اتوماسیون را می توان یک مرحله فراتر از مکانیزاسیون هایی در نظر گرفت که در آنها از مکانیزم های ماشینی استفاده می شود که تنها به کمک نیروهای انسانی می توانند عملی را انجام دهند. در واقع، مکانیزاسیون انجام دستی یک عملیات با بکارگیری ماشین های قدرتمندی است که نیاز به دخالت و تصمیم گیری های انسانی دارند. به عبارت دیگر، اتوماسیون استفاده از دستورالعمل های برنامه نویسی منطقی و ماشین های قدرتمند را جایگزین دخالت نیروی انسانی نموده است.
اتوماسیون صنعتی پروسه ی جایگزینی کامپیوترها و ماشین ها به جای تفکر نیروی انسانی است. کلمه ی اتوماسیون برگرفته از دو کلمه ی یونانی “اتو” و “ماتوس” به معنای “خود” و “حرکت کننده” می باشد، در نتیجه لغت اتوماسیون به معنای حرکت خودکار و یا مکانیزمی است که بصورت خودکار حرکت می کند.
بطور خلاصه می توان گفت که اتوماسیون صنعتی به معنای بکارگیری مجموعه ای از فن آوری‌ها و دستگاه های کنترلگر اتومات با هدف ایجاد عملکرد و کنترل خودکار فرآیندهای صنعتی با کمترین نیاز به دخالت نیروهای انسانی و به منظور دستیابی به کارایی بیشتر در مقایسه با کنترل دستی می باشد. دستگاه های اتوماسیون شامل PLC ها، PC ها، PAC ها و مواردی از این قبیل و نیز انواع سیستم های ارتباطی صنعتی می باشند.
تجهیزات اتوماسیون صنعتی چیست؟
در خیلی از کارگاه‌ها و کارخانه‌های صنعتی فرایند تولید با کمک نیروی انسانی انجام میشود. یعنی تجهیزات برای انجام بخشی از کار به نیروی انسانی احتیاج دارد. دستگاههای اتوماسیون صنعتی کامپیوترها و ماشین‌هایی هستند که جای نیروی انسانی را پر میکنند و با استفاده از فناوری‌ها و دستگاههای خودکار بدون دخالت انسان فرایندها را انجام می‌دهند.
سطوح تجهیزات اتوماسیون صنعتی
دستگاههای اتوماسیون پیچیدگی‌های زیادی دارند. این دستگاه‌ها به سطح میدانی، کنترلی و اطلاعاتی و شرکتی تقسیم می‌شوند.
سطح میدانی
در سطح میدانی صنعت‌گرها با سنسورها و محرک‌ها کار میکنند. این دستگاه‌ها باید داده‌ها را به سطح نظارتی منتقل کنند. سنسورها و محرک‌ها در این سطح قرار می‌گیرند. وظیفه سنسورها تبدیل پارامترهای دما، فشار، جریان و سطح به سیگنال‌های الکتریکی است. محرک‌ها هم سیگنال‌ها را به نیروهای مکانیکی تبدیل میکنند. در واقع محرک‌ها کار کنترل فرایند را انجام می‌دهند.
سطح کنترل
دستگاههای PLC و CNC ها در دسته تجهیزات کنترلی قرار می‌گیرند. سیگنال‌هایی که از سنسورها به دست می‌آید وارد دستگاههای کنترلی شده و پردازش می‌شوند. در نهایت این ماشین‌ها محرک‌ها را با برنامه‌های مخصوص راه‌اندازی میکنند.
کنترلرها به دو دسته کنترلرهای منطق برنامهای و کنترل تولید و سرپرستی تقسیم می‌شوند. کنترلرهای PLC یا همان کنترل‌های منطق برنامهای براساس ورودی سنسورها کار میکنند و قدرت بالایی دارند. ماژول‌های مختلفی مثل I/O، CPUآنالوگ، I/O دیجیتال و ماژول‌های ارتباطی اجزای تشکیل‌دهنده دستگاههای کنترلی هستند. سطح تولید و سرپرستی دستگاههای خودکار قرار دارند و عملیات سیستم را نظارت میکنند. دستگاههای تولید و سرپرستی بر پارامترهای مختلف نظارت کرده و اهداف تولید را تنظیم میکنند.
انواع تجهیزات اتوماسیون صنعتی
به‌طور کلی تجهیزات اتوماسیون صنعتی به 4 دسته ثابت، قابل برنامه‌ریزی، قابل انعطاف و تجمیع‌شده تقسیم می‌شوند. دسته‌بندی دیگری هم برای انواع تجهیزات صنعتی وجود دارد. شبکه‌های عصبی مصنوعی، سیستم کنترل توزیع، واسط ماشین انسان، اسکادا، ابزار دقیق، کنترل حرکت و روباتیک از انواع این تجهیزات هستند که سنسور، انکودر، کنترلر، نمایشگر، رله، تایمر، منبع تغذیه، استپ موتور، اینورتر، ابزار دقیق و PLC در گروه‌های مختلف قرار می‌گیرند.
PLC یک کامپیوتر دیجیتال است که فرایندهای صنعتی را کنترل میکند. این دستگاه مهمترین دستگاه در صنایع مختلف است. زمانی که یک برنامه کنترلی اجرا میشود، این دستگاه همواره وظیفه نظارت و بررسی سیستم را به عهده دارد. PLC از ورودی و سنسورها بازخورد می‌گیرد و اطلاعات را به برنامه کنترلی خودش منتقل میکند. در نهایت دستگاه با استفاده از عملکرد ماشین تصمیم‌گیری میکند.
PLC با برندهای مختلف در بازار وجود دارد، PLC دلتا، کاتک، LS و میتسوبیشی از برندهای موجود هستند. کنترلرها برای کنترل مقادیر مشخص استفاده میشود. از جمله کنترلرهای پرکاربرد، کنترل PH، پنل میتر، کنترلر توان و کنترلر دما هستند.
تجهیزات اتوماسیون ثابت
دستگاههای اتوماسیون ثابت عملیات ثابتی را انجام می‌دهند و هدف از استفاده از آنها افزایش نرخ تولید است. بنابراین تجهیزات اتوماسیون ثابت نمی‌توانند محصول‌های مختلفی را تولید کنند. تقطیر‌کننده‌ها، استیج‌های رنگ‌ریزی و خط تولید در دسته تجهیزات ثابت قرار می‌گیرند.
تجهیزات قابلبرنامهریزی
تجهیزات قابلبرنامهریزی قابل کنترل هستند و می‌توان برنامه کنترلی را تغییر داد. در چنین حالتی، فرایند تولید محصول یا پردازش قابل تغییر است و با توجه به نیاز شما تغییر میکند. کارخانه‌هایی که به تولید انبوه نیاز دارند، از دستگاههای قابل برنامه‌ریزی استفاده میکنند. ماشین‌های کنترل عددی، ربات‌های صنعتی و کارخانه‌های تولید کاغذ در این دسته قرار می‌گیرند.
دستگاههای انعطاف‌پذیر
دستگاههای انعطاف‌پذیر هوشمندترین نوع تجهیزات صنعتی هستند. این دستگاه‌ها عملکرد انعطاف‌پذیری دارند و با کدهای مختلف قابلبرنامهریزی هستند. اتومبیل‌ها و خط تولید ماشین‌های CNC در دسته دستگاههای انعطاف‌پذیر قرار می‌گیرند. اگر می‌خواهید محصولات متنوعی را تولید کنید، به تجهیزات انعطاف‌پذیر احتیاج دارید.
معرفی اتوماسیون صنعتی برق
در تجهیزات اتوماسیون صنعتی مربوط به قسمت‌های برقی ساختمان، یک دستگاه هوشمند وجود دارد که فرایند را کنترل کرد. با استفاده از این دستگاه‌ها می‌تواند تجهیزات برقی را از راه دور کنترل کرد. بنابراین روشنایی، درجه حرارت و مصرف کل انرژی قابل کنترل است.
با استفاده از دستگاههای اتوماسیون برقی می‌توانید میزان مصرف انرژی را متوجه شوید. در این حالت می‌دانید هر قسمت چه مقدار انرژی مصرف کرده است. مدت زمان روشن بودن لوازم برقی و روشن و خاموش بودن چراغ‌ها در این حالت کاملا مشخص است.
با استفاده از این تکنولوژی، فرآیندهای صنعتی بصورت اتوماتیک کنترل می شوند. در این روش متغیرهای فرآیندی با استفاده از تکنیک کنترل حلقه بسته به مقادیر مطلوب تنظیم می شوند.
نمونه هایی از تجهیزات اتوماسیون صنعتی
سنسور
سنسورها یکی از پایه ای ترین و کلیدی ترین تجهیزات اتوماسیون صنعتی به شمار می روند. سنسور یا حسگر یک دستگاه ورودی است که خروجی( سیگنال) را با توجه به مقدار فیزیکی خاص (ورودی) فراهم می کند. به عبارتی ساده تر سنسور دستگاهی است که سیگنال ها را از یک دامنه ی انرژی به دامنه ی الکتریکی تبدیل می کند. تعریف سنسور را با یک مثال می توان درک کرد. ساده ترین مثال سنسور یک مقاومت LDR یا نور است. LDRوسیله ایست که مقاومت آن بر اساس شدت نور موجود تنظیم می گردد.
سنسورها به دو دسته اساسی بدون تماس و تماسی تقسیم بندی می شوند. در نوع بدون تماس، با نزدیک شدن قطعه، سنسور فعال می شود و به همین دلیل در صنایع کاربرد بسیار زیادی دارد. سنسورهای القایی دسته ای از سنسورهای بدون تماس هستند که عموما فقط به فلز حساس هستند. سرعت سوئیچینگ زیاد، طول عمر، عدم ایجاد نویز از ویژگی های بارز نوع بدون تماس به شمار می رود.
انواع مختلفی از سنسور در صنعت به کار می روند که مهمترین آنها شامل موارد زیر می باشد:
- سنسور القایی
- سنسور خازنی
- سنسور نوری
انکودر
انکودر یک دستگاه حسگر است که بازخورد محیط را فراهم می کند و یکی از متداول‌ترین تجهیزات اتوماسیون صنعتی به شمار می‌رود. انکودرها حرکت را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل میکنند که این سیگنال الکتریکی می توانند توسط انواع سیستم های کنترل مانند یک شمارنده یا PLC خوانده شود. انکودر یک سیگنال بازخورد ارسال میکند که می‌تواند برای تعیین موقعیت، شمارش، جهت و یا سرعت استفاده شود. یک دستگاه کنترل می‌تواند برای ارسال یک فرمان از این اطلاعات، در یک تابع خاص استفاده کند.
در اتوماسیون صنعتی از انکودر استفاده‌های بسیاری می شود و تا جایی این کاربرد در اتوماسیون مهم بوده که در صنایع بسته بندی و دستگاههای صنعتی که نیاز به اندازه گیری سرعت و موقعیت است از انکودرهای مختلف استفاده میکنند.
نمایشگر
نمایشگرهای دیجیتال در ابعاد و اندازه های مختلف ساخته می شوند که می توانند بیش از 60 مشخصه و سیگنال متفاوت را برای اهداف نظارتی گوناگون نمایش دهند. انواع نمایشگرهای دیجیتال 7 سگمنت و 16 سگمنت در بازار موجود است.
نمایشگر سون سگمنت (seven segment) رای جترین دستگاه نمایشگر مورد استفاده در بسیاری از وسایل الکترونیکی مانند متر دیجیتالی، ساعت دیجیتال، ماکروویو، اجاق اگاز برقی و غیره است. این نمایشگرها شامل هفت قسمت از دیودهای نوری( LED ) هستند و ساختاری شبیه به عدد انگلیسی 8 دارند. در واقع نمایشگر سون سگمنت شامل ۸ بخش است که بخش هشتم آن برای نمایش نقطه استفاده میشود. این بخش برای نمایش عدد غیر صحیح (اعشاری) مفید است. از A تا G، بر هفت قسمت نمایشگر سون سگمنت اشاره دارد و H برای معرفی بخش هشتم به کار می‌رود.
تایمر
تایمر یک دستگاه کنترل است که پس از دریافت یک سیگنال ورودی، یک سیگنال را در یک زمان از پیش تعیین شده تولید می کند. به زبانی ساده تر تایمر یک رله دارای یک خروجی (با یا بدون کنتاکت) است که به طور الکتریکی مدار را پس از یک زمان از پیش تعیین شده بسته (روشن) و یا باز (خاموش) می کند.مکانیزم عملکرد تایمرها بدین شکل می باشد که با وصل جریان برق به منبع تغذیه آن، بر اساس تنظیمی که روی آن صورت گرفته و پس از مدت زمان تعیین شده عمل می کند و کنتاکت های داخلی آن تغییر وضعیت می‌دهند، بدین صورت که کنتاکت‌های بسته آن باز و کنتاکت های باز آن بسته می شوند.
کنترلرها
کنترل دما – ترموستات
ترموستات یا دماپا یک عضو جداناپذیر از تجهیزات اتوماسیون صنعتی بشمار می رود و در اغلب سامانه ها برای حفظ دما در یک رنج مشخص استفاده می شود و به دو نوع آنالوگ و دیجیتال تقسیم بندی می شود.
به عبارتی ساده تر ترموستات وسیله ای است که دمای حس شده توسط ترموکوپل ها و سنسورهای RTD را نمایش می دهد، همچنین از ترموستات ها برای ثابت نگه داشتن دما در فرایند های صنعتی نیز استفاده می شود. ترموستات ها یا کنترلرهای دما از نظر عملکردی به دو دسته ی ناپیوسته و پیوسته تقسیم می شوند.کنترلرهای ناپیوسته شامل کنترل دو حالته (On/Off)، سه حالته و چند حالته می باشند.
کنترلرهای پیوسته شامل کنترلرهای تناسبی P (Proportional)، کنترل انتگرالیI (Integral)، کنترل مشتقیD (Drivative).
کنترل تناسبی انتگرالی (PI)، کنترل تناسبی مشتقی (PD) و کنترل PID و کنترلی فازی می باشند.
معرفی اتوماسیون صنعتی ابزار دقیق
تجهیزات صنعتی ابزار دقیق، دستگاه‌هایی هستند که برای کنترل و اندازه‌گیری متغیرهای مهم به‌کار می‌روند. متغیرهایی مثل فشار، دما، جریان، سطح مایع، چگالی و سرعت با این دستگاه‌ها اندازه‌گیری می‌شوند.
مزایای استفاده از اتوماسیون صنعتی در صنایع مختلف
یکی از مهمترین مزایا استفاده از اتوماسیون صنعتی در صنایع مختلف کاهش هزینه‌‌ها است. وقتی دستگاههای اتوماتیک جایگزین نیروی انسانی میشود، سرعت تولید افزایش پیدا میکند و ایمنی هم بیشتر میشود. بنابراین در مدت‌زمان کمی به اهداف تولیدی کارگاه خودتان می‌رسید.
به‌علاوه این تجهیزات به مدیریت بهتر کارگاه صنعتی هم کمک میکنند. بسیاری از این دستگاه‌ها در صنایع مختلف، کارخانه‌ها، سیستم‌های گرمایشی و بویلرها، سوئیچینگ شبکه‌های تلفن و ایجاد تعادل در حرکت کشتی‌ها و هواپیماها به کار می‌روند.
از دیگر مزایای تجهیزات اتوماسیون صنعتی می‌توان به افزایش کیفیت محصولات و کاهش فرایندهای تکراری اشاره کرد. با استفاده از این تجهیزات می‌توان دستگاه‌ها و فرایندها را از راه دور کنترل کرد و ضایعات تولید را به حداقل رساند.
