بررسی جامع اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون صنعتی چیست؟

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

اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون یک گام فراتر از مکانیزاسیون است. در مکانیزاسیون از مجموعه ای از تجهیزات مکانیکی استفاده می شود که برای انجام فعالیت مورد نظر، نیاز به کمک انسان خواهد داشت. اما از سوی دیگر اتوماسیون نقش انسان را در انجام فرآیند حذف کرده و آن را با برنامه ریزی های منطقی و دستگاه های هوشمند جایگزین کرده است. در اتوماسیون صنعتی، کامپیوتر و ماشین به جای انسان تفکر و تصمیم گیری خواهند کرد.

روند پیدایش مکانیزاسیون و اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون صنعتی یا روباتیزه کردن (Industrial Automation) به معنی استفاده از ابزارهای کنترلی بطور مثال کامپیوتر به جای انسان به منظور هدایت و کنترل ماشین آلات صنعتی و پروسه های تولید است. اتوماسیون به بهره گیری از سامانه های کنترل (مثل کنترل عددی، کنترل منطقی قابل برنامه ریزی و دیگر سیستم های کنترل صنعتی)، مکانیکی و الکترونیکی به کمک رایانه ها برای پایش و کنترل خط تولید گفته می شود که در آن هدف، کاهش نیاز به دخالت انسان است.

در مجموع می توان گفت اتوماسیون صنعتی از تکنولوژی و کنترل اتوماتیک که باعث عملکرد و کنترل خودکار فرآیندهای صنعتی بدون دخالت مستقیم انسان می شود، استفاده می کند. این کار عملکرد مجموعه ار بطور چشمگیری بهبود می بخشد. تجهیزاتی که در اتوماسیون مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از PLC، PAC، کامپیوتر و … . 

کنترل تجهیزات توسط اتوماسیون صنعتی

اجزای کنترل در یک سیستم اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون از سه قسمت اساسی تشکیل شده است که عبارتند از:

1. اندازه گیرها

اندازه گیرها در واقع چشم سیستم های کنترل محسوب می شوند و با کمی سازی مقادیر فرآیندی کنترل کننده را از وضعیت موجود در فرآیند آگاه ساخته و در نتیجه کنترل کننده، فرمان مورد نیاز را به محرک جهت کنترل فرآیند و رسیدن به نقطه تنظیم مورد نظر ارسال می کند. هر دستگاه اندازه گیری شامل سه جزء اساسی زیر می باشد.

- سنسور (Sensor)

سنسور قطع هاي است كه به پارامترهاي فيزيكی نظير حركت، حرارت، نور، فشار، الكتريسيته، مغناطيس و ديگر حالات انرژي حساس است و در هنگام تحريك آن ها از خود عكس العمل نشان مي دهد و براي اين عكس العمل نياز به انرژي خارجي ندارد.

سنسورها در اتوماسیون صنعتی
انواع سنسور در اتوماسیون صنعتی

- ترانسدیوسر (Transducer)

ترانسديوسر قطعه اي است كه وظيفه تبديل حالات انرژي به يكديگر را برعهده دارد، سنسور پارامتر مورد اندازه گيري را به ترانسديوسر تحويل مي دهد، سپس ترانسديوسر آن را به يك سيگنال قابل درك براي كنترلر تبديل مي كند. به همین خاطر براي انجام اين تبديل نياز به يك منبع انرژي خارجي دارد.

ترانسدیوسر ها در اتوماسیون صنعتی

- ترانسدیوسر (Transducer)

ترانسميتر وسيله اي است كه يك سيگنال خروجي ترانسديوسر را به سيگنال استاندارد قابل انتقال تبديل مي نمايد. از معروفترين استانداردهاي ترانسميترها مي توانیم به استاندارد 4 تا 20 ميلي آمپر و  0 تا 10 ولت اشاره کنیم.

ترانسمیتر فشار
ترانسمیتر دما

2. کنترل کننده ها

قسمت دوم ابزار دقيق بخش كنترل مي باشد. كنترل عبارتست از هدایت و نگهداري يك يا چند فرآيند به وضعيت يا وضعيت هاي مطلوب يا مورد نظر. اين مفهوم در برگيرنده كنترل كمي، كيفي، حفظ ايمني و محيط زيست مي باشد كه اهداف اساسي كنترل مي باشند. 

کنترل کننده ها در اتوماسیون صنعتی

3. محرک ها

محرك ها ادواتي هستند كه سيگنال خروجي را از قسمت كنترل كننده گرفته و متناسب با اين سيگنال ها عمل مي كنند. از عمده ادوات خروجي مي توان به شيرهاي كنترل و الكتروموتورها اشاره كرد. اين ادوات با عملكرد خود باعث كنترل پارامترهاي اندازه گيري شده، در مقدار مطلوب و مورد نظر مي شوند.

محرک ها در اتوماسیون صنعتی

ساختار و اجزا سیستم اتوماسیون صنعتی

سیستم های کنترل دیجیتال صنعتی جدید به دو صورت عمده ی متمرکز و گسترده پیاده سازی می شوند. ساختارهای متمرکز کل فرآیند طی منطق کنترلی در یک CPU ایجاد می گردد و عملیات کنترل در آن صورت می پذیرد، حال آنکه در ساختارهای گسترده فرآیندها با توزیع منطق کنترلی در CPU های مختلف صورت می گیرد. در ساختار گسترده کنترلرها بوسیله شبکه های صنعتی به یکدیگر متصل در حال تبادل اطلاعات می باشند.

سیستم کنترل متمرکز PLC (Programmable Logic Controller)

PLC، کنترل کننده برنامه پذیری است که از خانواده ی کامپیوترها به شمار می آید. این کنترل کننده، عمدتا در مقاصد صنعتی به کار می رود. ورودی ها را می گیرد و بر اساس برنامه ای که در حافظه آن نوشته شده، خروجی های لازم را برای ماشین یا فرآیندی که تحت کنترل آن است صادر می نماید.

PLC

PLC از سه قسمت اصلی یعنی مدول های ورودی، CPU و مدول های خروجی تشکیل شده است. مدول ورودی، سیگنال های متنوع دیجیتال یا آنالوگ را از Field قبول می کند و سپس آن ها را به سیگنال های منطقی (0 و 1) که برای CPU قابل پردازش باشد تبدیل می نماید. CPU مطابق با برنامه ی که قبلا کاربر در حافظه آن ذخیره کرده است دستورات کنترلی را اجرا کرده، خروجی لازم را به صورت سیگنال های منطقی به مدول های خروجی می فرستند. این مدول ها، سیگنال ها را به فرم دیجیتال یا با تبدیل به آنالوگ به تجهیزات Field مانند عملگرها (Actuators) ارسال می نمایند.

سیستم PLC

مزایای PLC

بعضی از مزایای اساسی استفاده از PLC عبارتند از:

دیگر مزایای PLC
مزایای PLC

سیستم کلی PLC

اجزاء کلی یک سیستم PLC که در تمامی سازنده ها عمومیت دارد عبارتند از:

1. واحد پردازنده مرکزي (CPU) که مغز یا قلب سیستم PLC است و از دو قسمت اصلی زیر تشکیل شده است:

– پردازشگر که مسئول اجراي برنامه ي کنترل و سیستم عامل کنترلر می باشد.

– حافظه که محل استقرار برنامه ي کنترلی، اطلاعات ورودي و خروجی، پارامترها، تایمرها و … می باشد.

2. منبع تغذیه که تامین ولتاژهاي مورد نیاز CPU و کارت هاي ورودي و خروجی را برعهده دارد.

3. برنامه ریز/ مانیتور Programmer/Monitor(PM)

4. مدول هاي ورودي/ خروجی

5. کارت هاي شبکه نظیر مدباس براي تبادل دیتاي مورد نیاز سایر کنترل کننده ها

6. بدنه و قفسه ها جهت استقرار مدول هاي مختلف نظیر CPU، کارت هاي ورودي و خروجی و کارت هاي شبکه نظیر و …

سیستم کلی plc

سیستم های کنترل گسترده (Distributed Control Systems)

همانطور که می دانیم در کنترل فرآیند هاي بزرگ و پیچیده با مسائل و مشکلات بسیاری مواجه هستیم. بطور مثال ممکن است تعداد حلقه های کنترل در یک مجتمع پتروشیمی بیش از هزار حلقه باشد که در چنین حالتی تعداد اندازه گیر ها و عملگر ها به ده ها هزار خواهد رسید و از آنجا که ممکن است هر یک از حلقه هاي کنترلی علاوه بر ارتباطات داخلی با حلقه هاي دیگر در ارتباط باشند، حجم سیم کشی و مدارات ارتباطی حلقه ها با یکدیگر بسیار بالا می رود که این امر هزینه زیادی خواهد داشت، توانایی های سیستم های DCS مشکل پیچیدگی و هزینه مجتمع های بزرگ را حل می کند. 

DCS

یک سیستم DCS در واقع شبیه یک شبکه کامپیوتری است که با جمع آوری اطلاعات از اندازه گیری های محلی و با استفاده از ماژول های کنترل کننده به صورت نرم افزاری ارتباطات و منطق کنترل را پیاده سازی می کند و فرمان های لازم را به عملگرها ارسال می نماید. استفاده از نرم افزار به جای سیم کشی و مدارهای ارتباطی هزینه را بسیار کاهش خواهد داد. در سیستم های DCS بکارگیری ماژول های هوشمند و میکرو پروسسور های قوی امکان تنظیم دقیق و سریع حلقه هاي کنترل در مراحل مختلف تولید محصول فراهم می آورد. بدین ترتیب می توان ضایعات تولید را تا حد زیادي کاهش داد.

معماری یک سیستم DCS بسیار مهم است و شرکت های سازنده برحسب فرآیندهای تحت کنترل معماري هاي مختلفی را ارائه می کنند، که انتخاب معماري مناسب در هزینه و مرغوبیت محصول تولید شده نقش اساسی دارد. همچنین استفاده از نرم افزار مناسب در سیستم هاي DCS سرعت دقت و توانایی هاي سیستم را تحت تاثیر قرار می دهد. یک سیستم DCS مجموعه اي از کنترل کننده ها می باشد که هر یک قابلیت پردازش بیش چند صد حلقه کنترلی را دارند. 

معماری DCS

این کنترل کننده ها از طریق یک شبکه صنعتی با یکدیگر در ارتباط هستند. می توانند توسط واحد هاي ورودي خروجی خود به تجهیزات فیلد متصل شوند و ده ها حلقه را کنترل نمایند.

اجزای یک سیستم DCS

سیستم هاي DCS عموما در سه سطح اساسی پیاده سازي می شوند، البته سطوح دیگر اتوماسیون نیز در اکثر سازندگان ارائه گردیده و گاها جزء موارد اختیاري می باشند. 

اجزای DCS

1. سطح مانیتور (Operation & Monitoring Level)

در بالاترین سطح یک سیستم DCS ایستگاه هاي کاربري قرار دارند. این ایستگاه ها کامپیوتر هایی هستند که توسط آن ها کاربران سیستم، عملیات نظارت و کنترل را روي فرآیند را انجام می دهند. این ایستگاه ها توسط شبکه اي موسوم به Terminal Bus به سطوح پایین تر متصل می شوند.

در سطح مانیتورینگ، ایستگاه مهندسی (ES (Engineering Station و ایستگاه  اپراتوری (Operator Station) OS قرار دارند.

1.1. ایستگاه مهندسی ES (Engineering Station)

این ایستگاه، کامپیوتري است که نرم افزار طراحی و مهندسی سیستم DCS روي آن نصب می شود و کلیه عملیات مهندسی سیستم شامل دانلود کردن برنامه در کنترلرها، تغییر در منطق برنامه و انجام اصلاحات و تغییرات صفحات گرافیکی سیستم مانیتورینگ از طریق آن صورت می گیرد. معمولا ES در محل جداگانه اي نصب می شود. ES به هر دو Bus سیستم اعم از Process Bus و Terminal Bus متصل است.

2.2. ایستگاه اپراتوری (Operator Station) OS

OS، ایستگاه کاري اپراتورهاست. روي این کامپیوترها، صفحات گرافیکی به شکل Runtime که غیر قابل ویرایش است دانلود شده است. OS ها بسته به معماري سیستم، به طور مستقیم یا از طریق سرور به کنترلرها متصل هستند. اپراتورها می توانند مقادیر پروسسی را روي OS مشاهده نمایند و یا فرامین کنترلی را از طریق OS به کنترلرها ارسال کنند.

2. سطح کنترل (Control Level)

در سطح میانی کنترل کننده ها قرار دارند که از طریق شبکه ای موسوم به Process Bus به یکدیگر و نیز با سطوح بالاتر در ارتباط می باشند. اغلب سیستم های این شبکه داراي Redundant نیز هستند معمولا در سیستم های نوین از اترنت (Ethernet) در این نوع شبکه ها استفاده می شود و از فیبر نوری به عنوان رابط فیزیکی جهت ارتباط بهره می برند.

3. سطح کارخانه (Field Level)

در پایین ترین سطح یک سیستم DCS که Field Level است تجهیزات ابزار دقیق (Instruments Field) شیرها و عملگرها (Actuators) قرار دارند.

سیستم هاي کنترل غیر متمرکز DCS در واقع راهکاري براي رفع ضعف هاي سیستم هاي متمرکز در خصوص فرآیندهاي وسیع و گسترده به لحاظ سیگنالی و مکانی محسوب می شوند. بدین شکل که پردازش اطلاعات بین کنترلرها تقسیم شده و در عین حال یک شبکه ارتباطی نیز بین کنترلرها موجود می باشد و تبادل اطلاعات بین آن ها به آسانی انجام می پذیرد.

تفاوت سیستم های کنترل DCS و PLC 

مقایسه PLC و DCS

هدف و رویکرد طراحی و پیاده سازي این دو سیستم اساسا متفاوت می باشد. در واقع نیاز صنایع تعیین کننده این دو استراتژي اساسی، کنترل می باشد، که در ادامه بصورت خلاصه با یکدیگر بررسی می کنیم.

PLC .1 ها برای Factory Automation و کنترل های ترتیبی یا Interlocking

DCS .2 ها برای Process Automation و یا کنترل فرآیند

بدین معنا که PLC ها قابل استفاده برای کنترل فرآیند نبودند و در مقابل DCS ها سرعتی به اندازه  PLC ها نداشتند. اما امروزه با توجه به رشد و پیشرفت تکنولوژي، اشتراکات زیادی بین این دو سیستم به وجود آمده است و در بسیاری موارد می توان از PLC ها نیز براي کنترل یک پروسه شیمیایی استفاده کرد و از طرف دیگر، سرعت سیستم هاي DCS نیز روز به روز بیشتر می شود. (عکس8)

بطور کلی می توان گفت هر دو سیستم در حال حاضر ماهیت یکسانی دارند و تنها نوع کاربرد و قابلیت های آن ها با یکدیگر متفاوت است. تعدادی از تفاوت های سیستم های کنترل DCS و PLC را می توان در موارد زیر خلاصه کرد:

1. ظرفیت یا تعداد I/O (به طور کلی می توان گفت PLC ها براي تعداد I/O زیر 1000 به صرفه هستند. در حالی که وقتی تعداد I/O بالای 1000است، استفاده از DCS آسان تر و مقرون به صرفه تر است.)

2. کاربرد یا نوع I/O (PLC ها با هدف پردازش سیگنال های دیجیتال و Interlocking طراحی شده اند. اگر چه امروزه PLC های بزرگ، قابلیت پردازش حلقه های سنگین PID را نیز دارند. در مقابل DCS ها نیز ذاتا برای پیاده سازی حلقه های کنترلی که متشکل از سیگنال های آنالوگ هستند طراحی شده اند و به همین دلیل در صنایعی که فرآیندهای شیمیایی و پروسسی زیاد دارند مانند پتروشیمی و پالایشگاه ها استفاده از DCS مناسب تر است.)

3. زمان مهندسی (در عمل یک مهندس DCS، پس از طراحی ساختار کلی سیستم و مشخص شدن تعداد وظایف هر یک از کنترلرها، توابع مورد نیاز را از کتابخانه انتخاب کرده، به شکل یک پازل کنار هم قرار می دهد تا فرآیند کنترلی مورد نظر را پیاده سازي کند. این در حالیست که برنامه نویسی در PLC ها تقریبا از صفر آغاز می شود و یک مهندس سیستم باید ابتدا تمامی بلوك هاي اصلی برنامه نظیر Function Block هاي مورد نیاز براي کنترل المان هایی مانند پمپ، موتور، شیر کنترل و غیره را طراحی کرده، سپس از آن ها براي ساخت برنامه استفاده کند)

4. قابلیت پشتیبانی یا Redundancy (سیستم هاي DCS به علت کاربردهای مهمی که دارند، ذاتا Redundant طراحی شده اند و در تمام سطوح اعم از کارت های I/O، شبکه هاي ارتباطی، کنترلرها و منابع تغذیه Redundant هستند در حالیکه Redundancy در PLC های بزرگ، آن هم به صورت Optional امکان پذیر است و معمولا نیاز به تجهیزات و نرم افزارهای اضافی دارد و حجم کار مهندسی بیشتری را نیز نسبت به حالت عادی طلب می کند)

5. مانیتورینگ (یکی از نقاط برتر سیستم های DCS در مقایسه با PLC برخورداری از مجموعه ي کاملی از المان هاي گرافیکی لازم براي پیاده سازي سیستم مانیتورینگ توسط مهندس طراح سیستم است.)

7. قیمت (یک سیستم DCS قیمتی حداقل دو برابر یک سیستم PLC برای یک واحد با تعداد I/O یکسان دارد.)

8. سرعت (از آنجا که PLC ها براي پردازش دیجیتالی طراحی شده اند، ذاتا از سرعت بالاتری نسبت به سیستم هاي DCS برخودار هستند.)

SCADA چیست؟

SCADA یا Supervisory Control and Data Acquisition از اصول کلی سیستم هاي DCS پیروی می کند. اگرچه هر دو سیستم بر پایه یک هدف بنا شده اند. تفاوت هاي عمده ای نیز باهم دارند از جمله این تفاوت ها می توانیم به نوع کاربرد و کارایی این سیستم ها اشاره کنیم. سیستم SCADA همانطور که از نام آن پیداست یک سیستم کنترل کامل نیست بلکه جهت ارائه مدیریت نظارت و بررسی بر کنترل و جمع آوری اطلاعات طراحی شده و اهداف اولیه و طراحی و تولید آن عبارتند از مانیتورینگ، مدیریت در تصمیم گیری در کنترل و اعلام اخطار و آلارم در مواقع مورد نیاز از طریق یک مرکز واحد می باشد.

سیستم های scada
سیستم های scada

هسته اصلی این سیستم بسته های نرم افزاری حرفه ای هستند که بر روی سخت افزارهای استاندارد و مشخصی از قبیل PLC ها و یا (Remote Terminal Units) RTU قرار گرفته اند.

سیستم SCADA علاوه بر کاربرد در فرآیندهای صنعتی مانند تولید و توزیع برق (به شیوه هاي مرسوم یا هسته ای)، ساخت فولاد، صنایع شیمیایی، صنایع آب، گاز و نفت در بعضی از امکانات آزمایشی مانند فوزیون هسته ای نیز کاربرد دارد. اندازه این تاسیسات از 1000 تا چندین ده هزار کانال I/O می باشد و با کمک شبکه ها و سیستم هاي مخابراتی منطقه وسیعی را تحت بازرسی و نظارت قرار می دهد. 

کاربردهای scada در نیروگاه
کاربردهای scada در فولاد
کاربرد scada در پتروشیمی
کاربرد scada در تصفیه آب و فاضلاب

تجهیزات یک سیستم اسکادا (SCADA)

تجهیزات یک سیستم اسکادا (SCADA)

مزایای یک سیستم اسکادا (SCADA)

مزایای یک سیستم اسکادا (SCADA)
مزایای دیگر یک سیستم اسکادا (SCADA)

سیستم های فیلدباس (Fieldbus) و مقایسه آن ها با سیستم های DCS

در اوایل دهه  1960ادوات و کنترلرهای الکترونیکی جایگزین کنترلرهای نیوماتیکی شدند که از مزایای این کنترلرها می توانیم به سرعت و دقت زیاد و کم حجم بودن آنها اشاره کنیم. طولی نکشید که کامپیوترهای دیجیتال که قابلیت پردازش لوپ های کنترلی را داشتند، جایگزین کنترلرهای الکترونیکی شدند. کامپیوتر مرکزی پس از دریافت تمام متغیر های پروسسی از طریق ورودی ها و دستورات صادره توسط اپراتور از طریق صفحه کلید ، آنها را طبق برنامه کنترلی از قبل نوشته شده پردازش و نتایج این پردازش را از طریق خروجی ها به محرک های نهایی کنترل اعمال می کنند. این نوع کنترل اصطلاحا (Direct Digital Control) DDC نامیده می شود. (4.118) DCS در واقع تکمیل شده و توسعه یافته سیستم کنترل مرکزی یا همان DDC می باشد، که سطوح مختلف کنترلی در آن بیشتر و تکمیل تر می باشد. 

مقایسه سیستم های فیلدباس با سیستم های DCS
مقایسه سیستم های فیلدباس با سیستم های DCS

در این سیستم متغیرهای اندازه گیری شده توسط سیگنال های آنالوگ (ولتاژ، جریان و…) به کارت های ورودی DCS منتقل و این سیگنال ها پس از تبدیل به معادل دیجیتال جهت پردازش وارد سیستم مرکزی کنترل می شوند و در رابطه با سیگنال های خروجی نیز نتایج پردازنده مرکزی کنترل بصورت دیجیتال به کارت هاي خروجی ارسال و در آنجا پس از تبدیل این سیگنال ها به آنالوگ، به محرك ها اعمال می شوند.

امروزه اکثر سیستم هاي DCS حداقل از یک یا چند نوع تکنولوژي فیلدباس نظیر Foundation Field Bus،DeviceNet ،Profibus پشتیبانی می کنند و قابلیت اتصال به آن را دارا هستند. با استفاده از فیلدباس می توان تعداد زیادي از تجهیزات ابزار دقیق را با استفاده از تنها یک کابل رابط به کنترلرها متصل کرد و حجم کابل کشی را به شکل قابل توجهی کاهش داد. به دلیل دیجیتال بودن اطلاعات ارسالی، نیاز به کارت هاي I/O جهت تبدیل ندارد و تنها یک کارت واسطه براي کل فیلدباس لازم است. 

DCS و fieldbus

معرفی سیستم کنترل Fieldbus

Fieldbus (Control System FCS) جدیدترین تکنولوژی سیستم کنترل در دنیا می باشد، که بعد از DCS به بازار آمده است. استاندارهایی در ارتباط آنالوگ (20-4mA و یا 1-5V، برای سیگنال الکترونیکی و 3-15psi برای سیگنال نیوماتیکی) جهت انتقال سیگنال کنترل و ابزارهای اندازه گیری، از ادوات فیلد به اتاق کنترل وجود دارد. اما Fieldbus یک ارتباط دیجیتال با پروتکل خاص خود می باشد. این پروتکل متفاوت با سایر پروتکل ها می باشد، زیرا در پروتکل های دیگر هدف فقط انتقال اطلاعات بوده ولی در طراحی پروتکل FCS اهداف کنترلی و کاربرد فرایند های فرآیندی منظور شده و هدف صرف ارتباط دیجیتال نمی باشد.

معرفی سیستم کنترل Fieldbus

ویژگی های یک فیلدباس

از آنجاییکه هر سیستمی به منظور خاص و هدف خاصی طراحی و متولد میگردد، محاسن و معایبی داراست، که قدرت انتخاب را به استفاده کننده می دهد تا با دانش لازم بتواند نیاز خود را برطرف نماید. فیلدباس نیز از این قائده مستثنی نیست و داراي معایب و محاسن زیر می باشد.

مزایای فیلدباس

از مزایاي فیلدباس می توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:

1. دو طرفه بودن مسیر انتقال اطلاعات (ایده استفاده از فیلدباس در مقابل اتصال متعارف آنالوگ (مانند 20-4mA) مطرح می شود. اتصالات آنالوگ یکطرفه هستند یعنی تنها از سمت فیلد به طرف سیستم کنترل می روند و بالعکس آن امکان پذیر نیست. در فیلدباس ها، باس های دیجیتال دو طرفه هستند و امکان ارسال اطلاعات از سمت سیستم کنترل به فیلد نیز وجود دارد)

2. کاهش حجم کابل کشی (با استفاده از فیلدباس ها، می توانید چندین تجهیز ابزار دقیق را تنها با یک زوج کابل به سیستم کنترل متصل کنید. این امر باعث کاهش تعداد سیم و کار کابل کشی می شود.)

3. استفاده از سخت افزار کمتر (چون ارسال اطلاعات به صورت دیجیتال انجام می شود، نیاز به کارت های I/O برای تبدیل و ارسال یا دریافت داده نمی باشد، در نتیجه سخت افزار کمتری مصرف می شود.)

4. نگهداري و تعمیرات آسان (تجهیزات کنترل و ابزار دقیق معمولی باید در دوره تناوب معین، بازرسی و سرویس شوند و معمولا باید از محل نصب باز و از سرویس خارج شوند در حالیکه تجهیزات متصل به یک فیلدباس، از طریق شبکه و از راه دور قابل بازرسی (Remote Diagnostic) هستند.

مزایاي فیلدباس

معایب فیلدباس

استفاده از فیلدباس ها مشکلاتی نیز به همراه دارد که از آن جمله می توانیم به موارد زیر اشاره کنیم.

فیلدباس های معروف

از مهمترین فیلدباس ها می توانیم به موارد زیر اشاره کنیم:

HMI چیست؟

HMI (Human-Machine Interface) یک رابط کاربری است که انسان را به ماشین، سیستم یا دستگاه متصل می کند و اپراتورهای خط، مدیران بخش ها و سرپرستان می توانند اطلاعات مفیدی از عملکرد تجهیزات بدست آورند. از نظر فنی می توانیم این تعریف را برای هر نمایشگری که به اپراتور و کاربر اجازه می دهد که با دستگاه تعامل داشته باشد بکار ببریم. صفحه HMI بیشتر در زمینه فرآیندهای صنعتی استفاده می شود.

HMI

اگرچه عبارت HMI رایج ترین اصطلاح موجود برای این فناوری می باشد، اما گاهی اوقات با عناوین MMI (Man-Machine Interface) یا رابط انسان و ماشین، OIT (Operator Interface Terminal) پایانه رابط اپراتور، LOI (Local Operator Interface) رابط عملگر محلی و یا OT (Operator Terminal) پایانه اپراتور نیز نامیده می شود. HMI و GUI (Graphical User Interface) یا رابط کاربری گرافیکی عملکردی مشابه یکدیگر دارند اما یکسان نیستند. GUIها اغلب برای ایجاد قابلیت تجسم در HMIها استفاده می شوند.

HMI هایی که در زمینه صنعتی استفاده می شوند اغلب دارای صفحه نمایشگر لمسی یا غیرلمسی هستند. اپراتورهای کارخانجات، نیروگاه ها، پالایشگاه ها و … می توانند از HMI به منظور کنترل و اتوماسیون کردن ماشین آلات و همچنین خطوط تولید استفاده کنند. HMIها می تواند بصورت نمایشگر ساده ای که روی ماشین آلات نصب شده، یا بصورت پیشرفته با نمایشگر لمسی و یا حتی دارای دکمه های فشاری مختلف باشند.

انواع hmi

کاربرد HMI

معمولا از HMI برای مانیتورینگ و کنترل و ثبت اطلاعات یک سیستم استفاده می شود. این تجهیز در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارد و استفاده از آن در پروسه تولید انواع تجهیزات و ماشین آلات از صنعت خودرو گرفته تا صنایع غذایی، آشامیدنی و داروسازی رایج است. در صنایعی مانند نفت، گاز و پتروشیمی، تصفیه خانه های آب و فاضلاب حتی در ساختمان ها و مراکز تجاری بزرگ نیز ممکن است از HMI استفاده شود.

کاربرد hmi در نفت، گاز و پتروشیمی
کاربرد hmi در تصفیه خانه های آب و فاضلاب
کاربرد hmi در ساختمان ها
کاربرد hmi در مراکز تجاری بزرگ

هنگامی که SCADA با PLC و سنسورهای مختلف ارتباط برقرار می کند تا اطلاعات مربوط به عملکرد تجهیزات و ماشین آلات را بدست آورد، این اطلاعات بر روی HMI نمایش داده می شود. HMI ممکن است این اطلاعات را در قالب نمودار و یا سایر حالات بصری نمایش دهد تا درک آن را آسان کند. با استفاده از HMI، می توانید تمامی اطلاعات در زمینه عملکرد تجهیزات و ماشین آلات را در یک صفحه مشاهده کنید و نسبت به وضعیت پروسه تولید یا عملیات کارخانه تسلط و آگاهی داشته باشید. بطور کلی می توان گفت که اپراتورها و سوپروایزرها توسط HMI می توانند هشدارها و خطرات احتمالی را مشاهده کرده در جهت رفع و یا مدیریت آن ها به سرعت اقدامات کنترلی را انجام دهند.

نمایش اطلاعات در hmi

مزایای استفاده از HMI چیست؟

• افزایش کنترل و نظارت

یک HMI به شما این امکان را می دهد که در هر زمان به عملکرد تجهیزات و ماشین آلات خود نظارت و کنترل کامل داشته باشید و در یک صفحه نمایشگر آن را مشاهده کنید. حتی می توانید از راه دور و توسط اینترنت نیز وضعیت را کنترل کنید. تمامی این قابلیت ها به شما کمک می کند تا در طول مدتی زمان عملکرد سیستم، بهره وری را افزایش داده و سریع و آسان هشدارها را دریافت کرده و آنها را مدیریت کنید.

افزایش کنترل و نظارت توسط hmi

• افزایش بهره وری

استفاده از HMI دسترسی کامل و دائمی به تمام داده ها برای شما به همراه دارد. از این رو می توانید در هر زمان و مکانی به پروسه تولید نظارت داشته باشید و در صورت لزوم میزان ظرفیت تولید را متناسب با تقاضا تنظیم کنید. مشاهده داده ها و اطلاعات به ویژه تجزیه و تحلیل آن ها به کمک نمایش در قالب نمودار و جدول، به شما کمک می کند که کارایی خط تولید یا ساخت خود را بهبود بخشیده و کمک شایانی به افزایش بهره وری کنید.

افزایش بهره وری توسط hmi

• کاهش مدت زمان از کارافتادگی تجهیزات و ماشین آلات

با دریافت و مشاهده به موقع هشدارها روی صفحه نمایشگر HMI، می توانید به سرعت به مشکلات رسیدگی کنید و مدت زمان خرابی را بطور چشمگیری کاهش دهید. مشاهده و تجزیه و تحلیل داده های عملکرد تجهیزات به شما کمک می کند تا خطرات آتی احتمالی را شناسایی کرده و قبل از اینکه به مشکل و بحران تبدیل شوند، برطرفشان کنید.

مزایای استفاده از hmi

• بهبود قابلیت استفاده از تجهیزات و ماشین آلات

HMIها، مشاهده و درک داده های حاصل از کنترل تجهیزات توسط ابزار دقیق را برای کاربران و اپراتورها آسان می کنند. این تجهیزات، اطلاعات را با استفاده از نمودارها، جداول و سایر قالب ها به نمایش در آورده و درکشان را برای کاربرد ساده می کنند. این امر باعث می شود کاربران بتوانند اطلاعات را به سرعت تفسیر کرده و متناسب با نیاز و اولویت بندی، نحوه استفاده از تجهیزات و ماشین آلات را سفارشی سازی کنند که در نهایت منجر به بهبود قابلیت استفاده از آن ها می شود.

• ایجاد یکپارچگی در سیستم

با استفاده از HMIها می توانید عملکرد تمام تجهیزات را با استفاده از یک صفحه نمایشگر در یک مکان مشاهده کرده و یک دید کلی از عملکرد تمامی تجهیزات و امکانات خود بدست آورید. علاوه بر این، تمامی کاربران در هر زمان به اطلاعات بروز شده دسترسی دارند که این امر موجب ایجاد یکپارچگی در سیستم شما می شود.

مزایای دیگر استفاده از hmi

مقایسه HMI و SCADA

گاهی اوقات  HMI و SCADA به این دلیل که با یکدیگر شباهت دارند و توامان کار می کنند، اشتباه گرفته می شوند. در حقیقت، HMI غالبا بخشی از یک سیستم SCADA می باشد. سیستم SCADA داده ها را جمع آوری و ذخیره کرده و HMI با ارائه یک محیط کاربر پسند آنها را برای اپراتور به نمایش در می آورد.

مقایسه HMI و SCADA

از سیستم SCADA برای کنترل مجموعه های بزرگ مانند کل کارخانه استفاده می شود. این سیستم ترکیبی از سیستم ها و تجهیزات دیگری از جمله PLCها، حسگرها و واحدهای ترمینال از راه دور (RTU) می باشد. سیستم SCADA یک تکنولوژی است که داده ها را جمع آوری و ثبت می کند. همچنین می تواند پروسه تولید، ساخت و یا عملکرد تجهیزات و ماشین آلات را بصورت دستی و یا خودکار کنترل کند.

از طرفی دیگر، HMI رابطی است که کاربر از آن برای ایجاد تعامل با یک سیستم SCADA و سایر سیستم ها و تجهیزات استفاده می کند. HMI و SCADA، هر دو جزو عناصر اساسی سیستم کنترلی مجموعه های عظیم صنعتی و غیر صنعتی هستند. در حالی که SCADA داده ها را جمع آوری و ذخیره می کند، HMI کاربران را قادر می سازد تا با تجهیزات ارتباط برقرار کرده و با ارائه یک محیط کاربرپسند، آنها را مدیریت کنند. وجود همزمان هر دو ضروری هستند. بدون سیستمSCADA ، HMI هیچ اطلاعاتی برای نمایش دادن یا کنترل تجهیزات ندارد و بدون سیستم HMI نیز، کاربران نمی توانند اطلاعاتی را که سیستم SCADA جمع آوری می کند، مشاهده کرده یا تجهیزات و ماشین آلات را کنترل کنند.

تلفیق hmi و scada

SCADA و HMI بخشی از یک سیستم بزرگتر هستند. SCADA در پس زمینه کار می کند و HMI صرفا تجهیزی است که کاربران با آن تعامل دارند. به همین دلیل است که کاربران اغلب این دو را با یکدیگر ترجیح می دهند.

برندهای HMI

UPS چیست؟

UPS  (Uninterruptible Power Supply) یا منبع تغذیه بدون وقفه، دستگاهی است که هنگام قطع برق یا افت سطح ولتاژ از حد قابل قبول، به عنوان باتری پشتیبان عمل کرده و وظیفه تامین برق را بر عهده می گیرد. به عبارت دیگر UPS، یک منبع تغذیه الکترونیکی است که وظیفه آن، تامین توان مورد نیاز بار مصرفی بصورت بی وقفه است. یو پی اس بین منبع تامین برق (بطور مثال منبع برق شهری) و دستگاه مصرف‌ کننده قرار می گیرد، علاوه بر تثبیت و تنظیم برق شبکه، مانع از نفوذ نویز و اختلالات به تجهیزات حساس مصرف‌ کننده می شود و برق مورد نیاز تجهیزاتی مانند سرورها و کامپیوترهایی که تحت تاثیر این نوسانات هستند را تامین می کند. بطور مثال در مراکز داده، سیستم های UPS فقط به مدت چند دقیقه مورد استفاده قرار می گیرند تا ژنراتورهای الکتریکی وظیفه تامین برق را برعهده گیرند. 

UPS چیست

استفاده از سیستم UPS، در هنگام نوسانات ناگهانی برق، باعث جلوگیری از آسیب دیدن سیستم های الکترونیکی می شود و از آن ها در برابر تغییر ولتاژ و قطعی برق محافظت می کند. هدف اصلی یک دستگاه یو پی اس تهیه یک منبع بدون وقفه انرژی برای تجهیزاتی است که از آن محافظت می‌کند. UPSهای کوچک قادرند برای چند دقیقه برق را تامین می کنند. در حالی که UPSهای بزرگتر دارای باتری کافی برای چند ساعت می باشند. 

استفاده از دستگاه UPS
استفاده از دستگاه UPS

کاربرد UPS

برای تغییر این متن بر روی دکمه ویرایش کلیک کنید. لورم ایپسوم متن ساختگی با تولید سادگی نامفهوم از صنعت چاپ و با استفاده از طراحان گرافیک است.

بطور کلی می توان گفت استفاده از دستگاه های یو پی اس در هر جایی که قطع برق و نوسانات حاصل از آن می تواند ضررهای جبران ناپذیری به بار آورد، ضروری است.

کاربرد UPS
کاربرد UPS

انواع UPS

1. Line-interactive UPS

یو پی اس نوع Line-interactive یکی از انواع UPS می باشد که قادر است ولتاژ را بصورت خودکار تنظیم کند. این فناوری به دامنه ولتاژ بالا و پایین پاسخ می دهد و باتری نیز در شرایط شارژ قرار دارد. نقاط مصرف در هنگام خاموشی و قطع برق توسط باتری سیستم پشتیبانی می شوند و UPS بصورت بدون وقفه انرژی باتری را به جریان DC مورد نیاز دستگاه ها تبدیل می کند. در این نوع یو پی اس، مبدل همیشه روشن است و هنگامی که توان منبع ورودی در بازه مجاز قرار داشته باشد، شارژ باتری ها را انجام می دهد و اگر توان ورودی از بازه مجاز خارج شود، پیوستگی توان خروجی، از مبدل و انرژی ذخیره شده در باتری ها تامین می شود.(عکسهای4)

مزایای Line-interactive UPS

معایب Line-interactive UPS

2. Standby UPS

یو پی اس نوع Standby که یو پی اس آفلاین (Offline UPS) نیز نامیده می شود، یکی از رایج ترین انواع UPS است که می توانید پیدا کنید. این نوع یو پی اس جریان AC را دریافت می کند و می‌ تواند قطع شدن برق را تشخیص داده، بصورت خودکار و در عرض چند میلی ثانیه به برق باتری سوئیچ می شود. این نوع از UPS ها از بین سه نوع دیگر ارزان ترین هستند.(عکس های5)

مزایای UPS آفلاین

معایب UPS آفلاین

3. Online UPS

یو پی اس نوع Online پیشرفته ترین و گران ترین نوع UPS است. در این نوع، اینورتر بصورت مداوم برق از باتری تامین می کند و تجهیزات اعم از رایانه ها و دستگاه های دیگر هرگز برق را مستقیما از پریز و بصورت AC دریافت نمی کنند. با این حال، یو پی اس های آنلاین دارای فن های خنک کننده هستند که سر و صدا ایجاد می کنند و ممکن است برای کاربری های خانگی یا در دفاتر کوچک تدابیری به منظور کاهش میزان صدا نیاز باشد.(عکس های6)

مزایای UPS آنلاین

معایب UPS آنلاین

تفاوت UPS با ژنراتور

بطور کلی می توانیم بگوییم که هر دو سیستم ژنراتور و یو پی اس (UPS) طوری طراحی شده اند که در صورت قطع منبع تغذیه اصلی به عنوان یک سیستم پشتیبان مورد استفاده قرار گیرند اما تفاوت های زیادی بین این دو وجود دارد. از ژنراتورها به عنوان منبع برق موقت استفاده می شود که می تواند در زمان قطعی برق کار کند. انواع مختلف و متنوعی از ژنراتورها در بازار وجود دارد، بنابراین یافتن دستگاه متناسب با نیازتان بسیار آسان است. (عکس7)

ژنراتور به منبع تغذیه اصلی متصل است و طوری طراحی شده که بتواند برق چندین دستگاه را تامین کند. در نتیجه، اصلی ترین گزینه مورد استفاده می باشد.

اما سیستم های UPS یک منبع تغذیه پشتیبان هستند که تجهیزات شما بدون وقفه حتی حین قطع برق نیز می توانند بواسطه آن ها کار کنند و همچنین از سیستم های شما در برابر اختلالات برق محافظت می کند. تفاوت اصلی این دو در آن است که این دستگاه ها فقط چند دقیقه منبع تغذیه دارند زیرا از باتری تغذیه می کنند. بنابراین، مدت زمانی که می توانند سیستم شما را فعال نگه دارند بسیار محدود است. البته این زمان بستگی به اندازه باتری و نوع UPS دارد اما حتی سیستم های بزرگ نیز فقط برای مدت کوتاهی دوام می آورد. در حالت کلی هدف UPS این است که سیستم شما را به اندازه کافی روشن نگه دارد تا بتوانید تغییرات را ذخیره کرده و آن را خاموش کنید. (غکس8های)

ژنراتورها و سیستم های UPS برای محافظت از تجهیزات شما با یکدیگر توامان عمل می کنند تا بتوانید بدون مشکل ادامه دهید. افزایش بیش از حد بار برق می تواند سیستم شما را دچار آسیب کند و یا قطع برق می تواند به دلیل خاموش شدن ناگهانی و نامناسب صدمات زیادی به همراه داشته باشد.

هزینه تعویض تجهیزات می تواند شما را دچار مشکل کند، اما اطلاعات و دیتاهایی که ممکن است از دست بدهید بسیار ارزشمندتر می باشند. با افزایش قطعی برق در فصل هایی مانند تابستان که میزان مصرف برق افزایش می یابد، سرمایه گذاری روی این سیستم ها تصمیمی کاملا هوشمند است. متخصصان پاراکس بصورت رایگان شما را در انتخاب یک سیستم UPS و ژنراتور مناسب یاری می کنند. (عکس9)

اینورتر

اینورتر (Inverter) یا درایو یک دستگاه الکتریکی است که جریان مستقیم برق (DC) را از منابع مختلفی مانند باتری، پانل های خورشیدی یا سلولهای سوختی دریافت کرده و به جریان متناوب (AC) تبدیل می کند تا در وسایل و تجهیزات مورد استفاده قرار گیرد. به طور خلاصه می توانیم بگوییم، اینورتر جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می کند. (عکس1)

برق AC شهری با ولتاژ ۲۲۰ ولت و فرکانس ۵۰ هرتز می باشد که ابتدا به برق DC تبدیل می شود. عملکرد اصلی اینورتر زمانی است که دوباره بخواهیم این برق را به جریان متناوب AC، اما با ولتاژ و فرکانس دلخواه و متناسب با کارکرد تجهیز برقی خود تبدیل کنیم. برق تامین شده از نیروگاه ها جریان متناوب 220 ولت و AC می باشد. این یکی از دلایل اصلی است که تجهیزات الکتریکی که نیاز به ولتاژها و جریان های بالا دارند به گونه ای تولید می شوند که با جریان AC کار کنند. پس به یک اینورتر نیاز است.

هنگامی که صحبت از اینورتر یا درایو در موارد مختلف به میان می آید، منظور دستگاهی است که تعداد چرخش موتورها را کنترل می کند. به عنوان مثال در موتور کمپرسور کولر گازی یا یخچال ها، حتی آسانسورها یا تسمه های بارگیری، درایو تعداد چرخش موتور را تغییر می دهد تا موتور بیش از حد لازم نچرخد، که در نهایت این امر موجب صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش تولید CO2 می شود. (عکس های2)

درایو چگونه سرعت موتور را تغییر می دهد؟

برای تغییر سرعت موتور که همان تعداد دورهای روتور است، اینورتر فرکانس موتور را تغییر می دهد. هرچه مقدار فرکانس بیشتر باشد، موتور سریعتر می چرخد، توان بالاتری تولید می کند و در نتیجه میزان استهلاک و خرابی نیز افزایش پیدا می کند. هرچه مقدار فرکانس کمتر باشد، موتور کندتر می چرخد، توان کمتری تولید می کند و متعاقبا میزان استهلاک و خرابی نیز کاهش می یابد. در اصل می توان گفت اینورتر با تغییر میزان فرکانس، سرعت موتور را تغییر می دهد. (گیف3)

کاربرد درایو

کاربرد درایو به صورت کلی، کنترل دور موتور، تنظیم ولتاژ و فرکانس در الکتروموتورهای تکفاز یا سه فاز است. عموما نام اینورتر به جای درایو به کار می رود، اما در حقیقت اینورتر بخشی از دستگاه درایو است. (عکس 4)

مزایای استفاده از درایو

• صرفه جویی در مصرف انرژی

با تغییر سرعت چرخش موتور و کارکرد آن در حد نیاز، می توان در مصرف انرژی صرفه جویی کرد. به عنوان مثال دور موتور فن در دستگاه هواساز، باید متناسب با میزان عبور جریان هوا از دمپر تنظیم شود. همین امر در مورد پمپ ها نیز صادق است، هنگامی که میزان جریان مورد نیاز کاهش یابد، موتور پمپ باید با توان کمتری کار کند و در نتیجه برق مصرفی کاهش می یابد. با استفاده از درایو، می توانید میزان جریان سیال خروجی از پمپ و میزان هوای تولیدی توسط دستگاه هواساز را با کنترل تعداد دورهای موتور تنظیم کنید و در نتیجه مصرف برق را کاهش دهید. (عکس 5)

• استارت / توقف نرم موتور و کاهش میزان نیروی دریافتی توسط تجهیزات

استارت درایو از فرکانس های پائین شروع می شود. از این رو می توانید سرعت راه اندازی و یا توقف موتور را در هر فرکانسی تنظیم کنید. در نهایت این قابلیت منجر به راه اندازی و یا توقف نرم الکتروموتورها می گردد. راه اندازی و توقف نرم باعث کاهش تنش یا نیرو می شود. به عنوان مثال بطری های روی یک نوار تسمه نقاله را تصور کنید. اگر تسمه بطور ناگهانی و با سرعت بالا شروع به حرکت نماید، بطری های سرنگون می شوند. اما اگر استارت بصورت نرم باشد، نیرویی به بطری ها وارد نخواهد شد. از این ویژگی درایوها می توان در پمپ، فن، کمپرسور، میکسر، سنگ شکن، آسیاب، سانتریفیوژ، آسانسور و … استفاده کرد. (عکس 6)

• تغییر جهت چرخش موتور

یک درایو قادر است در صورت لزوم به سادگی با تغییر سیگنال ورودی، جهت چرخش را تغییر دهد. به عنوان مثال می توانیم به تغییر جهت چپ گرد یا راست گرد دستگاه های برش و صیقل کاری مانند دستگاه های CNC و یا سرعت و جهت چرخش پره های همزن خمیرهای سنگین در صنایع غذایی اشاره کنیم. (عکس 7)

بهترین راهنمای انتخاب درایو مناسب (عکس 8 دو ستونی با متن)

به عنوان اولین قدم برای انتخاب صحیح درایو، ابتدا تعداد فاز، ولتاژ منبع تغذیه و فرکانس را بررسی کنید. بهتر است که درایوها را باتوجه به جریان و نه با توان انتخاب کنید.

برخی از کاربردها مانند تسمه نقاله در معادن می توانند کیلومترها طول داشته باشند و برای شروع به 30٪ ولتاژ کل نیاز دارند. یا به عنوان مثالی دیگر یک موتور فن ممکن است برای غلبه بر اینرسی به جریان اولیه زیادی نیاز داشته باشد، اما هنگامی که به حرکت در آمد و به سرعت تعیین شده رسید، میزان جریان می تواند کاهش یابد. به هر حال به هنگام انتخاب درایو مناسب باید به نحوه بارگذاری و میزان بارهای وارده توجه کنید.

درایو با توجه به شرایط اولیه و موتور انتخاب شده، انتخاب می شود. توانایی درایو برای تولید جریان و توان مورد نیاز را باید بررسی کنید. در صورت بار دوره ای کوتاه مدت، باید از قابلیت اضافه بار احتمالی درایو استفاده کنید.

scroll
باز کردن واتساپ
1
سلام
جهت اعلام درخواست خود
در واتساپ به ما پیام دهید
preloader