6.5 Industriell automasjon

Fabrikken som nesten styrer seg selv

Se for deg en moderne bilfabrikk. Hundrevis av robotarmer sveiser, maler og monterer i en koreografi så presis at biler ruller ferdige ut i den andre enden – nesten uten en menneskehånd på selve produktet. Eller tenk på en oljeplattform i Nordsjøen, der ventiler, pumper og kompressorer styres og overvåkes fra en kontrollrom langt unna. Dette er industriell automasjon, og det har forandret produksjonen i hele verden.

Norge er faktisk et foregangsland her, spesielt innen prosessautomasjon i olje og gass, i oppdrettsnæringen og i metallproduksjon. I dette kapittelet skal vi gå inn i den automatiserte fabrikken og se hvordan den henger sammen. Vi skal møte byggesteinene i en produksjonslinje, bli kjent med de ulike robottypene og hva de er gode til, forstå skillet mellom prosessindustri og diskret produksjon, og til slutt se hvordan et SCADA-system gir operatøren full oversikt over alt som skjer.

Byggesteinene i en automatisert linje

La oss starte med å se hvordan en automatisert produksjonslinje er satt sammen. Produksjonsautomasjon betyr at maskiner og styresystemer gjør produksjonsoppgavene med lite eller ingen manuell innsats, og noen få komponenter går igjen overalt. Transportbånd frakter emnene mellom arbeidsstasjonene. Roboter utfører sveising, montering, maling og pakking. Sensorer registrerer posisjoner, nivåer, temperaturer og kvalitetsavvik. Aktuatorer utfører de fysiske handlingene. Og i sentrum sitter hjernen: PLS-en, den programmerbare logiske styringen.

PLS-en fortjener et eget avsnitt, for den er nettopp det – hjernen i systemet. Den leser inn signaler fra alle sensorene, behandler dem etter et programmert logikkprogram, og sender ut styresignaler til aktuatorene. Før i tiden gjorde man slik logikk med fysiske relékretser; PLS-en erstattet dem med programmerbar logikk du kan endre med noen tastetrykk i stedet for å bygge om kabling.

Hvorfor automatisere i det hele tatt? Fordelene er mange: økt hastighet og kapasitet, jevnere kvalitet fordi menneskelig variasjon forsvinner, færre arbeidsulykker, lavere driftskostnader over tid, og evnen til å kjøre døgnet rundt uten pauser. Men det finnes også ulemper man må være ærlig om: høy investeringskostnad, behov for kompetent vedlikeholdspersonell, mindre fleksibilitet når produktet skal endres, og at arbeidsplasser kan forsvinne. Automasjon er et kraftig verktøy, men ikke gratis.

Robotenes mange ansikter

Når folk hører "industrirobot", ser de gjerne for seg én type arm – men det finnes en hel familie, hver bygget for sin oppgave. En industrirobot er en programmerbar maskin med flere akser som utfører varierte oppgaver automatisk, og det er smart å velge riktig type.

Den artikulerte roboten, eller leddroboten, har 4 til 7 rotasjonsledd og ligner mest på en menneskearm. Den er den mest fleksible og brukes til sveising, maling og montering. SCARA-roboten har to rotasjonsledd i horisontalplanet pluss en vertikal akse, og er rask og presis – ideell for plukk-og-plasser og montering av elektronikk. Deltaroboten henger i taket med tre parallelle armer og er ekstremt rask, perfekt for sortering og pakking av lett gods. Den kartesiske roboten beveger seg langs X-, Y- og Z-aksene og er enkel å styre, slik vi finner i CNC-maskiner og 3D-printere. Og til slutt coboten, samarbeidsroboten, som er laget for å jobbe trygt side om side med mennesker uten gjerder – den har lavere kraft og hastighet og innebygde kraftsensorer som stopper den om den støter borti noen.

Når man velger robot, ser man på spesifikasjoner som rekkevidde, nyttelast, repeterbarhet og frihetsgrader. Et eksempel: en sjokoladefabrikk skal sortere og pakke sjokolader på 20 gram i et tempo på 120 stykk i minuttet. Hvilken robot? Svaret er deltaroboten. Den er den raskeste for plukk-og-plasser, de lette sjokoladene ligger godt innenfor nyttelasten, og 120 stykk i minuttet betyr 2 i sekundet – syklustider under et halvt sekund, akkurat det delta klarer. En artikulert robot ville vært altfor treg til denne oppgaven.

To slags produksjon, og øyet som ser alt

Industrien deles grovt i to typer produksjon, og forskjellen er verdt å forstå. I prosessindustri lager man varer gjennom kontinuerlige eller batchvise kjemiske og fysiske prosesser – og produktet kan vanligvis ikke tas fra hverandre igjen til råvarer. Et oljeraffineri som omdanner råolje til bensin og diesel gjennom destillasjon er prosessindustri, og det samme er et aluminiumsverk som smelter bauksitt til aluminium. I diskret produksjon lager man derimot tellbare, identifiserbare enkeltprodukter ved å montere komponenter – og produktet kan demonteres igjen. En bilfabrikk som setter sammen biler av tusenvis av deler er diskret produksjon, og en elektronikkfabrikk som monterer kretskort og telefoner likeså.

Uansett type trenger man et øye som ser hele anlegget på en gang, og det er her SCADA kommer inn – Supervisory Control And Data Acquisition. Tenk på det som det overordnede datasystemet for overvåkning og styring. Nederst sitter feltinstrumentene, sensorer og aktuatorer ute i anlegget. PLS-er styrer lokalt, og et kommunikasjonsnettverk binder dem sammen med en SCADA-server som samler inn data, lagrer historikk og kjører alarmer. Operatøren sitter ved en stasjon med HMI, Human-Machine Interface – et operatørpanel eller en skjerm som viser prosessbilder med levende verdier, knapper for manuell styring og alarmer som kan kvitteres.

Viktig å merke seg: SCADA erstatter ikke PLS-ene, det kommuniserer med dem. PLS-ene gjør den raske, lokale styringen, mens SCADA gir den store oversikten – sanntidsvisualisering, alarmhåndtering, trendlogging av historiske data, fjernstyring av ventiler og pumper, og rapportgenerering. På et lakseslakteri kan SCADA for eksempel samle data fra alle PLS-ene, vise produksjonstall og temperaturer, varsle ved brudd i kjølekjeden, og logge alt for sporbarhet til Mattilsynet.

Oppsummering

Vi har gått gjennom den automatiserte fabrikken. Produksjonsautomasjon bygger på transportbånd, roboter, sensorer og aktuatorer, med PLS-en som hjernen som erstattet de gamle relékretsene. Automasjon gir høy kapasitet, jevn kvalitet og færre ulykker, men koster mye og gjør produksjonen mindre fleksibel.

Industriroboter finnes i mange former – artikulert, SCARA, delta, kartesisk og cobot – og man velger etter oppgave, hastighet og last. Vi skilte mellom prosessindustri, der produktet lages i kontinuerlige prosesser, og diskret produksjon, der tellbare produkter monteres av deler. Og over det hele våker SCADA-systemet, som samler data, viser dem til operatøren gjennom et HMI, håndterer alarmer og gir fjernstyring – uten å erstatte PLS-ene som gjør den lokale styringen.