انواع اتوماسیون صنعتی
رقابت بسیار رو به افزایش در دنیای امروز و در صنعت نیازمند کیفیت بالا و سازگارترین محصولات با یک قیمت رقابتی خواهد بود. برای روبرو شدن با این چالش تعدادی از صنایع در حال بررسی طراحی های جدید متنوع و تکنیک های تولیدی گوناگون و به شکل موازی استفاده از ابزارهای خودکار شده می باشند.
یکی از تحرکات قابل توجه و قدرتمند ما برای رسیدن به راه حل هایی برای رفع چالش های عنوان شده در بالا استفاده از تسهیلات اتوماسیون صنعتی برای افزایش کیفیت محصول، قابل اعتمادی و نرخ تولید به کار گرفته بسایر کارآمد می باشد،در حالی که هزینه های طراحی و تولید را با به کار بردن تکنیک های جدید و مبتکرانه و تکنولوژی های تلفیق شده را به شدت کاهش می دهد.
اتوماسیون صنعتی چیست
اتوماسیون یک قدم جلوتر از ماشینی کردن است که از یک مکانیزم ماشین آلات خاص که به کمک عاملان انسانی می آیند استفاده می نماید تا وظیفه ای را انجام دهند. ماشینی کردن، عمل دستی یک وظیفه با استفاده از ماشین آلات نیرو داده شده است که بر اساس تصمیمات انسانی عمل میکند.
از سوی دیگر اتوماسیون جایگزین نقش انسانی خواهد شدو با استفاده از دستورات برنامه نویسی منطقی و ماشین آلات قدرتمند این کار را به راحتی انجام می دهد.
اتوماسیون صنعتی جایگزینی با کامپیوترها و ماشینها برای فکر انسان است. کلمه اتوماسیون معنی self dictating یا مکانیزمی که با استفاده از خودش حرکت میکند را متبادر میکند که از کلمات یونانی Auto و Matos مشتق شده که به معنی خود(self) و حرکت (moving) هستند.
به صورت خلاصه، اتوماسیون صنعتی میتواند این گونه تعریف شود: استفاده از تکنولوژی تنظیم و ابزار کنترل اتوماتیک که باعث عمل اتوماتیک و کنترل پروسه های صنعتی بدون دخالت انسانی صورت می گیرد و اجرا و عملکرد خودکار نسبت به کنترل دستی ارجحیت دارد.این ابزار اتوماسیون شامل PLCs ,PCs ,PACs و غیره میشود و تکنولوژی شامل سیستم های ارتباطی صنعتی گوناگون میشود.
تصویر بالا اتوماسیون نیروگاه که توسط زیمنس برای انجام عملیات به صورت قابل تحمل، ایمن و اقتصادی فراهم شده را نشان خواهد داد. این مجموعه، اتوماسیون تلفیقی کامل (TIA) را با خودکار کردن همه بخش های نیروگاه با ابزار کنترلی کارآمد، مجموعه سنسورها و دستگاههای محرک، فراهم می سازد.در این اتوماسیون، مدل های SIMATIC (PLCs) به عنوان ابزار کنترل استفاده خواهند شد در حالی که WinCC یک صفحه گرافیکی موثر را فراهم میکند.
چرا اتوماسیون صنعتی ؟
مزیت های سیستم اتوماسیون
-
افزایش تولید
اتوماسیون کارخانه یا تولید یا پروسه کارخانه،نرخ تولید را از طریق کنترل بهتر محصولات،بهبود میبخشد. اتوماسیون به تولید محصول با کاهش زمان هم گذاری (assembly) برای هر محصول به طور تاثیر گذار با یک محصول با کیفیت بالاتر،کمک می نماید. بنابراین برای یک ورودی کار (زحمت) داده شده مقدار بیشتری خروجی خواهیم داشت.
-
فراهم کردن هزینه بهینه برای عملیات
تلفیق پروسه های مختلف در صنعت با ماشین های خودکار شده،زمان چرخه و تلاش و در نتیجه نیاز به زحمت انسان را به حداقل میرساند.بنابراین،سرمایه کارفرماها با اتوماسیون ذخیره میشود.
-
بهبود کیفیت محصول
چون که اتوماسیون صنعتی نقش انسان را کاهش میدهد،امکان خطاهای انسانی نیز محدود میشود.همگونی و کیفیت محصول همراه با آسایش بیشتر با اتوماسیون به وسیله کنترل و نظارت تطبیق پذیر بر پروسه های صنعتی در همه سطوح از آغاز یک تولید تا پایان آن،به دست میآید.
-
بررسی های روتین را کاهش میدهد
اتوماسیون به طور کامل نیاز به بررسی های دستی از پارامترهای پردازشی مختلف را کاهش میدهد.با بهره مند شدن از مزایای این تکنولوژی، پروسه های صنعتیبه صورت اتوماتیک متغیرهای پردازش را به مقداردلخواه تنظیم میکند و این کار را با استفاده از تکنیک های کنترل چرخه بسته انجام خواهند داد.
-
افزایش سطح ایمنی
سطح ایمنی را برای پرسنل با جایگزینی آنها با ماشین های خودکار شده در شرایط کاری پرخطر، افزایش میدهد. به طور سنتی، روبات های صنعتی و ابزارهای روبوتیک در این چنین مکان های پرخطر و ریسکی قرار داده میشوند.
سلسله مراتب یک سیستم اتوماسیون صنعتی
سیستم اتوماسیون به طور ذاتی میتواند خیلی پیچیده باشد که دارای تعداد زیادی ابزار است که به شکل همگام و همزمان با تکنولوژی های اتوماسیون کار میکنند.شکل زیر آرایش سلسلهای سیستم اتوماسیون متشکل از سطوح سلسلهای مختلف را نشان خواهند داد.
-
سطح حوزه یا میدان
این قسمت پایین ترین سطح از سلسله اتوماسیون است که مشمول ابزار میدانی مثل سنسورها و محرکها میشود. وظیفه اصلی این ابزار میدانی انتقال داده های پردازش ها و ماشین ها به یک سطح بالاتر برای نظارت و تحلیل است. و همچنین شامل کنترل پارامترهای پردازش از طریق محرکها هم هست. برای مثال، ما خواهیم توانست این سطح را به عنوان چشمه و بازوهای یک پروسه مخصوص، تعریف نماییم.
سنسور پارامترهای real time مثل دما،فشار،شار،سطح و غیره را به سیگنالهای الکتریکی تبدیل میکند.این داده های سنسور بعدا به کنترل کننده ها برای نظارت و تحلیل پارامترهای real time تبدیل میشود.بعضی از سنسورها شامل ترموکوپل،سنسور نزدیکی،RTDs،جریان سنج و غیره میشود.
از طرف دیگر محرکها سیگنالهای الکتریکی را (از کنترل کننده ها) به مفاهیم مکانیکی برای کنترل پردازش ها تبدیل میکند.دریچه های کنترل جریان،دریچه های میدان مغناطیسی،محرک های بادی،دستگاه های تقویت نیرو (relays) ،موتورهای DC و موتورهای فرمان،مثالهایی از محرک ها هستند.
-
سطح کنترل
این سطح شامل ابزارهای گوناگون مانند ماشینهای CNC ،PLCs و غیره میشود که پارامترهای پردازش را از سنسورهای مختلف به دست خواهد آورد.کنترل کننده های اتوماتیک محرکها را بر پایه ی سیگنالهای سنسور پردازش شده و برنامه یا تکنیک کنترل،هدایت میکند.
کنترل کننده های منطقی با قابلیت برنامه نویسی (PLCs) کنترل کننده های صنعتی قوی با بیشترین میزان استفاده هستند که قادر به عرضه کاربردهای و تابع های کنترل اتوماتیک بر اساس ورودی از سنسورها می باشند که شامل مدل های مختلف مانند CPU ، I/O analog ، I/O digital و مدل های ارتباطی میشود. این به اپراتورها این امکان را خواهد داد تا یک تابع کنترل یا یک استراتژی را برنامه ریزی کند تا عملیات های اتوماتیک مخصوص در پروسه را اجرا کند.
-
سطح نظارت و کنترل محصول
در این سطح، ابزار اتوماتیک و سیستم نظارت، عمل کنترل و مداخله مانند سطح مشترک انسان و ماشین (HMI) ، نظارت بر پارامترهای مختلف ،تنظیم چارچوب های تولید، آرشیوبندی تاریخی، تنظیم روشن و خاموش کردن ماشین و غیره را سهولت می بخشد.
به طور عمده، هم سیستم کنترل توزیع (DCS) و هم کنترل نظارتی و حق مالکیت داده ها (SCADA) به شکل محبوبی در این بخش استفاده میشوند.
-
سطح اطلاعات یا سرمایه گذاری
این بالاترین سطح از اتوماسیون می باشد که کل سیستم اتوماسیون را به راحتی مدیریت میکند. وظایف این قسمت شامل برنامه ریزی تولید،تحلیل بازار و مشتری،سفارشها و فروشها و غیره میشود.بنابراین این قسمت بیشتر با فعالیتهای بازرگانی و کمتر با جنبه های فنی سرو کار دارد.
و همچنین شبکه های ارتباطی صنعتی برجسته ترین بخش در سیستم اتوماتیک هستند که اطلاعات را از یک سطح به سطح دیگر انتقال میدهند.پس،این شبکه ها در همه سطوح سیستم اتوماسیون حضور دارند تا جریان پیوسته اطلاعات را امکان پذیر سازند.این شبکه ارتباطی میتواند در یک سطح نسبت به سطح دیگر،متفاوت باشد.بعضی از این شبکه ها شامل RS485،CAN،DeviceNet،Foundation Field bus،Profibus و غیره میشود.
از سلسله بالا ما میتوانیم نتیجه یگیریم که جریان پیوسته اطلاعات از سطح بالا به سطح پایین و بالعکس وجود دارد. اگر ما این راه گرافیکی را فرض کنیم، شبیه هرمی است که با بالا رفتن از آن، اطلاعات انباشته تر میشود، در حالی که با پایین آمدن از آن به اطلاعات جزئی تری از پروسه میرسیم.
انواع سیستم اتوماسیون صنعتی
اتوماسیون محکم شده یا سخت
این نوع از اتوماسیون برای اجرای محکم و ثابت شده و عملیات های تکراری به کار گرفته میشود تا به نرخ تولید بالا دست یابیم.این نوع از قصد ویژه یا ابزار اختصاصی استفاده میکند تا عملیاتهای اسمبل و پردازش متوالی و ثابت شده را خودکار کند.وقتی که به کار گرفته شود،تغییر و گوناگونی طراحی محصول نسبتا سخت خواهد بود.بنابراین،در ارائه تنوع در محصول،غیر منعطف خواهد بود ولی کارآمدی را همراه با نرخ تولید بالاتر افزایش میدهد و بخش مخارج را کاهش میدهد. این نوع سیستم ها بسیار در ایمنی صنایع مختلف کارساز می باشد.
بعضی از این سیستم های خودکار شده پروسه تقطیر، paint shops و ناقلها می باشند.
اتوماسیون با قابلیت برنامه دهی
در این اتوماسیون،یک کلاس خاص از محصولات تغییر میکنند و همچنین عملیاتهای اسمبل کردن و یا پردازش کردن هم میتوانند با اصلاح برنامه ی کنترل در تجهیزات خودکار شده،دچار تغییر خواهند شد.
این اتوماسیون بهترین حالت برای پروسه های تولید دسته دسته ایست که در آن حجم تولیدات، متوسط رو به بالاست.ولی در این حالت،تغییر و شکل دهی مجدد سیستم برای یک محصول جدید یا عملیات های متوالی، سخت می باشد. بنابراین، محصول جدید یا شکل دهی مجدد عملیاتهای متوالی نیازمند یک تنظیم (setup) طولانی است.
نمونه هایی از این نوع اتوماسیون شامل ماشین های کنترل شده به صورت عددی، آسیاب کاغذ، آسیاب فولاد چرخان، روبوت های صنعتی وغیره خواهند شد.
اتوماسیون نرم یا انعطاف پذیر
این سیستم اتوماسیون ،تجهیزات کنترلی اتوماتیکی را فراهم می سازدکه منعطف باشد برای ایجاد تغییرات در طراحی محصول از خود نشان میدهد. این تغییرات میتواند به سرعت و از طریق دستورات داده شده در حالت کد به وسیله عاملان انسانی،اجرا شود.
این اتوماسیون به تولیدکنندگان این امکان را می دهد که محصولات مختلفی با محدوده های مختلف، به عنوان پروسه تلفیق ترکیبی و بیشتر نسبت به پروسه های مجزا، تولید می نماید.
بعضی از نمونه های این سیستم اتوماسیون عبارتند از وسایل نقلیه هدایت شونده به صورت اتوماتیک، اتومبیل ها و ماشین های CNS چند منطوره.
منبع : سایت http://www.electricaltechnology.org/