تاثیر اتوماسیون صنعتی در صنعت

تاثیر اتوماسیون صنعتی در صنعت

در گذشته برای انجام کار های کنترلی از قطعاتی مانند کلید ها و کنتاکتور ها استفاده می شد که امنیت پایین و دشواری در ایجاد روند های کنترلی، هزینه زیادی را بر صنعت کشور ها اعمال می کرد. پیدایش قطعات محاسبه گر الکتریکی مانند ماشین حساب ها، محققان را به فکر تولید تجهیزاتی انداخت که عملیات محاسباتی را به صورت الکتریکی انجام دهند.

از زمان پیدایش کامپیوتر ها به عنوان محاسبه گرهای الکترونیکی، مهندسان به فکر استفاده از این تکنولوژی در صنعت بوده اند. اما به دلیل ضعف های زیاد سیستم های کامپیوتری در گذشته مانند امنیت پایین، استفاده از این علم در صنعت امکان پذیر نبود. پیدایش ترانزیستور ها و ادامه آن میکرو کنترلر ها تحول عظیمی در علم کامپیوتر به وجود آورد. این تحولات راه را برای ورود کنترل کننده های کامپیوتری به صنعت هموار ساخت.

این کنترل کننده ها تحت نام PLC (کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر) در جهان شهرت یافتند.

از مهم ترین تاثیرات این قطعات می توان به موارد زیر اشاره کن :

افزایش سرعت در محاسبات و تولید محصولات
افزایش امنیت و کیفیت محصولات
کاهش هزینه تولید کننده هم از لحاظ نیروی کار و هم از لحاظ تعمیرات و نگهداری

 

اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون یک گام فراتر از مکانیزاسیون است. در مکانیزاسیون از مجموعه‌ای از تجهیزات مکانیکی استفاده می‌شود که برای انجام فعالیت مورد نظر، نیاز به کمک انسان خواهند داشت. اما از سوی دیگر اتوماسیون نقش انسان را در انجام فرآیند حذف کرده و آن را با برنامه‌ریزی‌های منطقی و دستگاه‌‌های هوشمند جایگزین کرده است. در اتوماسیون صنعتی، کامپیوتر و ماشین به جای انسان تفکر و تصمیم‌گیری خواهند کرد.

اتوماسیون صنعتی یا روباتیزه کردن (Industrial Automation) به معنی استفاده از ابزارهای کنترلی (مثلاً کامپیوتر) به جای انسان است که به منظور هدایت و کنترل ماشین آلات صنعتی و پروسه‌های تولید به کار گرفته می شود.

صاحب نظران حوزه ی اتوماسیون صنعتی در جهان به حق اتوماسیون را صنعتِ صنعت ساز نامیده اند.

صرف نظر از اینکه سیستم های اتوماسیون صنعتی نقش مغز و اعصاب را برای یک کارخانه بازی می کنند و در نتیجه مهمترین و حساس ترین بخش های یک فرآیند تولیدی را تشکیل می دهند، شواهد بسیاری برای راهبردی بودن اتوماسیون و کنترل در صنایع کشورها دلالت می نمایند.

اهمیت اتوماسیون صنعتی در جهان

آمارهای جهانی نشان دهنده ی این واقعیت هستند که چند کشور صنعتی بزرگ جهان، هم بزرگترین تولید کنندگان و هم بزرگترین مصرف کنندگان این فناوری می باشند.

این آمارها بیان گر آن است که آمریکا، ژاپن و آلمان که سه قدرت صنعتی اول جهان هستند.به ترتیب حدود ۳۹% و ۲۳% و ۱۰% مصرف سیستم های اتوماسیون (مجموعاً ۷۲%) را به خود اختصاص داده اند و از طرف دیگر ۳۶% و ۲۶% و ۱۶% از تجهیزات و نرم افزارهای اتوماسیون صنعتی (مجموعاً ۷۸%) را نیز تولید می کنند.

این آمار به خوبی نشانگر آن است که در صورتی که بخواهیم در زمینه صنعت توفیق داشته باشیم باید هم به استفاده گسترده و مناسب از فناوری پیشرفته ی اتوماسیون صنعتی در صنایع خود و هم به تولید این فناوری در کشور اهتمام ورزیم. از این دیدگاه فناوری اتوماسیون به دلیل همین جنبه ی خاص یعنی اهمیت آن برای رقابت پذیر ساختن تولید در همه ی رشته های صنعتی جایگاه ویژه ای دارد.

اتوماسیون صنعتی ابزارها و تجهیزات

در کشور ژاپن حدود ۱۰ تا ۱۵ کارخانه در حوزه تولید ربات فعالیت می کنند.

نکته جالب در ژاپن وجود کارخانه هایی به نام کارخانه های تاریک است که با اتوماسیون سازی کارخانه ها در این کشور رواج یافته است. این کارخانه ها بدون هیچ گونه نور و روشنایی فعالیت می کنند و برای ایجاد روشنایی، برقی مصرف نمی کنند. کاوازاکی از جمله شرکت هایی است که در زمینه تولید ربات فعالیت می کند. شرکتی قدرتمند با سالها سابقه و پشتوانه ی مالی.

در ایران هم ربات های نسبتا زیادی در کارخانجات مختلف سطح کشور نصب شده است.

اولین ربات های صنعتی نصب شده در کشور از نوع کاوازاکی بودند که در سال ۱۳۷۳ در خط تولید پراید در کارخانه سایپا نصب شدند و عملیات جوشکاری سقف بدنه ها را انجام می دادند اما امروزه استفاده از ربات ها در صنایع مختلف کشور هم در حوزه ی وسعت کاربری و هم در حوزه ی تکثر برندها رشد چشم گیری داشته است، بگونه ای که برندهایی چون:

KUKA

HYUNDAI

MITSUBISHI

بخصوص در صنایع خودروسازی، حضوری چشمگیر داشته اند.

 

شرکت های دیگری چون ABB و SIEMENS به نوعی حضوری موفق در بازار جهانی داشته و تأمین بخش اعظمی از تجهیزات اتوماسیون صنعتی در جهان را بدست گرفته اند بگونه ای که رقابت با آنها اگر هوشمندانه نباشد غیرممکن است.

امروزه در بین کشورهای صنعتی، رقابت فشرده و شدیدی در ارائه راهکارهایی برای کنترل بهتر فرآیندهای تولید، وجود دارد که مدیران و مسئولان صنایع در این کشور‌ها را بر آن داشته است تا تجهیزاتی مورد استفاده قرار دهند که سرعت و دقت عمل بالایی داشته باشند.

بیشتر این تجهیزات شامل سیستم‌های استوار بر کنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (Programmable Logic Controller) هستند. در بعضی موارد که لازم باشد می‌توان PLC‌ ها را با هم شبکه کرده و با یک کامپیوتر مرکزی مدیریت نمود تا بتوان کار کنترل سیستم‌های بسیار پیچیده را نیز با سرعت و دقت بسیار بالا و بدون نقص انجام داد.

 

نقش PLC در اتوماسیون صنعتی

قابلیت‌هایی از قبیل: توانایی خواندن انواع ورودی‌ها (دیجیتال، آنالوگ، فرکانس بالا…)، توانایی انتقال فرمان به سیستم‌ها و قطعات خروجی (نظیر مانیتورهای صنعتی، موتور، شیر‌برقی، …) و همچنین امکانات اتصال به شبکه، ابعاد بسیار کوچک، سرعت پاسخگویی بسیار بالا، ایمنی، دقت و انعطاف پذیری زیاد این سیستم‌ها باعث شده که بتوان کنترل سیستم‌ها را در محدوده وسیعی انجام داد.

مفهوم کنترلرهای قابل برنامه‌ریزی PLC:

در سیستم‌های اتوماسیون وظیفه اصلی کنترل بر عهده PLC است که با گرفتن اطلاعات از طریق ترمینالهای ورودی، وضعیت ماشین را حس کرده و نسبت به آن پاسخ مناسبی برای ماشین فراهم می‌کند.

امکان تعریف مدهای مختلف برای ترمینالهای ورودی/خروجی یک PLC، این امکان را فراهم کرده تا بتوان PLC را مستقیما به المانهای دیگر وصل کرد. علاوه بر این PLC شامل یک واحد پردازشگر مرکزی (CPU) نیز هست، که برنامه کنترلی مورد نظر را اجرا می‌کند. این کنترلر آنقدر قدرتمند است که می‌تواند هزار‌ها I/O را در مدهای مختلف آنالوگ یا دیجیتال و همچنین هزار‌ها تایمر/ کانتر را کنترل نماید.

همین امر باعث شده بتوان هر سیستمی، از سیستم کنترل ماشین‌هایی با چند I/O که کار ساده‌ای مثل تکرار یک سیکل کاری کوچک انجام می‌دهند گرفته تا سیستم‌های بسیار پیچیده تعیین موقعیت و مکان‌یابی را کنترل نمود. این سیستم می‌تواند بدون نیاز به سیم‌بندی و قطعات جانبی و فقط از طریق نوشتن چند خط برنامه تا صد‌ها تایمر را در آن واحد کنترل و استفاده نماید.

 

زمان پاسخ‌گویی Scan Time:

این زمان بستگی به سرعت پردازش CPU مدل انتخاب شده PLC و طول برنامه کاربر دارد. از یک میکرو‌ثانیه تا ده میلی ثانیه می‌باشد. مثلا در مواقعی که I/O از سیستم اصلی دور باشد، چون مجبور به نقل و انتقال سیگنال‌ها به سیستم دورتری هستیم در نتیجه زمان اسکن زیاد می‌شود. همچنین مانیتور کردن برنامه کنترلی اغلب به زمان اسکن می‌افزاید چرا که CPU کنترلر مجبور است وضعیت کنتاکتها، رله‌ها، تایمر‌ها و… را روی CRT یا هر وسیله نمایشگر دیگری بفرستد. در زیر به یک سری اصول اموزش plc در اتوماسیون می پردازیم.

قطعات ورودی:

هوشمند بودن سیستم اتوماسیون بیشتر مربوط به توانایی PLC در خواندن سیگنالهای ارسالی از انواع ورودی‌ها، دستی، اتوماتیک و حس‌گرهای خودکار می‌باشد. قطعات ورودی نظیر شستی‌های استارت/ استوپ، سوییچ‌ها، میکرو‌سوییچ‌ها، سنسورهای فتوالکتریک، proximity، level sensor، ترموکوپل، PT۱۰۰ و… PLC از این سنسور‌ها برای انجام عملیاتی نظیر تشخیص قطعه روی نوار نقاله حامل قطعات، تشخیص رنگ، تشخیص سطح مایعات داخل مخزن، آگاهی داشتن از مکانیزم حرکت و موقعیت جسم، تست کردن فشار مخازن و بسیاری موارد دیگر، استفاده می‌کند.

سیگنالهای ورودی یا دیجیتال هستند و یا آنالوگ، که در هر صورت ورودی‌های PLC را توان در مدهای مختلف تنظیم و مورد استفاده قرار داد.

قطعات خروجی:

همانطوری که می‌دانید یک سیستم اتوماسیون شده بدون داشتن قابلیت اتصال به قطعات خروجی از قبیل: سیم‌پیچ، موتور، اینورتر، شیربرقی، هیتر و … کامل نخواهد بود. قطعت خروجی نحوه عملکرد سیستم را نشان می‌دهند و مستقیما تحت تاثیر اجرای برنامه کنترلی سیستم هستند در خروجی‌های PLC نیز مدهای مختلفی برای اعمال سیگنال به المانهای خروجی وجود دارد

 

نقش کنترلرهای قابل برنامه‌ریزی (PLC) در اتوماسیون صنعتی:

در یک سیستم اتوماسیون، PLC بعنوان قلب سیستم کنترلی عمل می‌کند. هنگام اجرای یک برنامه کنترلی که در حافظه آن ذخیره شده است، PLC همواره وضعیت سیستم را بررسی می‌کند. این کار را با گرفتن فیدبک از قطعات ورودی و سنسور‌ها انجام می‌دهد. سپس این اطلاعات را به برنامه کنترلی خود منتقل می‌کند و نسبت به آن در مورد نحوه عملکرد ماشین تصمیم‌گیری می‌کند و در نهایت فرمانهای لازم را به قطعات و دستگاههای مربوطه ارسال می‌کند.

 

مقایسه تابلوهای کنترل معمولی با تابلوهای کنترلی مبتنی بر PLC:

امروزه تابلوهای کنترل معمولی (رله‌ای) خیلی کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند. چرا که معایب زیادی دارند. از آنجا که این نوع تابلو‌ها با رله‌های الکترو‌مکانیکی کنترل می‌شوند، وزن بیشتری پیدا می‌کنند، سیم‌کشی تابلو کار بسیار زیادی می‌طلبد و سیستم را بسیار پیچیده می‌کند. در نتیجه عیب‌یابی و رفع مشکل آن بسیار پرزحمت بوده و برای اعمال تغییرات لازم در هر سال و یا بروز کردن سیستم بایستی ماشین را بمدت طولانی متوقف نمود که این امر مقرون به صرفه نخواهد بود. ضمنا توان مصرفی این تابلو‌ها بسیار زیاد است.

با بوجود آمدن PLC، مفهوم کنترل و طراحی سیستم‌های کنترلی بطور بسیار چشمگیری پیشرفت کرده است و استفاده از این کنترلر‌ها مزایای بسیار زیادی دارد؛ که به برخی از این موارد در زیر اشاره کرده‌ایم؛ که با مطالعه آن می‌توان به وجه تمایز PLC با سایر سیستم‌های کنترلی پی برد:

سیم بندی سیستم‌های جدید در مقایسه با سیستم‌های کنترل رله‌ای تا ۸۰ ٪ کاهش می‌یابد. از آنجاییکه PLC توان بسیار کمی مصرف می‌کند، توان مصرفی بشدت کاهش پیدا خواهد کرد.

توابع عیب یاب داخلی سیستم PLC، تشخیص و عیب‌یابی سیستم را بسیار سریع و راحت می‌کند. برعکس سیستم‌های قدیمی در سیستم‌های کنترلی جدید اگر نیاز به تغییر در نحوه کنترل یا ترتیب مراحل آن داشته باشیم، بدون نیاز به تغییر سیم‌بندی و تن‌ها با نوشتن چند خط برنامه این کار را انجام می‌دهیم. در نتیجه وقت و هزینه بسیار بسیار اندکی صرف انجام اینکار خواهد شد.

در مقایسه با تابلو‌های قدیمی در سیستم‌های مبتنی بر PLC نیاز به قطعات کمکی از قبیل: رله، کانتر، تایمر، مبدل‌های A/D و D/A و… بسیار کمتر شده است. همین امر نیز باعث شده در سیستم‌های جدید از سیم‌بندی، پیچیدگی و وزن تابلو‌ها به نحو چشمگیری کاسته شود.

از آنجاییکه سرعت عملکرد و پاسخ‌دهی PLC در حدود میکرو‌ثانیه و نهایتا میلی ثانیه است، لذا زمان لازم برای انجام هر سیکل کاری ماشین بطور قابل ملاحظه‌ای کاهش یافته و این امر باعث افزایش میزان تولید و بالا رفتن بازدهی دستگاه می‌شود. ضریب اطمینان و درجه حفاظت این سیستم‌ها بسیار بالا‌تر از ماشین‌های رله‌ای است.

وقتی توابع کنترل پیچیده‌تر و تعداد I/O‌ها خیلی زیاد باشد، جایگزین کردن PLC بسیار کم هزینه‌تر و راحت‌تر خواهد بود.

شرکت های plc

زیمنس

با توجه به اهمیت PLC ها در صنایع مختلف، شرکت های مختلفی در سرتاسر جهان تولید این محصول را آغاز کردند. یکی از شرکت ها، شرکت زیمنس آلمان می باشد، که PLC های خود را تحت نام سری S7 وارد بازار نموده است که در این سری، خانواده S7300، S7400 از شهرت بیشتری برخوردارند. اما پایین بودن هزینه S7300 باعث گردیده از این خانواده به طور گسترده تری در صنعت استفاده شود.

فتک

یکی دیگر از شرکت های معروف در زمینه plc شرکت FATEK می باشد.

FATEK Automation Corporationتوسط گروهی از محققان در سال ۱۹۹۲ تاسیس شد و هم اکنون از تولید کنندگان برتر و خوش نام کنترلرهای منطقی قابل برنامه ریزی(PLC)در تایوان می باشد. توجه این شرکت به کیفیت و کارآیی بالا و طراحی فشرده در زمینهPLCباعث محبوبیت روزافزون FATEKدر بازار اتوماسیون صنعتی شده است.

هدف FATEKایجاد اعتماد به نام تجاری و علاقه مندی مشتریان به آن می باشد. از آنجاییکه پیشرفت بر محور گسترش تکنولوژی و مدیریت کیفیت را دنبال می کند، همواره تلاش بر ارایه محصولات با کیفیت بالا و قیمت رقابتی را دارد و اعتبار و شهرت FATEKدر دهه گذشته نتیجه این تلاشها می باشد.