اتوماسیون صنعتی

.اتوماسیون صنعتییا روباتیزه کردن (Industrial Automation) به معنی استفاده از ابزارهای کنترلی (مثلاً کامپیوتر) به جای انسان به منظور هدایت و کنترل ماشین آلات صنعتی و پروسه‌های تولید است. اتوماسیون به بهره‌گیری از سامانه‌های کنترل (مثل کنترل عددی، کنترل منطقی قابل برنامه ریزی، و دیگر سیستم‌های کنترل صنعتی)، مکانیکی و الکترونیکی به کمک رایانه ها برای پایش (کنترل) خط تولید گفته می‌شود، که در آن هدف، کاهش نیاز به دخالت انسان است.

اتوماسیون از لحاظ لغوی به معنای کنترل و هدایت دستگاهی بطور خودکار” میباشد. در صنعت امروزی هدف کنترل رسیدن به معنای کامل لغت اتوماسیون است ولی به دلایل متفاوت این هدف امکان پذیر نیست و دربیشتر مواقع یک سیستم نیمه خودکار داریم که بخشی از کنترل توسط اپراتور و بخشی از آن توسط سیستم کنترل تعبیه شده انجام میگیرد.

یکی از مهمترین ارکان تولید صنعتی، اتوماسیون است که تا قبل از پیدایش آن، از دستگاههای مختلفی برای کنترل خطوط تولید استفاده می کردند که هر یک به شکل مجزا عمل می کردند و در آنها محدودیت ها و مشکلات زیادی نیز وجود داشت. هدف از اتوماسیون سازی و استفاده از روبات، افزایش کارایی تجهیزات صنعتی و تولیدی است. هماهنگی و تناسب میان دستگاهها و روباتها و ایجاد شبکه در یک نظام تولید، نتیجه استفاده از تکنولوژی اتوماسیون می باشد.

 سیستم صنعتی اتوماسیون مسئولیتی بیش از کنترل فرایند تولید را بر عهده دارد که توسط کارشناسان مربوطه تنظیم شده و عبارت است از:

1.  تبادل اطلاعات بین قسمت های مختلف تولید
2. برقرار کردن استراتژی های کنترلی در کارخانه
3.  ایجاد یک واسطه بین کاربر و مجموعه تحت کنترل

فرآیندهای تولید سیستم های اتوماسیون

سیستم صنعتی اتوماسیون دارای دو فرایند تولید می باشد که عبارت است از

1.  فرایندهای پیوسته (واگرا) از قبیل پالایش، پتروشیمی، شیمیائی، غذائی و .
2.  فرایندهای گسسته (همگرا) از قبیل خودرو، الکترونیک، لوازم خانگی و .

فرایند تولید متناسب با نوع محصول مورد نظر به سه بخش تولید، بسته بندی و توزیع تقسیم می شود که مهمترین بخش فرایند ساخت همان تولید است. روباتهای جابه جا کننده و برش دهنده از سنجش کیفیت مواد اولیه، انجام عملیات ابتدائی ساخت روی آنها تا فراوری محصول نهائی و آزمایش های پایانی کنترل محصول، پای ثابت این بخش در اکثر خطوط تولید می باشند. اما از آنجا که تمام فراورده ها و محصولات در پایان فرایند تولید نیاز به بسته بندی دارند و عواملی از قبیل سادگی حمل، مدت مصرف، مسائل بهداشتی، و در کیفیت محصول و توزیع فروش آن تأثیر گذارند، نیازمند نظارت نیروی انسانی است. زمان قرار گرفتن محصولات در خودروهای باربری تا عرضه محصول در فروشگاهها بخش توزیع انجام می شود. در این مرحله نیز استفاده از روباتهای ویژه بارگیری و خطوط حمل و نقل هوشمند، یکی از مهمترین دستاوردهای اتوماسیون در بخش توزیع است. 

سیستم صنعتی اتوماسیون حتی در سطوح مدیریتی تولید نیز نقش مهمی را ایفا می کند. این کار به وسیله واسط های ماشین انسان (HMI) صورت می گیرد زیرا علاوه بر کنترل سیستم، جمع آوری، هماهنگ سازی اطلاعات و نمایش آن در سطوح مختلف مدیریتی راحت تر انجام می شود. کنترل سیستم به کمک HMI از راه دور به سادگی امکانپذیر است.
 

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 بطور فزاینده، نقش مهمی را در اقتصاد جهانی و در آزمایش و تجربه روزانه ایفا می‌کند. مهندسان تلاش می‌کنند دستگاه‌های خودکار را با ابزار ریاضی و سازمانی ترکیب کنند، تا به وسیلهٔ ایجاد سیستم‌های پیچیده، پاسخ گوی نیازهای به سرعت در حال گسترشی از برنامه‌ها و فعالیت‌های انسانی باشند.

در مجموع می‌توان گفت اتوماسیون صنعتی از تکنولوژی و کنترل اتوماتیک که باعث عملکرد و کنترل خودکار فرآیندهای صنعتی بدون دخالت مستقیم انسان می‌شود، استفاده می‌کند. این کار، عملکرد مجموعه را به طور چشمگیری بهبود می‌بخشد. تجهیزاتی که در اتوماسیون صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از: PLC، PAC، رایانه و … .

دلایل استفاده از اتوماسیون صنعتی
افزایش بهره‌وری
اتوماسیون یک کارخانه یا یک فرآیند تولید می‌تواند با کنترل بهتر و دقیق‌تری که بر فرآیند تولید دارد، نرخ تولید را به طور چشمگیری بهبود بخشد. در واقع زمان صرف شده به ازای تولید هر کالا کاهش خواهد یافت و همچنین کیفیت و دقت در تولید کالا افزایش خواهد یافت.

کاهش هزینه تولید
ترکیب فرآیندهای مختلف در صنعت با استفاده از اتوماسیون همانطور که در بخش قبل ذکر شد زمان تولید را کاهش خواهد داد؛ همچنین نیاز به استفاده از انسان در طول فرآیند را کاهش خواهد داد. لذا هزینه‌های ناشی از تولید کالا بدین صورت کاهش خواهد یافت.

افزایش کیفیت کالا
از آن جائیکه استفاده از اتوماسیون دخالت انسان در فرآیند را کاهش خواهد داد، احتمال وقوع خطاهای انسانی نیز به حداقل خواهد رسید. بدین ترتیب کالاهای تولید شده با استفاده از عملکرد تجهیزات اتوماسیون و بازدید دقیق و کنترل آن‌ها از مرحله طراحی تا ساخت دارای کیفیت بسیار بهتری نسبت به قبل خواهند بود.

افزایش امنیت
اتوماسیون صنعتی با جایگزین کردن ماشین‌های صنعتی با انسان‌ها از حضور انسان در محیط‌های خطرناک جلوگیری کرده و بدین ترتیب امنیت محیط کار را بالا خواهد برد.

بخش‌های مختلف سیستم اتوماسیون صنعتی
سیستم‌های اتوماسیون صنعتی ذاتا پیچیده بوده و شامل تعداد بسیار زیادی از دستگاه‌ها هستند که از طریق تکنولوژی اتوماسیون در کنار یکدیگر و به طور همزمان مشغول به فعالیت خواهند بود. در تصویر زیر می‌توانید آرایش یک سیستم اتوماسیون صنعتی را مشاهده کنید.

PLC:

مخف Programable logic contorerl  به معنی برنامه کنترل منطقی می باشد که برنامه نوشته شده توسط کامپیوتر را از کامپیوتر به کنتاکتور ها یا رله ها توسط مدار رابط یا اینتر فیس انتقال می دهد و طبق برنامه ذکر شده دستگاه ها را راه اندازی و کنترل می نمایید. از PLC می توان در انواع دستگاه ها و کارخانه ها استفاده کرد و مثلاً برای اتوماسیون خطوط تولید کار خانه ها، ایجاد فرآیند اتوماتیک و پیچیده در دستگاههای مختلف صنعتی و همچنین طراحی BMS می توان از PLC استفاده نمود.

نقش PLC در اتوماسیون صنعتی:

کنترل بهتر فرآیندهای تولید سرعت و دقت عمل بالا توانایی خواندن انواع ورودی‌ها ی دیجیتال، آنالوگ و فرکانس بالا
توانایی انتقال فرمان به سیستم‌ها و قطعات خروجی نظیر مانیتورهای صنعتی، موتور، شیر‌برقی، … امکانات اتصال به شبکه ابعاد بسیار کوچک سرعت پاسخگویی بسیار بالا ایمنی، دقت و انعطاف پذیری زیاد شبکه کردن PLC ها و امکان مدیریت آنها با یک کامپیوتر مرکزی

مزایای استفاده از PLC:

۱- سیم بندی سیستم‌های جدید در مقایسه با سیستم‌های کنترل رله‌ای تا ۸۰٪ کاهش می‌یابد.

۲- از آنجاییکه PLC توان بسیار کمی مصرف می‌کند، توان مصرفی بشدت کاهش پیدا خواهد کرد.

۳- توابع عیب یاب داخلی سیستم PLC، تشخیص و عیب‌یابی سیستم را بسیار سریع و راحت می‌کند.

۴- 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.

۵- 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.

۶- PLC ها استهلاک مکانیکی ندارند بنابراین علاوه بر عمر بیشتر، نیازی به تعمیرات و سرویس های دوره ای نخواهند داشت.

۷- بر خلاف مدارات رله کنتاکتوری، نویزهای الکترونیکی و صوتی ایجاد نمی کنند.

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.

۸- ضریب اطمینان و درجه حفاظت این سیستم‌ها بسیار بالا تر از ماشین‌های رله‌ای است.

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

کاربردهای PLC در صنعت:

۱- صنایع اتومبیل سازی تست قطعات و تجهیزات، سیستم های رنگ پاش، شکل دادن بدنه بوسیله پرس های اتوماتیک، سوراخ کاری، اتصال قطعات

۲- صنایع پلاستیک سازی، ماشین های ذوب و قالب گیری تزریقی، دمش هوا، سیستم های تولید و آنالیز پلاستیک

۳- صنایع سنگین کوره های صنعتی، سیستم های کنترل دمای اتوماتیک، وسایل و تجهیزات مورد استفاده در ذوب فات

۴- صنایع شیمیایی سیستم های مخلوط کننده، دستگاه های ترکیب کننده مواد با نسبت های مختلف

۵- صنایع غذایی سیستم های عصاره گیری و بسته بندی

۶- صنایع ماشینی صنایع بسته بندی، صنایع چوب، سیستم های سوراخ کاری، سیستم های اعلام خطر و هشدار دهنده، سیستم های استفاده شده درجوش فات

۷- صنایع حمل و نقل جرثقیل ها، سیستم های نوار نقاله، تجهیزات حمل ونقل

۸- صنایع تبدیل انرژی ایستگاه های تقویت فشار گاز، ایستگاه های تولید نیرو، کنترل پمپ های آب، سیستم های تصفیه آب و هوای صنعتی، سیستم های تصفیه و باز یافت تصفیه و بازیافت گاز

۹- خدمات ساختمانی تکنولوژی بالابری، کنترل هوا و تهویه مطبوع،سیستم های روشنایی خودکار

تاریخچه اتوماسیون صنعتی برمیگرده به زمانی که از سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک برای کارهای صنعتی و کارخانه استفاده می شد.

درواقع برای 2 هدف اصلی که عبارتند از کاهش هزینه و تولید انبوه محصولات، اتوماسیون صنعتی شکل گرفت.

اگر بخواهیم در مرجع اتوماسیون صنعتی تاریخ یا زمانی را برای شروع اتوماسیون صنعتی در نظر بگیریم، سال 1913 را بهترین زمان برای انتخاب سالگرد پیداش اتوماسیون صنعتی می دانیم!

اما چرا سال 1913؟!

شرکت فورد، سردمدار اتوماسیون صنعتی

شرکت فورد که یکی از معروف ترین شرکت های تولید کننده ماشین در جهان است، در سال 1913 یک خط تولید نیمه اتوماتیک را
برای تولید ماشین های خود ایجاد کرد که پیش از آن تعداد زیادی مهندس متخصص برای تولید هر ماشین زمان می گذاشتند.

این کار باعث بهبود کیفیت و هم چنین تولید تعداد بیشتری محصول در زمان مشابه شد و کارایی شرکت فورد را به حداکثر رساند.

کاملا مشخص است که چنین افزایش کارایی و درآمد هر کارخانه دار و انسانی را به سمت خود می کشاند و
پس از آن صنعتگران کشور ژاپن به تبعیت از آلمانی ها، خیلی خوب در این حوزه پیشرفت کردند.

بعد از آن، هر روز و هر روز، اتوماسیون صنعتی گسترده تر شد و به عنوان یک علمِ کارآمد و صنعتی شناخته شد.