اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون صنعتی

انواع آنها و سلسله مراتب سیستم اتوماسیون صنعتی

امروزه رقابت پذیری بسیار بالا در صنعت، کیفیت بالا و سازگارترین محصولات را با قیمت رقابتی عرضه می کند. برای مقابله با این چالش های متعدد و با توجه به طرح های مختلف محصول جدید و تکنیک های تولید یکپارچه موازی با استفاده از دستگاه های خودکار از اتوماسیون های صنعتی استفاده میشود.

یکی از حرکت های قابل توجه و تاثیر گذار برای راه حل های چالش فوق، اتوماسیون صنعتی است. اتوماسیون صنعتی تسهیل می کند تا کیفیت محصول ، قابلیت اطمینان و میزان تولید را افزایش دهد در حالی که هزینه طراحی با اتخاذ فن آوری های نوین جدید و یکپارچه کاهش می یابد.

اتوماسیون صنعتی چیست؟

اتوماسیون صنعتی یا روباتیزه کردن (Industrial Automation) به معنی استفاده از ابزارهای کنترلی (مثلاً کامپیوتر) به جای انسان به منظور هدایت و کنترل ماشین آلات صنعتی و پروسه‌های تولید است.
اتوماسیون به بهره‌گیری از سامانه‌های کنترل (مثل کنترل عددی، کنترل منطقی قابل برنامه ریزی، و دیگر سیستم‌های کنترل صنعتی)، مکانیکی و الکترونیکی به کمک رایانه ها برای پایش (کنترل) خط تولید گفته می‌شود، که در آن هدف، کاهش نیاز به دخالت انسان است.

از سوی دیگر، اتوماسیون جایگزین دخالت انسان در استفاده از دستورالعمل های برنامه نویسی منطقی و ماشین های قدرتمند می شود.
اتوماسیون صنعتی جایگزینی رایانه و ماشین آلات با تفکر انسان است.

اتوماسیون در معنای لغوی

کلمه اتوماسیون به معنی “خود دیکته کردن” یا “مکانیسم حرکت به خودی” است که از واژه یونانی Auto و Matos حاصل می شود که در آن خودکار به معنی خود، در حالی که ماتوس به معنای حرکت است.
در کوتاه مدت، اتوماسیون صنعتی می تواند به عنوان استفاده از مجموعه فن آوری ها و دستگاه های کنترل اتوماتیک تعریف شود.
به طور خودکار عملکرد و کنترل فرایندهای صنعتی را بدون دخالت انسانی و دستیابی به عملکرد برتر نسبت به کنترل دستی انجام می دهد.
این دستگاه های اتوماسیون عبارتند از PLC ها، رایانه های شخصی، PAC ها و غیره و فن آوری های مختلف شامل سیستم های ارتباطی صنعتی هستند.
به طور خودکار عملکرد و کنترل فرایندهای صنعتی را بدون دخالت انسانی و دستیابی به عملکرد برتر نسبت به کنترل دستی انجام می دهد.
این دستگاه های اتوماسیون عبارتند از PLC ها، رایانه های شخصی، PAC ها و غیره و فن آوری های مختلف شامل سیستم های ارتباطی صنعتی هستند.

شکل فوق نشان می دهد که اتوماسیون نیروگاه توسط زیمنس برای دستیابی به عملیات پایدار، ایمن و اقتصادی ارائه شده است.
این اتوماسیون کامل یکپارچه( TIA) را با اتوماسیون هر بخشی از نیروگاه با کنترل های کارآمد، سنسورهای میدان و دستگاه های فعال فراهم می کند.
در این اتوماسیون، ماژول های SIMATIC)PLC) ها به عنوان دستگاه های کنترل مورد استفاده قرار می گیرند در حالی که WinCC یک رابط گرافیکی موثر را فراهم می کند.

چرا اتوماسیون صنعتی؟ (مزایای و کاربردهای سیستم اتوماسیون)

امروزه كاربرد اتوماسيون صنعتي و ابزار دقيق در صنايع و پروسه هاي مختلف صنعتي به وفور به چشم مي خورد.
كنترل پروسه و سيستمهاي اندازه گيري پيچيده اي كه در صنايعي همچون نفت ، گاز ، پتروشيمي ، صنايع شيميايي ، صنايع غذايي ، صنايع خودرو سازي و غيره بكار مي آيد نيازمند ابزارالات بسيار دقيق و حساس مي باشند.
پيشرفتهاي تكنيكي اخير در كنترل فرايند و اندازه گيري پارامترهاي مختلف صنعتي از قبيل فشار ، دما ، جريان و غيره باعث افزايش كيفيت محصولات و كاهش هزينه هاي توليد گرديده است .

برای افزایش بهره وری

اتوماسیون کارخانه یا تولید یا فرآوری، میزان تولید را از طریق کنترل بهتر تولید افزایش می دهد.
این کمک می کند تا تولید انبوه را با کاهش زمان مونتاژ در هر محصول با کیفیت بهتر تولید نمایند.
بنابراین، با کاهش و یا ثابت ماندن نیروی کار ، مقدار تولید افزایش پیدا می کند.

برای بهبود کیفیت محصول

از آنجایی که اتوماسیون دخالت انسان را کاهش می دهد، احتمال خطاهای انسانی نیز حذف می شود.
انطباق و نظارت بر فرایندهای صنعتی در تمام مراحل از زمان شروع یک محصول به یک محصول نهایی، می تواند یکنواختی و کیفیت محصول را با انطباق بیشتری حفظ کند.

اتوماسیون به طور کامل نیاز به چک کردن دستی پارامترهای مختلف فرایند را کاهش می دهد.
با استفاده از فن آوری های اتوماسیون، فرآیندهای صنعتی به طور خودکار متغیرهای فرایند را برای تنظیم یا تعیین مقدار با استفاده از تکنیک های کنترل حلقه بسته تنظیم می کنند.

برای بالا بردن سطح ایمنی

اتوماسیون صنعتی سطح ایمنی را به پرسنل افزایش می دهد با جایگزینی آنها با ماشین های اتوماتیک در شرایط کاری خطرناک.
به طور کلی، قرار دادن روبات های صنعتی و دستگاه های رباتیک در مکان های خطرناک و یا  اجرای عملیات های خطرناک توسط ربات ها.

به طور كلي برخي از مزاياي اتوماسيون صنعتي از اين قبيل اند:

– تكرارپذيري فعاليتها و فرايندها

– افزايش كيفيت محصولات توليدي

– افزايش سرعت توليد (كميت توليد)

– كنترل كيفيت دقيقتر و سريعتر

– كاهش پسماندهاي توليد (ضايعات)

– برهمكنش بهتر با سيستمهاي بازرگاني

– افزايش بهره وري واحدهاي صنعتي

– بالا بردن ضريب ايمني براي نيروي انساني و كاستن از فشارهاي روحي و جسمي

سلسله مراتب سیستم اتوماسیون صنعتی

سیستم های اتوماسیون صنعتی می توانند در طبیعت بسیار پیچیده باشند و تعداد زیادی از دستگاه ها در هماهنگی با فن آوری های اتوماسیون کار می کنند.
شکل زیر نشانگر سلسله مراتبی سیستم اتوماسیون است که از سطوح مختلف سلسله مراتبی تشکیل شده است.

سطح پایه

این پایین ترین سطح سلسله مراتب اتوماسیون است که شامل دستگاه های میدان مانند حسگرها و محرک ها می باشد.

وظیفه اصلی این دستگاه های زمینه ،انتقال داده ها از فرآیندها و ماشین آلات به سطح بالاتر بعدی برای نظارت و تجزیه و تحلیل است.
و همچنین این شامل کنترل پارامتر فرایند از طریق محرک است.
به عنوان مثال، ما می توانیم این سطح را به عنوان چشم و سلاح یک فرایند مشخص توصیف کنیم.
سنسورها پارامترهای زمان واقعی مانند دما، فشار، جریان، سطح، و غیره را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند.
داده های این سنسور بیشتر به کنترل کننده منتقل می شود تا مانیتورینگ و تحلیل پارامترهای زمان واقعی را بررسی کند. بعضی از سنسورها شامل ترموکوپل، سنسورهای مجاورت، RTD ها، جریان های اندازه گیری و غیره هستند.
از سوی دیگر، محرک سیگنال های الکتریکی (از کنترل کننده ها) به وسیله ابزار مکانیکی برای کنترل فرآیندها تبدیل می شود.
دریچه های کنترل جریان، دریچه های الکترومغناطیسی، سوپاپ های پنوماتیک، رله ها، موتورهای دینامیکی و موتورهای سروو، نمونه هایی از محرک ها هستند.

سطح کنترل

این سطح شامل دستگاه های مختلف اتوماسیون مانند دستگاه های CNC، PLC ها و غیره می باشد که پارامترهای فرایند را از سنسورهای مختلف به دست می آورد. کنترل کننده های اتوماتیک محرک ها را براساس سیگنال های سنسور پردازش شده و تکنیک برنامه یا کنترل می کنند.

کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی (PLC ها) به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند که کنترل کننده های صنعتی قوی هستند که قادر به ارائه توابع کنترل اتوماتیک بر اساس ورودی از سنسورها هستند.
این شامل ماژول های مختلف مانند CPU، I / O آنالوگ، I / O دیجیتال و ماژول های ارتباطی است.
این فرآیند  اجازه می دهد تا اپراتور یک تابع کنترل یا استراتژی را برای انجام عملیات خودکار در فرایند برنامه ریزی کند.

سطح نظارت و کنترل تولید

در این سطح، دستگاه های اتوماتیک نظارت سیستم ، توابع کنترل مانند سیستم های رابط ماشین انسان (HMI) )را نظارت می کنند، نظارت بر پارامترهای مختلف، تنظیم اهداف تولید، ذخیره سازی تاریخی، تنظیم کردن و خاموش کردن ماشین، و غیره را تسهیل می کند.
به طور عمده، HMI های سیستم کنترل توزیع (DCS)یا سیستم کنترل نظارت و جمع آوری داده ها(SCADA) در این سطح مورد استفاده قرار می گیرند.

اطلاعات یا سطح سازمانی

این سطح بالایی از اتوماسیون صنعتی است که کل سیستم اتوماسیون را مدیریت می کند.
وظایف این سطح عبارتند از: برنامه ریزی تولید، تجزیه و تحلیل مشتری و بازار، سفارشات و فروش، و غیره.
بنابراین بیشتر با فعالیت های تجاری و کمتر با جنبه های فنی مرتبط می شود.

همچنین شبکه های ارتباطی صنعتی در سیستم های اتوماسیون صنعتی بسیار مهم هستند که اطلاعات را از یک سطح به سطح دیگر انتقال می دهند.

بنابراین در تمام سطوح سیستم اتوماسیون برای ارائه جریان مداوم اطلاعات وجود دارد.
این شبکه ارتباطی می تواند متفاوت از یک سطح دیگر باشد.
برخی از این شبکه ها عبارتند از: RS485، CAN ، DeviceNet ، Bus Bus Field ، Profibus و غیره .

از سلسله مراتب بالا می توان نتیجه گرفت که جریان اطلاعات مداوم از سطح بالا به سطح پایین و بالعکس است.

انواع سیستم های اتوماسیون صنعتی

۱٫ ثابت یا اتوماسیون سخت

این نوع از اتوماسیون برای انجام عملیات ثابت و تکراری برای دستیابی به نرخ تولید بالا استفاده می شود.
در این سیستم با استفاده از تجهیزات اختصاصی برای هدف خاص که ،به طور خودکار محصول ثابتی را مونتاژ می کنند و یا عملیات پردازش دنباله ثابتی دارند، استفاده می شود.

این نوع سیستم در ارائه انواع محصولات انعطاف پذیر نمی باشد، اما کارایی را با افزایش تولید افزایش می دهد و هزینه واحد را کاهش می دهد.

۲٫ اتوماسیون برنامه ریزی شده

در این اتوماسیون، یک کلاس خاص از تغییرات محصول و همچنین عملیات مونتاژ یا پردازش می تواند با تغییر برنامه کنترل در تجهیزات خودکار تغییر کند.

این اتوماسیون برای فرآیند تولید دسته ای از محصولات مناسب است که در آن حجم محصول از حد متوسط ​​تا بالا باشد.
اما در این سیستم، تغییر و تنظیم مجدد سیستم برای محصول جدید یا دنباله ای از عملیات سخت است.
بنابراین، محصول جدید و یا تنظیم مجدد توالی از عملیات نیاز به زمان طولانی دارد.

اما در این سیستم، تغییر و تنظیم مجدد سیستم برای محصول جدید یا دنباله ای از عملیات سخت است.
بنابراین، محصول جدید و یا تنظیم مجدد توالی از عملیات نیاز به زمان طولانی دارد.

نمونه هایی از این سیستم اتوماسیون ماشین های کنترل عددی، میلگرد های فولادی، روبات های صنعتی و غیره هستند.

۳٫ اتوماسیون انعطاف پذیر یا نرم

این سیستم اتوماسیوننوعی از تجهیزات کنترل اتوماتیک است که انعطاف پذیری زیادی رایطی را برای ایجاد تغییر در طراحی محصول ارائه می دهد.

این تغییرات می تواند به سرعت از طریق دستورات داده شده به صورت کدهایی توسط اپراتورهای انسان انجام شود.

این اتوماسیون اجازه می دهد تا تولید کنندگان چند محصولی با محدوده های مختلف از این نوع سیستم بهره ببرند.

برخی از نمونه های این سیستم اتوماسیون شامل وسایل نقلیه و وسایل نقلیه چند منظوره می باشد.