موضوع مقاله : اتوماسیون صنعتی چیست؟ انواع اتوماسیون صنعتی و سلسله موارد مربوط به یک سیستم اتوماسیون صنعتی

به طور خلاصه اتوماسیون صنعتی عبارت است از: استفاده از تکنولوژی­ها و دستگاه­های کنترل اتوماتیک که باعث ایجاد یک عملکرد اتوماتیک و کنترل پروسه­های صنعتی بدون نیاز به دخالت گسترده انسان می­گردد و در عین حال باعث بالا رفتن سطح عملکرد نسبت به زمان استفاده از کنترل دستی نیز می­شود.

– انواع سیستم­های اتوماسیون صنعتی:

     1- اتوماسیون ثابت یا سخت

     2- اتوماسیون قابل برنامه­ ریزی

     3- اتوماسیون انعطاف ­پذیر یا نرم

مقدمه

امروزه رقابت بسیار شدیدی بر روی محصولات در صنعت شکل گرفته و در حال افزایش است، کیفیت بالا و در عین حال قیمت­های رقابتی در محصولات از مهمترین عوامل این رقابت­ها هستند. به منظور پیروزی در این رقابت تعداد زیادی از صنایع به سمت طراحی محصولات جدید و همچنین ایجاد تکنولوژی­های جدید روی آورده­اند که برای رسیدن به این هدف از دستگاه­های خودکار استفاده می­نمایند.

یکی از تحرکات قابل توجه و تاثیرگذار برای رسیدن به راه­حل­های مربوط به رقابت ذکر شده در متن بالا استفاده از اتوماسیون صنعتی است. استفاده از اتوماسیون صنعتی باعث می­شود تا بتوان با استفاده از ابداعات جدید و جمع­آوری تکنولوژی­ها و خدمات، تولید بیشتر، با کیفیت­تر و قابل اطمینانی را در عین کاهش هزینه­ های طراحی و ساخت داشت.

اتوماسیون صنعتی چیست؟

اتوماسیون یک پله جلوتر از مکانیزاسیون است که از یک مکانیزم ماشینی خاصی استفاده نموده و به کمک نیروی انسانی می­ آید تا کارها به بهترین شکل ممکن صورت پذیرد. مکانیزاسیون انجام دستی یک کار با استفاده از ماشین آلات پر قدرت است که وابسته به تصمیم­گیری در لحطه انسان دارد.

به عبارت دیگر، اتوماسیون باعث جایگزینی نیروی انسانی با سیستم­های قابل برنامه­ریزی و ماشین آلات قدرتمند است.

اتوماسیون صنعتی جایگزینی کامپیوترها و ماشین آلات به جای استفاده از فکر انسان است. کلمه اتوماسیون به معنای ” یک مکانیزم حرکتی خود به خودی” می­باشد که از دو کلمه یونانی Auto و Matos الهام گرفته شده است که کلمه Auto به معنای خود به خودی و Matos به معنای حرکت است.

به طور خلاصه اتوماسیون صنعتی عبارت است از: استفاده از تکنولوژی­ها و دستگاه­های کنترل اتوماتیک که باعث ایجاد یک عملکرد اتوماتیک و کنترل پروسه­های صنعتی بدون نیاز به دخالت گسترده انسان می­گردد و در عین حال باعث بالا رفتن سطح عملکرد نسبت به زمان استفاده از کنترل دستی نیز می­شود. دستگاه­های اتوماسیون شامل: PLCها، PCها، PACها و غیره می­باشند و تکنولوژی­ها شامل انواع مختلف سیستم­های ارتباطی صنعتی می­شوند.

شکل بالا نشان دهنده سیستم اتوماسیون یک نیروگاه است که توسط شرکت زیمنس برای رسیدن به یک عملکرد مناسب، بی خطر و اقتصادی طراحی و اجرا شده است. این سیستم یک مجتمع اتوماسیونی کامل است که در آن تمامی بخش­ها با استفاده از تجهیزات کنترلی مناسب و کارا مانند سنسورها و محرک­ها تجهیز شده­اند. در این سیستم از ماژول­های SIMATIC یا همان PLCها به عنوان تجهیزات کنترلی استفاده شده است و نرم افزار مانیتورینگ WinCC یک رابط گرافیکی تاثیرگذار را ایجاد نموده است.

مزایای سیستم اتوماسیون

• برای افزایش بهروری

اتوماسیون در کارخانه­ها و تولیدی­ها توسط کنترل بهتر تولید باعث تصحیح نرخ تولید آنها می­شود. اتوماسیون با استفاده از کاهش چشمگیر زمان تولید یک محصول باعث افزایش تولید کل و با کیفیت بسیار بالاتر می­گردد. بنابراین برای یک مقدار کار مشخص وارده به سیستم میزان محصول خروجی بیشتری داده می­شود.

• به منظور بهینه سازی هزینه تولید

اجماع فرآیندهای مختلف در صنعت توسط ماشین آلات خودکار باعث کاهش دفعات اجرا، تلاش و در نتیجه کاهش نیاز به نیروی انسانی می­گردد. بنابراین سود حاصله از چرخه تولید برای کارفرمایان بیشتر می­شود.

• برای بهتر کردن کیفیت تولید

به دلیل اینکه سیستم­های اتوماسیون باعث کاهش دخالت نیروی انسانی می­گردند، میزان خطاهای انسانی نیز به شدت کاهش می­یابد. یکنواختی و کیفیت محصول تولیدی و تطابق بیشتر آن با محصول اصلی را می­توان با استفاده از اتوماسیون به دست آورد که کنترل و مانیتورینگ فرآیندهای صنعتی را از آغاز تولید تا پایان ارائه محصول نهایی بر عهده دارد.

• به منظور کاهش بررسی های معمول و روزمره

اتوماسیون به میزان بسیار زیادی باعث کاهش نیاز به بررسی های معمول مربوط به پارامترهای مختلف یک فرآیند می­شود. با بهره­ گیری از فناوری­های اتوماسیون، فرآیندهای صنعتی به طور خودکار متغیرهای فرآیند را برای رسیدن به میزان مطلوب با استفاده از تکنیک­های کنترلی حلقه بسته بر روی مقادیر دلخواه تنظیم می­کنند.

• برای بالا بردن سطح ایمنی

اتوماسیون صنعتی با استفاده از جایگزینی ماشین آلات اتوماسیونی در مناطق پر خطر به جای نیروی انسانی باعث افزایش ایمنی پرسنل می­گردد. به طور کلی ربات­های صنعتی و دستگاه­های رباتیک در مناطق پر خطر به کار گرفته می­شوند.

 

معایب اتوماسیون صنعتی:

• هزینه اولیه بالا

سرمایه گذاری اولیه برای تغییر یک خط تولید انسانی به یک خط تولید اتوماتیک بسیار بالاست و همچنین، هزینه ی آموزش کارکنان با این تجهیزات پیچیده  بسیار قابل توجه است.

نتیجه گیری از مزایا و معایب اتوماسیون صنعتی:

اخیرا اتوماسیون به دلیل داشتن مزایای چون افزایش تولید، کیفیت و ایمنی و کاهش هزینه صنعتی در بیشتر صنایع پذیرفته شده است.

سلسله مراتب یک سیستم اتوماسیون صنعتی

سیستم­های اتوماسیون صنعتی موجود در صنعت بسیار پیچیده هستند، تعداد بسیار زیادی تجهیز به طور کاملا هماهنگ در حال کارکردن با تکنولوژی­های اتوماسیونی هستند. شکل زیر نشان دهنده ترتیب سلسله مراتبی یک سیستم اتوماسیون می­باشد که شامل سطوح مختلفی است.

سطح اولیه:

این سطح، پایین­ترین سطح در سلسله مراتب اتوماسیون است که شامل تجهیزات مانند سنسورها و محرک­ها است. مهمترین وظیفه این تجهیزات آن است که اطلاعات مربوط به فرآیندها و ماشین­ها را برای مانیتورینگ و آنالیز به سطح بالاتر انتقال دهند. و همچنین شامل پارامترهای کنترلی فرآیند به وسیله محرک­ها می­باشند. به طور مثال این سطح را می­توان به عنوان چشم­ها و دست­های یک فرآیند مشخص در نظر گرفت.

سنسورها پارامترهای واقعی مانند دما، فشار، جریان، سطح و غیره را به سیگنال­های الکتریکی تبدیل می­کنند. سپس اطلاعات سنسورها به کنترلرها انتقال داده می­شود تا بتوانند پارامترهای واقعی را مانیتور و آنالیز کنند. برخی از سنسورها دارای ترموکوپل، سنسور ثانویه، RTDها، فشار سنج و غیره هستند.

به عبارتی دیگر محرک­ها سیگنال­های الکتریکی گرفته شده از کنترلرها را به عملکردهای مکانیکی تبدیل می­کنند تا بتوانند فرآیندها را کنترل کنند. شیرهای کنترل جریان، شیرهای سلونوئیدی، محرک­های پنوماتیکی، رله­ها، موتورهای DC و سرو موتورها مثال­هایی از محرک­ها هستند

سطح کنترلی:

این سطح دارای دستگاه­های اتوماسیونی مختلفی همچون ماشین­های CNC، PLCها و غیره می­باشد که تمامی این دستگاه­ها به پارامترهای مربوط به سنسورهای مختلف نیازمند هستند. کنترلرهای اتوماتیک محرک­ها را به وسیله سیگنال­های ارسالی از طرف سنسورها و برنامه­نویسی و تکنیک­های کنترلی، کنترل می­کنند.

PLCها  از گسترده­ترین و قدرتمندترین کنترلرهای صنعتی هستند که ظرفیت ارائه عملکردهای کنترلی زیادی را با استفاده از ورودی­های گرفته شده از سنسورها دارا می­باشند.  PLC ها  دارای ماژول­های زیادی از جمله CPU، ورودی و خروجی آنالوگ، ورودی و خروجی دیجیتال و ماژول­های ارتباطی هستند. این قابلیت­ها باعث می­شود تا کاربر بتواند عملکردهای کنترلی مناسبی را با توجه به استراتژی اجرای کار برنامه­ریزی نماید و به یک عملکرد ایده­آل در فرآیند دست یابد.

نظارت و تولید سطح کنترلی:

در این سطح، دستگاه­های اتوماتیک و سیستم­های مانیتورینگ به عملکرد بهتر و ساده­تر سیستم­های کنترلی کمک می­نمایند، مانند HMI، نظارت بر پارامترهای مختلف، مشخص نمودن اهداف تولید، تنظیم زمان روشن یا خاموش شدن دستگاه و غیره.

استفاده از HMIها در سیستم­های DCS و SCADA بسیار رایج است.

اطلاعات یا سطح سرمایه­ گذاری:

این بخش بالاترین سطح در اتوماسیون صنعتی است که در آن کل سیستم اتوماسیون مدیریت می­شود. وظایف این سطح عبارتند از: تولید، برنامه­ریزی، تجزیه و تحلیل مشتری و بازار، سفارش، فروش و غیره. بنابراین این سطح بیشتر با فعالیت­های تجاری در ارتباط است و ارتباط کمتری با جنبه ­های فنی کار دارد.

همچنین شبکه­ های ارتباط صنعتی نیز در زمینه سیستم­های اتوماسیون صنعتی بسیار برجسته هستند که وظیفه انتقال اطلاعات از یک سطح به سطح دیگر را برعهده دارند. بنابراین این ارتباط شبکه در تمامی سطوح سیستم اتوماسیون حضور دارند تا یک جریان سیال انتقال اطلاعات را ایجاد نمایند. این شبکه ارتباطی می­تواند در سطوح مختلف با یکدیگر متفاوت باشند. برخی از این شبکه­ها عبارتند از: RS485، CAN، DeviceNet، Bus، Profibus و غیره.

از این سلسله مراتب ارائه شده می­توان دریافت که یک جریان پیوسته ارسال اطلاعات از سطح بالا به پایین و بالعکس برقرار است. اگر یک مسیر گرافیکی را تصور کنیم، این کار شبیه یک هرم است که هرچه ما بالاتر می­رویم اطلاعات جمع­ بندی شده و هرچه به سمت پایین حرکت کنیم اطلاعات بیشتر و جزئی­تری را از فرآیند به دست می­ آوریم.

انواع سیستم­های اتوماسیون صنعتی:

1- اتوماسیون ثابت یا سخت:

 این نوع از اتوماسیون در فرآیندهایی استفاده می­شود که باید یک عمل ثابت و تکراری به طور مداوم تکرار شود تا به نرخ تولید بالا دست بیابیم. در این اتوماسیون از اهداف خاص یا تجهیزات مشخص استفاده می­گردد تا یک عمل ثابت به طور خودکار انجام شود. زمانیکه این سیستم اتوماسیون پیاده سازی شود تغییر طراحی محصول بسیار سخت خواهد شد. بنابراین در این سیستم تنوع نوع محصول غیر قابل انعطاف بوده ولی نرخ تولید با کیفیت به مقدار زیادی بالا رفته و قیمت واحد جنس نیز کاهش می­یابد.

برخی از این سیستم­ها عبارتند از: کارگاه­های رنگ و تسمه نقاله­ها

2- اتوماسیون قابل برنامه­ ریزی:

در این نوع سیستم اتوماسیون یک کلاس خاصی از محصول قابل تغییر است و همچنین عملیات نصب و اجرای فرآیند با تغییر در برنامه کنترلی در تجهیزات قابل تغییر است.

این نوع سیستم برای زمانی مناسب است که فرآیند تولید به صورت دسته­ای باشد و حجم تولید بین متوسط و زیاد می­باشد. اما در این حالت تغییر و مجددا برنامه­ ریزی کردن سیستم برای تولید محصول جدید سخت می­باشد. مثال­های از این سیستم عبارتند از: ماشین­های کنترل شده عددی، کارخانه­ های تولید کاغذ، کارخانه­ های تولید ورق استیل، ربات­های صنعتی و غیره.

3- اتوماسیون منعطف یا نرم:

این نوع سیستم کنترلی امکانات انعطاف­پذیر بسیاری را برای ایجاد تغییرات در تولید و طراحی محصول ارائه می­کند. این تغییرات می­توانند بسیار سریع و به صورت آنی و به وسیله تغییر کدها و دستورهای وارده به سیستم توسط اپراتور انجام پذیرد.

این سیستم اتوماسیون به تولیدکنندگان این اجازه را می­دهد تا محصولات متنوع با نرخ تولید متفاوتی را در یک چرخه فرآیند تولید نمایند تا اینکه این کار به صورت جداگانه اتفاق افتد.

چند مثال از استفاده این نوع سیستم اتوماسیون عبارت است از: وسیله نقلیه هدایت خودکار، اتومبیل­ها، دستگاه­های CNC چند منظوره.