עיצוב בלוקים עבור מערכות אוטומציה תעשייתית

מימון של בלוק דיאגר עבור אוטומציה תעשייתית

דיאגרמות בלוק יוצרות את עמוד השדרה של תקשורת בעיצוב מערכת אוטומציה תעשייתית.הם משנים לוגיקה מכונה מורכבת, אותות פיזור, וחלוקה כוח לתוך שפה חזותית כי מהנדסים, טכנאים ומנהלי פרויקטים יכולים לקרוא.אגרמת בלוק חזקה עושה יותר מאשר רק להראות קופסאות וחץ; היא מתקשרת אדריכלות מערכת, שליטה היררכיה, אותות לזרום באופן שמקטין שגיאות במהלך ההתקנה, תכנות, בעיות.

הערך של דיאגרמת בלוק מאורגנת היטב הולך מעבר לשלב העיצוב.על רצפת המפעל, דיאגרמות אלה הופכות ל-Go-to ההתייחסות לאבחנה תקלות, תכנון שדרוגים, ואימון צוות חדש.כאשר חיישן נכשל או מנוע מפסיק להגיב, התרמית בלוק עוזר לצוותי תחזוקה לעקוב אחר הבעיה חזרה למקור שלה במהירות.

מה הופך את הבלוק דיגרמה ליעילות

דיאגרמת בלוק יעילה אינה מדויקת בלבד; היא מכוונת בפריסה, לתייג ולרמת פרטים.המטרה העיקרית היא להפחית את העומס הקוגניטיבי עבור הקורא.כל בלוק צריך לייצג יחידה פונקציונלית אחת, וכל חץ צריך לייצג אות מובהק או נתיב כוח.קלוטר הוא אויב הבהירות.כאשר יותר מדי פרטים מחוסנים לתוך תרשים אחד, הקורא מאבד את היכולת לראות את התמונה הגדולה.

סטנדרטיזציה חשובה באותה מידה.שימוש בצורות עקביות, סגנונות קו ומוסכמות אנטנות בכל דיאגרמות בפרויקט מאפשר למהנדסים לעבור בין דפים ללא לימוד מחדש של האגדה. ארגונים רבים לאמץ סטנדרטים כגון ISA-5.1 עבור סמלים או IEC 61131 עבור מערכת בקרה.גם אם אתה לא עובד תחת תקן רשמי, הקמת מדריך בסגנון פנימי יציל זמן ולהפחית אי הבנה.

זרימה לוגית היא עוד עיקרון לא ניתן להשגה.ארוי בלוקים כך שהכיוון הטבעי של זרימת האות נע שמאלה ימינה או למעלה לתחתית.מכשירים לא-נחשבים כגון חיישנים ולחצנים של כפתורים שייכים לשמאל או למעלה.

עקבו אחרי Automation Block Diagrams

כל דיאגרמת אוטומציה תעשייתית משתפת קבוצה משותפת של קטגוריות רכיב.הבנת קטגוריות אלה, וכיצד הן מתייחסות זה לזה, חיוני לבניית דיאגרמות הן מדויקות והן שימושיות.

• (FLT:0ensors and Transducers:FreaLT:1) מכשירים אלה לזהות פרמטרים פיזיים כגון טמפרטורה, לחץ, זרימה, רמה, מיקום, מהירות.כל חיישן להמיר כמות פיזית לאות חשמלי. בתרשים, חיישנים בדרך כלל מוצגים עם צורה או צבע ייחודי המעיד על סוג המדידה שהם מבצעים.
• (FLT:0)Controllers ו-Logical Processors: ⁇ 1) המוח של המערכת.בלוק זה מייצג את המכשיר קורא קלטי חיישן, מבצע אלגוריתם בקרה ושולח פקודות לפעולתנים. במערכות תעשייתיות מודרניות, הבקר הוא בדרך כלל בקר לוגיקה תוכנה (PLC) או בקר אוטומציה תוכנה (PAC) עבור מערכות, הדיאגרמות עשוי להיות צורך להראות מספר רב של קישורים בין בקרים.
• (FLT:0) פועלים ומכשירים חיצוניים:FreaLT:1; רכיבים אלה מקבלים אותות שליטה וממירים אותם לפעולה פיזית. Common Actuators כוללים מנועים, גלילים הידראוליים, שסתום pneumatic, סולנואידים, וממסרים.הרשומה צריכה לציין את סוג הפעולה ואת דרישות הכוח לכל מכשיר.
• (FLT:0 Human-Machine Interfaces (HMIs): HMIs): 1 HMIs מאפשר למפעילים לפקח על מצב המערכת ולכנס פקודות. בתרשים בלוק, HMI מוצג בדרך כלל כבלוק נפרד הקשור לבקר באמצעות קישור תקשורת. HMIs מודרני מטפל גם בנתוני הזנת וניהול אזעקה, כך התרשים עשוי להיות צריך להראות נתיבי נתונים עבור פונקציות אלה.
• (FLT:0) רשתות תקשורת: 1.4% אוטומציה תעשייתית לעתים רחוקות מסתמכת על נקודת-נקודה המתפתלת עבור חילופי נתונים.במקום, שדות ופרוטוקולים של Ethernet תעשייתיים כגון PROFINET, EtherNet/IP, Modbus TCP, ו- DeviceNet לשאת נתונים בין בקרים, I/O מודולים, מניעים ו-HMIs. דיאגרמות חייב לייצג רשתות אלה כמו נתיבים נפרדים, לעתים קרובות עם אותות וסימנים.
• (FLT:0) Power Distribution:BuildFLT:1 , לוחות בקרה ומכשירי שדה דורשים אספקה כוח. דיאגרמות בלוק צריך להראות את רשת חלוקת החשמל, כולל פורצי מעגלים, פתיחות, אספקת חשמל, והמכשירים שהם להאכיל.זה חשוב במיוחד לפתרון בעיות, כמו פגמים במערכת רבים מקורם בשרשרת הכוח.

עקרונות עיצוב עבור יעיל בלוק דיגרמה

לאחר קבוצה של עקרונות עיצוב מוכחים יהפכו את דיאגרמות בלוק מקצועי וקל יותר לשימוש.עקרונות אלה חלים אם אתה מצלם רעיון מהיר או הנחת תרשים מפורט עבור קו ייצור של מיליוני דולרים.

פשטות ופשטות

אבסטרציה היא האמנות של כולל רק את המידע שמשרת את מטרת הדיאגרמה. תרשים מערכת ברמה גבוהה חסימת בלוק אינו צריך להראות כל חוט או כל הגדרה בתוך כונן.זה צריך להראות בלוקים פונקציונליים ומערכות היחסים שלהם.

כאשר אתה צריך להראות פרטים נוספים, לשקול באמצעות גישה היררכית. ליצור תרשים סקירה אחת המציג את תת-מערכתיות הגדולות, ולאחר מכן ליצור דיאגרמות בלוק נפרדות עבור כל תת-מערכת.זה שומר כל דיאגרמה נקייה לקריאה תוך מתן התמונה המלאה כאשר נתפסת כהגדרה.

עקביות בסמלים ובלאות

עקביות היא סימן ההיכר של מהנדס מקצועי.כל צורה בלוק, סגנון קו, התווית חייב להיות אותו הדבר על פני כל הפרויקט.אם אתה משתמש מלבן עבור PLC בתרשים אחד, לא לעבור למלבן מעוגל עגול עבור אותו מרכיב בתרשים אחר אלא אם כן היטל מוגדר אגדה.

צבע יכול להיות כלי רב עוצמה להוספת מידע, אבל להשתמש בו בשקיקה ובעקביות.לדוגמה, אתה יכול להשתמש כחול עבור אותות חיישן, אדום עבור קווי חשמל, ירוק עבור קישורים תקשורת.אם צבע משמש, תמיד לכלול אגדה צבע על כל דיאגרמה או ב גיליון התייחסות רחב הפרויקט.

המונחים: Annotation

לכל בלוק יש תווית ייחודית המזההה את הרכיב במערכת. השתמש באמנת שמות עקבית שמתאימה למספרי התג המשמש תוכנת מערכת הבקרה ו-Schematics.לדוגמה, חיישן טמפרטורה עשוי להיות מודבק (FLT:0TE-101FLT:1 (Temperature Element 101) ו- Control שסתום עשוי להיות מלוט 2:VF2-201Freas: 3Flowing זה (Vertreable 2Flowing).

בנוסף לחסימות תוויות, נתיבי אות לאוטים. לכתוב את סוג האות, טווח או פרוטוקול ליד כל חץ. עבור אותות אנלוגיים, כוללים את הטווח כגון 4-20 mA או 0-10 V עבור אותות דיגיטליים, לציין את רמת ההיגיון.עבור קישורים לרשת, לציין את הפרוטוקול, ואם רלוונטי, כתובת IP או שם המכשיר.

זרם הגיוני ו-Leotout

בלוקים מסודרים כדי לשקף את הפריסה הפיזית של המערכת ככל האפשר, אבל תמיד עדיפות בהירות על דיוק גיאוגרפי.אם הפריסה הפיזית תייצר דיאגרמה מבלבלת, לסדר מחדש את המכשולים לשיפור יכולת הקריאה ולהוסיף הערות המסבירות את המיפוי.

זרימת אותות צריכה להיות בלתי-מביעית. השתמש בחצים בכל קו הנושא נתונים או כוח. להימנע ממעבר קווים בכל הזדמנות אפשרית; כאשר מעבר הוא בלתי נמנע, השתמש גשרים או קופץ כדי להראות כי הקווים אינם מחוברים מבחינה חשמלית. שמור קו אורך קצר ופנימי, וקבוצת בלוקים הקשורים יחד באופן חזותי באמצעות חלל לבן או קופסאות גבול מחוספסות.

כלי תוכנה עבור Block Diagram Design

בעוד שעיפרון ונייר יש את מקומם בשלב מוקדם של סיעור המוח, דיאגרמות קופות קופות תעשייתיות מקצועיות נוצרות באמצעות כלי תוכנה מיוחדים.הכלי הנכון יכול לאכוף עקביות, ליצור תיעוד באופן אוטומטי, ולשלב עם זרמי עבודה הנדסיים אחרים.

AutoCAD חשמל

AutoCAD חשמל הוא כלי מוביל עבור עיצוב מערכת בקרת חשמל.זה כולל ספריות סמל כי לעקוב אחר תקני התעשייה כגון IEEE ו- IEC. התוכנה שותפים רבים של משימות מייגעות של יצירת דיאגרמות בלוקים, כגון מספרי תגים חוצה-מחדש ורשימת חוטים. עבור פרויקטים גדולים עם דיאגרמות הקשורות בין-תחומיים, תכונות ניהול הפרויקט של AutoCAD הן זמן משמעותי לחסוך.

Microsoft Visio

Visio הוא כלי דיאגרמות תכליתי בשימוש נרחב עבור דיאגרמות ארכיטקטורות של מערכת.זה מציע עוקץ עבור סמלים חשמליים ואוטומציה, ואת ממשק הגרור-אנדרופ שלה עושה את זה קל ליצור דיאגרמות חסומות נקיות במהירות. Visio הוא טוב במיוחד ליצירת דיאגרמות סקירה ברמה גבוהה כי צריך להיות משותף עם בעלי עניין לא-טכני.

לוסיד

לוצידאג'ט היא פלטפורמה מבוססת ענן המבוססת על דיאגרמות התומך בשיתוף פעולה בזמן אמת.זה אידיאלי עבור קבוצות עיצוב מבוזרות שצריכים לעבוד על חסימת דיאגרמות בו זמנית. לוסידכריזט כולל ספריות צורה לאוטומציה תעשייתית ויכול להשתלב עם כלים אחרים כמו Jira ו- Confluence for Project Document.The Web-based Nature משמעו שאין תוכנה להתקין, ועדכונים הם אוטומטיים.

LAN Electric P8

עבור מהנדסים הפועלים באוטומציה תעשייתית כבדה, EPLAN Electric P8 הוא פתרון מקצה לקצה המשלב יצירת דיאגרמות עם יכולות הנדסיות בפרויקט מלא.זה תומך בתכנון מערכת אוטומציה, תכנון כבל, ופריסת פאנל בסביבה אחת.

חכם

SmartDraw הוא כלי דיאגרמה ידידותי למשתמש הכולל תבניות וסמלים עבור דיאגרמות בלוק אוטומציה.זה מציע איזון טוב בין קלות השימוש והפונקציונליות, מה שהופך אותו מתאים לפרויקטים קטנים יותר או למהנדסים שאינם זקוקים לתכונות בעלות גבוהה של EPLAN או AutoCAD חשמל.

יישומים מעשיים ודוגמאות

דיאגרמות בלוק משמשות בכל מגזר של אוטומציה תעשייתית.הגמישות שלהם הופכת אותם לערכים עבור עיצוב מערכת, גיוס, תחזוקה והכשרה. להלן הן מספר יישומים מעשיים הממחישים כיצד דיאגרמות בלוק מניעות תוצאות בעולם האמיתי.

מערכת בקרת קו

בקו הרכב, תחנות מרובות מבצעים פעולות מקבילות כגון Welding, ציור ובדיקה. הדיאגרמת בלוק עבור מערכת כזו בדרך כלל מראה מאסטר PLC תיאום כמה מרוחק I / O racks, כל אחד מחובר חיישנים ופועלים בתחנה מסוימת.קישורים תקשורת בין PLC ו- I / O מפצחנים מוצגים עם הפרוטוקול, לעתים קרובות PROFI או Ethers.com / אותות אבטחה כולל רכיבי אבטחה ספציפיים.

תאי עבודה רובוטיים

תא עבודה רובוטי כולל אחד או יותר רובוטים תעשייתיים, כלי קצה של כלי נשק, מזין חלקי ומערכות חזון.אגרמת בלוק עבור תא רובוטי מראה את בקר הרובוט כבלוק מרכזי, עם קישורי תקשורת למערכת הראייה, PLC שמנהלת את התא, ואת בקר הבטיחות.הדיאגרמה חייבת גם להראות חיבורי כוח עבור הזרוע הרובוטית וציוד עזר.

בקרת תהליכים עבור תגובה באטץ'

בתעשייה הכימית, כור אצווה דורש שליטה מדויקת של טמפרטורה, לחץ, תוספת מגיבה. הדיאגרמה עבור מערכת זו מראה חיישנים עבור טמפרטורה ולחץ הזנה למערכת בקרה מבוזרת (DCS) ה- DCS שולט אותות אותות אותות לשחתות קיטור, שסתום מים קירור, והזנת משאבות.ה כולל גם מנעולים בין-ידיים כי סגרו את הכור אם קריאה עולה על גבולות בטוחים.

תגית: Automated Packaging System

מערכת אריזה אוטומטית מציעה דוגמה קונקרטית של איך דיאגרמות בלוק משמשים בפועל.המערכת כוללת מפרש, חיישן מוצר, PLC, ומנגנון דחיפה pneumatic.האגרמת בלוק מראה את חיישן המוצר מזהה נוכחות של קופסה ושולח אות למעבדי PLC.המעבדים את האות ולאחר עיכוב קצר, שולח פקודה ל pneumatic כי הפעלת ה- Cinder השני היה דוחף.

תרשים בלוק חושף כמה פרטים חשובים. ראשית, זה מראה כי יש לתכנן את PLC עם ציר כדי להתאים את פעולת הדחוף עם מיקום הקופסה. שנית, זה מדגיש כי חיישן האישור מספק משוב ל- PLC, המאפשר למערכת לזהות ריבים או פעולות מפספסות.שלישי, הדיאגרמה כוללת קישור תקשורת בין PLC ו- HMI, שבו מפעילי יכול להגדיר את הזמן ו לפקח על ספירת מחזור זה, אם כי הם פותרים את נתיבי התקשורת החיוניים, אם כי הם לוכדים את הלוגיקה פשוטה.

המונחים: block Diagram design

ככל שמערכות אוטומציה צומחות במורכבות, דיאגרמות בלוק חייבות להתפתח כדי להתמודד עם אתגרים חדשים.מהנדסים שעובדים על מערכות מודרניות צריכים לקחת בחשבון אבטחת סייבר, בטיחות פונקציונלית ושילוב תאומים דיגיטלי.

Cybersecurity ו- Network Topology

עם עליית התעשייה 4.0, מערכות אוטומציה מחוברות יותר ויותר לרשתות הארגוניות ולענן.בלוק דיאגרמות חייבות להציג כעת חומות אש, LAN וירטואליות (VLANs), ולוחשות רשת.אגרמת בלוק המציגה PLC המחוברת ישירות לאינטרנט ללא חומת אש אינה שלמה ומסוכנת פוטנציאלית.

בטיחות תפקודית ו-SIL Ratings

פונקציות בקרה הקשורות לבטיחות דורשות דיאגרמות בלוק ייעודיות משלהם. ⁇ אלה להראות הודעות בטיחות, בטיחות PLCs, ו- Redundant חיישן ודרכי פעולה.האגרמה חייבת להצביע על רמת האינטגרליות הבטיחות (SIL) עבור כל פונקציה בטיחותית.לדוגמה, מעגל בטיחות שמגן על בלם עיתונות עשוי לדרוש רכיבי SIL 3.

אינטגרציה דיגיטלית וסימולציה

דיאגרמות בלוק מודרניות משמשות לעתים קרובות כנקודת ההתחלה של מודלים תאום דיגיטלי. A דיגיטלי הוא העתק וירטואלי של המערכת הפיזית שניתן להשתמש בה עבור סימולציה ובדיקה. הדיאגרמה בלוק מספק את מפת הקישוריות שתוכנה סימולציה צריכה כדי לעצב את ההתנהגות של המערכת. כאשר התרמית בלוק נוצר עם פרטים מספיקים, הסימולציה יכולה להפעיל תרחישים מבחן וירטואלי וחיזוי ביצועי מערכת לפני חוט יחיד הוא נמשך על הרצפה.

Best Practices for Keeping Block Diagrams

דיאגרמות בלוק אינן מסמכים סטטיים.הם משתנים כשהמערכת משתנה, משודרגת או מורחבת.המשך דיאגרמות עד היום הוא משמעת שארגונים רבים נאבקים בה, אך ההלם הוא גדול.

ביקורת והיסטוריה מחדש

לטפל בתרשיםים כמו קוד תוכנה. השתמש במערכת בקרת גרסאות כדי לעקוב אחר תיקונים.כל שינוי צריך להיות מחובר עם התאריך, המחבר, ותיאור קצר של מה השתנה ומדוע.דרך ביקורת זו אינה ניתנת לערעור כאשר מופיעה לאחר שינוי והצוות צריך להבין מה השתנה.

ההרחבה Approval Cycles

לפני דיאגרמת בלוק משוחררת לבנייה או תפעול, זה צריך לעבור בדיקה רשמית.הסקירה צריכה לכלול מהנדס עיצוב, עמית וצוות קצה או תחזוקה. כל מבקר בודק את התרבמה מנקודת המבט שלהם.המהנדס העיצוב בודק דיוק טכני.העמית בודק עקביות ובהירות.משתמש הקצה בודק כי התראגרמת תהיה שימושית עבור פעולות יומיומיות ופתרון בעיות.

שילוב עם מסמך אחר

דיאגרמת בלוק אינה קיימת בבידוד.זה חייב להיות משולב עם הסקומטים המתפתלים, לוגיקה הבקרה, הפריסה של פאנל, וחוק החומרים. Cross-references בין דיאגרמה בלוק לבין המסמכים האחרים האלה צריך להיות מפורש.לדוגמה, בלוק המייצג PLC צריך לכלול התייחסות לדף הנצ'מטי שבו הפרטים המתפתלים של PLC מוצגים.

(ב) לקריאה נוספת על תקני התעשייה עבור דיאגרמות כלי ובקרה, תקן ה-FLT:0 (ISA-5.1 סטנדרטי על סמלים וזיהוי קודים 1 מספק הדרכה סמכותית (מהנדסים עיצוב מערכות מבוססות PLC יכולים להפיק תועלת מהגישה ה-FLT:2IEC 61131 ל-קריסטל 3) עבור אלה הפועלים עם מערכות בטיחות, LTF4IF15 מציעה מערכת אבטחה מורכבת (כולל תקן 7.

מסקנה

עיצוב דיאגרמות בלוק עבור מערכות אוטומציה תעשייתית הוא מיומנות המשלבת ידע טכני עם תקשורת ברורה.אגרמת בלוק מעוצבת היטב משמש מקור יחיד של אמת עבור כל ארכיטקטורת המערכת, המאפשר עיצוב מהיר יותר, מימון בטוח יותר, ופתרון בעיות יעיל יותר. על ידי חשיפת עקרונות של פשטות, עקביות, וזרימה הגיונית, ובאמצעות שימוש בכלים הנכונים, מהנדסים יכולים ליצור דיאגרמות כי הם לא רק מדויקים אבל יעיל באמת על פני מערכת זמן קצר יותר, אם אתה יכול להשקיע יותר, או זמן קצר יותר, אם אתה יכול להיות בטוח יותר, או יותר, או יותר, אם אתה בטוח יותר, כלומר, זמן, זמן, אם אתה בטוח יותר, אם אתה בטוח יותר, זמן, או יותר, כלומר, זמן, או יותר, זמן קצר יותר, זמן, זמן, מערכת זמן, או יותר, או יותר, זמן, אם אתה בטוח יותר, זמן, מערכת זמן, אם אתה בטוח יותר, זמן קצר יותר, מערכת זמן, או יותר, יותר, מערכת זמן, או יותר, אם אתה בטוח יותר, מערכת זמן קצר יותר, יותר, מערכת זמן קצר יותר, כלומר, אם אתה יכול, כלומר, מערכת זמן, יותר, יותר, זמן, יותר, יותר, מערכת זמן, אם אתה יכול לעשות זאת, אם אתה בטוח