Tự động hóa hoàn toàn là gì?

Khi một công ty từ lĩnh vực dược phẩm ở Thụy Sĩ lắp đặt một dây chuyền mới để đóng gói viên nén, nó đã sử dụng các máy móc hiện đại nhất. Có sự kết hợp liền mạch giữa một máy đóng gói vỉ tốc độ cao được phát triển bởi một nhà sản xuất Đức, một máy đóng gói thùng được phát triển bởi một công ty Ý, và một máy đóng gói thùng do một nhà tích hợp địa phương cung cấp. Thiết bị tự vận hành với hiệu suất xuất sắc. Tuy nhiên, quản lý của cơ sở đã gặp vấn đề khi cố gắng thu thập thông tin liên quan đến việc hoạt động của dây chuyền sản xuất một cách tổng thể, và ông chỉ có các nền tảng điều khiển riêng biệt cho từng máy cùng với các loại thông tin khác nhau được trình bày ở các định dạng khác nhau. Mặc dù tất cả các máy đều được tự động hóa, toàn bộ dây chuyền đóng gói không hoạt động hoàn toàn theo cách tích hợp, điều mà chính xác nhằm giải quyết vấn đề của tự động hóa hoàn toàn tích hợp. Điều này có nghĩa là cung cấp cho hệ thống một hệ thống không chỉ là một sản phẩm mà còn là một triết lý thiết kế và nền tảng kỹ thuật đảm bảo rằng mọi yếu tố của hệ thống sản xuất bao gồm bộ điều khiển, động cơ, cảm biến, chỉ báo năng lượng và các yếu tố khác hoạt động cùng nhau dựa trên một tập hợp thông tin và kiến thức chung.

Tự động hóa hoàn toàn tích hợp thực sự có nghĩa là gì

Siemens là công ty thường được liên kết với cụm từ Tự động hóa hoàn toàn tích hợp (TIA), mà họ đã phát triển như một phần của khung kỹ thuật tích hợp xung quanh nền tảng phần mềm TIA Portal. TIA đề cập đến một cách tiếp cận hệ thống và toàn diện đối với tự động hóa công nghiệp, bao gồm phần cứng, phần mềm, giao tiếp và dữ liệu, và không bị giới hạn bởi bất kỳ nhà cung cấp nào cụ thể. TIA xoay quanh ba yếu tố chính. Yếu tố đầu tiên là một môi trường kỹ thuật thống nhất, hoặc cùng một nền tảng phần mềm để cấu hình, lập trình và đưa vào vận hành mỗi thiết bị trong một mạng tự động hóa, cụ thể là PLC, HMI, động cơ, thiết bị an toàn, RFI và bộ xử lý giao tiếp mà không cần sử dụng nhiều công cụ, nhập lại thông tin hoặc xử lý sự không tương thích của các phiên bản của các chương trình khác nhau. Yếu tố thứ hai là giao tiếp tích hợp, có nghĩa là mỗi thiết bị trong mạng này sử dụng cùng một ngôn ngữ, tức là PROFINET hoặc PROFIBUS trong khuôn khổ của Siemens, nhưng cũng bất kỳ tiêu chuẩn mở nào khác như OPC UA và MQTT. Bộ điều khiển không yêu cầu trình điều khiển đặc biệt để vận hành động cơ trong khi HMI không cần một cơ sở dữ liệu thẻ riêng biệt để lấy thông tin về các cảm biến. Yếu tố thứ ba là dữ liệu và chẩn đoán tích hợp, có nghĩa là mỗi thiết bị xử lý thông tin về công việc của nó, cụ thể là dòng điện động cơ, số chu kỳ, mã lỗi và mức tiêu thụ năng lượng, nhưng thông tin này có sẵn từ một điểm duy nhất và không bị kẹt bên trong một thiết bị độc quyền.

TIA Portal: Triển khai của Siemens về Tự động hóa hoàn toàn tích hợp

“Tự động hóa hoàn toàn tích hợp” chủ yếu liên quan đến Siemens TIA Portal. TIA Portal là giải pháp kỹ thuật phần mềm nơi tất cả các thiết bị của công nghệ tự động hóa Siemens trở thành một phần của môi trường phát triển độc nhất. Trước đây có các tiện ích riêng lẻ, với STEP 7 để lập trình PLC Siemens S7-300 và WinCC flexible để cấu hình các HMI. Tất cả phần mềm có các giao diện, cơ sở dữ liệu thẻ và phiên bản khác nhau. TIA Portal đã làm mọi thứ trở nên đơn giản và thống nhất. Kỹ sư có thể tạo một dự án, trong đó sẽ có tất cả các loại tạo lập chương trình plc, màn hình hmi, dữ liệu drive và logic an toàn. Một thẻ duy nhất được sử dụng một lần trong PLC để lập trình và nhanh chóng hiển thị trên HMI.

Điều quan trọng là phân biệt giữa TIA Portal và ý tưởng tổng quát hơn về tự động hóa tích hợp. Trong khi TIA Portal là một sản phẩm cụ thể của Siemens, tự động hóa tích hợp là khái niệm mà TIA Portal thực hiện. Ví dụ, ngay cả khi không có một thiết bị Siemens nào trong một nhà máy, vẫn có thể có tự động hóa tích hợp nếu tất cả các thiết bị trong nhà máy này sử dụng các giao thức tiêu chuẩn để giao tiếp và một mô hình dữ liệu chung. Ngược lại, hoàn toàn có thể có một nhà máy đầy đủ các thiết bị Siemens mà không được tích hợp vì các máy móc đã được đưa vào vận hành riêng lẻ và không được kết nối. Do đó, công cụ không phải là mục tiêu mà là hệ thống sản xuất trong đó tất cả các thiết bị có thể được truy cập và kiểm soát từ một điểm trung tâm trong khi dữ liệu đang chảy giữa các hệ thống sản xuất và kinh doanh. Nghiên cứu từ McKinsey & Company về sản xuất kỹ thuật số liên tục xác định tích hợp dữ liệu — khả năng thu thập, bối cảnh hóa và hành động dựa trên dữ liệu sản xuất theo thời gian thực — là yếu tố quan trọng nhất duy nhất cho những cải tiến về năng suất và chất lượng mà Industry 4.0 hứa hẹn.

Các thành phần cốt lõi của kiến trúc tự động hóa hoàn toàn tích hợp

A tự động hóa hoàn toàn tích hợp hệ thống không phải là một hộp đơn lẻ. Đây là một kiến trúc nhiều lớp trong đó mỗi lớp xây dựng trên lớp bên dưới nó, và trong đó sự tích hợp giữa các lớp là điều tạo ra giá trị. Bảng dưới đây tóm tắt các thành phần cốt lõi và vai trò của chúng trong tổng thể tích hợp.

Những gì Tự động hóa Tích hợp Hoàn toàn Mang lại cho Nhà máy

Lợi ích của việc tích hợp hoàn toàn tự động hóa không chỉ là những khái niệm lý thuyết. Chúng có thể nhìn thấy một cách thực tế. Người ta có thể thấy những tác động tích cực của tự động hóa đối với các quy trình sản xuất như tại sàn nhà máy, trong bộ phận kỹ thuật và trong bộ phận bảo trì. Trong số những lợi ích lớn mà các nhà sản xuất nhận được từ việc chuyển đổi từ các hình thức tự động hóa tách biệt sang tích hợp, có những lợi ích sau đây.

• Giảm thời gian kỹ thuật. Một môi trường kỹ thuật tích hợp loại bỏ sự cần thiết phải tái tạo dữ liệu trong PLC, HMI và các công cụ điều khiển. Bất kỳ thay đổi nào trong thiết kế đều được truyền trực tiếp. Một dự án tự động hóa quy mô vừa sử dụng cách tiếp cận này để giảm thiểu giờ kỹ thuật xuống 20-40% so với trường hợp trong một môi trường đa công cụ, đa nhà cung cấp.
• Lắp đặt và chuyển đổi nhanh hơn. Giao tiếp tích hợp đề cập đến một tình huống trong đó một thiết bị mới như một khối I/O từ xa, một bộ điều khiển hoặc một cảm biến an toàn được bộ điều khiển tự động nhận diện trong khi được thiết lập từ nền tảng kỹ thuật chính. Quy trình mà bình thường sẽ mất một ngày dài để cấu hình mạng và ánh xạ thẻ chỉ còn vài giờ làm việc.
• Cải thiện chẩn đoán và giảm thời gian ngừng hoạt động. Bộ phận bảo trì có thể chẩn đoán các vấn đề mà không cần phải đến thiết bị khi tất cả các máy gửi thông tin về lỗi và hiệu suất của chúng đến một vị trí trung tâm. Một bộ điều khiển servo tiêu thụ dòng điện vượt quá giá trị tham chiếu có thể kích hoạt yêu cầu bảo trì ngay cả trước khi sự cố xảy ra. Điều này dẫn đến việc giảm Thời gian Trung bình để Sửa chữa (MTTR), vì thông tin có sẵn ngay lập tức.
• Khả năng truy xuất hoàn toàn và dữ liệu chất lượng. Đối với các doanh nghiệp trong các lĩnh vực được quản lý như dược phẩm, thiết bị y tế và thực phẩm và đồ uống, khả năng truy xuất trong suốt quá trình sản xuất - từ nguồn nguyên liệu thô đến bến tàu giao hàng cuối cùng - là một yêu cầu do các cơ quan quản lý quy định. Việc sử dụng một hệ thống tự động hóa tích hợp liên kết tất cả các giai đoạn quy trình sản xuất với một số sê-ri duy nhất đảm bảo khả năng truy xuất như một sản phẩm phụ của quy trình sản xuất thay vì đạt được thông qua việc tích lũy thông tin sau đó.
• Minh bạch năng lượng và giảm chi phí. Khi năng lượng được giám sát trên cơ sở thiết bị thông qua việc tích hợp, người quản lý nhà máy có khả năng biết chính xác lượng năng lượng tiêu thụ, cũng như thiết bị và giai đoạn khi hoạt động này xảy ra. Một dây chuyền sản xuất được xây dựng với việc tự động tắt năng lượng của thiết bị, khi không hoạt động trong các khoảng thời gian nghỉ sản xuất, có thể giảm tiêu thụ năng lượng lên đến 15% mà không ảnh hưởng đến mức sản lượng.

Tự động hóa hoàn toàn có phù hợp với mọi nhà sản xuất không?

Việc chọn lựa chính sách tự động hóa hoàn toàn tích hợp, có thể thông qua Siemens TIA Portal hoặc một nền tảng kiến trúc mở thay thế không phải là một lựa chọn đơn giản. Ví dụ, nếu một công ty chỉ có một máy được tải và dỡ hàng bằng tay, thì họ không cần một nền tảng kỹ thuật đầy đủ, và một PLC cơ bản và HMI sẽ đủ. Ngược lại, nếu công ty có một dây chuyền sản xuất phức tạp với nhiều máy móc, nền tảng kỹ thuật và tiêu chuẩn quy định liên quan đến khả năng truy xuất, thì việc tích hợp sẽ có lợi. Trong việc đánh giá tình hình một cách thực tế, điều quan trọng là xác định có bao nhiêu nền tảng điều khiển đang hoạt động hiện tại và mất bao nhiêu thời gian để cố gắng tích hợp chúng, và liệu doanh nghiệp có cần thông tin từ sản xuất về thứ tự của quy trình sản xuất hay không. Đối với những công ty hiện đang trở thành nhà đầu tư vào một dây chuyền sản phẩm mới, chẳng hạn như dây chuyền sản xuất và thử nghiệm tự động, thì tốt hơn là chọn tự động hóa từ giai đoạn thiết kế của toàn bộ hệ thống. Một dây chuyền được tạo ra để theo cách tiếp cận tích hợp từ đầu và dựa trên các giao thức truyền thông như PROFINET hoặc OPCUA sẽ dễ dàng hơn để điều khiển từ xa, kết nối với MES của nó hoặc cấu hình lại khi cần. Ngược lại, sẽ khó khăn để vận hành một dây chuyền đã được xây dựng trước đó nếu nó được xây dựng một cách tách biệt. Dây chuyền tự động của Benlong, bao gồm Dây chuyền lắp ráp tự động MCB and the AC contactor automatic assembly and testing production line, được thiết kế trên các kiến trúc điều khiển mở, tích hợp hỗ trợ khả năng hiển thị dữ liệu và chẩn đoán từ xa mà một nhà máy hiện đại, kết nối yêu cầu.

Câu hỏi thường gặp

Tự động hóa hoàn toàn là gì?

Tự động hóa hoàn toàn (TIA) là tất cả về việc có một cách chung mà các thành phần của quy trình tự động hóa công nghiệp như PLC, bộ điều khiển, thiết bị HMI, thiết bị an toàn và truyền thông được thiết kế và điều khiển thông qua một nền tảng phần mềm duy nhất. Mặc dù khái niệm này liên quan chặt chẽ đến TIA Portal được phát triển bởi Siemens, khái niệm kiến trúc tự động hóa tích hợp đầu cuối cũng áp dụng cho tất cả các nhà sản xuất và hệ thống tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế.

TIA Portal Tự động hóa hoàn toàn của Siemens là gì?

TIA Portal của Siemens đại diện cho Tự động hóa hoàn toàn Portal, đề cập đến khung kỹ thuật phần mềm dựa trên các sản phẩm tự động hóa của Siemens. Điều này có nghĩa là nó có thể làm việc với các PLC SIMATIC, bộ điều khiển SINAMICS, thiết bị Giao diện Người-Máy SIMATIC và An toàn SIMATIC. Nhờ phần mềm, một kỹ sư có thể lập trình, cấu hình và khởi động tất cả các thiết bị từ một dự án duy nhất cùng với cơ sở dữ liệu thẻ và cài đặt truyền thông.

Tự động hóa tích hợp là gì?

Tự động hóa tích hợp Ý tưởng rộng rãi liên quan đến việc liên kết tất cả các thiết bị và hệ thống trong một nhà máy. Điều này có nghĩa là các thiết bị truyền thông tin giữa chúng, giao tiếp qua các giao thức đồng nhất và có thể được điều khiển từ một nơi. Tự động hóa hoàn toàn tích hợp là những gì tương ứng với khái niệm này và là một giải pháp do một nhà cung cấp cụ thể cung cấp, nhưng nó không làm cho khái niệm này phụ thuộc vào bất kỳ nhà cung cấp cụ thể nào.

Sự khác biệt giữa Siemens TIA và AX là gì?

TIA Portal của Siemens Tự động hóa hoàn toàn Portal (TIA Portal) là nền tảng kỹ thuật được phát triển cho các gia đình PLC, HMI và bộ điều khiển của Siemens. AX là một nền tảng kỹ thuật mới dựa trên đám mây được tạo ra bởi Siemens nhằm hướng tới sự hội tụ IT – OT, khả năng truy cập dựa trên web và thực hiện các phương pháp phát triển phần mềm hiện đại. AX không thay thế TIA Portal; nó hoạt động như một nền tảng bổ sung cho những ứng dụng cần kết nối đám mây, kỹ thuật từ xa và phát triển hướng IT.

Tài liệu tham khảo

• Siemens — Tự động hóa hoàn toàn (TIA) Portal. Trang sản phẩm chính thức cho nền tảng kỹ thuật TIA Portal của Siemens, mô tả kiến trúc, các thành phần tích hợp và ứng dụng trên các ngành công nghiệp.
• McKinsey & Company — Sản xuất kỹ thuật số và Công nghiệp 4.0. Nghiên cứu về tầm quan trọng của việc tích hợp dữ liệu và môi trường kỹ thuật thống nhất trong việc đạt được lợi ích về năng suất và chất lượng của sản xuất kỹ thuật số.
• Hiệp hội Tự động hóa Quốc tế (ISA) — Tiêu chuẩn Tích hợp ISA‑95 và Tự động hóa. Các tiêu chuẩn quốc tế cho việc tích hợp các hệ thống doanh nghiệp và điều khiển, xác định các mô hình dữ liệu và giao diện truyền thông hỗ trợ các kiến trúc tự động hóa tích hợp.
• Rockwell Automation — Kiến trúc Tích hợp và Doanh nghiệp Kết nối. Tương đương của Rockwell Automation với khái niệm tự động hóa tích hợp, cung cấp một điểm so sánh cho các triển khai cụ thể của nhà cung cấp về nguyên tắc kỹ thuật thống nhất.

Tự động hóa hoàn toàn tích hợp không phải là một sản phẩm mà một nhà sản xuất mua sẵn. Nó là một ngành kỹ thuật — một quyết định thiết kế hệ thống sản xuất sao cho mọi thiết bị, mọi bộ điều khiển và mọi công cụ phần mềm hoạt động cùng nhau như một tổng thể thống nhất, minh bạch về dữ liệu. Đối với người quản lý nhà máy, điều này có nghĩa là khi một đơn hàng sản xuất được đặt trong hệ thống ERP, nó có thể trực tiếp chuyển đến sàn nhà máy mà không có bất kỳ gián đoạn hay trì hoãn nào. Điều này có nghĩa là một lỗi trong chất lượng của sản phẩm trên dây chuyền sản xuất có thể được truy nguyên về một lô nguyên liệu cụ thể. Đối với một kỹ sư, điều này có nghĩa là những sửa đổi được thực hiện trong thiết kế sẽ có hiệu ứng lan tỏa, có nghĩa là thiết kế đã được sửa đổi sẽ được thực hiện ở mọi nơi. Và đối với kỹ thuật viên bảo trì, điều này có nghĩa là một bộ truyền động lỗi thời sẽ phát ra cảnh báo về sự cố của nó trước khi lại bị hỏng và cần được bảo trì một lần nữa. Các dây chuyền lắp ráp và thử nghiệm của Benlong Automation được phát triển dựa trên nguyên tắc tích hợp này của việc mở, kết nối, và được thiết kế ban đầu để trở thành một phần của một hệ thống nhà máy lớn hơn chứ không chỉ là các hệ thống tách biệt.