Automatyka: Układy automatyki w zakładach mleczarskich

Konkurowanie z najlepszymi na rynku przetwórcami mleka w kraju i za granicą niesie ze sobą konieczność ciągłego rozwoju, najczęściej rozumianego jako ulepszanie gotowych, istniejących już wyrobów w ofercie handlowej, a także poszerzanie tegoż asortymentu o nowe produkty, z zachowaniem wysokich standardów jakości. Udoskonalanie produktów, wprowadzanie nowych do obrotu, systematyczne zwiększanie produkcji powoduje konieczność inwestowania w rozbudowę zakładu, a także modyfikację istniejących bądź wprowadzanie nowych, przynoszących więcej efektów metod produkcji. Nie bez znaczenia pozostaje dobór nowoczesnych urządzeń i linii produkcyjnych. Gdy w grę wchodzi tak duża skala produkcji niezbędna staje się jej robotyzacja i automatyzacja. Często nieodzownym elementem staje się także przeszkolenie pracowników do obsługi poszczególnych urządzeń bądź linii produkcyjnej. Jedną z prężnie rozwijających się dziedzin nauki, której ogromny wkład jest widoczny we współczesnych, nowoczesnych zakładach produkcyjnych z branży nie tylko mleczarskiej jest nauka o metodach i układach sterowania, czyli właśnie automatyka. Sięgając do podstaw teorii automatyki dowiedzieć się można, że dotyczą one opisu zbioru wielkości wejściowych, wyjściowych oraz stanu danego procesu. W odniesieniu do procesów produkcyjnych podstawy teoretyczne obejmują analizę środków produkcji pod kątem optymalnego użytkowania zasobów produkcyjnych, materiałowych, energetycznych czy też ludzkich. Pod pojęciem procesu produkcyjnego należy rozumieć całokształt działań, które wiążą się z przekształcaniem surowców, materiałów w produkty końcowe – gotowe do dystrybucji i sprzedaży odpowiednio do profilu produkcyjnego danego zakładu przetwórstwa żywności. Wymiernym, ekonomicznym efektem procesu produkcyjnego jest wartość dodana. Zastosowaniem automatyki w praktyce zajmuje się automatyzacja.

Automatyzacja procesów, ogólnie rzecz ujmując, obejmuje techniki sterowania, pomiarów, regulacji, kontroli, sygnalizacji. Kompleksowa automatyzacja może być związana z całymi przedsiębiorstwami lub wydzielonymi maszynami albo liniami produkcyjnymi jako takimi. Automatyzację można rozróżniać na podstawie wkładu pracy koniecznego do dostosowania danego rozwiązania do nowych wymogów. Automatyzacja sztywna to rodzaj automatycznego, rytmicznego wytwarzania jednego produktu, wiążącego się z dużym kosztem przestawienia pracy linii na inny produkt. Z kolei automatyzacja elastyczna, w przeciwieństwie do poprzedniej, jest łatwiejsza w modyfikacji, ze względu na możliwość szybkiego przestawienia maszyn w zależności od stawianych wymogów lub zadań produkcyjnych, a co za tym idzie takie rozwiązanie pozwala na zmniejszenie przestojów. W takiej formie elastyczne jest zatrudnienie i podział pracy, jej cykl, realizacja zleceń produkcyjnych.

Urządzenia technologiczne, produkcyjne lub elektroniczny układ sterowania ze wspomaganiem komputerowym są elastyczne i wysoko zautomatyzowane. Oczywistym zadaniem stawianym automatyzacji procesu jest maksymalnie największe możliwe zastąpienie oddziaływania czynnika ludzkiego na proces oddziaływaniem układów automatyki. Z punktu widzenia automatyzacji procesy produkcyjne można podzielić na ciągłe i dyskretne. Ciągłe procesy produkcyjne są to technologie wytwarzania, w których występują ciągła zmiana parametrów procesu, ciągły przepływ materiałów i energii, a zmienne stanu są funkcjami ciągłymi. W przypadku dyskretnych procesów produkcyjnych mówi się o technologiach wytwarzania, w których dominują nieciągłe przepływy energii i materiałów. Zmienne stanu są tu wielowartościowymi funkcjami czasu.

Automatyzacja procesów sterowania produkcją zwiększa jakość produktów, poprzez lepszą regulację produkcji. Komputerowo wspomagane sterowanie jakością obejmuje dwa poziomy: automatyzację pomiaru poprzez sensory, liczniki czy urządzenia pomiarowe oraz automatyzację planowania procesu kontroli i analizę wyników. Komputerowe wspomaganie obejmuje również projektowanie konstrukcji wyrobu, technologii wyrobu, planowanie i sterowanie produkcją, utrzymanie ruchu czy też komputerowe wspomaganie wytwarzania. Rozwiązania prowadzące do wzrostu wydajności produkcji, poprawy jakości produktów i dostaw, słowem system realizacji produkcji (z ang. MES Manufacturing Execution System) zapewnia przejrzystość na poziomie produkcji, przyczyniając się do wprowadzania usprawnień w działaniu zakładu czy procedur eksploatacyjnych i poprzez to generując wiele korzyści. Należą do nich m.in. wizualizacja procesu, raportowanie, analiza danych lub oszczędność energii i optymalizacje procesowe.

Na prace modernizacyjne linii produkcyjnych w zakładach mleczarskich nieodzowny wpływ mają przepisy, niejako wymuszające wdrażanie nowych, bezpieczniejszych rozwiązań, w celu dostosowywania się do norm sanitarnych. Z każdym rokiem poszerza się zakres wykorzystania programowalnych sterowników logicznych z ang. PLC Programmable Logic Controller, panelów sterowniczych (operatorskich) z ang. HMI Human Machine Interface czy systemów wizualizacji i rejestracji danych z ang. SCADA Supervisory Control And Data Acquisition. Do zadań układów automatyki w mleczarstwie przede wszystkim należy sterowanie i kontrola pracy pomp, mieszadeł, zaworów itp., prowadzenie pomiarów, sygnalizacja, regulacja temperatury, poziomu płynów, wartości ciśnienia, stężeń, słowem prowadzenie i kontrola całego procesu produkcyjnego bądź jego części, w zależności od potrzeb. Każde zadanie jest realizowane zgodnie z precyzyjnie określonymi algorytmami, a przebieg procesu jest ściśle rejestrowany i archiwizowany. Wprowadzanie zautomatyzowanych rozwiązań w zakładzie niesie ze sobą, jak każda zmiana, konieczność dokładnej analizy potrzeb i oczekiwań klienta względem możliwości produkcyjnych i przyjęcia odpowiedniej, najlepszej z możliwych strategii, aby uniknąć zamieszania w trakcie przeprowadzania reorganizacji pracy zakładu. Bezpośrednio pracą danej maszyny, urządzenia technologicznego lub też całym procesem technologicznym jest w stanie zawiadywać wspomniany wcześniej sterownik PLC.

Sterownik PLC wymaga wcześniejszego odpowiedniego zaprogramowania w taki sposób, aby wprowadzony program był potem przez niego cyklicznie powtarzany. W dużym uproszczeniu sterownik zaopatruje się w odpowiednią liczbę układów wejściowych, które zbierają informacje na temat stanu danego obiektu, wymogów obsługi. Układy wyjściowe sterownika są z kolei połączone z elementami wykonawczymi lub sygnalizacyjnymi. Sterownik wykonuje zapisane instrukcje w takiej kolejności, w jakiej zostały wprowadzone. Działania sterownika są sekwencyjne, zachodzą cyklicznie, powtarzane są operacje tworzenia obrazu wejść, wykonania żądań programowych i tworzenia obrazu wyjść. Podczas swojej pracy sterownik wykonuje także szereg innych operacji, do których należą: obsługa błędów, alarmów itp.

Niewątpliwie zakłady produkcji żywności chcące sprostać rosnącym wymaganiom klientów, rynku, swoim własnym ambicjom, celom lub założeniom sięgają po coraz to nowsze rozwiązania oferowane przez firmy specjalizujące się w rozwiązywaniu problemów zbyt niskiej wydajności produkcji, niezadowalającej jakości produktów końcowych albo kłopotów związanych z przestawieniem istniejących urządzeń na danej linii produkcyjnej tak, aby było możliwe produkowanie nowych wyrobów. Automatyka przemysłowa jest obecnie najszybciej rozwijającym się działem inżynierii elektrycznej, a zgromadzone dane mogą być poddawane analizie statystycznej, co umożliwia z kolei na przykład wysunięcie wniosków na temat rentowności prowadzonych działań produkcyjnych w zakładzie. Warto korzystać z wiedzy i doświadczenia automatyków, a także z różnego rodzaju form dotacji czy wspierania rozbudowy, modernizacji zakładów produkcji żywności poprzez szeroki wachlarz możliwości jaki oferują programy dofinansowań innowacyjnych rozwiązań realizowane z funduszy Unii Europejskiej. Istnieje szereg propozycji, w które angażuje się chociażby Polska Agencja Rozwoju Przedsiębiorczości (PARP). Realizuje ona krajowe, a także międzynarodowe przedsięwzięcia, które są finansowane ze środków funduszy strukturalnych, budżetu państwa oraz wieloletnich programów Komisji Europejskiej. Warto zainteresować się wsparciem oferowanym przez instytucje gdyż poszerza ono możliwości sprawnego funkcjonowania firm i zakładów na rynku o silnej konkurencji.