestelmät tallentavat tulo- ja lähtösignaalit paikallisesti, lähellä antureita ja toimilaitteita.
Tiedot siirretään keskusohjaimeen tiedonsiirtoverkon kautta. Tämä vähentää pitkiä yksittäisiä kaapelireittejä ja mahdollistaa kompaktimmat ohjauskaappirakenteet.
Modulaariset etä-I/O-asemat voivat käsitellä digitaalisia ja analogisia signaaleja, lämpötila-arvoja, laskutoimintoja ja turvallisuuteen liittyviä signaaleja.
Niiden suojausluokan ja rakenteen on sovittava käyttötarkoitukseen.

Liikkeenohjausjärjestelmät

Liikkeenohjausjärjestelmät koordinoivat servo-, askel- tai muiden sähkömoottoreiden ohjattuja liikkeitä.
Ne ohjaavat yhden tai useamman akselin asentoa, nopeutta, kiihtyvyyttä ja vääntömomenttia.
Tällaisia järjestelmiä käytetään muun muassa pakkauskoneissa, robotiikassa, työstökoneissa ja käsittelylaitteissa.
Tarkka synkronointi ja lyhyet vasteajat ovat erityisen tärkeitä moniakselisissa sovelluksissa.

Paikannusjärjestelmät

Paikannusjärjestelmät siirtävät työkappaleita, työkaluja, antureita tai koneen osia määriteltyihin asemiin.
Ne voivat koostua käyttölaitteesta, ohjainjärjestelmästä, asennonmittausjärjestelmästä, ohjausyksiköstä ja ohjausohjelmistosta.
Käyttökohteesta riippuen saatavilla on lineaarisia, pyöriviä ja moniakselisia ratkaisuja.
Tärkeitä ominaisuuksia ovat paikannustarkkuus, toistettavuus, kuormituskyky, nopeus ja käytettävissä oleva liikealue.

Tunnistus- ja viivakoodijärjestelmät

Tunnistusjärjestelmät rekisteröivät ja seuraavat työkappaleita, tuotteita, säiliöitä tai kuormankantajia automatisoiduissa prosesseissa.
Tähän tarkoitukseen käytetään viivakoodi-, RFID- ja muita automaattisia tunnistusjärjestelmiä.
Tallennettuja tietoja voidaan käyttää tuotannon ohjaukseen, laadunvarmistukseen, jäljitettävyyteen ja varastonhallintaan.
Lukualue, tietovälineen tyyppi, ympäristöolosuhteet, liikkumisnopeus ja yhteys ohjausjärjestelmään ovat tärkeitä valintakriteereitä.

Automaattiset rainanohjaus- ja liikenteenohjausjärjestelmät

Kudoksenohjausjärjestelmät tunnistavat jatkuvien materiaalien sijainnin ja korjaavat niiden sivuttaisliikettä.
Niitä käytetään esimerkiksi kalvojen, paperin, tekstiilien ja metallinauhojen kanssa.
Liikenteenohjausjärjestelmät puolestaan valvovat ja ohjaavat liikennevirtoja, kulkupaikkoja tai sisäisiä kuljetusreittejä.
Molemmat järjestelmätyypit yhdistävät anturit, ohjaustekniikan, viestinnän ja sopivat toimilaitteet muodostaen automatisoidun kokonaisratkaisun.

Kattavat automaatioratkaisut

Kattaviin automaatioratkaisuihin sisältyy kaikkien tarvittavien komponenttien suunnittelu, ohjelmointi, asennus ja käyttöönotto.
Näihin voivat kuulua ohjausyksiköt, ohjauskaapit, anturit, käyttötekniikka, turvatoiminnot, visualisointi ja tiedonsiirto.
Tällaiset järjestelmät mukautetaan usein tiettyihin koneisiin, tuotantoprosesseihin ja olemassa oleviin IT-rakenteisiin.
Teknisen suunnittelun lisäksi tarvitaan rajapintojen ja kaikkien mukana olevien komponenttien huolellista koordinointia.

Automaatiojärjestelmien sovellukset

Kone- ja laitosrakennus

Kone- ja laitosrakennuksessa automaatiojärjestelmät ohjaavat liikkeitä, työstötoimintoja, materiaalin syöttöä ja turvatoimintoja.
Ne koordinoivat yksittäisiä komponentteja ja varmistavat, että suunnitellut prosessit suoritetaan oikeassa järjestyksessä.
Modulaaristen ohjausarkkitehtuurien ansiosta järjestelmät on helpompi mukauttaa eri kokoisille koneille ja laiteversioille.

Valmistus- ja kokoonpanotekniikka

Valmistus- ja kokoonpanolinjoilla automaatiojärjestelmät yhdistävät työstöasemat, robotit, testauslaitteet ja kuljetinjärjestelmät.
Ne valvovat prosessivaiheita, tunnistavat työkappaleet ja dokumentoivat laatu- tai tuotantotietoja.
Reseptien hallinta ja automaattinen vaihto voivat olla tärkeitä tuotantoympäristöissä, joissa on suuri määrä tuotevariaatioita.

Prosessiteollisuus

Kemian-, elintarvike-, lääke- ja prosessiteollisuudessa automaatiojärjestelmät säätelevät jatkuvia ja eräprosesseja.
Ne tallentavat parametreja, kuten lämpötilaa, painetta, virtausnopeutta, täyttötasoa ja pitoisuutta, sekä ohjaavat venttiilejä, pumppuja, annostelujärjestelmiä ja sekoittimia.
Korkeat käytettävyys-, dokumentointi- ja prosessiturvallisuusvaatimukset saattavat edellyttää redundantteja ohjauslaitteita ja erityisiä prosessinohjausjärjestelmiä.

Kuljetin-, varasto- ja logistiikkateknologia

Kuljetinjärjestelmissä, varastoissa ja jakelukeskuksissa automaatiojärjestelmät koordinoivat materiaalivirtaa.
Ne ohjaavat kuljetushihnoja, rullakuljettimia, varastointi- ja keräilykoneita, lajittelujärjestelmiä sekä automaattisesti ohjattuja ajoneuvoja.
Tunnistus- ja paikannusjärjestelmät varmistavat, että tavarat ja lastinkantajat ohjataan oikeaan määränpäähän.

Energia- ja rakennustekniikka

Automaatiojärjestelmät valvovat ja ohjaavat energian tuotantoa, jakelua, ilmanvaihtoa, lämmitystä, jäähdytystä ja muita teknisiä laitteistoja.
Ne voivat tallentaa käyttötietoja, koordinoida kuormitusta ja tarjota läpinäkyvyyttä energiankulutukseen liittyen.
Luotettavat viestintä- ja etäohjausjärjestelmät ovat erityisen tärkeitä laajalle levinneissä laitoksissa.

Automaatiojärjestelmien edut

• Toistettavat ja hallitut prosessijaksoja
• Tuottavuuden ja laitoksen käytettävyyden parantuminen
• Manuaalisen puuttumisen tarve vähenee
• Parannettu prosessinvalvonta ja vianmääritys
• Tuotantotietojen tallennus ja arviointi
• Parempi paikannus- ja valmistustarkkuus
• Nopeampi reagointi vikoihin ja prosessipoikkeamiin
• Joustava mukautuminen erilaisiin tuotteisiin ja prosesseihin
• Koneiden, laitosten ja ohjausjärjestelmien verkottaminen
• Laadunvarmistuksen ja jäljitettävyyden tuki

Automaatiojärjestelmien valinnan tärkeät kriteerit

Sovelluksen laajuus ja monimutkaisuus

Ensimmäinen vaihe on määritellä, mitkä koneen toiminnot, prosessivaiheet ja laitoksen osat on tarkoitus automatisoida.
Ratkaisevia tekijöitä ovat tulo- ja lähtösignaalien lukumäärä, tarvittavat akselit, käsittelynopeus ja haluttu automaatioaste.
Järjestelmää valittaessa on otettava huomioon myös mahdolliset tulevat laajennukset.

Ohjausteho ja reaaliaikaisuus

Ohjainlaitteen on kyettävä käsittelemään ohjelmia, signaaleja ja tiedonsiirtotehtäviä vaadituissa sykliajoissa.
Lyhyet ja ennustettavat vasteajat ovat välttämättömiä nopeissa liikkeissä, moniakselisissa sovelluksissa ja aikakriittisissä prosesseissa.
Yksinkertaisempi ohjain voi riittää vähemmän dynaamisiin sovelluksiin.

Liitännät ja tiedonsiirto

Automaatiokomponenttien on kommunikoitava luotettavasti keskenään ja tarvittaessa ylemmän tason järjestelmien kanssa.
Kenttäväylät, teolliset Ethernet-protokollat, sarjaliitännät sekä yhteydet tietokantoihin, MES- tai ERP-järjestelmiin on arvioitava.
Avoimet ja dokumentoidut rajapinnat helpottavat integrointia ja tulevaa laajennusta.

Käyttö ja visualisointi

Käyttöliittymien tulisi vastata koneenkäyttäjien ja huoltohenkilöstön todellisia tehtäviä.
Tärkeiden tietojen on oltava välittömästi tunnistettavissa. Näitä ovat esimerkiksi toimintatilat, asetus- ja mittausarvot, varoitukset, viat sekä huoltotiedot.
Kansainvälisesti käytettävissä koneissa saatetaan tarvita monikielisiä käyttöliittymiä.

Käytettävyys ja vikasietoinen toiminta

Järjestelmän vaadittu käytettävyys riippuu mahdollisen laitoksen seisokin seurauksista.
Kriittisissä prosesseissa voi olla hyödyllistä käyttää redundantteja ohjausyksiköitä, tiedonsiirtoreittejä, virtalähteitä tai tietojen tallennusjärjestelmiä.
Diagnostiikkatoiminnot ja selkeä järjestelmärakenne helpottavat vianetsintää ja vähentävät seisokkiaikaa.

Toiminnallinen turvallisuus

Turvallisuuteen liittyvät toiminnot on suunniteltava riskinarvioinnin mukaisesti.
Näitä voivat olla hätäpysäytystoiminnot, turvalliset sammutukset, turvaovien valvonta, turvallisesti rajoitetut nopeudet ja turvalliset liikealueet.
Koneesta ja sovelluksesta riippuen tarvitaan sopivia turvaohjaimia, antureita ja toimilaitteita.

Ympäristöolosuhteet

Lämpötila, pöly, kosteus, tärinä, sähkömagneettiset häiriöt ja syövyttävät aineet voivat vaikuttaa komponenttien valintaan.
Ohjauskaappien, käyttöpaneelien ja hajautettujen moduulien on tarjottava riittävä suojaus kyseessä olevaan ympäristöön nähden.
Räjähdysvaarallisissa, hygieenisissä tai erityisen vaativissa ympäristöissä sovelletaan lisävaatimuksia.

Laajennettavuus ja elinkaari

Automaatiojärjestelmän tulisi olla mukautettavissa tuleviin tuotantovaatimuksiin.
Modulaarinen laitteisto, skaalautuva ohjelmisto ja käytettävissä olevat tiedonsiirtoliitännät helpottavat myöhempiä laajennuksia.
Varaosien saatavuus, ohjelmistojen ylläpito, valmistajan tuki ja komponenttien pitkäaikainen saatavuus on myös syytä tarkistaa ennen hankintaa.

Integrointi ja tekninen tuki

Monimutkaiset automaatiojärjestelmät edellyttävät tiivistä yhteistyötä koneenrakennuksen, sähkötekniikan, ohjelmistokehityksen ja tuotannon välillä.
Valmistajan tai järjestelmäintegraattorin tulisi ymmärtää sovellusta ja pystyä tukemaan suunnittelua, ohjelmointia, käyttöönottoa ja dokumentointia.
Selkeästi määritellyt vastuut ja tarkasti määritellyt rajapinnat vähentävät toteutuksen aikana syntyviä riskejä.

Yhteenveto

Automaatiojärjestelmät ohjaavat, valvovat ja verkottavat koneita, laitoksia ja teollisia prosesseja.
Niihin kuuluvat PLC:t, ohjaus- ja visualisointijärjestelmät, kenttäväylät, etä-I/O-järjestelmät, liikkeenohjausratkaisut, paikannusjärjestelmät ja automaattinen tunnistustekniikka.
Sovelluksesta riippuen voidaan automatisoida yksittäisiä koneen toimintoja tai kokonaisia tuotanto- ja prosessilaitoksia.
Tärkeimpiä valintaperusteita ovat toiminnallinen laajuus, ohjausteho, viestintä, käyttö, turvallisuus, ympäristöolosuhteet ja laajennettavuus.

Automaatiojärjestelmiä on saatavilla useilta valmistajilta ja toimittajilta. Kattavat tiedot automaatiojärjestelmien valmistajista ja toimittajista ympäri maailmaa löytyvät Exportpages-sivustolta.