اتوماسیون صنعتی را به راحتی بشناسیم، انواع ، مزایا و راه اندازی پروژه اتوماسیون صنعتی

در این مقاله به عناوین زیر می پردازیم 

اتوماسیون صنعتی چیست؟

معایب و مزایای استفاده از اتوماسیون صنعتی چیست

اتوماسیون صنعتی از چه اجزایی ساخته شده؟

 کمپانی های برتر حوزه اتوماسیون صنعتی کدامند

 مانیتورینگ صنعتی و HMI چیست؟

انواع اتوماسیون صنعتی کدام اند؟

چگونه یک پروژه اتوماسیون صنعتی راه اندازی کنیم؟

سوالات متداول اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون صنعتی چیست و چرا اهمیت ویژه‌ای دارد؟

اتوماسیون صنعتی فرآیندی است که با هدف کاهش نیاز به نیروی انسانی و افزایش بهره‌ وری در کارخانه‌ ها و واحدهای تولیدی شکل گرفته است. این مفهوم به کارگیری سیستم‌ های خودکار، ربات‌ ها، حسگرها، و نرم‌افزارهای پیشرفته برای انجام عملیات صنعتی است که به طور سنتی به نیروی انسانی وابسته بوده است. با خودکارسازی وظایف، فرآیندها با سرعت و دقت بیشتری انجام می‌ شوند و نقش نیروی انسانی به مدیریت و نظارت تغییر می‌ یابد.

چگونه اتوماسیون صنعتی به بهبود بهره‌وری کمک می‌کند؟

یکی از مهم‌ ترین اهداف اتوماسیون صنعتی، کاهش هزینه‌ ها و افزایش کیفیت محصول است. به‌ کارگیری سیستم‌ های کنترلی مانند کنترل‌ کننده‌ های منطقی برنامه‌ پذیر (PLC)، سیستم‌ های نظارتی و جمع‌ آوری داده‌ ها (اسکادا)، و رابط‌ های ماشین-انسان (HMI) به کسب‌ و کارها امکان می‌ دهد که به جای تمرکز بر روی وظایف تکراری، به بهبود کیفیت و افزایش تولید بپردازند. این سیستم‌ ها با نظارت مداوم بر فرآیندها و شناسایی خودکار مشکلات، از بروز خطاهای انسانی و توقف‌ های ناگهانی جلوگیری می‌ کنند. در نتیجه، بهره‌ وری بالاتری به دست می‌ آید و هزینه‌ های عملیاتی کاهش می‌ یابد.

امنیت، دقت و انعطاف‌ پذیری بالاتر در محیط‌ های صنعتی

اتوماسیون صنعتی نه تنها بهره‌ وری را افزایش می‌ دهد بلکه سطح امنیت و دقت عملیات را نیز ارتقا می‌ بخشد. سیستم‌ های خودکار قادرند به طور مستمر و بدون خستگی کار کنند، در حالی که دقت بالایی را حفظ می‌ کنند. برای مثال، حسگرهای پیشرفته و دستگاه‌ های نظارتی به طور مداوم پارامترهای محیط را پایش می‌ کنند و در صورت نیاز، تغییرات لازم را انجام می‌ دهند. این امر، انعطاف‌ پذیری بالایی را برای سیستم‌ ها فراهم می‌ کند، به طوری که می‌ توانند به سرعت به تغییرات تولید یا تنظیمات جدید پاسخ دهند. این ویژگی به شرکت‌ ها کمک می‌ کند تا با تقاضای متغیر بازار همگام شوند.

تأثیرات گسترده بر نیروی کار و نقش‌ های تخصصی جدید

با توسعه اتوماسیون صنعتی، نیروی انسانی به سمت انجام وظایف نظارتی، مدیریتی و تحلیل داده‌ ها حرکت می‌ کند و از نقش‌ های تکراری و پرخطر دور می‌ شود. این انتقال، ضمن افزایش ایمنی محیط کار، به کارگران این فرصت را می‌ دهد که مهارت‌ های جدید و تخصصی‌ تری کسب کنند. به‌ علاوه، شرکت‌ ها می‌ توانند با به کارگیری نیروی انسانی در موقعیت‌ های استراتژیک، به بهره‌ وری بیشتری دست یابند و با چالش‌ های فنی پیچیده‌ تری مقابله کنند.

چشم‌انداز آینده و مزیت رقابتی

با توجه به روند رو به رشد اتوماسیون در صنعت، شرکت‌ هایی که زودتر به این فناوری‌ ها سرمایه‌ گذاری کرده و آنها را در فرآیندهای تولیدی خود پیاده‌ سازی می‌ کنند، مزیت رقابتی بیشتری خواهند داشت. اتوماسیون صنعتی نه تنها باعث کاهش هزینه‌ های تولید و بهبود کیفیت محصول می‌ شود، بلکه به واحدهای صنعتی این امکان را می‌ دهد که به سرعت با تغییرات بازار سازگار شوند و پاسخگوی نیازهای مشتریان خود باشند.

بیایید قبل از هر بحثی، فیلم‌ های زیر را با هم ببینیم :

مزایای اتوماسیون صنعتی

1.  کاهش هزینه‌ های تولید: یکی از اصلی‌ ترین مزایای اتوماسیون صنعتی کاهش هزینه‌ های تولید است. با جایگزینی ماشین‌ آلات و سیستم‌ های اتوماتیک به جای نیروی کار انسانی، هزینه‌ های مربوط به حقوق، دستمزد و مزایای کارکنان به‌طور چشمگیری کاهش می‌یابد. همچنین با کاهش خطاهای انسانی، میزان هدررفت منابع و مواد اولیه کمتر می‌شود که این امر به‌طور مستقیم در کاهش هزینه‌ های نهایی تولید تأثیرگذار است. علاوه بر این، سیستم‌ های اتوماتیک قادرند به‌ صورت مستمر و بدون وقفه کار کنند، که این خود باعث افزایش بهره‌ وری و کاهش هزینه‌ های مربوط به زمان‌ های تعطیلی خط تولید می‌شود.
2.  افزایش بهره‌ وری در تولید: اتوماسیون صنعتی به دلیل توانایی کارکرد 24 ساعته در 7 روز هفته، بهره‌ وری تولید را به‌ طرز چشمگیری افزایش می‌ دهد. در بسیاری از صنایع (صنایع فولادی، صنایع نفت و گاز، صنایع نساجی، صنایع معدنی، صنایع خوراک دام و …)، نیروی انسانی محدودیت‌ هایی از قبیل نیاز به استراحت، تعطیلات، و تغییرات شیفت دارد که می‌ تواند باعث توقف یا کاهش تولید شود. اما سیستم‌ های اتوماسیون می‌ توانند بدون نیاز به توقف، تولید را با همان کیفیت اولیه ادامه دهند. این ویژگی اتوماسیون منجر به افزایش تولید در طول زمان و کاهش تاخیرات احتمالی می‌شود.
3.  بهبود کیفیت تولید: یکی دیگر از مزایای مهم اتوماسیون صنعتی، افزایش کیفیت محصولات است. به‌ دلیل کاهش یا حتی حذف خطاهای انسانی، کیفیت نهایی محصولات بهبود می‌ یابد. ماشین‌ آلات اتوماتیک با دقت بالا و کنترل‌ های دقیق می‌ توانند استانداردهای مشخصی را در تولید حفظ کنند و احتمال وقوع خطاهای مکرر انسانی که می‌ تواند کیفیت را تحت تأثیر قرار دهد، به حداقل برسانند.
4.  افزایش انعطاف‌پذیری تولید: سیستم‌ های اتوماسیون صنعتی به سرعت قابل برنامه‌ ریزی و تغییر هستند تا به نیازهای جدید تولید یا تغییر در محصولات پاسخ دهند. اضافه کردن مراحل جدید به خط تولید، که ممکن است نیازمند آموزش نیروی انسانی باشد، در سیستم‌ های اتوماسیون به سادگی و با تغییر برنامه‌ های موجود قابل انجام است. این ویژگی باعث افزایش انعطاف‌ پذیری و تطبیق‌ پذیری خط تولید با نیازهای بازار می‌شود.
5.  افزایش دقت در مانیتورینگ و جمع‌ آوری داده‌ ها: اتوماسیون صنعتی با استفاده از سیستم‌ های پیشرفته جمع‌ آوری داده‌ ها، امکان نظارت دقیق‌ تر و با جزئیات بیشتر از روند تولید را فراهم می‌ کند. این سیستم‌ ها قادرند اطلاعات را به‌صورت لحظه‌ ای و با دقت بالا جمع‌ آوری کرده و آنالیز کنند. در نتیجه، خطاهای احتمالی در اطلاعات کاهش یافته و هزینه‌ های مربوط به جمع‌ آوری و تجزیه و تحلیل داده‌ ها نیز کمتر می‌شود. این اطلاعات دقیق به مدیران کمک می‌کند تا تصمیمات بهتری برای بهبود فرآیندهای تولید و کاهش ضایعات اتخاذ کنند.
6.  افزایش امنیت در محیط کار: اتوماسیون صنعتی نقش کلیدی در افزایش ایمنی کارکنان دارد. ماشین‌ آلات اتوماتیک می‌ توانند در محیط‌ های خطرناک کار کنند که حضور نیروی انسانی ممکن است باعث ایجاد خطرات جانی شود. با کاهش نیاز به حضور مستقیم نیروی انسانی در فرآیندهای تولید، احتمال وقوع حوادث کاری نیز به شدت کاهش می‌یابد.

معایب اتوماسیون صنعتی

1.  هزینه اولیه بالا: راه‌اندازی سیستم‌ های اتوماسیون صنعتی نیازمند سرمایه‌ گذاری اولیه بالایی است. تبدیل خطوط تولید قدیمی به سیستم‌ های مکانیزه و جدید، هزینه‌ های سنگینی برای خرید و نصب تجهیزات، نرم‌ افزارها و زیرساخت‌ های مرتبط دارد. همچنین، نگهداری و تعمیرات دوره‌ ای ماشین‌ آلات نیز نیازمند هزینه‌ های اضافی است.
2.  نیاز به نیروی کار متخصص: اگرچه اتوماسیون باعث کاهش نیاز به نیروی انسانی در عملیات روزمره می‌شود، اما همواره نیاز به اپراتورها و کارشناسان متخصص برای نظارت، برنامه‌ ریزی و تعمیرات سیستم‌ های اتوماسیون وجود دارد. این نیروی کار متخصص باید توانایی کار با تجهیزات پیشرفته را داشته باشد، که هزینه‌ های استخدام و آموزش این افراد نیز ممکن است برای سازمان‌ های کوچک به‌ صرفه نباشد.

با اتوماسیون نیروی کار بیکار نمی شه

همانطور که در ویدئوهای فوق ملاحظه کردید یک خصیصه بارز اتوماسیون صنعتی، سپردن کار نیروی انسانی به ماشین است. این یعنی خودکاری سازی فرآیند تولید با اتوماسیون نیروی کار بیکار نمی‌شه؟ شاید در نگاه اول سوال ایجاد شود که چرا این مورد را به عنوان مزیت بیان می‌کنیم در صورتی که نیروی کار ما بیکار خواهد شد. باید در پاسخ اشاره کنیم که پیاده سازی اتوماسیون صنعتی در یک کارخانه یا یک صنعت به معنای حذف نیروی کار نیست، بلکه جایگاه عملکردی نیروی کار ما ارتقا یافته و از فاصله ای کمی دورتر بر فرآیند، نظارت می کند. در ویدئو فوق ملاحظه کردید که عملیات شناسایی ، دسته بندی و جابجایی بطری های آبمیوه توسط ربات ها انجام می‌ شوند. آیا نیروی انسانی بیکار شده؟

آیا نیروی انسانی بیکار شده؟ کدام یک از عکس های فوق می‌تواند درست باشد؟

در نگاه اول نیروی انسانی حذف شده است ولی در اصل نیروی انسانی وظیفه نظارت بر عملکرد ربات‌ها را بر عهده دارد. همچنین وظیفه سرویس و نگهداری ربات ها انجام می دهد. وظیفه راه اندازی ، برنامه‌نویسی و تنظیمات ربات‌ها به عهده مهندسین ماهر است که خود بدنه نیروی انسانی می‌باشند. لذا با این مثال در می‌یابیم که نقش و جایگاه نیروی انسانی در یک در یک فرآیند اتوماتیک شده ، ارتقا یافته است.

اتوماسیون صنعتی به معنای بیکار شدن نیروی کار نیست ؛ بلکه جایگاه شغلی وی افزایش می یابد.

اما می‌خواهیم پا را فراتر بگذاریم و واقعیت ماجرا را بازتر کنیم. لطفا به این جمله دقت نمایید. اگر اتوماسیون صنعتی در یک کارخانه اجرا نشود؛ آن کارخانه تعطیل و نیروی انسانی بیکار خواهند شد! در دید کلان اگر یک صنعت و یا یک کارخانه به سمت مکانیزاسیون و اتوماسیون نرود، در عمل نمی‌توان با رقبای خود به رقابت بپردازد چراکه تکنولوژی روز به روز در حال پیشرفت است و هر صنعتگری که بتواند سرعت و کیفیت تولید خود را افزایش یابد از دیگری پیشی می‌گیرد. جهان امروز نمی‌پذیرد که یک نیروی انسانی مشغول انجام کارهای تکراری طاقت فرسا در یک کارخانه باشد. لذا یک صنعت برای بقا ناچار است به سمت اتوماسیون صنعتی گام بردارد چراکه هم نیروی کار فعلی خود را حفظ می‌ نماید؛ هم سرعت تولید خود را حفظ می نماید؛ هم کیفیت تولید خود را بالا می‌برد؛ هم در بین رقبا می‌تواند حرفی برای گفتن داشته باشد و هم بر تعداد نیروی کار خود می‌افزاید چراکه با ورود اتوماسیون به یک کارخانه، موقعیت‌های شغلی جدیدی شکل خواهد گرفت.

اتوماسیون صنعتی نه تنها باعث بیکاری نمی شود بلکه باعث ایجاد موقعیت‌های شغلی جدید نیز می‌گردد.

یک کارخانه اگر اتوماسیون را پیاده نکند رو به سمت نابودی می رود.

پس تا بدین‌جا به این نتیجه رسیدیم نیروی کار قرار نیست حذف بشود و اتفاقا نیروی کار افزایش نیز می یابد. اما تاثیر اتوماسیون صنعتی در یک محیط صنعتی بسیار بیش از این است. در یک محیط صنعتی عوامل محیطی فراوانی وجود دارد که امنیت نیروی کار را تهدید می کند.

به طور خاص محل هایی که نیروی کار مستقیما با پروسه یا فرآیند تولید درگیر می باشد. عواملی همچون خطر برق گرفتگی ، مواد شیمیایی ، خطر سقوط از ارتفاع ، مواد منفجره ، صداهای شدید ، نورهای آزاردهنده ، برخورد با دستگاه‌ها ، سقوط اشیا سنگین ، پرتاب براده‌های فلزی ، افتادن در چاله و چاه و موارد از این دست به وفور در محیط‌های صنعتی وجود دارد.

وقتی ما ارتباط مستقیم با فرآیند را از دست نیروی کار بگیریم و به دست ماشین بسپاریم در واقع امنیت را برای افراد رقم زدیم. فرد می تواند در یک فضای امن تر نظارت بر عملکرد ماشین داشته باشد؛ این ماشین، دستگاه، ربات و تجهیزات، همگی توسط نیروی کار ماهر و با دانش راه اندازی گردیده است.

یکی از مهم‌ترین نتایج شگفت انگیز اتوماسیون صنعتی ، ارائه امنیت به نیروی کار می باشد.

اگر ویدئو ابتدای مقاله را نیز در نظر بگیریم. آیا نیروی انسانی می تواند به مدت 16 ساعت بدون درنگ، جابجایی کارتن‌ های بطری‌های آبمیوه را انجام دهد. چیزی که به ذهنمان می‌رسد این است که سرعت کار کردن روبات ها و ماشین بسیار بیشتر از نیروی انسانی است. همچنین دقت در انجام کار در یک ماشین بسیار بالاتر است. مخصوصا برای انجام کارهای تکراری و پشت سرهم. نیروی انسانی با عوامل طبیعی مواجه است همچون خستگی در کار، کاهش دقت در عملکرد، ضعف جسمانی، خطای دید، خطای انجام کار، خواب آلودگی، مشغله ذهنی، استرس، ترس و… که این ها می تواند سرعت و کیفیت تولید را پایین بیاورد.

افزایش بهره وری | دومین دستاورد اتوماسیون صنعتی

لیکن ماشین مبری از مواد فوق است. البته نه به طور مطلق! ماشین نیز استهلاک دارد و مواردی از این دست؛ که البته با پشتیبانی نیروی انسانی ماهر می توان میزان تاثیر آن در عملکرد ماشین را به حداقل رسانید.

از دیگر مزایای اتوماسیون صنعتی، افزایش بهره‌وری است.بهره‌وری یعنی افزایش سرعت و دقت و در نتیجه ارتقاء کیفیت محصول

 اجزای مهم اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون صنعتی دارای اجزای مختلفی است. زیر ساخت های مختلفی هم نیاز دارد از جمله وجود برخی قطعات الکترونیکی نظیر کنتاکتور ها ، سافت استارتر ها ، رله حفاظتی ، الکتروموتور و…. تعدادی از مواردی که در زیر اشاره می گردد، به طور حتم در صنعت اتوماسیون شده وجود خواهند داشت و برخی نیز لزوما در آن وجود ندارند بلکه هر چه سطح اتوماسیون مورد نیاز بالاتر باشد؛ موارد بیشتری از اجزای ذیل در آن استفاده می‌ شوند.

طرح سیستم کنترل اتوماسیون صنعتی

طرح اولیه، گام نخست موفقیت در پروژه‌ ها

طراحی سیستم کنترل اتوماسیون صنعتی یکی از مهم‌ ترین مراحل پیش از اجرای هر پروژه محسوب می‌ شود. این مرحله شامل تدوین مدارک فنی و برنامه‌ ریزی دقیق برای پیاده‌ سازی سیستم است که با همکاری نزدیک بین شرکت کارفرما، پیمانکار، و در برخی پروژه‌ های بزرگ، شرکت مشاور انجام می‌ گیرد. شرکت مشاور به عنوان یک پل ارتباطی بین کارفرما و پیمانکار عمل می‌ کند و نظرات فنی و الزامات پروژه را تسهیل و هماهنگ می‌ نماید.

مدارک فنی مورد نیاز برای طراحی

طراحی سیستم کنترل نیازمند تهیه و تدوین مدارک مختلفی است که هر یک نقش حیاتی در موفقیت پروژه دارند. اهم این مدارک عبارتند از:

1. لیست MTO (Material Take-Off)
   این لیست شامل تمام تجهیزات و مصالح مورد نیاز پروژه است که با جزئیات کامل و مشخصات فنی هر تجهیز ارائه می‌ شود. تهیه دقیق این لیست می‌ تواند تأثیر قابل‌ توجهی در بهینه‌ سازی هزینه‌ ها و مدیریت منابع داشته باشد.
2. لیست IO (Input/Output)
   این لیست، تمامی ورودی‌ ها و خروجی‌ های سیستم کنترل را مشخص می‌ کند. با استفاده از این اطلاعات، ساختار سخت‌ افزاری و نرم‌ افزاری سیستم تعیین شده و برنامه‌ ریزی لازم برای ارتباط میان تجهیزات انجام می‌ شود.
3. نقشه Flow Diagram
   این نقشه نمای کلی از فرآیندها و مسیرهای جریان مواد، انرژی و سیگنال‌ های کنترلی در سیستم را نشان می‌ دهد. این نقشه به درک بهتر فرآیندها و ارتباطات میان بخش‌ های مختلف کمک می‌ کند.
4. نقشه Wiring
   نقشه سیم‌ کشی (Wiring Diagram) تمامی اتصالات برقی و سیگنال‌ های ارتباطی میان تجهیزات را به‌صورت دقیق و جزئی نشان می‌دهد. این نقشه تضمین‌ کننده صحت اجرای سیستم کنترل در مرحله عملیاتی است.

موتورها و شیربرقی‌ ها در اتوماسیون صنعتی

شاید بتوان عنوان مهمترین عملگر یا انجام دهنده کار در صنایع مختلف رو به موتورهای الکتریکی اتلاق نمود. موتورهای الکتریکی نقش بسیار مهمی در صنایع مختلف ایجاد می‌کنند. از مهمترین نقش های آن‌ ها می‌توان به موارد ذیل اشاره نمود:

و نیز شیرها به عنوان عملگرهای کنترل عبور سیالات در جایگاه مهمی بین عناصر صنعتی جای دارند. در شیرهای صنعتی دو جزء مهم قرار دارد؛ که شامل مکانیزم شیر و محرک شیر می‌باشد. بسته به نوع سیال ، محل نصب شیر ، کنترل تناسبی یا کنترل ON/OFF ، سیگنال کنترلی و … نوع مکانیزم و نوع محرک برگزیده خواهند شد.

اینورتر و سافت استارت‌ها

همانطورکه می‌دانیم با توجه به وسعت استفاده از موتورهای الکتریکی در فرآیندهای صنعتی بالاخص موتورهای AC ؛ لزوم کنترل تغذیه الکتریکی موتورها چه در زمان استارت اولیه و چه در زمان کارکد عادی بسیار حائز اهمیت است چراکه ضمن افزایش عمر مفید موتورها منجر به بهره‌برداری بهتر از آن ها ، بالارفتن راندمان فرآیند و کاهش برق مصرفی نیز می‌گردد.
سافت استارت ها و اینورترها تجهیزاتی هستند که این مهم را در یک فرآیند صنعتی به عهده دارند.

عملگرها و محرک‌های هیدرولیکی و پنیوماتیکی

ایجاد حرکت ، ضربه ، جابجایی و … از عملیاتی می‌ باشند که عملگرهای هیدرولیکی . پنیوماتیکی در فرآیندهای صنعتی ایجاد می‌کنند. کاربرد هیدرولیک و پنیوماتیک بسیار گسترده است. عوامل روغن و هوای فشرده، انرژی مورد استفاده در این عملگرها می‌باشد. طراحی، مونتاژ، نصب و بهره برداری این سیستم‌ها خود دانش و مهارتی مفصل می‌باشد. خصوصیت مهم سیستم های پنیوماتیک، سرعت و پاکیزگی می‌باشد. نیز در مورد سیستم‌های هیدرولیکی می توان خصوصیت قدرت و دقت را نام برد.

پردازش تصویر در اتوماسیون صنعتی

قبل از توضیح در مورد پردازش تصویر، ویدئو ذیل را ملاحظه کنید.

حتما پاسخ سوالات فوق را در محتوی ویدئو پی‌برده اید. قبل ورود قطعات سفید و مشکی به محدوده‌ی عملکردی ربات، از زیر یک خط قرمز رنگ عبور می کردند. در واقع این نور قرمز نشان دهنده محدوده عکس برداری دوربین صنعتی بود که داده ها را به CPU خود منتقل می کند و آن بر اساس الگوریتم پردازش تصویر که برایش تعریف شده است؛ رنگ ، زاویه قرارگیری و بسیاری پارامتر دیگر از قطعات عبوری را تشخیص می دهد. سپس با فرمان به روبات، روبات طی یک حرکت صحیح می‌تواند قطعه سفید و مشکی را از زاویه درستی برداشت کرده و به سمت واحد مونتاژ قطعه نارنجی انتقال دهد.

ربات های صنعتی

با نمونه های مختلفی از ربات ها آشنا هستیم لیکن موضوع بحث ما ربات های صنعتی می باشند که در صنعت می توانند فعالیت نیروی انسانی را انجام دهند.

نقشه‌ها و مستندات فنی As-Built

همیشه در پایان پروژه‌ها می بایست شرکت پیمانکار مستندات لازم را به شرکت کارفرما تقدیم کند. این نقشه ها و مستندات با توجه به آخرین تغییرات صورت گرفته در اجرای پروژه است که در اصطلاح مستندات As-Built نام می‌گیرند.

کمپانی های برتر اتوماسیون صنعتی

در این گام می‌خواهیم به بررسی مختصری از کمپانی‌های برتر دنیا در زمینه تولید تجهیزات و ارائه خدمات اتوماسیون صنعتی بپردازیم.

از اجزای اصلی اتوماسیون صنعتی می‌توان به تجهیزات پی ال سی PLC و  اشاره نمود. طبق مقاله آقای Tim Dawson منتشر شده در سایت interactanalysis ، کمپانی‌های برتر سال 2017 در تولید و خدمات دو تجهیز فوق به صورت ذیل دسته‌بندی می‌گردند :

• کمپانی های برتر تولید PLC

• کمپانی های برتر تولید DCS

 PLC چیست؟

پی ال سی PLC یا همان کنترل کننده منطقی برنامه‌پذیر به عنوان هسته مرکزی اتوماسیون صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در هر کارخانه یا صنعت که اتوماسیون پیاده می‌گردد می‌بایست یک تجهیز وظیفه کنترل و مدیریت تمام فرآیند را بر عهده بگیرد. در واقع این عمل در صنایع سنتی بر عهده انسان است. لیکن هنگامی‌که فرآیند بزرگتر، دقیق تر، سریعتر و حساس‌تر می‌شود؛ کنترل سریع و درلحظه فرآیند دیگر از انسان برنمی‌آید بلکه می بایست یک تجهیز پردازشگر و کنترل کننده این وظیفه را بر عهده گیرد.

به زبان دقیق‌تر وظیفه پی ال سی PLC ‌ها در فرآیندهای صنعتی، دریافت و ذخیره اطلاعات از فرآیند (ورودی‌ها) ، پردازش الگوریتم کنترلی (برنامه) و فرمان به عملگرها و عمل کننده‌های فرآیند (خروجی ها) می‌باشد.

چه تفاوتی بین PLC و HMI وجود دارد؟

منظور از PLC کنترل کننده صنعتی است که بتوان در آن برنامه نویسی کرد و از طریق اتصال ورودی و خروجی ها برای کنترل یک ماشین یا پروسه از آن استفاده کرد.
اما کار اصلی HMI  (HMI به معنای واسطه انسان و ماشین؛ Human Machine Interface) واسطه گری است. یعنی رابطی است که انسان ها بتوان فرامین را به شکل معمولی برای سیستم کنترل تعریف کنند. و هم چنین وضعیت سیستم کنترل را مشاهده کنند. برای این که رابطه دقیقی بین انسان (چه به عنوان اپراتور ماشین یا اپراتور تولید یا مهندس تولید یا مدیر) و سیستم کنترل توسط همین HMI انجام شود نیاز هست که HMI برنامه نویسی شود. در نتیجه کار کنترل پروسه با PLC و نمایش پروسه برای اپراتور و هم چنین دریافت اطلاعات از آن با HMI است.

9. جایگاه PLC در سیستم اتوماسیون صنعتی کجاست؟

پس، از ویدئو فوق درمی‌یابیم که سه جزء اصلی هر پی ال سی PLC شامل موارد زیر است:

• ورودی‌ها (ماژول ورودی)
• CPU (واحد پردازش مرکزی)
• خروجی‌ها (ماژول خروجی)

در ویدئو زیر شناخت بهتری نسبت به پی ال سی PLC ها بدست خواهیم آورد.

اجزای اصلی PLC ها را می‌توان به صورت زیر نام برد

زبان برنامه‌نویسی پی ال سی PLC ها بر اساس استاندارد شرکت زیمنس عبارتند از :

• LAD
• FBD
• STL
• SCL
• Graph
• Higraph

دسته‌بندی PLC های مهم زیمنس از قرار زیر است:

• LOGO
• S7-200
• S7-1200
• S7-300
• S7-1500
• S7-400

در فایل صوتی فوق با هم یک نکته مفید و قابل توجه در مورد برنامه‌نویسی رو فرا گرفتیم. از این دست نکات ریز و درشت در برنامه‌نویسی پی ال سی PLC ها به وفور وجود دارد که حاصل تجربه سال ها انجام پروژه‌های گوناگون است.

گام پنجم) مانیتورینگ صنعتی و HMI چیست؟

ویدئو زیر را مشاهده بفرمایید.

همانطور که از محتوی ویدئو فوق دریافتیم HMI یک رابط میان نیروی انسانی و کنترلر است. همانطور که نام HMI نشان می‌دهند یعنی رابط میان انسان و ماشین. اگر HMI وجود نداشته باشد؛ چگونه می‌توان با پی ال سی PLC ارتباط داشت!؟

برای پاسخ این سوال می‌بایست اندکی به عقب برگردیم. جایی‌ که یک PLC وظیفه کنترل یک فرآیند را بر عهده می‌گیرد. یک مهندس برنامه و الگوریتم پی ال سی PLC را می‌نویسد و بر روی پی ال سی PLC بارگذاری می‌کند. سپس پی ال سی PLC با فرمان گرفتن از ورودی‌های خود می‌تواند بر طبق الگوریتم تعریف شده، خروجی ها را کنترل نماید. در واقع در حالت فوق تنها راه ارتباطی میان انسان و پی ال سی PLC دو مسیر است.

مسیر اول: مهندس برنامه نویس که الگوریتم را می‌نویسد.

مسیر دوم: اپراتور خط تولید که تنها می تواند توسط شستی‌ها و سوئیچ و پتانسیومتر به ورودی پی ال سی PLC فرمان دهد.

آیا مهندس برنامه نویس همیشه در کارخانه وجود دارد؟ خیر

آیا مراحل اتصال به پی ال سی PLC از طریق کامپیوتر و ایجاد تغییرات در برنامه و الگوریتم به سرعت می تواند انجام شود؟ خیر

آیا اپراتور خط تولید می تواند تمام خواسته‌های خود از پی ال سی PLC را فقط از طریق شستی و سوئیچ و پتانسیومتر به آن اعمال کند؟ خیر

با همین چند سوال ساده در می‌یابیم که سیستم کنترل ما کامل نیست. HMI این زنجیره را کامل می‌کند. HMI می‌تواند با دریافت فرمان‌ ها از اپراتور و اعمال آن به پی ال سی PLC، هر آنچه اپراتور می‌خواهد را مورد تغییرات قرار دهد. و از این هم بیشتر، اپراتور می‌تواند فرآیند تولید و وضعیت تمام ورودی و خروجی‌ها و نیز گرافیگ پویا پروسه تولید را در HMI مشاهده کند.

مانیتورینگ صنعتی چیست؟

تمام وظایفی را که در مورد HMI نام بردیم در زیر مجموعه وظایف مانیتورینگ صنعتی قرار می‌گیرد. به طور دقیق تر مانیتورینگ ‌صنعتی یک مفهوم است و معنای آن ایجاد بستری است که اپراتور بتواند ضمن مشاهده گرافیکی فرآیند تولید و اطلاع از وضعیت های عادی یا غیر عادی آن ، به هر صورتی که می خواهد فرمان به پی ال سی PLC داده و مقادیر متغیرهای تولید را مورد تغییرات قرار دهد. HMI یکی از ابزارهای مانیتورینگ صنعتی است. یکی از دیگر از ابزارهای آن، SCADA است.

بستری است که اپراتور بتواند ضمن مشاهده گرافیکی فرآیند تولید و اطلاع از وضعیت های عادی یا غیر عادی آن ، به هر صورتی که می خواهد فرمان به PLC داده و مقادیر متغیرهای تولید را مورد تغییرات قرار دهد . تفاوت مانیتورینگ صنعتی از طریق HMI و از طریق SCADA را در ویدئو ذیل به دقت مشاهده کنید.

در فایل صوتی زیر به بررسی و دسته بندی نرم افزارهای مانیتورینگ زیمنس خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید.

شبکه های صنعتی چیست؟

شبکه‌های صنعتی وظیفه ارتباط میان دو یا چند تجهیز صنعتی را بر عهده دارند به طوریکه یک ارتباط با ظرفیت انتقال اطلاعات بالا فراهم می‌گردد. ویدئو زیر را ملاحظه بفرمایید.

آیا نمیتوان به طور مستقیم یک PLC را با PLC دیگر ارتباط داد و از شبکه استفاده نکرد؟

پاسخ اینجاست که بله. ولی ظرفیت انتقال داده به طور مستقیم چقدر است؟ به اندازه میزان حجم سیم‌کشی که میان دو PLC انجام می‌شود. به طور مثال فرض کنید که می‌خواهیم روشن شدن موتور در PLC اول را به PLC دوم نیز اطلاع دهیم. بنابراین می بایست از خروجی PLC اول (که حاوی داده روشن شدن موتور است) به ورودی PLC دوم متصل نماییم یعنی یک رشته سیم می‌بایست برای این داده انتقال یابد. حال فرض کنید که وضعیت 100 موتور از PLC اول را می‌خواهیم به اطلاع PLC دوم برسانیم! خیلی واضح است که 100 رشته سیم لازم داریم! این همان جایی است که شبکه صنعتی خود را نشان می‌دهد. ما می‌توانیم با استفاده از دو رشته (شبکه صنعتی) تمام اطلاعات مورد نیاز از PLC اول را به PLC دوم منتقل نماییم و نیز بالعکس این کار نیز امکان پذیر است. کاهش حجم سیم مورد استفاده جهت انتقال داده‌ها نیز از دیگر مزیت‌های شبکه‌ ای صنعتی است.

مزیت های شبکه‌های صنعتی

• کاهش حجم سیم کشی
• امکان عیب یابی بسیار آسان تر
• هزینه کمتر
• امکان ارسال و دریافت حجم عظیمی از داده ها
• امکان به اشتراک گذاردن داده های یک فرآیند صنعتی میان تعداد زیادی از تجهیزات
• امکان ارسال داده ها به محل های خیلی دور (باسیم و بی سیم)
• ارسال و دریافت داده های کنترلرها برای سیستم های مانیتورینگ
• و ….

شبکه‌های صنعتی در انواع مختلفی دسته‌بندی می‌ شوند. یکی از معیارهای دسته‌بندی، نوع پروتوکل شبکه می‌باشد. پروتکل عبارت است از مجموعه قوانینی که هر نوع شبکه مخصوص خود دارد و در بردارنده نوع انتقال داده، سرعت انتقال، تعداد سیم‌های ارتباطی، سطح ولتاژ، منطق ساخت پاکت داده ها، لایه‌های فیزیکی و غیرفیزیکی شبکه و … می‌باشد.

 تابلو PLC چیست و وظیفه آن چیست؟

تابلویی است در بین تابلوهای کنترل که برای اتوماسیون استفاده می شود و شامل کنترل کننده اصلی سیستم (کنترل کننده برنامه پذیر PLC) است. این تابلو اصلی ترین تابلو کنترل در سیستم اتوماسیون صنعتی است.
در عکس زیر یک نمونه تابلو بانک خازنی مشاهده میکنید.

یکی از اجزای مهم اتوماسیون صنعتی ، طراحی و اجرای تابلو کنترل می‌باشد. به ویدئو ذیل توجه فرمایید:

نقش تابلوی کنترل بسیار مهم است چراکه در نگاه اول یک محفظه ای است که تمام اجزای کنترلی را در خود جای داده است. پس حداقل مقاومت‌های فیزیکی را می‌بایست در مقابل عوامل محیطی صنعتی مثل گردوخاک ، رطوبت، گرما، سرما، نور مستقیم، لرزش، ضربه، نویز و … داشته باشد.
اما در نگاه حرفه‌ای‌ تر، در طراحی یک تابلوی کنترل مناسب می‌ بایست تجهیزات حفاظتی مناسب و کامل برای حفاظت الکتریکی تجهیزات کنترلی در نظر گرفته شود.
به عنوان مثال تجهیزی وجود دارد با نام برق گیر یا Serge Arrester که وظیفه دفع ولتاژ صاعقه مانند خط ورودی برق را بر عهده دارد. یک تجهیز ساده اما بسیار مهم که می‌تواند از آسیب‌ های چند صد‌میلیون تومانی به تابلوی کنترل جلوگیری کند. و یا ترانسفورماتور ایزوله و مواردی از این دست همگی می‌ بایست توسط مهندس طراح تابلوی کنترل مورد استفاده قرار گیرند. دعوت می‌کنم ویدئوی جذاب زیر را که مراحل ساخت و مونتاژ یک نمونه تابلوی کنترل را نشان می دهد ملاحظه بفرمایید.

انواع اتوماسیون صنعتی کدام اند؟

به طور کلی می توان انواع سیستم های اتوماسیون صنعتی را به دو دسته ذیل تقسیم بندی نمود:

• اتوماسیون فرآیند Process Automation
• اتوماسیون کارخانه Factory automation

صنایع و کارخانجات مختلفی در دنیا وجود دارند که هر کدام به طریقی محصول خود را تولید می‌کنند. لیکن نوع محصول متفاوت است.

اتوماسیون کارخانه به صنایعی اتلاق می‌شود که در آن حرکت‌ها و جابجایی های زیادی وجود دارد. به عنوان مثال حرکت ربات‌ها برای جابجایی قطعات ، مراحل بسته‌بندی محصول تولید شده ، دربندی‌ قوطی‌ها ، عملیات ماشین کاری یک قطعه فلزی و بسیار مثال‌هایی از این دست در زمره Factory Automation قرار می‌گیرند. نقش ربات‌ها در این نوع فرآیندها بسیار دیده می شود. مهمترین پارامترهای کنترلی در اتوماسیون کارخانه عبارتند از :

• سرعت
• تعداد
• زمان
• رنگ
• وزن

اما اتوماسیون فرآیند به صنایعی گفته می‌شود که معمولا میزان تحرک آن‌ها کم است ، فرآیند‌ها به صورت استاتیک‌ تر انجام می شوند. به عنوان مثال فرآیند پخت و کنترل دما محصول در تانک ، فرآیند کنترل دبی آب عبوری از خط لوله ، فرآیند کنترل فشار مخزن و دیگر مثال های این چنینی در دسته Process Automation قرار می‌گیرند. نقش سیالات در این فرآیندها بسیار پر رنگ‌تر است. مهمترین پارامترهای کنترلی در اتوماسیون فرآیند عبارتند از :

• دما
• سطح
• فشار
• دبی
• رطوبت

نحوه‌ی کنترل، انتخاب تجهیزات کنترلی، زبان برنامه نویسی و بسیار نکات دیگر در طراحی دو نوع سیستم فوق می‌بایست مورد توجه قرار گیرند. یک نمونه Factory Automation را در ویدئو ذیل مشاهده می‌کنید.

و نیز یک نمونه Process Automation در ویدئو بعدی آماده مشاهده است.

هرم اتوماسیون

اما می‌ رسیم به این مرحله که می‌بایست با هرم اتوماسیون صنعتی آشنا شویم. اتوماسیون دارای سطوح مختلفی است که هر سطح وظیفه بخصوصی را بر عهده دارد.

به طور کلی سطوح اتوماسیون را می توان به چهار دسته تقسیم‌بندی نمود:

• سطح مدیریت – Management Level
• سطح مانیتورینگ – Monitoring Level
• سطح کنترل – Contro Levell
• سطح فرآیند – Field Level

لطفا ویدئو ذیل را با دقت ملاحظه کنید. البته دسته بندی سطوح اتوماسیون در ویدئو با دسته بندی فوق اندکی متفاوت است که دیدن آن خالی از لطف نیست.

 مراحل راه اندازی یک پروژه

و اما به عنوان گام دهم و آخر از شناخت دانش و مهارت اتوماسیون صنعتی، میخواهیم به سراغ شناخت مراحل راه اندازی یک پروژه برویم. به طور کلی دو مرحله برای راه اندازی یک پروژه اجرا می گردد :

• تست و تحویل در کارخانه (پیمانکار) FAT
• تست و تحویل نهایی در محل پروسه (کارفرما) SAT

FAT مخفف Factory Acceptance Testing و SAT مخفف Site Acceptance Testing است. همان طور که از نام این دو پیداست FAT به مراحل تست و تحویل سیستم کنترل در محل کارگاه یا کارخانه پیمانکار بر می‌گردد و SAT مرحله‌ای است که سیستم کنترل به محل سایت فرآیند برده می‌شود و در آنجا تست‌ های نهایی جهت راه اندازی انجام می‌ گیرد. قاعدتا در FAT اماکن بروز خطا با هزینه و خسارت بسیار کمتری همراه خواهد بود و می‌توان در بهترین زمان، مشکلات و خطاهای پیش آمده در سیستم کنترل را رفع و اصلاح نمود. لیکن در SAT بسیار فرآیند حساس‌تر خواهد بود و هر گونه اشتباه یا سهل انگاری ممکن است با عواقب جانی و مالی فراوان همراه باشد.

ازین رو چند مرحله انجام فرآیند FAT در محیط پیمانکار که حتی به تایید نماینده کارفرما هم می‌رسد؛ زیاد به جایی برنمی‌خورد. برنامه ریزی صحیح برای انجام مراحل FAT و SAT نیاز به دانش، مهارت و تجربه دارد و به عنوان مراحل پایانی انجام یک پروژه صنعتی می‌تواند در حسن انجام کار پیمانکار بسیار تاثیرگذار باشد. ویدئو ذیل در ارتباط با فرآیند FAT نکات جالب توجهی را بیان می‌کند.