دانش کنترل اتوماتیک دستگاهها و تجهیزات از دیر باز مورد توجه انسان بوده است و بر همین اساس میتوان گفت که پس از انقلاب صنعتی دوم، بشر با سرعت هرچه تمامتر برای نیل به این هدف مسیر علم را پیمود تا اینکه در انقلاب صنعتی سوم توانست به این علم دست یابد و قدم به قدم آن را رشد دهد. استفاده از سیستمهای اتوماسیونی اگرچه هزینه گزافی را از همان ابتدا به کارفرما تحمیل میکرد اما در ادامه با افزایش کیفیت کالا و خدمات و بازده سرمایه بالا در طول گذر زمان سبب شد تا بسیاری از صنایع به سراغ آن بروند و به واسطه آن حیطه کار و عملیات خود در صنعت را گسترش دهند. اگر انقلاب صنعتی دوم دگرگونی زیادی برای تمام جامعه از نظر نوع زندگی فراهم کرد؛ انقلاب صنعتی سوم که دانش اتوماسیون صنعتی میوه آن است، منجر به افزایش کیفیت کالاها، بازدهی بالا و افزایش رونق اقتصادی در کشورها شد و صنایع را دگرگون کرد. در این مقاله میخواهیم شما را با دانش اتوماسیون صنعتی، مزایا، روشها و مواردی از این قبیل آشنا نماییم. پس با ما همراه باشید.
اتوماسیون صنعتی چیست؟
اتوماسیون یا اتومیشن (Automation) همان گونه که از نام آن پیداست مربوط به اقدامات یا فرآیندهایی است که باید به صورت خودکار و بدون دخالت انسان در طول یک عملیات مشخص انجام شود. این فرآیند میتواند از نوع الکتریکی، مکانیکی، شیمیایی و مواردی از این دست باشد. این عملیات میتواند دارای یک روتین یا روال کاری بوده؛ تکرار پذیری یا غیر تکراری نیز باشد. برای مثال در یک خودرو که دارای دنده اتوماتیک است؛ فرآیند تعویض دنده به صورت خودکار و براساس دریافت دادههایی از قبیل سرعت خودرو، دور موتور و فشار دادن پدال گاز در کنار دیگر دادههای دریافتی انجام میشود و راننده اثر مستقیم روی فرآیند تعویض دنده ندارد. استفاده از دانش خودکار سازی یا اتوماسیون در فرآیندهای صنعتی اتوماسیون صنعتی جای میگیرد. اتوماسیون صنعتی یعنی ما از ابزارها و دستگاههایی در یک عملیات صنعتی استفاده کنیم که ثمره آن حذف انسان از پروسه عملیاتی است. البته انسان میتواند در بخشی از روند اجرای آن دخیل باشد. برای مثال کار توسط ربات انجام شود؛ اما اپراتور بر عملکرد ربات نظارت داشته باشد.
یک فرآیند صنعتی با استفاده از سیستمهای اتوماسیون صنعتی میتواند دارای تجهیزات زیر از مرحله پیاده سازی تا اجرا باشد:
1- رایانه و تجهیزات انتقال اطلاعات مانند سرورها، سوئیچها و… به منظور برنامه دهی به ادوات، نظارت و کنترل فرآیند
2- تجهیزات پردازش و اعمال فرمان مانند PLC و کارتهای جانبی
3- تجهیزات ارتباطی مانند کارتهای شبکه صنعتی، مودم، روتر و… برای ایجاد ارتباط پایدار بین تجهیزات
4- رابط کاربری ماشین و انسان HMI و متعلقات مربوط به آن به منظور کسب اطلاعات از فرآیند و اعمال تنظیمات مربوطه
5- حسگرها و ادوات اندازه گیری و بازدید به منظور ارسال اطلاعات لازم به پردازنده مانند سنسورهای خازنی، سنسورهای مقاومتی، سنسور دما، رطوبت، اینکدر، لودسل و…
6- تجهیزات عملیاتی و اجرایی فرآیند مانند رلهها، کنتاکتور، موتور، شیر برقی و… که بر اساس دستورات ارسال شده از PLC فرامین لازم را اجرا میکنند.
هدف اتوماسیون صنعتی
هدف اتوماسیون صنعتی را میتوان در مزایایی که این روش در فرآیندهای تولید و نظارت دارد، جستجو کرد. هدف غایی در استفاده از یک سیستم اتوماسیون صنعتی در مقابل یک سیستم اپراتوری و کارگری؛ افزایش کیفیت محصول نهایی، کاهش خطاهای تولید، استفاده بهینه از منابع و صرفه جویی در مصرف انرژی میباشد.
کاربرد اتوماسیون صنعتی
امروزه استفاده از سیستمهای اتوماسیون صنعتی در همه زمینهها به خوبی دیده میشود. امروزه سیستمهای اتوماسیون در فرآیندهای تولیدات صنعتی، صنایع غذایی، صنایع معدنی، نفت و پتروشیمی به خوبی بکار گرفته میشوند. استفاده از آنها در بخش حمل و نقل اعم از اتوبوسها، کامیونها و حتی ماشینهای سواری شدت گرفته است و نمونههای کوچک خانگی آنها را میتوان در ماشین لباسشویی و ظرفشویی، یخچال و فریزرهای امروزی، سیستمهای هوشمند ساختمان (BMS) و … به خوبی مشاهده کرد.
انواع اتوماسیون های صنعتی
1- سیستم های اتوماسیون ثابت یا سخت (Hardware Automation)
اتوماسیون استوار که نام دیگر اتوماسیون سخت است بر انجام کارهایی که تکراری بوده و ثابت است تمرکز دارد. در این روش هدف بالا بردن نرخ تولید و افزایش کیفیت محصول است. درست است که راهاندازی یک خط تولید با استفاده از اتوماسیون صنعتی در ابتدای کار هزینه بالایی دارد؛ اما باید دید دراز مدت داشت. زیرا خروجی کار در آینده و در دراز مدت سبب کاهش هزینه تولید و افزایش سود آوری میگردد. یک مثال از این مدل را میتوان به تولید آرد کیسهای با وزن مشخص عنوان کرد.
2- سیستم های اتوماسیون قابل برنامه ریزی یا برنامه ریزی شده (Programmable Automation)
چنانچه در روند تولید یک محصول لازم باشد تا پارامتر یا قسمتهایی دچار تغییر شوند؛ لازم است این تغییرات از مسیر برنامه نوشته شده انجام شود. سود آوری این نوع از اتوماسیون وابسته به حجم تولید است. اگر شما حجم تولید بالایی داشته باشید؛ این روش سود آور است. برای کارهای تکراری یا عملیاتهای روتین، تغییر بخشهایی از برنامه میتواند منجر به تغییر کیفی خاص در محصول خروجی شود. ماشینهای کنترل عددی یا رباتهای صنعتی یک نمونه از دستگاههایی هستند که با تغییر برنامه آنها میتوانید عملیاتهای دیگری انجام داده یا خروجی متفاوتی بگیرید.
3- سیستم های اتوماسیون قابل انعطاف یا نرم (Software Automation)
اتوماسیون ملایم به معنی استفاده از تجهیزات اتوماتیک به همراه اپراتورهای انسانی است تا به وسیله آن ایجاد تنوع و تغییر در محصول داشته باشیم. این مدل به ما اجازه میدهد تا در بازههای مختلف، محصولاتی متنوع با ترکیب فرآیندهای مختلف تولید و روانه بازار کنیم. در این مدل مانند دو مدل قبلی حالت منفصل نداریم؛ بلکه پروسه به صورت کاملاً متصل و با سرعت رو به جلو میباشد. این مدل به ما اجازه ایجاد تنوع در محصولات را میدهد که دارای ترکیبهای مختلف است. نمونههای مختلفی از این نوع اتوماسیون وجود دارد. یک مدل شناخته شده و ملموس آن سیستم کروز کنترل در خودروها به منظور ثابت نگه داشتن سرعت خودرو برای سرعت دلخواه شماست. سیستمهای چند منظوره نمونه دیگری از اتوماسیون نرم هستند.
4- سیستم های اتوماسیون تجمیع شده یا یکپارچه (AIO Automation)
کاملترین نوع یک سیستم پیشرفته اتوماسیون صنعتی، مدل یکپارچه میباشد. در این مدل نه تنها بخشهای مختلف تولید یک محصول به صورت اتوماسیونی بوده؛ بلکه تمامی بخشها و مدیران آنها از وضعیت یکدیگر مطلع بوده و هماهنگ با یکدیگر، کارها را به پیش میبرند. انجام این عملیاتها به صورت همزمان، نیازمند یک سیستم کنترل واحد دقیق میباشد. این سیستم نیازمند واحدهای طراحی کامپیوتری (CAD) و ساخت رایانهای (CAM) در کنار دیگر تجهیزات است. به عنوان مثالی از این سیستم میتوان به سیستم اتوماسیون تولید خودرو فولکس واگن در آلمان و یا تولید نوشابههای کولا در کارخانجات کوکاکولا اشاره کنیم.
نحوه عملکرد سیستم های اتوماسیون صنعتی چگونه است؟
یک سیستم اتوماسیون صنعتی از دیدگاه علم کنترل دارای دو حالت است: سیستم حلقه باز و سیستم حلقه بسته.
در یک سیستم حلقه باز، ما تعدادی ورودی داریم که بر روی آنها فرآیندهایی انجام شده و در نهایت خروجی تحویل داده میشود. ورودی هیچگونه اطلاعاتی در خصوص محصول خروجی، ماهیت آن، شکل، رنگ، اندازه، مقدار، غلظت و… ندارد. در مقابل یک سیستم حلقه بسته نیز داریم. در سیستم حلقه بسته متغیرهای ورودی با استفاده از سیستم فیدبک گیری از حال و روز خروجی فرآیند با خبر اند. یعنی فیدبک هایی که از خروجی گرفته میشود خود به تنهایی یک سیگنال ورودی هستند که در کنار دیگر سیگنالهای ورودی وارد بخش فرآیند شده و محصول خروجی بر اساس مجموعه سیگنالهای ورودی دریافتی است.
از نظر علم کنترل یک سیستم اتوماسیون بهینه دارای دو خصوصیت مهم است: نخست حلقه بسته بودن فرآیند یا سیستم و در درجه دوم پایداری سیستم. اگر سیستم شما از نوع حلقه بسته بوده و پایداری آن در بهترین حالت ممکن باشد (یعنی پارامترهای ورودی دائماً در حال تغییر نبوده و روند تغییرات در سیستم پایین است)؛ در این صورت شما یک سیستم اتوماسیون بهینه دارید. معمولاً در سیستمهایی که از کنترل حلقه باز استفاده میکنند؛ وجود یک اپراتور دائمی برای چک کردن فرآیند تولید و نظایر اینها لازم است. اما با وجود یک سیستم اتوماسیون حلقه بسته میتوان به راحتی مواردی مانند راه اندازی یک خط تولید تمام اتوماتیک، مدیریت روشنایی یک مجموعه بزرگ، ثابت نگه داشتن دمای محیط یک مکان، مدیریت موتورخانهها و پمپ خانهها، راه اندازی و کنترل سیستم سردخانهها، مدیریت تولید و مصرف انرژی در نیروگاهها و … را انجام داد.
مزایای استفاده از اتوماسیون صنعتی چیست؟
اتوماسیون صنعتی میتواند شامل پروژههای خرد و کلان بسیاری باشد که اثر گذاری آن نیز به صورت خرد یا کلان است. بر همین اساس میتوان مزیتهای فراوانی را برای آن بر شمرد که فارغ از این مقاله است. با این حساب ما به چند مورد مهم و اساسی آن اشاره میکنیم:
1- افزایش تولید محصول در مقایسه با استفاده از نیروی انسانی در یک واحد مشابه
2- کاهش هزینه نیروی کار به سبب کاهش نیروی انسانی در یک واحد مشابه
3- بهرهوری بالا و افزایش کیفیت محصول با توجه به استفاده از دستگاههای اتوماسیون صنعتی
4- مصرف بهینه انرژی
5- حل مشکل نیازمندی دائم به نیروی متخصص در برخی پروژهها
6- کنترل و نظارت از راه دور
7- افزایش رونق اقتصادی و کیفیت زندگی جامعه
8- کاهش میزان ضایعات و پسماند ناشی از عملیات تولید و استفاده مناسب و به صرفه از مواد اولیه
9- گسترش کسب و کار
10-هدایت نیروی کار به سمت یادگیری مدیریت کنترل پروسه، تعمیر قطعات، نظارت بر خط، کنترل کیفیت، R&D و… به جای استفاده از آنها در پروسه مستقیم تولید
معایب استفاده از اتوماسیون صنعتی چیست؟
تحقیق، پیاده سازی، راه اندازی و استفاده از هر نوع سیستمی مستلزم وجود زیرساختها و هزینههایی است و به همین سبب دارای مزیتها و معایبی است. اما آنچه اهمیت دارد ذکر این نکته است که سیستمی قابل اجرا، پایدار و قابل گسترش است که مزیتهای آن به میزان زیادی از معایب آن پیشی بگیرد. با این حال باید معایب هر سیستمی را دانست تا به واسطه آن بتوان تصمیم نهایی را با توجه به زمینهها و شرایط اتخاذ کرد. بر همین اساس میتوان این معایب را برای راه اندازی سیستمهای اتوماسیون صنعتی ذکر کرد:
1- هزینه اولیه نسبتاً بالا
2- نیازمند زیر ساختهای جدید و مناسب که باید پایه ریزی شوند.
3- نیاز به استخدام نیروهای متخصص، کارآزموده و مجرب
4- عدم امکان اتوماتیک کردن تمامی بخشهای فرآیند
5- هزینه تعمیر و نگهداری بالا در برخی فرآیندها یا پروسههای خاص در صنایع
اجزای کنترل اتوماسیون صنعتی
چنانچه شما برای مثال قصد داشته باشید تا تمامی فرآیندهای تولید یک محصول در یک کارخانه را از حالت اپراتوری خالص تبدیل به حالت اتوماسیونی نمایید؛ در این صورت نیازمند اجزا و تجهیزات زیر هستید:
1- سیستمهای اطلاعاتی، ارتباطاتی و برنامه ریزی
سیستمهای اطلاعاتی غالباً مبتنی بر رایانه هستند و برای ارتباط از بستر شبکههای صنعتی مانند نت باس، پروفی باس، مدباس، اترنت و… استفاده میکنند. از نظر سخت افزاری نیز این شبکهها باید با استفاده از سرورها، تجهیزات شبکه مانند سوئیچهای صنعتی، روتر ها، کانورتر ها و… ایجاد و با استفاده از کابلهای مخصوص هر نوع شبکه یا به صورت اتصال وایرلس (بی سیم) اطلاعات را پردازش و جابجا نمایند. به طور کلی این سیستمها سه وظیفه دارند که تمامی این وظایف بر روی دادههای اطلاعاتی پیاده سازی میشوند:
الف) نگهداری (ذخیره) اطلاعات
ب) دریافت (ارسال) اطلاعات لازم
ج) پردازش اطلاعات در مبنای بزرگتر
2- سیستمهای پردازنده پایین دستی عملیاتی (کنترل کننده ها)
پردازندهها به عنوان هستههای اطلاعاتی، پردازشی میدانی در سیستمهای اتوماسیونی حضور دارند و در میدان سیستمها را کنترل میکنند. میکرو کنترلرها، CPU های مکمل و نمونههای کاملتر آنها که ما از آنها با نام PLC و PAC یاد میکنیم؛ نمونههای بارز سیستمهای پردازنده هستند. آنها با استفاده از برنامههای تعریف شده؛ وظیفه مدیریت، پردازش، دریافت سیگنالهای لازم از دیگر تجهیزات و ارسال سیگنالهای لازم به دیگر تجهیزات را بر عهده دارند. همچنین میتوان برخی درایوهای کنترل دور موتور پیشرفته، درایورهای راه اندازی، سافت استارترها و سروو درایوها را در این بخش قرار داد.
3- تجهیزات اطلاع رسانی، قیاس کننده، شمارنده، حسگر و اندازه گیر
این تجهیزات در حقیقت همان تشکیل دهندههای سیگنالهای ورودی برای پردازندهها هستند. این ادوات میتوانند شامل شستیها، کلیدهای گردان، ترانسدیوسر، مقاومتهای متغیر (مانند پتانسیومتر) و انواع سنسورها اعم از القایی، نوری، صدا، حرارت، فشار، دما، رطوبت و… باشند.
4- تجهیزات تحریک کننده (محرکها)
سیگنالهای خروجی از پردازنده یا کنترلر باید به محرکها داده شود تا به واسطه آن اعمال تغییرات در فرآیند یا سیستم رخ دهد. در سیستمهای صنعتی این محرکها میتوانند رلهها، کنتاکتور ها، شیرها یا سلونوئیدهای برقی، انواع الکتروموتورها، جکهای برقی و… باشند.
5- تجهیزات رابط اپراتور و سیستم فرآیند
در برخی پروسهها باید نظارت بر فرآیند همراه با اعمال تغییرات لازم توسط اپراتور محقق شود. برای این منظور تجهیزاتی به عنوان رابط بین اپراتور و سیستم فرآیند وجود دارد که عموماً به نام HMI شناخته میشود. این تجهیز یک رابط گرافیکی است که میتواند لمسی یا غیر لمسی باشد. اپراتور میتواند مقادیر خاصی از بخشهای مختلف فرآیند را بر روی آن مشاهده و دستورات لازم در خصوص تغییر برخی متغیرهای ورودی را اعمال نماید.
محصولات اتوماسیون صنعتی
با توجه به توضیحات عنوان شده در بخش قبل میتوان موارد زیر را به عنوان محصولات مورد استفاده در بخش تجهیزات اتوماسیون صنعتی عنوان کرد:
1- مودمها، روتر ها، سرورها و مبدلهای شبکههای صنعتی به منظور حفظ، نگهداشت و انتقال اطلاعات
2- کنترلرهای مخصوص، PLC ها و PAC ها به منظور پردازشگر و واحد دریافت و ارسال اطلاعات به ادوات و تجهیزات
3- HMI ها به عنوان رابط بین انسان و ماشینها
4- سافت استارتر ها، اینورتر ها (درایوهای کنترل دور موتور فرکانس متغیر) و کانورترها (درایورهای DC) به منظور مدیریت و راه اندازی الکتروموتورهای AC و DC
5- انواع سنسورها اعم از القایی، نوری، حسگر، ژیرسکوپ، ترانسدیوسر، التراسونیک، فشار، سطح، دما، رطوبت، وزن، غلظت و… برای اندازه گیری و شناسایی
6- سروو درایو و سروو موتورها
7- انواع مبدلهای AC به DC و بالعکس
8- انواع شیرهای برقی، جکها، پرشر ها، کنتاکتور ها و رلههای عام و خاص به منظور انجام عملیات فرآیند
روش تشخیص کالای اصلی در اتوماسیون صنعتی
به طور کلی تجهیزات برق صنعتی از جمله کالاهایی با تکنولوژی ساخت بالا تلقی میشوند. امروزه در بازار برق ایران ما با دو دسته کالاهای اتوماسیونی روبرو هستیم: کالاهای دست دوم و کالاهای اتوماسیونی با کیفیت ساخت پایین، و میزان کالاهای تقلبی بسیار کم است. از آنجایی که این کالاها برای استفاده در صنایع مختلف مورد خرید قرار میگیرند؛ این امر دیده شده که مشتریان برای پرداخت بهای کمتر به سراغ کالاهای کیفیت پایین برای جایگزینی و یا کالاهای دسته دوم میروند که ما مورد دوم را بهتر از مورد اول میدانیم. دانش تولید و ساخت محصولات اتوماسیونی یک دانش تکنولوژی بالا (High Technology) بوده و مهم است که محصول تولیدی دارای تأییدیه آزمایشگاهی بوده و لایسنس های بینالمللی را دریافت کرده باشد تا در طول استفاده از آنها بتواند از ضررهای جانی یا مالی برای اپراتور یا کارفرما جلوگیری نماید.
در بسیاری موارد شنیدهاید که برای خرید تجهیزات برق صنعتی یا اتوماسیون صنعتی از نماینده شرکتها یا وارد کننده برند معتبر محصول را خریداری کنید. این نکته اگرچه درست است اما باید نکات زیر را نیز برای خرید کالاهای اصل اتوماسیونی به خاطر بسپارید:
1- به علت شرایط تحریمی کشور ایران در حال حاضر هیچ شرکتی نمیتواند ادعای قطعی در خصوص نمایندگی برندهای آمریکایی یا اروپایی مطرح را داشته باشد. اکثر شرکتهای ارائه دهنده این قبیل محصولات؛ با استفاده از ظرفیت بازرگانی اقدام به خرید و توزیع این محصولات مینمایند که برخی از آنها دارای بخش شبکه مشتریان و خدمات پس از فروش هستند. مانند برندهای زیمنس، اشنایدر، آلن بردلی و…
2-برندهای معروف کرهای و آسیای شرقی تا چند سال قبل به صورت نمایندگی مستقیم در ایران فعالیت داشتند که این اواخر به دلیل شرایط تحریمی سنگین، در حال حاضر اکثر آنها نماینده مستقیم ندارند. البته با توجه به اینکه این مورد به تازگی رخ داده است؛ اکثر شرکتهایی که نماینده مستقیم یک برند بودهاند دارای بخش تعمیرات و کادر حرفهای مجرب بوده و اکنون میتوانند به صورت اثر بخشی خدمات لازم در خصوص تعمیرات و سرویسهای جانبی را ارائه دهند. مانند برندهای آل اس الکتریک، آتونیکس، دلتا، امرن، میتسوبیشی و …
3- برندهای معروف چینی در ایران در حال حاضر چند دسته هستند. بخشی از آنها شرایطی مانند مورد دوم را دارند. بخشی دیگر در دسته شرایط مورد اول هستند. بخشی از آنها به علت شرایط تحریمی ایران گزینه تولید مشترک را در پیش گرفتهاند. یعنی شرکتهایی که به صورت چینی ایرانی در حال تولید کالا با یک برند خاص در ایران یا چین هستند و اکنون محصولات آنها در بازار موجود است. در نهایت دسته آخر متعلق است به شرکتهایی که دارای کیفیت پایین بوده و عموماً برند معتبری نیستند و در نهایت با گذر زمان از بازار محو میشوند.
4- برندهای ایرانی در سایه حمایت از کسب و کارهای دانش بنیان به خوبی در صنعت اتوماسیون جا باز کردهاند و برخی از آنها را میتوان از قدیمیهای این حوزه به شمار آورد که برای مثال میتوانیم به شرکتهای شیوا امواج، برنا الکتریک، تبریز پژوه و… اشاره کنیم که بسیاری از آنها در طول این سالها جواب خود را پس دادهاند و برخی دیگر در ابتدای راهاند.
پس برای خرید یک محصول اتوماسیونی سعی کنید برندی نام آشنا پیدا کنید و از نماینده یا عامل فروش آن خریداری نمایید. در نهایت استفاده از کالای دست دوم را به برند بی کیفیت و نو ظهور ترجیح دهید و از خرید کالاهای اتوماسیونی با قیمتهای بسیار پایین حتی با وجود گارانتی مدت دار پرهیز کنید.
شما میتوانید برای خرید تجهیزات اتوماسیون صنعتی از ما کمک بگیرید. برق و انرژی نماینده محصولات برق و اتوماسیون صنعتی شرکت ال اس الکتریک کره جنوبی در 15 سال گذشته بوده و با بیش از ربع قرن فعالیت در صنعت برق کشور یکی از تأمین کنندگان اصلی این محصولات برای صنایع مختلف از جمله پتروشیمی، سیمان، چوب و کاغذ، صنایع غذایی، خودروسازی و … است. برق و انرژی آمادگی تأمین و ارائه انواع تجهیزات اتوماسیونی با برندهای معتبر بازار به صورت دسته اول و به شکل عمده یا خرده را برای تمامی مشتریان عزیز داشته و شما میتوانید با مراجعه به بخش خرید محصولات اتوماسیون صنعتی بخشی از آنها را مشاهده و بررسی نمایید. همچنین میتوانید در قالب تماس با ما و ارسال لیست خریدهای خود مشاوره لازم در خصوص تهیه این ملزومات را دریافت نمایید. انرژی در دستان تو!
نظرات کاربران