اتوماسیون صنعتی چیست؟

 

اتوماسیون از لحاظ لغوی به معنای ” کنترل و هدایت دستگاهی بطور خودکار ” می باشد. در صنعت امروزی هدف کنترل رسیدن به معنای کامل لغت اتوماسیون است ولی به دلایل متفاوت این هدف امکان پذیر نیست و در بیشتر مواقع یک سیستم نیمه خودکار داریم که بخشی از کنترل توسط اپراتور و بخشی از آن توسط سیستم کنترل تعبیه شده انجام می گیرد. اتوماسیون صنعتی یکی از مهمترین ارکان تولیدات صنعتی به حساب می آید.
تا قبل از روی کار آمدن این نوع سیستم ها، از دستگاه های مختلفی برای کنترل خطوط تولید استفاده می شد که هر کدام به صورت مستقل عمل می کردند و محدودیت های بسیاری داشتند. اما هدف از اتوماسیون سازی و استفاده از روبات، تزریق احساس به پروسه تولید است. هم سویی و هم هدف کردن دستگاه ها و روباتها و ایجاد شبکه در یک نظام تولید، حاصل به کارگیری تکنولوژی اتوماسیون است. به عبارت دیگر اتوماسیون وظیفه ای بیش از کنترل فرآیند تولید را بر عهده دارد.

سیستم های اتوماسیون در هر دو نوع از فرایندهای تولید که شامل:

فرآیندهای پیوسته مثل: پالایش، غذایی و …
فرآیندهای گسسته مثل: خودرو، لوازم خانگی و…

 

اتوماسیون در صنعت یا اتوماسیون صنعتی:

 

اتوماسیون صنعتی با اتوماتیک کردن پروسه های صنعتی و کم نمودن دخالت انسان در امر تولید که باعث بالا رفتن سرعت و دقت در تولید می شود اطلاق می شود. ثبات و ارتقا، تولید، یکپارچگی تولید، کاهش نظارت بر تولید، کاهش نیروی انسانی، سهولت و سرعت در رفع عیب ماشین آلات و افزایش سرعت و راندمان سیستم همگی عواملی هستند که باعث می شود استفاده از اتوماسیون به یک نیاز تبدیل شود.

 

مزایای اتوماسیون صنعتی از گذشته تا به حال:

 

روباتها اولین بار در سال ۱۹۵۴ در صنعت به کار گرفته شدند. این روباتها که به بازوی روباتی معروف بودند، دارای سه محور آزادی برای حرکت بودند، امروزه همان روباتها با شش محور آزادی هستند. همچنین امروزه هدف از اتوماسیون برای شرکت های تولیدی از اهداف اولیه ای چون کاهش هزینه ها و افزایش تولید به اهداف والاتری چون افزایش کیفیت و انعطاف پذیری سیستم تغییر یافته است، اهداف اولیه بدون دوراندیشی و مشتری مداری بود.

 

 

اتوماسیون و امنیت کار:

 

در زمینه امنیت کار تقریبا همه با اتوماسیون موافقند؛ چرا که در بسیاری از صنایع که برای انسان خطراتی وجود دارد(نظیر صنایع شیمیایی و اتمی) این سیستم از جایگاه والا و مؤثری برخوردار است. در عین حال در بسیاری از صنایع میزان دقت لازم به هیچ وجه توسط انسان دست یافتنی نیست. در اینگونه محیط ها نیز فقط باید از دستگاه های اتوماتیک و کنترل شده توسط کامپیوتر استفاده کرد.
از دیگر کاربردهای اتوماسیون صنعتی در صنعت نفت می باشد، در این صنعت از سوئیچ های مختلف فشار، جریان، سطح و حرارت برای کنترل ماده نفتی و از تجهیزاتی مانند پمپ ها و شیرها برای انتقال آن استفاده می شود. با سیستم اتوماسیون می توان اطلاعات سنسورهای مختلف را جمع نموده و در سیستم نمایش داد. همچنین می توان از این اطلاعات برای اعمال دستور به پمپ ها یا شیرها استفاده نمود و بسیاری از کاربردها و ویژگیهای دیگر.

امروزه در بين كشورهاي صنعتي ، رقابت فشرده و شديدي در ارائه راهكارهايي براي كنترل بهتر فرآيندهاي توليد ، وجود دارد كه مديران و مسئولان صنايع در اين كشورها را بر آن داشته است تا تجهيزاتي مورد استفاده قرار دهند كه سرعت و دقت عمل بالايي داشته باشند. بيشتر اين تجهيزات شامل سيستم‌هاي استوار بر كنترلرهاي قابل برنامه‌ريزي (Programmable Logic Controller) هستند. در بعضي موارد كه لازم باشد مي‌توان PLCها را با هم شبكه كرده و با يك كامپيوتر مركزي مديريت نمود تا بتوان كار كنترل سيستم‌هاي بسيار پيچيده را نيز با سرعت و دقت بسيار بالا و بدون نقص انجام داد.
قابليت‌هايي از قبيل توانايي خواندن انواع ورودي‌ها (ديجيتال ، آنالوگ ، فركانس بالا…) ، توانايي انتقال فرمان به سيستم‌ها و قطعات خروجي ( نظير مانيتورهاي صنعتي ، موتور، شير‌برقي ، … ) و همچنين امكانات اتصال به شبكه ، ابعاد بسيار كوچك ، سرعت پاسخگويي بسيار بالا، ايمني ، دقت و انعطاف پذيري زياد اين سيستم‌ها باعث شده كه بتوان كنترل سيستم‌ها را در محدوده وسيعي انجام داد.

 

مفهوم كنترلرهاي قابل برنامه‌ريزي PLC :

 

در سيستم‌هاي اتوماسيون وظيفه اصلي كنترل بر عهده PLC است كه با گرفتن اطلاعات از طريق ترمينالهاي ورودي، وضعيت ماشين را حس كرده و نسبت به آن پاسخ مناسبي براي ماشين فراهم مي‌كند. امكان تعريف مدهاي مختلف براي ترمينالهاي ورودي/خروجي يك PLC، اين امكان را فراهم كرده تا بتوان PLC را مستقيما به المانهاي ديگر وصل كرد. علاوه بر اين PLC شامل يك واحد پردازشگر مركزي( CPU) نيز هست، كه برنامه كنترلي مورد نظر را اجرا مي‌كند. اين كنترلر آنقدر قدرتمند است كه مي‌تواند هزارها I/O را در مدهاي مختلف آنالوگ يا ديجيتال و همچنين هزارها تايمر/ كانتر را كنترل نمايد. همين امر باعث شده بتوان هر سيستمي، از سيستم كنترل ماشين‌هايي با چند I/O كه كار ساده‌اي مثل تكرار يك سيكل كاري كوچك انجام مي‌دهند گرفته تا سيستم‌هاي بسيار پيچيده تعيين موقعيت و مكان‌يابي را كنترل نمود. اين سيستم مي‌تواند بدون نياز به سيم‌بندي و قطعات جانبي و فقط از طريق نوشتن چند خط برنامه تا صدها تايمر را در آن واحد كنترل و استفاده نمايد.

 

 

زمان پاسخ‌گويي Scan Time :

 

اين زمان بستگي به سرعت پردازش CPU مدل انتخاب شده PLC و طول برنامه كاربر دارد. از يك ميكرو‌ثانيه تا ده ميلي ثانيه مي‌باشد. مثلا در مواقعي كه I/O از سيستم اصلي دور باشد، چون مجبور به نقل و انتقال سيگنالها به سيستم دورتري هستيم در نتيجه زمان اسكن زياد مي‌شود. همچنين مانيتور كردن برنامه كنترلي اغلب به زمان اسكن مي‌افزايد چرا كه CPU كنترلر مجبور است وضعيت كنتاكتها، رله‌ها ، تايمر‌ها و… را روي CRT يا هر وسيله نمايشگر ديگري بفرستد.

 

قطعات ورودي :

 

هوشمند بودن سيستم اتوماسيون بيشتر مربوط به توانايي PLC در خواندن سيگنالهاي ارسالي از انواع ورودي‌ها، دستي، اتوماتيك و حس‌گرهاي خودكار مي‌باشد. قطعات ورودي نظير شستي‌هاي استارت/ استوپ ، سوييچ‌ها، ميكرو‌سوييچ‌ها، سنسورهاي فتوالكتريك، proximity ، level sensor ، ترموكوپل، PT100 و… PLC از اين سنسورها براي انجام عملياتي نظير تشخيص قطعه روي نوار نقاله حامل قطعات، تشخيص رنگ، تشخيص سطح مايعات داخل مخزن، آگاهي داشتن از مكانيزم حركت و موقعيت جسم، تست كردن فشار مخازن و بسياري موارد ديگر، استفاده مي‌كند.
سيگنالهاي ورودي يا ديجيتال هستند و يا آنالوگ، كه در هر صورت ورودي‌هاي PLC را توان در مدهاي مختلف تنظيم و مورد استفاده قرار داد.

 

قطعات خروجي :

 

همانطوري كه مي‌دانيد يك سيستم اتوماسيون شده بدون داشتن قابليت اتصال به قطعات خروجي از قبيل سيم‌پيچ، موتور، اينورتر، شيربرقي ، هيتر و … كامل نخواهد بود. قطعت خروجي نحوه عملكرد سيستم را نشان مي‌دهند و مستقيما تحت تاثير اجراي برنامه كنترلي سيستم هستند در خروجي‌هاي PLC نيز مدهاي مختلفي براي اعمال سيگنال به المانهاي خروجي وجود دارد.

 

نقش كنترلرهاي قابل برنامه‌ريزي (PLC) در اتوماسيون صنعتي :

 

در يك سيستم اتوماسيون، PLC بعنوان قلب سيستم كنترلي عمل مي‌كند. هنگام اجراي يك برنامه كنترلي كه در حافظه آن ذخيره شده است، PLC همواره وضعيت سيستم را بررسي مي‌كند. اين كار را با گرفتن فيدبك از قطعات ورودي و سنسورها انجام مي‌دهد. سپس اين اطلاعات را به برنامه كنترلي خود منتقل مي‌كند و نسبت به آن در مورد نحوه عملكرد ماشين تصميم‌گيري مي‌كند و در نهايت فرمانهاي لازم را به قطعات و دستگاههاي مربوطه ارسال مي‌كند.

 

مقايسه تابلوهاي كنترل معمولي با تابلوهاي كنترلي مبتني بر PLC :

 

امروزه تابلوهاي كنترل معمولي ( رله‌اي ) خيلي كمتر مورد استفاده قرار مي‌گيرند. چرا كه معايب زيادي دارند. از آنجا كه اين نوع تابلوها با رله‌هاي الكترو‌مكانيكي كنترل مي‌شوند، وزن بيشتري پيدا مي‌كنند، سيم‌كشي تابلو كار بسيار زيادي مي‌طلبد و سيستم را بسيار پيچيده مي‌كند. در نتيجه عيب‌يابي و رفع مشكل آن بسيار پرزحمت بوده و براي اعمال تغييرات لازم در هر سال و يا بروز كردن سيستم بايستي ماشين را بمدت طولاني متوقف نمود كه اين امر مقرون به صرفه نخواهد بود. ضمنا توان مصرفي اين تابلوها بسيار زياد است.
با بوجود آمدن PLC، مفهوم كنترل و طراحي سيستم‌هاي كنترلي بطور بسيار چشمگيري پيشرفت كرده است و استفاده از اين كنترلر‌ها مزاياي بسيار زيادي دارد. كه به برخي از اين موارد در زير اشاره كرده‌ايم. كه با مطالعه آن مي‌توان به وجه تمايز PLC با ساير سيستم‌هاي كنترلي پي برد:
سيم بندي سيستم‌هاي جديد در مقايسه با سيستم‌هاي كنترل رله‌اي تا 80٪ كاهش مي‌يابد.
از آنجاييكه PLC توان بسيار كمي مصرف مي‌كند، توان مصرفي بشدت كاهش پيدا خواهد كرد.
توابع عيب ياب داخلي سيستم PLC ، تشخيص و عيب‌يابي سيستم را بسيار سريع و راحت مي‌كند.

برعكس سيستم‌هاي قديمي در سيستم‌هاي كنترلي جديد اگر نياز به تغيير در نحوه كنترل يا ترتيب مراحل آن داشته باشيم، بدون نياز به تغيير سيم‌بندي و تنها با نوشتن چند خط برنامه اين كار را انجام مي‌دهيم. در نتيجه وقت و هزينه بسيار بسيار اندكي صرف انجام اينكار خواهد شد.
در مقايسه با تابلو‌هاي قديمي در سيستم‌هاي مبتني بر PLC نياز به قطعات كمكي از قبيل رله ، كانتر، تايمر، مبدل‌هاي A/D و D/A و… بسيار كمتر شده است. همين امر نيز باعث شده در سيستم‌هاي جديد از سيم‌بندي، پيچيدگي و وزن تابلو‌ها به نحو چشمگيري كاسته شود.

از آنجاييكه سرعت عملكرد و پاسخ‌دهي PLC در حدود ميكرو‌ثانيه و نهايتا ميلي ثانيه است، لذا زمان لازم براي انجام هر سيكل كاري ماشين بطور قابل ملاحظه‌اي كاهش يافته و اين امر باعث افزايش ميزان توليد و بالا رفتن بازدهي دستگاه مي‌شود.
ضريب اطمينان و درجه حفاظت اين سيستم‌ها بسيار بالا تر از ماشين‌هاي رله‌اي است.
وقتي توابع كنترل پيچيده‌تر و تعداد I/O ها خيلي زياد باشد، جايگزين كردن PLC بسيار كم ‌هزينه‌تر و راحت‌تر خواهد بود.

 

چرا شما هنوز هم به صنعت PLC نیاز دارید…
با وجود ظهور و پیدایش روش های جدید و نوین کنترلی، هنوز هم محبوبیت و احساس نیاز به پی ال سی پابرجاست، در این مقاله سعی داریم با ارائه 10 دلیل به این مهم بپردازیم.
در زمان های نچندان دور ، صنعت PLC  به عنوان تنها روش کنترلی فرایندهای صنعتی به حساب می آمد ، اما امروزه مهندسین از روش های جدید و نوینی همچون برنامه های رایانه های شخصی و صنعتی، سیستم های کنترلی مخصوص و … جهت نظارت و کنترل فرایندهای صنعتی استفاده می کنند.
با وجود ظهور این گزینه های کنترل جدید، هنوز هم بسیاری از دلایل قانع کننده به استفاده از یک صنعت PLC وجود دارد .در این مقاله به 4 مورد از آنها می پردازیم.

 

آرامش خاطر (Peace of mind)

 

هم رایانه های شخصی و هم پی ال سی ها برای رسیدن به این جایگاه، یک راه بسیار طولانی را طی نموده اند. اما یکی از مهم ترین تفاوت های آنها در حمایت بلند مدت از محصولات تولیدی می باشد.تکامل مدیریت از صنعت PLC بدان معنی است که تولید کننده باید حمایت از محصول خود را در مدت زمان طولانی، هم از نظر سخت افزار و هم از نظر نرم افزار پشتیبانی نمایید.
به عنوان مثال ما میتوانیم با یک نرم افزار مشترک، برنامه را از پی ال سی FX0S(پی ال سی 30 سال قبل) به پی ال سی FX5U (آخرین نسل پی ال سی کامپکت) منتقل کرده و استفاده نماییم. این در حالی است که آیا این عمل در کامپیوتر ها قابل انجام است؟
فاکتور آرامش خاطر از پشتیبانی دراز مدت از محصول مصرفی از مهم ترین نیاز های اولیه مصرف کننده می باشد، این فاکتور در بعضی صنایع همچون صنعت آب و فاضلاب از اهمیت بسیار ویژه تری برخوردار می باشد. به طور قطع و یقین بعد از 20 سال سخت افزار محصولات تغییر می کند اما پشتیبانی از نرم افزار بعد از 20 سال از اهمیت بسیار ویژه ای برخوردار می باشد.

 

مقیاس پذیری (Scalability)

 

پر فروش ترین و پر مصرف ترین پروژه ها دارای تعداد 40 ورودی/ خروجی و یا کمتر می باشد و این در حالی است که پیشنهاد پی ال سی نسبت به سیستم های مبتنی بر کامپیوتر بسیار مقرون به صرفه تر می باشد. همچنین از جمله قابلیت های صنعت PLC علاوه بر داشتن سری های مختلف با تعداد I/O متفاوت برای پروژه های گوناگون، از آپشن قابلیت اضافه کردن I/O نیز برخوردار می باشد.

 

برنامه نویسی (Programming)

 

حتی امروزه نیز برای هر مهندس فارق التحصیل شده از دانشگاه که با زبان های برنامه نویسی قدرتمندی همچون برنامه نویسی ساختار یافته و یا برنامه نویسی C و C++ کار می کند نیز بارها پیش آمده است که نیاز به برنامه نویسی به زبان ladder به ویژه در پروژه های با تعداد I/O پایین پیدا کرده است.
ما در نرم افزار پی ال سی های میتسوبیشی محیطی فراهم آورده ایم که در آن علاوه بر استفاده از زبان های برنامه نویسی IL، FBD، LD، SFC، ST از گزینه های مفید و پرکاربرد برنامه نویسی C++ نیز استفاده شده است.

 

ادغام دیگر تجهیزات اتوماسیون (Integration of other automation equipment)

 

برای بسیاری مصرف کنندگان تجهیزات اتوماسیون خیلی کمتر پیش آمده است برای خرید یک محصول بناچار مجبور مراجعه به سایر برندها موجود در بازار نمایند. به عنوان نمونه شرکت میتسوبیشی الکتریک تمامی تجهیزاتی اتوماسیونی که یک مهندس نیاز دارد همچون صنعت PLC ، اینورتر، HMI، سروسیستم، Robot، تجهیزات فشار ضعیف و فشار متوسط، CNC، تجهیزات ارتباطی و … تامین می کند.