Industriële automatiseringsbesturingssystemen zijn een onmisbaar onderdeel van de moderne industriële productie. Ze maken gebruik van verschillende sensoren, actuatoren, controllers en andere apparaten om realtime monitoring, automatische controle en geoptimaliseerd beheer van productieprocessen te realiseren. Met de voortdurende vooruitgang van de technologie zijn de soorten industriële automatiseringsbesturingssystemen steeds diverser en geavanceerder geworden. Dit artikel geeft een gedetailleerd overzicht van verschillende belangrijke typen besturingssystemen voor industriële automatisering, waaronder gecentraliseerde besturingssystemen, gedistribueerde besturingssystemen, veldbusbesturingssystemen, industriële Ethernet-besturingssystemen, besturingssystemen met programmeerbare logische controllers (PLC) en computer-geïntegreerde productiesystemen (CIMS).
1. Gecentraliseerde controlesystemen
Een gecentraliseerd besturingssysteem is een besturingssysteem dat alle bedieningsapparaten in één controlekamer concentreert. Het belangrijkste voordeel van dit systeem is het gemak van beheer en onderhoud, omdat het gecentraliseerde verwerking van verschillende besturingssignalen en gegevens mogelijk maakt. Een gecentraliseerd controlesysteem bestaat doorgaans uit de volgende componenten:
1.1 Verwerkingsverantwoordelijke:De controller is de kern van het gecentraliseerde besturingssysteem en is verantwoordelijk voor het ontvangen van sensorsignalen, het verwerken van gegevens, het nemen van beslissingen en het verzenden van besturingsinstructies naar actuatoren.
1.2 Bedieningsplaats:Het operatorstation fungeert als interface tussen operators en het besturingssysteem, inclusief apparaten zoals beeldschermen, toetsenborden en muizen. Operators kunnen productieprocessen monitoren, regelparameters aanpassen en alarminformatie bekijken via het operatorstation.
1.3 Sensoren en actuatoren:Sensoren zijn verantwoordelijk voor het verzamelen van verschillende fysieke grootheden tijdens het productieproces, zoals temperatuur, druk en flow, en het omzetten van deze signalen in elektrische signalen die naar de controller worden gestuurd. Actuators passen op hun beurt het productieproces aan volgens de instructies van de controller, zoals het openen of sluiten van kleppen en het regelen van het motortoerental.
1.4 Datacommunicatienetwerk:Het datacommunicatienetwerk dient als verbinding tussen controllers, bedieningsstations, sensoren en actuatoren, die verantwoordelijk zijn voor het verzenden van verschillende besturingssignalen en gegevens.
2. Gedistribueerd controlesysteem
Een gedistribueerd besturingssysteem is een besturingssysteem dat de besturingsapparatuur over verschillende productiefasen verdeelt. De belangrijkste voordelen van dit systeem zijn de verbeterde systeembetrouwbaarheid en flexibiliteit, waardoor een aangepaste regeling mogelijk is die is afgestemd op verschillende productiefasen. Een gedistribueerd besturingssysteem bestaat doorgaans uit de volgende componenten:
2.1 Controleknooppunten:Controleknooppunten zijn de basiseenheden van een gedistribueerd besturingssysteem, verantwoordelijk voor het verwerken van besturingstaken op hun respectieve knooppunten. Elk besturingsknooppunt omvat doorgaans een microprocessor, invoer/uitvoerinterfaces en communicatie-interfaces.
2.2 Communicatienetwerken:Communicatienetwerken dienen als verbinding tussen controleknooppunten en zijn verantwoordelijk voor het verzenden van controlesignalen en gegevens. Veel voorkomende communicatienetwerken omvatten veldbus en industrieel Ethernet.
2.3 Menselijke-machine-interfaceapparaten:Menselijke{0}}machine-interfaceapparaten dienen als interface tussen operators en het besturingssysteem, en kunnen bestaan uit touchscreens, toetsenborden, muizen, enz.
2.4 Database en server:De database en server worden gebruikt om verschillende gegevens uit het productieproces op te slaan en te beheren, zoals de status van de apparatuur, productiegegevens, alarminformatie, enz.
3. Veldbusbesturingssysteem
Een veldbusbesturingssysteem is een gedistribueerd besturingssysteem gebaseerd op veldbustechnologie. Een veldbus is een communicatienetwerk dat wordt gebruikt om veldapparaten (zoals sensoren, actuatoren, besturingsknooppunten, enz.) met elkaar te verbinden, met hoge real-prestaties, betrouwbaarheid en kosten-kosteneffectiviteit. Veel voorkomende veldbustechnologieën zijn onder meer Profibus, Modbus en CAN.
3.1 Veldapparatuur:Veldapparaten zijn de basiseenheden van een veldbusbesturingssysteem, inclusief sensoren, actuatoren en besturingsknooppunten.
3.2 Veldbusinterface:Een veldbusinterface is een apparaat dat veldapparatuur op de veldbus aansluit en verantwoordelijk is voor het omzetten van veldapparaatsignalen in veldbussignalen.
3.3 Veldbusnetwerk:Een veldbusnetwerk is een communicatienetwerk dat verschillende veldapparaten met elkaar verbindt en verantwoordelijk is voor het verzenden van besturingssignalen en gegevens.
3.4 Controllers en bedieningsstations:Controllers en bedieningsstations zijn vergelijkbaar met gedistribueerde besturingssystemen, die verantwoordelijk zijn voor het verwerken van besturingstaken en menselijke-machine-interactie.
4. Industrieel Ethernet-besturingssysteem
Een industrieel Ethernet-besturingssysteem is een gedistribueerd besturingssysteem gebaseerd op Ethernet-technologie. Ethernet is een veelgebruikte communicatietechnologie in computernetwerken, gekenmerkt door hoge transmissiesnelheden, grote bandbreedte en goede compatibiliteit. Een industrieel Ethernet-besturingssysteem bestaat doorgaans uit de volgende componenten:
4.1 Industriële Ethernet-apparaten:Industriële Ethernet-apparaten omvatten industriële Ethernet-switches, industriële Ethernet-adapters en industriële Ethernet-interfaces.
4.2 Controleknooppunten en veldapparatuur:Besturingsknooppunten en veldapparaten zijn vergelijkbaar met die in een gedistribueerd besturingssysteem, verantwoordelijk voor het verwerken van besturingstaken en het verzamelen van productiegegevens.
4.3 Ethernet-communicatienetwerk:Het Ethernet-communicatienetwerk is het communicatienetwerk dat alle besturingsknooppunten en veldapparatuur verbindt en verantwoordelijk is voor het verzenden van besturingssignalen en gegevens.
4.4 Controllers en bedieningsstations:Controllers en bedieningsstations zijn vergelijkbaar met gedistribueerde besturingssystemen, die verantwoordelijk zijn voor het verwerken van besturingstaken en menselijke-machine-interactie.
5. Programmable Logic Controller (PLC) besturingssysteem
Een Programmable Logic Controller (PLC) is een computer die speciaal is ontworpen voor industriële besturingstoepassingen. PLC's beschikken over flexibele programmering, hoge betrouwbaarheid en uitbreidingsgemak, en worden veel gebruikt in verschillende industriële automatiseringsbesturingssystemen. Een PLC-besturingssysteem bestaat doorgaans uit de volgende componenten:
5.1 PLC:De PLC is de kern van het PLC-besturingssysteem en is verantwoordelijk voor het ontvangen van sensorsignalen, het verwerken van gegevens, het nemen van beslissingen en het verzenden van besturingsopdrachten naar actuatoren.
5.2 Ingangs-/uitgangsmodules:Ingangs-/uitgangsmodules zijn apparaten die de PLC verbinden met veldapparatuur en verantwoordelijk zijn voor het omzetten van sensorsignalen in signalen die herkenbaar zijn voor de PLC, of voor het omzetten van de besturingsopdrachten van de PLC in signalen die herkenbaar zijn voor actuatoren.