اتوماسیون در صنعت امروزه چه جایگاهی دارد؟

یکی از اقدامات قابل توجه و تأثیرگذار برای دستیابی به راه حل‌های چالش فوق، اتوماسیون صنعتی است. اتوماسیون با اتخاذ فناوری‌ها و خدمات جدید، نوآورانه و یکپارچه، کیفیت محصول، قابلیت اطمینان و میزان تولید را در تجهیزات برق صنعتی افزایش می‌دهد در حالی که هزینه تولید و طراحی را کاهش می‌دهد.

اتوماسیون صنعتی چیست؟

اتوماسیون صنعتی یک گام فراتر از مکانیزاسیون است که از مکانیزم ماشین آلات خاصی برای انجام یک کار به اپراتورهای انسانی کمک می‌کند. مکانیزاسیون عملیاتی دستی با استفاده از ماشین آلات مجهز به نیرو است که به تصمیم گیری انسان بستگی دارد. از طرف دیگر، اتوماسیون با استفاده از دستورات منطقی برنامه نویسی و ماشین‌های قدرتمند جایگزین درگیری انسان می‌شود.  اتوماسیون صنعتی جایگزینی رایانه و ماشین آلات به جای تفکر انسان است. کلمه اتوماسیون به معنای "خود دیکته کردن" یا "مکانیزم به خودی خود حرکت می‌کند" است که از کلمات یونانی Auto و Matos گرفته شده است که در آن اتو به معنای خود است در حالی که ماتوس به معنی حرکت است.

مزایای سیستم اتوماسیون صنعتی

افزایش بهره‌وری

اتوماسیون کارخانه یا تولید یا فرآیندی از طریق کنترل بهتر تولید، میزان تولید محصول را بهبود می‌بخشد. با کاهش شدید زمان مونتاژ در هر محصول با کیفیت تولید بیشتر، به تولید انبوه کمک می‌کند. بنابراین، برای ورودی کار مشخص مقدار زیادی خروجی تولید می‌کند. ادغام فرآیندهای مختلف در صنعت با ماشین آلات اتوماتیک، زمان چرخه تولید و تلاش را به حداقل می‌رساند و از این رو نیاز به نیروی انسانی کاهش می‌یابد. بنابراین سرمایه‌گذاری در کارمندان با اتوماسیون پس‌انداز می‌شود.

بهبود کیفیت محصول

از آنجا که اتوماسیون میزان درگیری انسان را کاهش می‌دهد، احتمال خطاهای انسانی نیز از بین می‌رود. یکنواختی و کیفیت محصول با انطباق بیشتر را می‌توان با کنترل و نظارت انطباقی بر فرآیندهای صنعتی در همه مراحل از ابتدای تولید محصول تا محصول نهایی، با اتوماسیون حفظ کرد.

کاهش چک‌های معمول

اتوماسیون به طور کامل نیاز به بررسی دستی پارامترهای مختلف فرآیند را کاهش می‌دهد. با بهره‌گیری از فن‌آوری‌های اتوماسیون، فرآیندهای صنعتی به طور خودکار متغیرهای فرآیند را با استفاده از تکنیک‌های کنترل حلقه بسته، تنظیم و یا مقادیر مورد نظر را تنظیم می‌کنند.

بالا بردن سطح ایمنی

اتوماسیون صنعتی با جایگزینی ماشین‌آلات خودکار در شرایط خطرناک کار، سطح ایمنی را برای پرسنل افزایش می‌دهد. به طور سنتی، ربات‌های صنعتی و دستگاه‌های رباتیک در چنین مکان‌های خطرناک و خطرناکی اجرا می‌شوند.

سلسله مراتب یک سیستم اتوماسیون صنعتی

سطح زمینه

این سطح پایین‌ترین سطح سلسله مراتب اتوماسیون است که شامل دستگاه‌های درست مانند سنسورها و محرک‌ها است. وظیفه اصلی این دستگاه‌های میدانی انتقال داده‌های فرآیندها و ماشین آلات به سطح بالاتر بعدی برای نظارت و تجزیه و تحلیل است. و همچنین شامل کنترل پارامتر فرآیند از طریق محرک‌ها می‌باشد. به عنوان مثال، ما می‌توانیم این سطح را به عنوان چشم و بازوی یک فرآیند خاص توصیف کنیم.

سنسورها پارامترهای زمان واقعی مانند دما، فشار، جریان، سطح و غیره را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. این داده‌های حسگر بیشتر به کنترل کننده منتقل می‌شود تا پارامترهای زمان واقعی کنترل و تجزیه و تحلیل شود. برخی از سنسورها شامل ترموکوپل، کنتاکتور، سنسور مجاورت، RTD، جریان سنج و غیره هستند.

از طرف دیگر محرک‌ها سیگنال‌های الکتریکی (از کنترل کننده‌ها) را به ابزارهای مکانیکی برای کنترل فرایندها تبدیل می‌کنند. شیرهای کنترل جریان، شیرهای برقی، محرک‌های پنوماتیک، رله‌ها، موتورهای DC و سرو موتورها نمونه‌هایی از محرک‌ها هستند.

سطح کنترل

این سطح متشکل از دستگاه‌های مختلف اتوماسیون مانند CNC ، PLC ها و غیره است که پارامترهای فرآیند را از حسگرهای مختلف به دست می‌آورد. کنترل‌کننده‌های خودکار محرک‌ها را براساس سیگنال‌های حسگر پردازش شده و برنامه یا روش کنترل هدایت می‌کنند.

کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) کنترل‌کننده‌های قوی صنعتی هستند که بیشترین کاربرد را دارند و قادر به ارائه توابع کنترل اتوماتیک بر اساس ورودی از سنسورها هستند. از ماژول‌های مختلفی مانند CPU، ورودی و خروجی آنالوگ، ورودی و خروجی دیجیتال و ماژول‌های ارتباطی تشکیل شده است. این امر به اپراتور اجازه می‌دهد تا یک عملکرد کنترل یا استراتژی را برای انجام عملیات خودکار خاص روی فرآیند برنامه‌ریزی کند.

سطح نظارت و کنترل تولید

دستگاه‌های اتوماتیک و سیستم نظارت، کنترل و مداخلات مانند عملکرد ماشین انسان (HMI)، نظارت بر پارامترهای مختلف، تعیین اهداف تولید، بایگانی تاریخی، تنظیم و شروع و خاموش شدن دستگاه و غیره را تسهیل می‌کند. به طور عمده ، از HMI های سیستم کنترل توزیع (DCS) یا کنترل نظارت و کسب اطلاعات (SCADA) در این سطح به طور عام استفاده می‌شود.

سطح اطلاعات یا سازمانی

این سطح عالی اتوماسیون صنعتی است که کل سیستم اتوماسیون را مدیریت می‌کند. وظایف این سطح شامل برنامه‌ریزی تولید، تجزیه و تحلیل مشتری و بازار، سفارشات و فروش و غیره است. بنابراین بیشتر با فعالیت‌های تجاری سروکار دارد و کمتر به جنبه‌های فنی می‌پردازد. و همچنین شبکه‌های ارتباطی صنعتی در سیستم‌های اتوماسیون صنعتی که اطلاعات را از یک سطح به سطح دیگر منتقل می‌کنند برجسته ترین هستند. بنابراین این‌ها در تمام سطوح سیستم اتوماسیون برای تأمین جریان مداوم اطلاعات وجود دارند. این شبکه ارتباطی می‌تواند در یک سطح با سطح دیگر متفاوت باشد. برخی از این شبکه‌ها شامل RS485 ، CAN ، DeviceNet ، Bus Field Field ، Profibus و ... هستند.

انواع سیستم‌های اتوماسیون صنعتی

1. اتوماسیون ثابت یا سخت

اتوماسیون صنعتی ثابت یا سخت برای انجام عملیات ثابت و تکراری به منظور دستیابی به نرخ تولید بالا استفاده می‌شود. این نوع اتوماسیون از تجهیزات ویژه یا اختصاصی برای اتوماتیک سازی عملیات مونتاژ یا پردازش توالی ثابت استفاده می‌کند. به محض استفاده از آن، تغییر طرح محصول نسبتاً دشوار است. بنابراین، در ارائه انواع محصول انعطاف پذیر نیست، اما کارایی را با نرخ تولید بالاتر افزایش می‌دهد و هزینه واحد را کاهش می‌دهد. برخی از این سیستم‌های خودکار فرآیند تقطیر، مغازه‌های رنگ آمیزی و نوار نقاله هستند.

2. اتوماسیون قابل برنامه ریزی

در این اتوماسیون، یک کلاس خاص از محصول تغییر می‌کند و همچنین عملیات مونتاژ یا پردازش را می‌توان با اصلاح برنامه کنترل در تجهیزات خودکار تغییر داد. این اتوماسیون برای فرآیند تولید دسته ای که حجم محصول متوسط ​​تا زیاد است، مناسب است. اما در این حالت، تغییر و پیکربندی مجدد سیستم برای یک محصول جدید یا دنباله ای از عملیات دشوار است. بنابراین، محصول جدید یا پیکربندی مجدد ترتیب عملیات نیاز به یک تنظیم طولانی دارد. نمونه‌هایی از این سیستم اتوماسیون ماشین آلات کنترل شده عددی، کارخانه‌های کاغذ سازی، کارخانه‌های نورد فولاد، روبات‌های صنعتی و غیره است.

3. اتوماسیون انعطاف پذیر یا نرم

این سیستم اتوماسیون تجهیزات کنترل خودکار را فراهم می‌کند که انعطاف پذیری زیادی برای ایجاد تغییر در طراحی محصول دارد. این تغییرات را می‌توان از طریق دستوراتی که به صورت کد توسط عملگرهای انسانی داده می‌شود ، به سرعت انجام داد. این اتوماسیون به تولیدکنندگان اجازه می‌دهد تا چندین محصول با دامنه‌های مختلف را به عنوان یک فرآیند ترکیبی و نه جداگانه تولید کنند. برخی از نمونه‌های این سیستم اتوماسیون ، وسایل نقلیه هدایت شونده اتوماتیک، اتومبیل و ماشین آلات چند منظوره CNC هستند.