اتوماسیون صنعتی سیستمهایی هستند که برای کنترل و نظارت بر فرآیند، ماشین یا دستگاه بهصورت رایانهای استفاده شده و معمولاً عملکردها یا وظایف تکراری را انجام میدهند. آنها به منظور کاهش و بهبود کار انسانی در صنعت به طور خودکار عمل میکنند. این سیستمها جایگزین کارهای تکراری و مکانیکی میشوند که عمدتا توسط یک انسان انجام میشود. در واقع این کار با استفاده از دستورات برنامهنویسی منطقی و ماشین آلات قدرتمند انجام میگیرد. سیستمهای اتوماسیون صنعتی مزایای مختلفی را برای سازمانها به همراه دارد.
مزایای یک سیستم اتوماسیون صنعتی
سازمانها به دلیل مزایای زیر، این سیستم را پیادهسازی میکنند:
1. بهره وری. این سیستمها امکان تولید انبوه مداوم هفت روز هفته و ۲۴ساعته را فراهم میکنند. که بهره وری را بهبود میبخشد و زمان مونتاژ را کاهش میدهد.
2. کیفیت. این سیستمها با کنترل و نظارت تطبیقی در مراحل مختلف و فرآیندهای صنعتی در حذف خطای انسانی و در نتیجه بهبود کیفیت محصولات ارائه شده مفید میباشند و پس از چندین ساعت کار مداوم، عملکرد کاهش نمییابد.
3. قوام بیشتر. ماشینها و کامپیوترها با سرعت ثابت و پیوسته کار میکنند. بنابراین، فرآیندهای تولید خودکار زمانی که با یک سیستم اتوماسیون صنعتی مدیریت میشوند، مدت، پایداری و استحکام بیشتری دارند.
4. انعطاف پذیری. اجرای یک کار جدید در یک زنجیره تولید سنتی مستلزم ساعتها یا روزها آموزش کاربر است. از سوی دیگر، با یک سیستم خودکار، برنامه ریزی مجدد یک ربات یا ماشین یک فرآیند ساده و سریع است که انعطافپذیری بیشتری را در فرآیند تولید فراهم میکند.
5. اطلاعات دقیق تر. در اتوماسیون صنعتی جمع آوری دادهها باعث بهبود دقت و کاهش هزینهها میشود. چنین دقت افزایشی مدیران شرکت را قادر میسازد تا تصمیمات بهتری بگیرند.
6. ایمنی. استفاده از رباتها در خطوط تولید با شرایط کاری خطرناک برای انسان ایمنتر است. در ایالات متحده، قانون ایمنی و بهداشت شغلی در سال ۱۹۷۰ با هدف بهبود ایمنی شغلی و حمایت از کارکنان به تصویب رسید. از زمان تصویب، اتوماسیون و رباتیک را در کارخانههای کشور و استفاده از سیستمهای اتوماسیون را ترویج داده است.
7. کاهش هزینه. اگرچه سرمایهگذاری اولیه در سیستمهای اتوماسیون صنعتی ممکن است نسبتاً زیاد باشد، پیادهسازی این فناوری منجر به کاهش هزینههای تجزیه و تحلیل دادهها میشود. علاوه بر این، به لطف این تجزیه و تحلیل خودکار داده ها، خطر خرابی دستگاه و وقفه در سرویس به حداقل میرسد.
8. بهبود شرایط کاری. کارگران در کارخانهای که در آن سیستم اتوماسیون صنعتی اجرا شده است، ساعات کمتری کار میکنند و وقت خود را صرف کارهای با ارزش افزوده بالا میکنند.
9. افزایش ارزش افزوده. سیستمهای اتوماسیون صنعتی کارکنان را از انجام وظایف خسته کننده و معمولی آزاد میکنند. هنگامی که عملکرد ماشینها و رایانهها کارکنان را از انجام این وظایف آزاد میکند، آنها میتوانند وظایف با ارزش افزوده بیشتری را در سایر زمینههای شرکت انجام دهند که سود بیشتری را به همراه دارد.
10. بهبود ظرفیت انسانی. سیستمهایی که شرکتها برای خودکارسازی خدمات خود پیادهسازی میکنند، نه تنها وظایفی را که یک انسان انجام میدهد، انجام میدهند، بلکه میتوانند عملکردهایی فراتر از تواناییهای یک شخص واقعی را انجام دهند. آنها از نظر اندازه، وزن، سرعت و مقاومت و سایر ویژگیها بهتر هستند.
نیازمندیهای اتوماسیون صنعتی به طور خلاصه و مهندسی:
اتوماسیون صنعتی به مجموعهای از سیستمها، تجهیزات و فناوریها اطلاق میشود که برای کنترل و نظارت بر فرآیندهای تولید در صنایع مختلف به کار میروند. هدف نهایی از اتوماسیون صنعتی، افزایش کارایی، دقت، کیفیت و ایمنی در فرآیندهای تولید و در نهایت کاهش هزینهها است.
در اینجا به طور خلاصه به برخی از نیازمندیهای کلیدی اتوماسیون صنعتی اشاره میکنم:
سخت افزار:
کنترلکنندهها: مغز سیستمهای اتوماسیون صنعتی هستند که وظایف مختلفی مانند جمعآوری دادهها، پردازش اطلاعات، ارسال دستورات به تجهیزات و غیره را بر عهده دارند. انواع مختلفی از کنترلکنندهها از جمله PLCها، SCADAها و DCSها در اتوماسیون صنعتی مورد استفاده قرار میگیرند.
سنسورها و عملگرها: سنسورها برای جمعآوری اطلاعات از محیط فرآیند مانند دما، فشار، موقعیت و غیره استفاده میشوند. عملگرها نیز دستورات کنترلرها را به اقدامات فیزیکی مانند باز و بسته کردن شیرها، روشن و خاموش کردن موتورها و غیره تبدیل میکنند.
شبکهها: برای ارتباط بین اجزای مختلف سیستم اتوماسیون صنعتی به شبکههای صنعتی نیاز است. پروتکلهای مختلفی مانند Modbus، Profibus و Ethernet/IP برای این منظور استفاده میشوند.
رابط کاربری (HMI): رابط کاربری به اپراتورها امکان مشاهده و کنترل سیستم اتوماسیون صنعتی را میدهد. HMIها میتوانند به صورت پنلهای لمسی، نمایشگرها یا حتی رایانههای شخصی باشند.
نرم افزار:
سیستمهای عامل: سیستمهای عامل وظایف پایه مانند مدیریت حافظه، پردازش و برنامهریزی را برای کنترلکنندهها فراهم میکنند.
نرمافزارهای برنامهنویسی: برای برنامهریزی کنترلکنندهها و تعریف منطق کنترلی سیستم اتوماسیون صنعتی به نرمافزارهای برنامهنویسی تخصصی نیاز است.
نرمافزارهای SCADA: برای نظارت و کنترل سیستمهای اتوماسیون صنعتی در مقیاس بزرگ از نرمافزارهای SCADA استفاده میشود.
نرمافزارهای MES: نرمافزارهای MES برای مدیریت و بهینهسازی فرآیندهای تولید در سیستمهای اتوماسیون صنعتی به کار میروند.
مهارت ها:
مهارت های فنی: برای کار با سیستمهای اتوماسیون صنعتی به دانش و مهارت در زمینههای مختلفی مانند برق، الکترونیک، مکانیک، برنامهنویسی و شبکههای کامپیوتری نیاز است.
مهارت های حل مسئله: اپراتورها و مهندسین اتوماسیون باید توانایی شناسایی و حل مشکلات در سیستمهای اتوماسیون صنعتی را داشته باشند.
مهارت های ارتباطی: کار تیمی و ارتباط موثر بین اعضای تیم برای طراحی، اجرا و نگهداری سیستمهای اتوماسیون صنعتی ضروری است.
سنسور نوری چیست؟
حسگرهای الکترواپتیکی آشکارسازهای الکترونیکی هستند که نور یا تغییر نور را به سیگنال الکترونیکی تبدیل میکنند. این حسگرها قادر به تشخیص تابش الکترومغناطیسی از مادون قرمز تا طول موج فرابنفش هستند. آنها در بسیاری از کاربردهای صنعتی و مصرفی استفاده میشوند، به عنوان مثال:
• لامپهایی که در تاریکی به طور خودکار روشن میشوند
• سنسورهایی که وقتی یک جسم پرتو نور را قطع میکند فعال میشوند
• تشخیص فلاش، برای همگامسازی یک فلاش عکاسی با فلاش دیگر
• حسگرهای فوتوالکتریک که فاصله، نبود یا حضور یک جسم را تشخیص میدهند
عملکرد سنسور نوری
یک حسگر نوری کمیت فیزیکی نور را اندازه گیری میکند و سپس آن را به شکلی قابل خواندن توسط ابزار ترجمه مینماید. سنسور نوری عموماً بخشی از یک سیستم بزرگتر است که منبع نور، دستگاه اندازه گیری و حسگر نوری را ادغام میکند که اغلب به یک ماشه الکتریکی متصل است. ماشه به تغییر سیگنال در حسگر نور واکنش نشان میدهد.
یک سنسور نوری میتواند تغییرات یک یا چند پرتو نور را اندازه گیری کند. هنگامی که تغییری رخ میدهد، سنسور نور به عنوان یک ماشه فوتوالکتریک عمل میکند و بنابراین خروجی الکتریکی را افزایش یا کاهش میدهد. سوئیچ نوری سیگنالهای فیبرهای نوری یا مدارهای نوری یکپارچه را قادر میسازد تا به طور انتخابی از یک مدار به مدار دیگر سوئیچ شوند.
یک سوئیچ نوری میتواند با ابزارهای مکانیکی یا با اثرات الکترواپتیک، اثرات مغناطیسی نوری و همچنین با روشهای دیگر کار کند. سوئیچهای نوری دستگاههای نوری هستند که میتوانند با مدارهای میکروالکترونیک یکپارچه یا گسسته یکپارچه شوند.
مشخصات و کاربرد رله و کنتاکتور
رلهها برای کنترل کنتاکتهای یک مدار الکتریکی به دلیل تغییر پارامترها در مدار یا هر مدار استفاده میشوند. از طرف دیگر کنتاکتورها برای قطع یا برقراری اتصالات در مدار الکتریکی به طور مکرر در شرایط مختلف استفاده میشوند. رله نوعی کلید الکترومغناطیسی است که بر اساس تغییر جریان در مدار کار میکند.
هنگامی که یک وضعیت اضافه بار در یک مدار تشخیص داده میشود، بسته به پیکربندی، آرمیچر الکترومغناطیسی رله را فعال میکند تا بسته یا باز شود. اصل کار کنتاکتور مشابه رله است. جریانی که از کنتاکتور میگذرد به آهنربای الکتریکی انرژی میدهد. هنگامی که اضافه بار در مدار الکتریکی تشخیص داده میشود، آهنربای الکتریکی پرانرژی شده یک میدان مغناطیسی ایجاد میکند. این باعث میشود که هسته کنتاکتور آرمیچر را به حالت باز حرکت دهد و در نتیجه جریان برق در مدار قطع شود.
کاربردهای رله و کنتاکتور
رلهها برای استفاده در شبکههای تک فاز مختلف توسعه یافته اند، بنابراین آنها کاربردهای تک فاز دارند در حالی که کنتاکتورها برای استفاده در شبکههای سه فاز توسعه یافته اند. انواع مختلفی از رلهها در مدارهای مختلف برای کاربردهای مختلف استفاده میشوند در حالی که برخی از کاربردهای معمولی رله عبارتند از:
• برنامههای کاربردی خودرو
• کنترل موتور
• کاربردهای صنعتی
• کنترل بارهای قدرت
کنتاکتورها نیز دستهبندیهای مختلفی دارند. برخی از کاربردهای رایج در زیر ذکر شده است:
• استارت موتور
• سوئیچینگ بانکهای خازن
• کنترل روشنایی
• پوشش-رله-کنتاکتور
توضیح مختصر درباره تابلو برق
تابلو برق یک جعبه تنظیمات است که خط برق اصلی را به خانه متصل میکند و جریانهای الکتریکی را در مدارهای مختلف داخل خانه توزیع مینماید. کلیدهای مدار و فیوزها تضمین میکنند که در طول توزیع برق به مدارهای مختلف جریان اضافی وجود نداشته باشد. برای شناسایی مدار، باید برچسب مشخصات را پیدا کنید که در کنار هر پانل قرار داده شده
فیوز و کلید اتوماتیک در اتوماسیون صنعتی
فیوز پرکاربردترین وسیله حفاظتی الکتریکی در اتوماسیون صنعتی است. فیوزها در انواع مختلفی ساخته میشوند تا متناسب با هر نیازی باشند. پس از نصب، آنها نیازی به نگهداری یا آزمایش دورهای ندارند. مقاومت الکتریکی پیوند آنقدر کم است که به عنوان یک هادی عمل میکند.
با این حال، هنگامی که یک جریان مخرب رخ میدهد، پیوند به سرعت ذوب میشود و مدار را برای محافظت از هادیها و سایر اجزای مدار باز میکند. یک مهندس برق که مدارهای سیستم را طراحی میکند، انتخابهای اولیه را انجام داد. برخورد معمولی افراد یا تکنسینهای خدماتی با فیوزها زمانی است که از آنها خواسته میشود فیوز «سوخته» را تعویض کنند. بررسی علت انفجار فیوز مهمترین بخش تعویض فیوز است.
هر فیوز دارای درجه آمپر خاصی است. هنگام انتخاب اولیه درجه آمپر فیوز، مهندس برق نوع بارهای روی مدار و الزامات کد را در نظر میگیرد. درجه آمپر فیوز نباید از ظرفیت حمل مدار تجاوز کند. فیوزهای مدرن دارای امتیاز IR ۲۰۰۰۰۰ یا ۳۰۰۰۰۰ آمپر هستند. همانطور که گفته شد، جریان اتصال کوتاه میتواند به سطوح عظیم ۳۰۰۰۰ آمپر یا بیشتر در یک نیم سیکل (۰.۰۰۸ ثانیه در ۶۰ هرتز) در شروع یک اتصال کوتاه برسد. فیوزها باید اتصال کوتاه را در کمتر از نیم سیکل قطع کنند تا از رسیدن جریان به مقادیر مخرب جلوگیری شود.