بررسی سطوح اتوماسیون صنعتی

سطوح اتوماسیون صنعتی و اجزای هرم آن

سطوح اتوماسیون صنعتی قسمت های مختلف یک هرم اتوماسیون صنعتی می باشد ،در مطالب گذشته شاهد معرفی اتوماسیون صنعتی بودید که در آن به هرم یک سیستم اتوماسیونی اشاره و سطوح مختلف این سیستم به تصویر کشیده شده بود. حال زمان این رسیده تا با هم این سطوح را بررسی کنیم.

۱-سطح سرپرستی یکی از سطوح اتوماسیون صنعتی

این سطح سیستم به طورعمده بر پایه کامپیوتر تعریف می شود که به اصطلاح صنعتی، کامپیوتر باید مجهز به سیستم عامل (برای مثال ویندوز) و برنامه های کاربردی جهت فرایند کنترل باشد. این سیستم به طور کلی به صورت شبکه با پهنای باند گیگا بایت و یا بالاتر قابل اجرا بوده و همچنین توپولوژی بی سیم (WLAN) نیز در ارتباطات صنعتی کاربرد دارد. دراین سطح جهت نظارت بر سیستم از مانیتورینگ صنعتی استفاده شده و اثری از PLC ها و شبکه های سطح فیلد وجود ندارد، زیرا اطلاعات و دیتای جمع آوری شده اهمیت بالایی دارد. برای محافظت ار داده ها و جلوگیری از، از دست رفتن اطلاعات، از یک سرور مجهز به UPS استفاده می شود و دیتا از طریق اترنت درمسیر انتقال می یابد.

زیر مجموعه های سطح سرپرستی اعم از:

• Industrial PC
• HMI
• WLAN

رایانه های صنعتی (IPC)

رایانه های شخصی صنعتی به طور عمده برای کنترل فرایند با برنامه های کاربردی خاص استفاده می شوند با استفاده از اترنت صنعتی ارتباط برقرار می کنند. برنامه های کاربردی که روی تلفن همراه نصب می شوند در محیط های صنعتی کاربرد های زیادی برای مقاصد تشخیصی دارند.

معیارهای اصلی برای IPC ها

• نیازهای صنعتی (به عنوان مثال کلاس حفاظت، درجه حرارت محیط، نیرومندی)
• محفظه های سفارشی (به عنوان مثال رک مونت کردن کامپیوتر ،پنل کامپیوتر، تلفن همراه)
• سازگاری به معماری استاندارد کامپیوتری (به عنوان مثال سیستم عامل، برنامه های کاربردی)
• کار به طور مداوم. (۲۴ ساعت / ۷ روز)
• تلفات توان پایین توسط CPU و منبع تغذیه (عملیات بدون فن اجباری)
• حفاظت از دسترسی به سخت افزار (به عنوان مثال، کارت شناسایی)
• رابط صنعتی فیلدباس(به عنوان مثال، RS-485 ، اترنت)

Industrial PC

HMI رابط انسان و ماشین

سیستم های HMI مانند نمایشگرهای  متن، پانل های گرافیک، و PC پانل ها  نیازهای دستوری و نمایشی مختلف کنترل کننده ها را به نمایش در   می آورند. مهندسی رابط کاربری ماشین و انسان، باعث سهولت راه اندازی تجهیزات صنعتی شده و فضای لذت بخشی را ایجاد می کند که در نتیجه پروسه تاثیر مطلوبی خواهد داشت.

Human Machine Interface

WLAN 

شرکت های کثیری  در دنیا  تولید کننده مجموعه گسترده ای از اجزای گسسته RF(قطعات تشکیل دهنده چیپ های RF) مانند ترانزیستور،دیودها، قطعات، و سوئیچ ها را در راستای اهداف بیسیم عرضه می کنند. WLAN در اتوماسیون صنعتی به صورت گسترده کاربرد دارد به طوریکه ارتباطات سطوح دیگر مانند سطح کنترل و فیلد با سطح سرپرستی نیز در سیستم های وسیع تر از این طریق صورت می گیرد.

۲-سطح کنترلر یکی از سطوح اتوماسیون صنعتی

این سطح به توصیف سیستم های اتوماسیون (کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی PLC) که در آن ها برنامه ها و دستورات اجرا می شوند می پردازد.سیستم های مربوط به این سطح نیاز به قابلیت real-time بالا(همزمان با real-timeاترنت) و بر اساس یک کنترولر خاص با معماری خاص را دارند.ماژولار بودن سیستم های PLC باعث بهینه سازی در روند اتوماسیون صنعتی شده و هر فرایندی را به صورت سفارشی سازی شده به اجرا درمی آورد.

سیستم های PLC به طور عمده توسط شبکه صنعتی، منبع تغذیه ۲۴V DC و یا به طور مستقیم از یک خط برق با استفاده از یک منبع تغذیه صنعتی (به صورت مدولار و یا یکپارچه)در دنیا عرضه می شوند.

زیر مجموعه های سطح کنترلی اعم از:

• PLC
• HMI
• Field Bus

کنترل کننده ی برنامه پذیر (PLC)

PLC صنعتی واحد یا بخش محاسباتی در هر سیستم اتوماسیون صنعتی توصیف می گردد که برای پاسخگویی به نیاز های سیستم تعبیه می شود البته چند چالش در راستای انتخاب PLC  وجود دارد مانند  قابلیت اطمینان بالا، نویزهای زیست محیطی و ایمنی در برابر نفوذ آنها و نیز نوع کلاس حفاظت (به عنوان مثال، مقاوم در برابر آب و گرد و غبار ). بیشترین نیاز سیستم  به این واحد در این است که به صورت ۲۴ ساعته و دائم و بدون هیچ اشتباهی با قابلیت سطح real-time بالا عملیات پروسه را اجرا نماید.

Field Bus

جهت ارتباطات قسمت کنترل معمولا سعی می شود تا از شیکه های صنعتی استفاده گردد زیرا در هزینه صرفه جویی شده، دیتا به صورت استاندارد اعمال می شود،اگر در طول پروژه قسمتی یا تجهیزی اضافه شود به راحتی می تواند در شبکه صنعتی نیز اضافه کرد در شبکه های صنعتی پرتکل های استانداردی همچون پروتکل کن، مد باس ، پروفی باس و فیلد باس موجود می باشند که کاربرد های فراوانی در صنعت تا به امروز داشته اند.

۳- سطح فیلد

این سطح توصیف تمام تجهیزات ترمینال مانند سنسور (نوری، مغناطیسی،دیسک حرارتی، و غیره) و عملگر(شیر های مغناطیسی، سوئیچ های قدرت، استارتر موتور، و غیره) می باشد. تمام این تجهیزات از طریق ورودی وخروجی های PLC ارتباط برقرار می کنند، که سیگنال را به صورت دیجیتال ON/OFF  و یا آنالوگ یا تدریجی و دارای رنج مشخص دریافت و یا ارسال می نمایند،این تجهیزات توانایی ارتباط با شبکه های صنعتی را دارا می باشند.

تجهیزات سطح فیلد اعم از:

• Micro PLC
• Motor Control
• Sensors
• Actuator Drivers

میکرو PLC ها

این تجهیزات برای کاربردهای کوچکتر استفاده می شوند و معمولا این سیستم ها کمتر مدولار هستند برای کاربرد هایی همچون واحد کنترل اتوماسیون خانه و یا نقاط الکترونیکی فروش (ePOS)، در این مناطق نیازهای اصلی کاهش اندازه، کاهش هزینه،سهولت استفاده، فشردگی بهره وری انرژی، در دسترس بودن، تحت شبکه بودن، قابلیت جداسازی یکپارچه، جنبه های ایمنی و امنیت ثانویه مورد نیاز است.

موتور کنترل و درایو ها

همانطور که می دانید اصول روشهای کنترل سرعت موتورهای الکتریکی به صورت زیر می باشند:

• کنترل با منبع ولتاژ متغیر فرکانس ثابت
• کنترل با منبع ولتاژ فرکانس متغیر
• کنترل مقاومت رتور
• کنترل از روش تزریق ولتاژ در مدار رتور

لازم به ذکر است روش های ذکر شده با کاربردهای گوناگون متفوت اند برای مثال روشهای ۱ و ۲ در مورد موتور های قفس سنجابی و رتور سیبندی شده کاربرد دارند و روش های ۳ و ۴ فقط در موتور های روتور سیم بندی شده استفاده می شوند.

موتور کنترل ها و درایو ها از مجموعه ابزارهایی تشکیل شده اند که توانایی کنترل موتور های الکتریکی را به صورت اتوماتیک و دستی امکان پذیر ساخته اند با این تجهیز می توان دور یک موتور الکتریکی را با تغییرات ولتاژ و فرکانس تغییر داد، همچنین  از دیگر امکانات درایو ها می توان به تغییر جهت چرخش موتور، تنظیم گشتاور موتور ، حفاظت در برابر اضافه بار و تلفات موتور می باشد.

سنسور های صنعتی

تجهیزات اتوماسیون صنعتی که قسمتی از سطوح اتوماسیون صنعتی می باشند دائما در حال پیشرفت هستند و به طور روز افزون گسترده تر می شوند، که سنسور ها یکی از این تجهیزات می باشند، سنسور های مختلفی برای کاربردهای صنعتی وجود دارند که در عین حال بسیار هوشمند و از دقت بالایی جهت تشخیص حساسیت و انتقال سریع اطلاعات به کنترلر برخوردارند. از زمینه های کاربرد معمولی برای سنسورهای نیمه هادی سوئیچینگ،شمارش شاخص، اندازه گیری جریان، اندازه گیری سطح ، اندازه گیری موقعیت، اندازه گیری فشار، تشخیص حرکت می توان اشاره نمود.

با توجه به مطالب بررسی شده پیش بینی آینده اتوماسیون صنعتی چندان دشوار نخواهد بود زیرا که تکامل روز افزون این گرایش موجب اتفاقات مهمی در زمینه بهره وری انرژی خواهد بود .