Chapter 4 Introduction to Automation Kanchala Sudtachat

Contents Basic elements of an automated system Advanced automation function Levels of automation

Defining Automation is the technology by which a process or procedure is accomplished without human assistance. It is implemented using a program of instructions combined with a control system that executes the instructions. เพื่อให้ระบบอัตโนมัติดำเนินการผลิตได้ ต้องอาศัย “power” ใช้เพื่อขับเคลื่อนกระบวนการและดำเนินการโปรแกรม รวมทั้งระบบควบคุม

Automation

Basic elements of an automated system Power to accomplish the process and operate the system. A program of instructions to direct the process. A control system to actuate the instruction

Elements of an automate system

Power to accomplish the automated process Power for the process: เป็นสิ่งที่ต้องการเพื่อขับเคลื่อนกระบวนการและควบคุมการผลิต แหล่งพลังงานหลักในระบบอัตโนมัติ คือ พลังงานไฟฟ้า เพราะมีข้อได้เปรียบมากกว่าพลังงานอย่างอื่น มีต้นทุนปานกลาง และเป็นส่วนสำคัญของโครงสร้างอุตสาหกรรม สามารถเปลี่ยนไปเป็นพลังงานทางเลือกอื่นๆ : จักรกล, ความร้อน, แสง, ไฮดรอลิก และระบบนิวแมติกส์ เป็นต้น

Power to accomplish the automated process Power for the process: the power source for each operation is usually converted from electricity. Other power for automation: fossil fuels, solar energy, water and wind. Power sources are used to drive the process itself, electrical power is used for the controls that automate the operation.

Power to accomplish the automated process Process หมายถึง การดำเนินการของกระบวนการผลิตซึ่งเกิดขึ้นบน work unit Power is required for the following material handling function Loading and unloading the work unit. Material transport between operation.

Power to accomplish the automated process (cont.) Power for Automation: power is used for the following functions: Controller unit Power to actuate the control signals Data acquisition and information processing: ข้อมูลจะถูกสะสมจากกระบวนการ (process) และใช้เป็นข้อมูลนำเข้า เพื่อควบคุมการทำงานตามขั้นตอนที่กำหนด ข้อมูลที่จะเก็บนี้ต้องการพลังงานเช่นกัน

Program of Instruction การดำเนินการผลิต ต้องการขั้นตอนการผลิตมากกว่าหนึ่งขั้นตอน เพื่อให้ได้ product แต่ละหน่วย ขั้นตอนเหล่านี้เรียกว่า “work cycle” ชิ้นงานที่ผลิตสำเร็จใหม่ จะเกิดขึ้นในแต่ละ work cycle บางกระบวนการผลิต อาจมี product ผลิตสำเร็จมากกว่าหนึ่งชิ้นในหนึ่ง Work cycle The particular processing steps for the work cycle are specified in a work cycle program.

Program of Instruction Work cycle program: ประกอบด้วยหนึ่งขั้นตอนที่มีความสำคัญ ซึ่งใช้เพื่อรักษา parameter ของกระบวนการ ซึ่งมีการกำหนดไว้ ในกระบวนการผลิต ที่ต้องใช้คนทำงานร่วมด้วย โดยใช้คนทำหน้าที่ load, unload งาน ดังนั้นงานส่วนนี้จะไม่อยู่ใน work cycle program Work cycle program ประกอบด้วยขั้นตอนหลากหลายขั้น ซึ่งในแต่ละรอบการทำงานจะต้องปฏิบัติตามขั้นตอนนี้ซ้ำๆ โดยไม่เบี่ยงเบนไปจากเดิม แม้ว่าจะเป็นรอบการทำงานรอบอื่น

Program of Instruction Process parameter: คือ input ที่เราป้อนเข้าไปในกระบวนการผลิต เช่น อุณหภูมิที่ต้องกำหนดภายในเตาของกระบวนการ heat treatment, ค่าพิกัดของแกน (x, y) ในการกำหนดตำแหน่งให้กับชิ้นงานในระบบ Process variable: คือ output ที่ได้จากกระบวนการผลิต ซึ่งอาจมีค่าไม่ต้องกับค่าที่เราป้อนเข้าไปตั้งแต่แรก

Program of Instruction Work cycle program: Ex. single process parameter: Maintain the temperature of a furnace at designated value for the duration of a heat treatment cycle. The single-step process is defined by more than one process parameter. Ex. Both temperature and atmosphere are controlled.

Ex 4.1 An Automated Turning Operation The work cycle consists of the following steps:(1) load starting workpiece, (2) position cutting tool prior to turning, (3) turn, (4) reposition tool to a safe location at end of turning, and (5) unload finished workpiece. Identify the activity and process parameter in each step of the operation.

Program of Instruction ข้อเสีย ของอุปกรณ์ Hardware ที่ทำตามโปรแกรมคำสั่ง อุปกรณ์เหล่านี้ต้องการเวลามากเพื่อออกแบบและทำการผลิต และเหมาะกับใช้กับผลิตภัณฑ์ batch production การเปลี่ยนแปลงโปรแกรมทำได้ยาก และใช้เวลามาก โปรแกรมอยู่ในลักษณะรูปแบบทางกายภาพ ไม่มีการเก็บข้อมูลจากกระบวนการผลิต และไม่มีการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ต่างๆ

Decision-Making Decision-Making in the programmed work cycle Operator interaction Ex งานแกะสลัก คนงานต้องป้อนข้อมูลรูปร่างลักษณะของชิ้นงานที่ต้องการแกะสลัก Different part or product styles processed by the system Ex อุตสาหกรรมที่ใช้ robot เชื่อมที่ body ของ car ต้องมีการตัดสินใจเลือกลักษณะรอยเชื่อมให้ถูกต้องตามรุ่นของรถยนต์

Work cycle การโปรแกรมวงรอบการทำงาน สามารถรวบรวมและสรุปลักษณะที่ใช้กับระบบอัตโนมัติ ได้ดังนี้ Number of steps in work cycle ขั้นตอนการทำงานทั้งหมดที่อยู่ใน work cycle เป็นจำนวนกี่ขั้นตอน ลำดับขั้นตอนการทำงานใน discrete production เป็น (1) load (2) process (3) unload Manual participation in the work cycle

Work cycle Manual participation in the work cycle ส่วนกระบวนการผลิตใดที่มีพนักงานทำงานใน work cycle Process parameters มีจำนวน process parameter ที่ใช้ในการควบคุมการทำงานในแต่ละขั้นตอนการทำงานกี่ parameter เป็นแบบ continuous หรือ discrete ต้องมีการเปลี่ยนแปลงระหว่างกระบวนการหรือไม่

Work cycle Operator interaction ตัวอย่าง ต้องการพนักงานเพื่อป้อนข้อมูลที่จำเป็นสำหรับกระบวนการผลิตในแต่ละ work cycle หรือไม่ Variations in part or product styles หน่วยชิ้นงานที่เข้าสู่กระบวนการผลิตเหมือนกันทุก work cycle หรือไม่ เป็นแบบ mass production (fix automation), batch production (programmable automation) หรือ different part / product styles (flexible automation)

Control System A closed loop control system, also know as a feedback control system, is one in which the output variable is compared with an input parameter. Consists of six basic elements (1) input parameter, (2) process, (3) output variable, (4) feedback sensor, (5) controller and (6) actuator

Control System (1) input parameter การกำหนดค่าของกระบวนการ เพื่อให้ ได้ค่าที่ต้องการของ output (2) process การดำเนินการหรือ หน้าที่ในการควบคุม (3) output variable สามารถแปรผันได้ในบางกรณี และเป็นตัววัดประสิทธิภาพในกระบวนการ เช่น อุณหภูมิ, แรง, อัตราการไหล (4) feedback sensor ถูกใช้เพื่อวัดค่า output ที่แปรผัน (5) controller เปรียบเทียบ output กับ input และปรับค่า (6) actuator เป็น hardware ซึ่งควบคุมกิจกรรม

A feedback control system

Control System (cont.) Open loop control system operates without the feedback loop and without measuring the output variable.

Control System (cont.) Open loop control system usually appropriate when the following conditions apply: The actions per formed by control system are simple. The actuating function is very reliable Any reaction force opposing the actuation are small enough to have no effect on the actuation

Control System (cont.)

Advanced Automation Functions ระบบอัตโนมัติอาจมีความสามารถปฏิบัติงานในฟังก์ชันขั้นสูง ซึ่งใน work cycle ไม่ได้กำหนดเฉพาะไว้ ฟังก์ชันนี้เกี่ยวข้องกับ safety, performance of equipment ฟังก์ชั่นของระบบมีดังนี้ Safety Monitoring Maintenance and repair diagnostics Error detecting and recovery

Advanced Automation Functions Safety Monitoring: To protect human workers in the vicinity of the system. To protect the equipment associated with the system. The safety monitoring is programmed to respond to unsafe condition. (1) Complete stoppage, (2) Sounding an alarm (3) Reducing speed, (4) Taking corrective action

Advanced Automation Functions Maintenance and Repair Diagnostics have three modes of operation Status monitoring Failure diagnostics Recommendation Status monitoring serves two important functions in machine diagnostics: (1) providing information for diagnosing a current failure, (2) providing data to predict a future malfunction or failure

Advanced Automation Functions Error Detection and Recovery: The error detection step uses the automated system’ s available sensor system to determine when a deviation or malfunction has occurred The possible error can be classified into: Random error Systematic error Aberrations

Advanced Automation Functions Error Recovery: the types of strategies can be classified as follows. Make adjustments at the end of the current work cycle Make adjustments during the current cycle Stop the process to invoke corrective action Stop the process and call for help

Levels of Automation Device level Machine level Cell or system level Plant level Enterprise level

Levels of Automation