اتوماسیون صنعتی: چیست؟ (اصول و انواع)

با توجه به پیشرفت سریع فناوری ، کلیه سیستم های پردازش صنعتی ، کارخانه ها ، ماشین آلات ، امکانات آزمایش و ... از مکانیزه به اتوماسیون تبدیل شدند. یک سیستم مکانیزاسیون برای کار با ماشین آلات دستی نیاز به دخالت انسان دارد. با تکامل فن آوری های کنترل جدید و کارآمد ، کنترل اتوماسیون کامپیوتری به دلیل نیاز به دقت ، کیفیت ، دقت و عملکرد بالای فرآیندهای صنعتی ایجاد می شود.
اتوماسیون گامی فراتر از مکانیزه شدن است که از دستگاههای با قابلیت کنترل بالا برای فرآیندهای کارآمد تولید یا تولید استفاده می کند.

اتوماسیون صنعتی چیست؟
اتوماسیون صنعتی چیست؟
اتوماسیون صنعتی استفاده از دستگاههای کنترلی مانند PC/PLCs/PACs و غیره برای کنترل فرایندها و ماشین آلات صنعتی با حذف حداکثر مداخله نیروی کار و جایگزینی عملیات مونتاژ خطرناک با دستگاههای خودکار است. اتوماسیون صنعتی ارتباط تنگاتنگی با مهندسی کنترل دارد.

اتوماسیون یک اصطلاح گسترده برای هر مکانیزمی پی ال سی است که به تنهایی حرکت می کند یا خود دیکته می شود. کلمه "اتوماسیون" از کلمات یونانی باستان Auto (به معنی "خود") Matos (به معنی "حرکت") گرفته شده است. در مقایسه با سیستم های دستی ، سیستم های اتوماسیون عملکرد برتر را از نظر دقت ، قدرت و سرعت کار ارائه می دهند.

در کنترل اتوماسیون صنعتی ، تعداد زیادی از متغیرهای فرآیند مانند دما ، جریان ، فشار ، فاصله و سطح مایع را می توان به طور همزمان حس کرد. همه این متغیرها توسط سیستم های ریزپردازنده پیچیده یا کنترل کننده های پردازش داده های مبتنی بر کامپیوتر به دست آمده ، پردازش و کنترل می شوند.

اتوماسیون صنعتی
سیستم های کنترل بخش مهمی از یک سیستم اتوماسیون هستند. انواع مختلف تکنیک های کنترل حلقه بسته متغیرهای فرایند را برای پیروی از نقاط تعیین شده تضمین می کند. علاوه بر این عملکرد اساسی ، سیستم اتوماسیون از عملکردهای مختلف دیگری مانند محاسبه نقاط تنظیم برای سیستم های کنترل ، راه اندازی یا خاموش شدن کارخانه ، نظارت بر عملکرد سیستم ، برنامه ریزی تجهیزات و غیره استفاده می کند. سیستم های کنترل همراه با نظارت بر محیط کار در محیط صنعت به یک سیستم تولید انعطاف پذیر ، کارآمد و قابل اعتماد اجازه می دهد.

نمونه ای از سیستم کنترل

سیستم خودکار برای پیاده سازی سیستم های کنترل و نظارت نیاز به محصولات سخت افزاری و نرم افزاری اختصاصی دارد. در سالهای اخیر ، تعدادی از این محصولات از فروشندگان مختلف تهیه شده است که محصولات تخصصی نرم افزاری و سخت افزاری خود را ارائه می دهند. برخی از این فروشندگان عبارتند از زیمنس ، ABB ، AB ، National Instruments ، Omron و غیره.

انواع اتوماسیون صنعتی
اتوماسیون صنعتی استفاده از سیستم های رایانه ای و ماشین آلات برای انجام عملیات صنعتی مختلف به صورت کنترل شده است. بسته به عملیات انجام شده ، سیستمهای اتوماسیون صنعتی عمدتا به دو نوع طبقه بندی می شوند ، یعنی اتوماسیون کارخانه فرآیند و اتوماسیون تولید.

انواع اتوماسیون صنعتی
اتوماسیون فرآیند کارخانه
در صنایع فرآوری ، محصول حاصل از بسیاری از فرایندهای شیمیایی بر اساس برخی مواد اولیه است. برخی از صنایع داروسازی ، پتروشیمی ، صنعت سیمان ، صنعت کاغذ و غیره هستند. بنابراین ، کل کارخانه فرآیند به طور خودکار تولید می شود تا کنترل متغیرهای فرآیند فیزیکی با کیفیت بالا ، پربارتر و با قابلیت اطمینان بالا انجام شود.

اتوماسیون فرآیند کارخانه
شکل بالا سلسله مراتب سیستم اتوماسیون فرایند را نشان می دهد. این شامل لایه های مختلفی است که اجزای گسترده در یک کارخانه فرآیند را نشان می دهند.

سطح 0 یا Plant: این سطح شامل ماشینهایی است که نزدیک به فرآیندها هستند. در این روش ، حسگرها و محرک ها برای ترجمه سیگنال های ماشین ها و متغیرهای فیزیکی به منظور تجزیه و تحلیل و تولید سیگنال های کنترل استفاده می شوند.

کنترل مستقیم فرآیند: در این سطح ، کنترل کننده های خودکار و سیستم های مانیتورینگ اطلاعات فرایند را از حسگرها دریافت می کنند و به ترتیب سیستم های محرک را هدایت می کنند. برخی از وظایف این سطح عبارتند از

اکتساب داده ها
نظارت بر گیاهان
دارا در حال بررسی است
کنترل حلقه باز و بسته
گزارش نویسی
کنترل نظارتی کارخانه: این سطح با تنظیم اهداف یا تعیین نقاط به کنترل کننده های خودکار فرمان می دهد. برای کنترل بهینه فرآیند ، از تجهیزات کنترل مراقبت می کند. برخی از وظایف این سطح عبارتند از:

عملکرد نظارت بر گیاهان
کنترل بهینه فرآیند
هماهنگی گیاهان
تشخیص خرابی و غیره
برنامه ریزی و کنترل تولید: این سطح مشکلات تصمیم گیری مانند تخصیص منابع ، هدف تولید ، مدیریت نگهداری و غیره را حل می کند. وظایف این سطح عبارتند از:

اعزام تولید
کنترل موجودی
نظارت بر تولید ، گزارش تولید و غیره
مدیریت کارخانه: این سطح بالاتری از اتوماسیون کارخانه فرآیند است. بیشتر به فعالیتهای تجاری می پردازد تا فعالیتهای فنی. وظایف این سطح عبارتند از-

تجزیه و تحلیل بازار و مشتری
آمار سفارشات و فروش
طرح تولید
تعادل ظرفیت و سفارش و غیره
سیستم اتوماسیون تولید
صنایع تولیدی محصول را تولید می کنند

خارج از مواد با استفاده از ماشین آلات/روباتیک برخی از این صنایع تولیدی شامل نساجی و پوشاک ، شیشه و سرامیک ، مواد غذایی و آشامیدنی ، کاغذ سازی و غیره هستند. گرایش های جدید در سیستم های تولید از سیستم های اتوماسیون در هر مرحله مانند جابجایی مواد ، ماشینکاری ، مونتاژ ، بازرسی و بسته بندی استفاده کرده است. با کنترل کامپیوتری و سیستم های روباتیک صنعتی ، اتوماسیون تولید بسیار انعطاف پذیر و کارآمد می شود.

شکل زیر سلسله مراتب سیستم اتوماسیون تولید را نشان می دهد که در آن تمام سطوح عملکردی با استفاده از ابزارهای مختلف اتوماسیون خودکار می شوند.

تولید سیستم های اتوماسیون
در زیر هر سطح در سلسله مراتب سیستم اتوماسیون تولید توضیح داده شده است:

سطح ماشین آلات: در این سطح دستگاه های مختلف سنجش و فعال کننده فرآیند تولید را کنترل می کنند. این یک سطح ابزار کنترل ماشین است. وظایف این سطح شامل جمع آوری داده ها ، بررسی سیگنال و کنترل دستگاه است.

سطح سلول یا گروه: این سطح دیگر اتوماسیون است که در آن عملکرد گروهی از ماشینها در سلولهای تولیدی هماهنگ می شود. کنترل کننده های خودکار مختلفی مانند PLC برای کنترل چنین ماشین هایی استفاده می شوند.

سطح فروشگاه: این یک سطح خودکار نظارتی است که در آن نظارت و هماهنگی چندین سلول تولیدی انجام می شود.

سطح کارخانه: این سطح اتوماسیون فعالیتهای نظارت ، کنترل و برنامه ریزی تولید را انجام می دهد و غیره.

سطح شرکت: این سطح کلیه فعالیتهای مرتبط با مدیریت مانند برنامه ریزی و برنامه ریزی تولید و غیره را انجام می دهد.

تجهیزات اتوماسیون صنعتی
اتوماسیون صنعتی (IA) یک سیستم عامل یکپارچه ، انعطاف پذیر و کم هزینه است که شامل تجهیزات و عناصر مختلفی است که عملکردهای متنوعی مانند حس ، کنترل ، نظارت و نظارت مربوط به فرایندهای صنعتی را انجام می دهد. شکل زیر ساختار اتوماسیون صنعتی را نشان می دهد که عناصر عملکردی مختلف IA را توصیف می کند.

تجهیزات اتوماسیون صنعتی
حس کردن و تحریک عناصر
حسگرها یا عناصر حسگر متغیرهای فرایند فیزیکی مانند جریان ، فشار ، دما و ... را به شکل الکتریکی یا پنوماتیک تبدیل می کنند. سنسورهای مختلف شامل ترموکوپل ها ، آشکارسازهای دما مقاومتی (RTDs) ، کرنش سنج ها و غیره هستند. سیگنال های این سنسورها برای پردازش ، تجزیه و تحلیل و تصمیم گیری به منظور تولید خروجی کنترل استفاده می شود. تکنیک های مختلف کنترل برای مقایسه خروجی مورد نیاز با مقایسه متغیر فرایند فعلی با مقادیر تعیین شده پیاده سازی می شوند. در نهایت ، کنترل کننده ها خروجی های محاسبه شده را تولید می کنند و به عنوان ورودی های سیگنال الکتریکی یا پنوماتیک به عناصر فعال کننده اعمال می شوند. محرک ها سیگنال های الکتریکی یا پنوماتیک را به متغیرهای فرایند فیزیکی تبدیل می کنند. برخی از محرک ها شامل سوپاپ های کنترل ، رله ، موتورها و غیره است.

حس کردن و تحریک عناصر
یک دسته خاص از ابزارها ، ابزارهای هوشمندی هستند که سیستمهای یکپارچه ای از حسگرها یا فعال کننده عناصر با قابلیت ارتباط با گذرگاههای زمینی هستند. این دستگاه های هوشمند از یک مدار تهویه سیگنال به صورت داخلی تشکیل شده و اتصال مستقیم به پیوند ارتباطی در سیستم گذرگاه صنعتی را آسان می کند.

عناصر سیستم کنترل
اینها کنترلرهای الکترونیکی مبتنی بر ریزپردازنده یا رایانه های صنعتی هستند که سیگنال های سنسورهای مختلف و همچنین سیگنال های فرمان از سیستم های نظارتی یا اپراتورهای انسانی را می پذیرند. این کنترل کننده ها می توانند سیستم های کنترل مداوم باشند یا کنترل منطقی/منطقی بستگی به ساختار ماهیت کنترل دارد. کنترل کننده مقادیر حسگر و مقادیر نظارتی را پردازش می کند و به ساختار کنترل بستگی دارد و خروجی کنترلی را به دستگاه های مختلف فعال کننده تولید می کند.

یک نوع مدرن از دستگاه های کنترل که در سیستم های اتوماسیون استفاده می شود ، کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) است. PLC ها دارای نرم افزار اختصاصی هستند تا بتوان آنها را برای انجام عملیات کنترل مربوطه برنامه ریزی کرد. PLC ها دارای CPU ، ورودی/خروجی دیجیتال ، ورودی/خروجی آنالوگ و ماژول های ارتباطی هستند به گونه ای که می توانند در شرایط محیط صنعتی برای کنترل پارامترهای مختلف فرآیند کار کنند.

عناصر سیستم کنترل
رابط ماشین انسان یا رابط اپراتور یک رابط گرافیکی برای اپراتورها است که اطلاعات فرایند مانند وضعیت متغیر فرآیند ، ثبت نتایج در پایگاه داده ، ایجاد سیگنال های هشدار و غیره را نشان می دهد. SCADA یکی از رابط های گرافیکی کاربر است که از راه دور عملیات صنعتی را کنترل می کند. . همچنین ، سیستم های کنترل توزیع شده (DCS) HMI خود را برای نمایش گرافیکی پارامترهای مختلف صنعتی ارائه می دهند.

عناصر کنترل نظارتی
کنترل نظارتی کنترل سطح بالاتری را بر روی کنترل کننده های خودکار انجام می دهد که بیشتر زیر سیستم های کوچکتر را کنترل می کند. عناصر اصلی این سطح رایانه های ایستگاه پردازش و رابط های ماشین انسان هستند. این رایانه های ایستگاه پردازشی پاسخگو هستند

برای عملکردهایی مانند محاسبات نقطه تنظیم ، نظارت بر عملکرد ، تشخیص ، راه اندازی ، خاموش کردن و سایر عملیات اضطراری استفاده کنید.

عناصر کنترل نظارتی
رابط ماشین انسان یا رابط اپراتور یک رابط گرافیکی برای اپراتورها است که اطلاعات فرایند مانند وضعیت متغیر فرآیند ، ثبت نتایج در پایگاه داده ، ایجاد سیگنال های هشدار و غیره را نشان می دهد. SCADA یکی از رابط های گرافیکی کاربر است که از راه دور عملیات صنعتی را کنترل می کند. . همچنین ، سیستم های کنترل توزیع شده (DCS) HMI خود را برای نمایش گرافیکی پارامترهای مختلف صنعتی ارائه می دهند.

مزایای اتوماسیون صنعتی
تولیدکنندگان با چالش های زیادی در زمینه رقابت تجاری امروز در سطح جهانی روبرو هستند. برخی از این چالش ها عبارتند از:

بسیاری از این دلایل تولیدکنندگان را به سمت اتوماسیون صنعتی سوق می دهد. مزایای اتوماسیون صنعتی عبارتند از:

افزایش بهره وری نیروی کار
بهبود کیفیت محصول
کاهش نیروی کار یا هزینه تولید
کاهش کارهای معمول دستی
ایمنی بهبود یافته است
کمک به حذف نظارت
افزایش بهره وری نیروی کار
اتوماسیون با تولید خروجی بیشتر برای یک نیروی کار معین ، میزان تولید را افزایش می دهد. کارگران انسانی نمی توانند ساعت های طولانی بدون از دست دادن دقت کار کنند. از سوی دیگر ، سیستم های کنترل خودکار بدون به خطر انداختن دقت می توانند ساعت های طولانی کار کنند. از این رو افزایش بهره وری و کارایی در هر ساعت از نیروی کار.

سیستم های اتوماسیون صنعتی
بهبود کیفیت محصول
یکی از مزایای اصلی اتوماسیون کاهش نرخ نقص کسری است. با عملکرد دستی فرآیند تولید ، ممکن است بر روی مشخصات کیفیت محصول سازش ایجاد شود. اما سیستم اتوماسیون عملیات را با تطابق و یکنواختی بیشتر با مشخصات کیفی انجام می دهد. با استفاده از سیستم های اتوماسیون ، فرآیندهای صنعتی در همه مراحل کنترل و نظارت می شوند تا یک محصول نهایی کیفی تولید شود.

کاهش هزینه کار یا تولید
سیستم های خودکار به صنایع کمک می کنند تا در بلندمدت با جایگزینی ماشین آلات خودکار به جای نیروی انسانی ، هزینه زیادی را ذخیره کنند تا هزینه تولید واحد کاهش یابد. تجهیزات اتوماسیون که به طور یکنواخت یا یکنواخت 24 × 7 کار می کنند ، نه تنها بهره وری را افزایش می دهند ، بلکه در نتیجه با صرفه جویی در حقوق ، هزینه نیروی کار ، حقوق بازنشستگی و هزینه کارکنان ، بازدهی عالی را برای سرمایه گذاری به دنبال دارند. سیستم خودکار نیز با جایگزینی عملیات خودکار به جای نیروی کار ، کمبود نیروی کار را کاهش می دهد.

کاهش وظایف دستی روتین
در بسیاری از کاربردهای صنعتی ، متغیرهای فرآیند مانند دما ، سطح مایع ، فشار و غیره به صورت دوره ای به عنوان یک کار معمول برای حفظ سطوح تعیین شده خود تحت نظارت قرار می گیرند. بنابراین یک سیستم اتوماسیون با استفاده از سیستم های کنترل حلقه بسته شرایط کار خودکار را ایجاد می کند.

وظایف دستی معمول
ایمنی افزایش یافته است
با پیاده سازی یک سیستم خودکار ، کار با انتقال کارگر از محل مشارکت فعال در فرآیند به نقش ناظر ایمن تر می شود. ماشین های خودکار قادر به کار در محیط های خطرناک و دیگر محیط های شدید هستند. همچنین ، این سیستم ها از روبات های صنعتی به جای کارگران انسانی ، به ویژه در شرایط تهدید کننده زندگی (شرایط شیمیایی و درجه حرارت بالا) استفاده می کنند. بنابراین یک سیستم اتوماسیون صنعتی از حوادث و صدمات وارده به کارگران جلوگیری می کند.

کمک به نظارت از راه دور
اکثر عملیات صنعتی باید از راه دور برای نظارت راحت و از راه دور و کنترل متغیرهای فرآیند کنترل شوند. در چنین مواردی ، سیستم های خودکار ارتباطی بین منطقه فرایند و منطقه نظارت (نظارت و کنترل) ایجاد می کنند ، در نتیجه به اپراتورها این امکان را می دهد که فرآیندهای صنعتی را از یک مکان دور کنترل و نظارت کنند. بهترین مثال این کنترل از راه دور ، کنترل خودکار شبکه برق است.