اتوماسیون صنعتی چیست؟ نگاهی به انواع اتوماسیون صنعتی

امروز رقابت بسیار بالا در صنعت ، کیفیت بالا و محصولاتی با بیشترین ماندگاری و قیمتی رقابتی را طلب می کند. برای حل این چالش برخی از صنایع از طراحی محصولات جدید متنوع و تکنیک های یکپارچه تولید استفاده می کنند و به موازات آن دستگاه های اتوماتیک را نیز به کار می بندند.

یکی از حرکات تاثیرگذار و قابل توجه در دستیابی به راه حل چالش ذکر شده اتوماسیون صنعتی است. اتوماسیون صنعتی به افزایش کیفیت محصول، قابلیت اطمینان و میزان تولید کمک می کند و این در حالی است که هزینه تولید و طراحی با استفاده از تکنولوژی ها و خدمات جدید، نوآورانه و یکپارچه کاهش می یابد. مطالعه مقاله برنامه ریزی تولید چیست می تواند یکی از کاربردهای بخش اتوماسیون صنعتی باشد.

اتوماسیون صنعتی چیست؟

اتوماسیون یک گام جلوتر از مکانیزاسیون یا همان مکانیزه کردن است. مکانیزاسیون از یک مکانیزم خاص در ماشین آلات استفاده می کند که به اپراتورهای انسانی در انجام وظیفه کمک می کند. مکانیزاسیون عملیات دستی انجام وظیفه با استفاده از قدرت ماشین آلات بر مبنای تصمیم گیری انسان است. از سوی دیگر اتوماسیون دستورهای برنامه ریزی شده منطقی و ماشین آلات قدرتمند را جایگزین دخالت انسان می کند.

اتوماسیون صنعتی به معنای جایگزینی تفکر انسان با رایانه ها و ماشین آلات است. واژه اتوماسیون در لغت به معنی دستوردادن خودکار یا مکانیزمی که به وسیله خود دستگاه به جلو رانده شود است و ریشه اصلی آن درکلمات یونانی Auto و Matos است که Auto به معنای خود و Matos به معنای حرکت است.

در یک کلام اتوماسیون صنعتی به معنای استفاده از مجموعه ای از تکنولوژی ها و دستگاه های کنترل اتوماتیک است که منجر به عملیات خودکار و کنترل فرایندهای صنعتی بدون دخالت قابل توجه انسان و دستیابی به عملکردی بهتر از کنترل دستی می شود. این دستگاه های اتوماسیون شامل PLC ها، PC ها یا همان رایانه های شخصی، PAC ها و … و تکنولوژی ها شامل سیستم های ارتباط صنعتی متنوع است.

مزایای اتوماسیون صنعتی

چرا باید از اتوماسیون صنعتی استفاده کنیم؟

·      افزایش بهره وری

اتوماسیون کارخانه، تولید یا فرایند به وسیله کنترل بهتر تولید میزان تولید را بهبود می بخشد. اتوماسیون از طریق کاهش شدید زمان مونتاژ برای هر محصول و افزایش کیفیت تولید به تولید انبوه کمک می کند. بنابراین برای یک مقدار مشخص کار ورودی میزان خروجی بیشتری تولید می شود.

·      ارائه هزینه بهینه عملیات

ادغام فرایندهای مختلف در صنعت با ماشین آلات اتوماتیک چرخه زمان و تلاش صورت گرفته را به حداقل رسانده و در نتیجه نیاز به نیروی انسانی را کاهش می دهد. بنابراین به کمک اتوماسیون در سرمایه گذاری برای نیروی انسانی صرفه جویی می شود.

·      بهبود کیفیت محصول

از آنجایی که اتوماسیون دخالت انسان را کاهش می دهد، احتمال خطاهای انسانی را نیز از بین می برد. اتوماسیون به وسیله کنترل و نظارت تطبیقی درستی فرایندهای صنعتی در کلیه مراحل از آغاز محصول تا محصول نهایی یکنواختی و کیفیت محصول را به ارمغان می آورد.

·      کاهش کنترل های معمول

اتوماسیون به طور کامل نیاز به چکاپ دستی پارامترهای مختلف فرایند را کاهش می دهد. با استفاده از فناوری های اتوماسیون، فرایندهای صنعتی به شکل خودکار متغیرهای فرایند را یا استفاده از تکنیک های کنترل حلقه بسته تنظیم و ارزش های مطلوب را تعیین می کنند.

·      افزایش سطح امنیت

اتوماسیون صنعتی از طریق جایگزینی ماشین آلات اتوماتیک به جای انسان ها در شرایط کاری پرخطر، ایمنی پرسنل را افزایش می دهد. به شکل سنتی روبات ها و دستگاه های رباتیک در چنین محیط های پرریسک و خطرناکی مورد استفاده قرار می گیرند.

سلسله مراتب سیستم اتوماسیون صنعتی

سیستم های اتوماسیون صنعتی می توانند ذاتا بسیار پیچیده باشند و دارای تعداد زیادی از دستگاه های مشغول به کار هماهنگ با فناوری های اتوماسیون هستند. در ادامه به بررسی سطوح سلسله مراتب سیستم اتوماسیون می پردازیم.

سطح حوزه یا میدان

این سطح، پایین ترین سطح  سلسله مراتب اتوماسیون است که شامل ابزار میدانی مانند سنسورها و محرک ها است. وظیفه اصلی این دستگاه های میدانی انتقال داده های فرایندها و ماشین آلات به سطح بالاتر بعدی برای نظارت  تجزیه و تحلیل است. و همچنین این سطح شامل کنترل پارامتر فرایند از طریق محرک ها است. به عنوان مثال می توانیم این سطح را به عنوان چشمان و بازوان یک فرایند مشخص در نظر بگیریم.

سنسورها پارامترهای آنی مانند دما، فشار، جریان، سطح و غیره را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند. سپس داده های این سنسور به کنترلر ها منتقل می شوند تا پارامترهای آنی را تجزیه و تحلیل و کنترل کنند. برخی از سنسورها دربرگیرنده ترموکوپل، سنسور مجاورت، RTD ها، جریان سنج و غیره است.

از سوی دیگر محرک ها سیگنال های الکتریکی (دریافتی از کنترلرها) را به یک وسیله مکانیکی برای کنترل فرایندها تبدیل می کنند. دریچه های کنترل جریان، دریچه های الکترومغناطیسی، سوپاپ های پنوماتیک، دستگاه های تقویت نیرو، موتورهای DC و موتورهای فرمان نمونه هایی از این محرک ها هستند.

سطح کنترل

این سطح شامل دستگاه های اتوماسیون متنوع از جمله ماشین های CNC، PLCها و غیره است که پارامترهای فرایند را از سنسورهای گوناگون به دست می آورند. کنترلرهای اتوماتیک محرکها را بر اساس سیگنال های پردازش شده سنسور و برنامه یا تکنیک کنترل به پیش می راند.

کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر یا همان PLCها که مخفف Programmable Logic Controllers است از جمله کنترلرهای صنعتی قوی هستند که به شکل گسترده مورد استفاده قرار می گیرندو قادر به ارایه اتوماتیک توابع کنترل بر مبنای ورودی به دست آمده از سنسورها می باشند. PLC شامل ماژول های گوناگون از جمله CPU، analog I/O، digital I/O و ماژول های ارتباطی است. این کنترلرها به اپراتور این امکان را می دهند که یک عمل کنترل یا استراتژی اجرای یک عملیات خودکار را در فرایند برنامه نویسی کند.

سطح نظارت و کنترل تولید

در این سطح دستگاه های اتوماتیک و سیستم نظارت اعمال مداخله ای و کنترلی مانند رابط انسان و ماشین (HMI)، نظارت بر پارامترهای مختلف، تنظیم اهداف تولید، بایگانی تاریخی، تنظیم روشن و خاموش ماشین و غیره را تسهیل می نمایند. سیستم کنترل توزیع شده (DCS) یا سیستم اسکادا (SCADA) HMI ها عمدتا در این سطح مورد استفاده قرار می گیرند.

سطح سازمانی یا اطلاعات

این بالاترین سطح اتوماسیون صنعتی است که کل سیستم اتوماسیون را مدیریت می کند. وظایف این سطح عبارتند از : برنامه ریزی تولید، تحلیل بازار و مشتری، سفارشات و فروش و … . پس می توان گفت که این سطح بیشتر با فعالیت های تجاری سر و کار دارد تا جنبه های فنی.

به علاوه شبکه های ارتباطی صنعتی بیشترین اهمیت را در سیستم های اتوماسیون صنعتی دارند و اطلاعات را از سطحی به سطح دیگر منتقل می کنند. بنابراین این شبکه ها در کلیه سطوح سیستم اتوماسیون حضور دارند تا جریان دائمی از اطلاعات را برقرار نمایند. این شبکه های ارتباطی می توانند از سطحی به سطح دیگر متفاوت باشند و برخی از آنها عبارتند از : RS485، CAN،DeviceNet ، Field bus، Profibus

از سلسله مراتب بالا می توان نتیجه گرفت که جریان مستمر اطلاعات از سطح بالا به سطح پایین و بالعکس جریان دارد. اگر این جریان را به شکل گرافیکی متصور شویم مانند هرمی است که هر چه به سمت بالا برویم اطلاعات متراکم تر می شوند و با پایین آمدن اطلاعات دقیق تر با جزییات بیشتر در مورد فرایند به دست می آوریم.

انواع سیستم های اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون سخت یا ثابت

این نوع از اتوماسیون برای اجرای عملیات های ثابت و تکرارپذیر مورد استفاده قرار می گیرد تا به نرخ تولید بیشتری دست یابند. اتوماسیون ثابت با هدف مشخص یا تجهیزات اختصاصی به منظور اتوماتیک نمودن رشته ای از عملیات های ثابت مونتاژ یا پردازش مورد استفاده قرار می گیرد. با به کارگیری این نوع از اتوماسیون تغییر یا تنوع طراحی محصول کار نسبتا دشواری خواهد بود. بنابراین این اتوماسیون در ارائه انواع محصول سخت و غیرقابل انعطاف است ولی کارآیی را با میزان تولید بیشتر و کاهش هزینه واحد افزایش می دهد. برخی از این سیستم های اتوماتیک فرایند تقطیر، نقاشی مغازه و نقاله ها هستند.

اتوماسیون قابل برنامه ریزی

در این اتوماسیون یک طبقه خاص از محصول تغییر می کند و یا ممکن است عملیات مونتاژ یا پردازش با اصلاح برنامه کنترل در تجهیزات خودکار تغییر کند.

این نوع اتوماسیون بهترین گزینه برای فرایند تولید دسته ای است که حجم تولید آن از متوسط تا زیاد است. ولی در این اتوماسیون تغییر و تنظیم مجدد سیستم برای محصول جدید یا دنباله ای از عملیات ها کار دشواری است. زیرا محصول جدید یا تنظیم مجدد عملیات ها نیازمند یک نصب طولانی است. از جمله نمونه هایی از این سیستم اتوماسیون می توان به دستگاه های کنترل شمارشی، ماشین کاغذ، ماشین لوله فولادی، روبات های صنعتی و … اشاره کرد.

اتوماسیون نرم یا انعطاف پذیر

این سیستم اتوماسیون تجهیزات کنترل اتوماتیکی ارائه می کند که از انعطاف پذیری بالایی برای ایجاد تغییرات در طراحی محصول برخوردارند. این تغییرات به سرعت از طریق دستوراتی که در غالب کد از سوی اپراتور انسانی ارائه می شوند قابل اجرا هستند.

این اتوماسیون به تولیدکنندگان اجازه می دهد چندین محصول با محدوده های مختلف تولید کنند و از روشی ترکیبی به جای تولید جداگانه بهره ببرند. برخی از نمونه های این سیستم اتوماسیون عبارتند از : وسایل نقلیه خودکار، اتومبیل ها و ماشین چندمنظوره CNC .

شرکت اشا مشاور و تولید کننده انواع نرم افزارهای تخصصی اتوماسیون صنعتی و شرکتی شامل : نرم افزار erp ،  نرم افزار نگهداری و تعمیرات ، نرم افزار مدیریت زنجیره تامین و … است.