Industrielle Automatisierung in Industrie 4.0 verstehen

Sind Sie begeistert, dass die Zukunft der amerikanischen Fertigung aufgrund von Reshoring besser aussieht? Wir finden es auch super, aber ist euch etwas anderes aufgefallen? Die Fertigung hat sich verändert. Es gibt neue Technologien und Fachjargon, wie die Rede von Industrie 4.0, Robotern, Co-Robotern und dem Internet der Dinge (IoT).

Während die USA durch Offshoring an den Rand gedrängt wurden, trieben andere Länder Automatisierungstechnologien voran, um maximale Effizienz zu erreichen. Die amerikanischen Hersteller müssen aufholen, um weiter zu wachsen und die Reshoring-Möglichkeiten zu beschleunigen.

Wenn Sie global wettbewerbsfähig werden und auf effizientere Automatisierungsgeräte oder -systeme umsteigen möchten, benötigen Sie zumindest ein grundlegendes Verständnis der heutigen industriellen Automatisierung. Das Verständnis von Optionen, Terminologie und Komponenten erleichtert die Erstellung erster Pläne und Budgets, die mit Teammitgliedern und Spezialisten für Automatisierungslösungen ausführlicher besprochen werden können.

Um Sie auf den neuesten Stand zu bringen, geben wir Ihnen hier einen grundlegenden Überblick über die industrielle Fabrikautomation im Zeitalter der Konnektivität.

Inhaltsverzeichnis

Was ist industrielle Automatisierung?

Arten der industriellen Automatisierung

Wie wird industrielle Automatisierung erreicht?

Produktions- und Industrieautomatisierungssysteme

Warum amerikanische Hersteller automatisieren müssen

Automatisierung in der Industrie 4.0

Der Weg zu einer industriellen Automatisierungslösung

Was ist industrielle Automatisierung?

Sie sind nicht allein auf der Suche nach Produktionseffizienz. Schon vor der ersten industriellen Revolution haben Branchenführer spezialisierte Maschinen entwickelt, die schneller und präziser produzieren können als ein Mensch mit einem Handwerkzeug. Früher für den unabhängigen Betrieb mit minimalem menschlichen Eingriff konzipiert, können die heutigen industriellen Automatisierungssysteme mit der Unterstützung industrieller Steuerungssysteme und Netzwerkkonnektivität kommunizieren und synchron arbeiten.

Sie finden Beispiele für industrielle Automatisierungsgeräte, in denen Produkte oder Komponenten bearbeitet, hergestellt, verpackt und/oder montiert werden. Mit Automatisierungsprinzipien und -standards können Sie erwarten, dass automatisierte Maschinen in einer Systemkonfiguration platziert werden, die Komponenten am effizientesten von einer Stufe zur nächsten bewegt.

Arten der industriellen Automatisierung

Hersteller automatisieren Jobs, die Ausdauer oder Präzision erfordern, oder solche, die langweilig und repetitiv sind und/oder wenig Kreativität oder spezialisiertes Talent erfordern. Sinkende Roboterkosten und steigende Arbeitskosten fördern die Automatisierung in den USA. Da die Roboterpreise in den nächsten fünf Jahren voraussichtlich um mehr als 65 % sinken werden, wird die Automatisierung voraussichtlich stetig zunehmen. Wenn Sie dies noch nicht getan haben, kann die Investition in eine Datenkommunikationsinfrastruktur eine Ihrer größten Herausforderungen sein. Der Trend zur Fabrikautomatisierung beruht auf der Fähigkeit von Maschinennetzwerken, zu kommunizieren und Aufgaben termingerecht auszuführen.

Was sind die gängigen Arten der Fabrikautomatisierung?

• Einfache Werkzeuge
• Montage
• Inspektion
• Materialhandhabung 

Wie wird industrielle Automatisierung erreicht?

Industrielle Steuerungssysteme sind der Mechanismus (oder das Gehirn) hinter der automatisierten Maschinenunabhängigkeit und -bewegung. Dies ist die Technologie, die es ermöglicht, industrielle Prozesse zu automatisieren. Der Hauptbestandteil eines Regelsystems ist der Regelkreis. Beispiele für Steuerungssysteme reichen von der einfachsten, einer diskreten Steuerung, bis hin zum komplexen SCADA-System, das alle Ebenen der Herstellungsprozesse und geografischen Standorte eines Unternehmens verwaltet.

Arten industrieller Steuerungssysteme:

• SCADA-System – ein Computersystem, das Anlagenprozesse steuert und überwacht
• Proportional-Integral-Differential-Regler (PID) – regelt ein System basierend auf Soll- und Messwert
• Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) – ein einfach zu programmierender, robuster Industriecomputer mit einem einzigen Mikroprozessor, der zur Steuerung von Motoren und anderen Maschinen in einer Werkseinstellung mit Logik verwendet wird
• Programmable Automation Controllers (PAC) – ähnlich einer SPS, enthält aber Multiprozessoren und ist multitaskingfähig
• Verteilte Steuerungssysteme (DCS) – steuert viele Knoten in einem System durch Multiprozessoren mit erweiterten Fähigkeiten, einschließlich vieler E/A-Punkte
• Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) – ermöglicht es Ihnen, mit einer Maschine zu interagieren und den Status von Maschinenprozessen schnell anzuzeigen
• Diskrete Steuerung – einfache Ein- und Ausschaltsteuerung, Beispiele sind Timer, Zähler und Thermostate 

SPS

HMI

Zähler

So funktioniert industrielle Automatisierung:

Stufe 1 – Das industrielle Steuerungssystem (oben aufgeführt) arbeitet in Verbindung mit der Antriebssteuerung.

Zu den gängigen Laufwerkscontrollern gehören:

• Frequenzumrichter – eine AC-Motorsteuerung, die Frequenz und Spannung verwendet, um die Drehzahl und das Drehmoment des Elektromotors zu steuern
• Schrittantrieb – eine Treiberschaltung, die den Schrittmotor mit Strom steuert, der in Impulsen und Phasen geliefert wird
• Analog-Servo – dieses Gerät steuert die Geschwindigkeit des Servomotors durch Ein- und Aus-Spannungssignale oder Impulse
• Digital-Servo – wie das Analog-Servo, aber in der Lage, eine viel höhere Impulsrate pro Sekunde zu liefern 

Frequenzumrichter

Stufe 2 – Die Antriebssteuerung steuert den Aktuator, der die Bewegung auslöst .

Gängige Aktortypen umfassen:

• Hydraulischer Aktuator – Flüssigkeitsdruck bewegt einen Kolben durch ein Rohr, um ein Drehmoment aufzubauen
• Pneumatischer Aktuator – Luft- oder Gasdruck wird verwendet, um Geschwindigkeit und Drehmoment zu steuern
• Elektrischer Stellantrieb (Wechselstrom, Gleichstrom, Linear, Servo, Schrittmotor) – angetrieben von einem Motor, elektrische Energie wird in mechanisches Drehmoment umgewandelt
• Mechanischer Aktuator – mit einfachen Mechanismen wird eine Drehbewegung verwendet, um eine lineare Bewegung zu erzeugen 

Pneumatische Aktuatoren

Kontinuierliche Prozesse der industriellen Automatisierung:

• Feedback-Sensoren (Encoder oder Resolver) sammeln Daten von der Last und senden sie an die Steuerung zurück.
• Feldbus- und Ethernet-Verbindungen unterstützen den Informationsaustausch zwischen einfachen Feldgeräten und können bis zur Unternehmensebene übertragen werden.
• In Verbindung mit automatisierten Steuerungen arbeiten mechanische Geräte wie Lager, Getriebe, Schrauben, Räder, Achsen, Nocken und Gestänge.

Feldbussystem

Linearlager und Schiene

• Zusätzlich zu den elektromechanischen und mechanischen Vorrichtungen werden in Industriemaschinen auch fluidbetriebene Maschinenvorrichtungen verwendet. Wenn elektromechanische Methoden keine praktischen Lösungen bieten, wird die Fluidtechnik eingeführt. Fluidtechnik wird typischerweise von Elektronik angetrieben und von Sensoren und Ventilen gesteuert.

Fluid Power Technologies

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  Pneumatische Systeme und Komponenten:Ein Leitfaden für die Industrie | Trimantec Leitfaden für Gewindetypen:NPT, BSP, JIS, SAE, Metrisch – Trimantec