اتوماسیون صنعتی چیست و چه کاربردی دارد؟ آشنایی با تجهیزات و نحوه کار

امروزه در بسیاری از کارخانه‌ها، خطوط تولید و ماشین‌آلات صنعتی، بخش قابل توجهی از کنترل فرآیندها توسط سیستم‌های خودکار انجام می‌شود. از تشخیص حضور یک قطعه روی خط تولید گرفته تا کنترل موتور، اندازه‌گیری پارامترهای فرآیند و اجرای فرمان‌های مختلف، همگی می‌توانند بخشی از یک سیستم اتوماسیون صنعتی باشند.

اتوماسیون صنعتی یا Industrial Automation به استفاده از تجهیزات و سیستم‌های کنترلی برای پایش، کنترل و اجرای فرآیندهای صنعتی با کاهش نیاز به دخالت مستقیم انسان گفته می‌شود. این سیستم‌ها می‌توانند از یک مدار کنترلی نسبتاً ساده تا مجموعه‌های پیچیده شامل PLC، سنسورها، تجهیزات کنترل حرکت، HMI و شبکه‌های صنعتی گسترده باشند.

در این مقاله بررسی می‌کنیم اتوماسیون صنعتی چیست، چگونه کار می‌کند، چه تجهیزاتی در آن استفاده می‌شود و چه کاربردهایی در صنعت دارد.

اتوماسیون صنعتی چیست؟

به زبان ساده، اتوماسیون صنعتی یعنی استفاده از فناوری برای کنترل خودکار یا نیمه‌خودکار ماشین‌آلات و فرآیندهای صنعتی.

در یک سیستم سنتی ممکن است اپراتور مجبور باشد وضعیت یک ماشین را دائماً بررسی کرده و براساس شرایط، فرمان لازم را به‌صورت دستی صادر کند. در یک سیستم اتوماسیون، بخشی از این فرآیند توسط تجهیزات کنترلی انجام می‌شود.

برای مثال یک سنسور می‌تواند حضور قطعه را تشخیص دهد، اطلاعات به کنترل‌کننده منتقل شود و کنترل‌کننده براساس برنامه تعریف‌شده فرمان مناسبی را برای یک موتور، شیر، رله یا عملگر دیگر صادر کند. این ساختار کلی در منابع فنی اتوماسیون نیز به‌صورت دریافت ورودی، پردازش توسط کنترل‌کننده و ارسال فرمان به خروجی توصیف می‌شود.

اتوماسیون صنعتی چگونه کار می‌کند؟

برای درک ساده عملکرد یک سیستم اتوماسیون می‌توان آن را به سه مرحله اصلی تقسیم کرد:

دریافت اطلاعات → پردازش و تصمیم‌گیری → اجرای فرمان

در مرحله اول، تجهیزاتی مانند سنسورها، کلیدها و سایر ورودی‌ها اطلاعات مربوط به وضعیت ماشین یا فرآیند را دریافت می‌کنند.

سپس این اطلاعات به کنترل‌کننده منتقل می‌شود. کنترل‌کننده براساس برنامه و منطق تعریف‌شده تصمیم می‌گیرد چه عملی انجام شود.

در مرحله آخر، فرمان به تجهیزات خروجی مانند موتور، شیر، رله یا سایر عملگرها ارسال می‌شود.

مثلاً در یک خط تولید:

سنسور تشخیص قطعه → PLC → فرمان به عملگر

همین چرخه ساده می‌تواند پایه بسیاری از فرآیندهای کنترلی باشد.

اجزای اصلی اتوماسیون صنعتی چیست؟

سیستم‌های اتوماسیون می‌توانند ساختارهای بسیار متفاوتی داشته باشند، اما چند گروه تجهیز در بسیاری از آنها دیده می‌شوند.

PLC

PLC یا Programmable Logic Controller یک کنترل‌کننده قابل برنامه‌ریزی صنعتی است که می‌تواند ورودی‌های دریافت‌شده از سنسورها و کلیدها را بررسی کرده، منطق برنامه را اجرا کند و براساس آن خروجی‌های موردنیاز را کنترل کند.

به همین دلیل PLC را می‌توان یکی از اجزای مهم بسیاری از سیستم‌های اتوماسیون دانست.

البته تمام سیستم‌های اتوماسیون الزاماً ساختار یکسان یا PLC یکسانی ندارند و انتخاب کنترل‌کننده به پیچیدگی و نیاز پروژه بستگی دارد.

سنسورها

کنترل‌کننده برای تصمیم‌گیری به اطلاعات نیاز دارد و بخش مهمی از این اطلاعات توسط سنسورها تأمین می‌شود.

بسته به کاربرد، سنسورها می‌توانند برای تشخیص یا اندازه‌گیری پارامترهای مختلف مورد استفاده قرار گیرند.

برای مثال در یک ماشین ممکن است لازم باشد حضور یا موقعیت یک قطعه تشخیص داده شود و در یک فرآیند دیگر اندازه‌گیری متغیرهایی مانند دما یا فشار اهمیت داشته باشد.

لیمیت سوئیچ

لیمیت سوئیچ یکی از تجهیزات مورد استفاده برای تشخیص موقعیت مکانیکی در ماشین‌آلات است.

زمانی که بخش متحرک ماشین به موقعیت مشخصی برسد، لیمیت سوئیچ می‌تواند تغییر وضعیت ایجاد کند و این سیگنال در مدار کنترل مورد استفاده قرار گیرد.

HMI

HMI یا Human Machine Interface رابطی بین اپراتور و سیستم کنترل است.

با استفاده از HMI می‌توان بسته به طراحی سیستم، اطلاعات فرآیند را نمایش داد و امکان تعامل اپراتور با ماشین یا سیستم کنترل را فراهم کرد. HMI در کنار PLC، Drive و تجهیزات شبکه یکی از حوزه‌های رایج سیستم‌های اتوماسیون صنعتی است.

اینورتر و درایو

در بسیاری از ماشین‌آلات صنعتی نیاز به کنترل موتور وجود دارد. درایوهای فرکانس متغیر یا VFD از تجهیزات رایج در حوزه اتوماسیون و کنترل موتور هستند.

نوع درایو و نحوه استفاده از آن باید براساس موتور، بار و نیاز کنترلی سیستم انتخاب شود.

عملگرها

در انتهای زنجیره کنترل، تجهیزی باید فرمان سیستم را به یک عمل فیزیکی تبدیل کند.

عملگرها یا Actuators می‌توانند براساس نوع سیستم وظایف مختلفی انجام دهند. کنترل‌کننده پس از پردازش ورودی‌ها می‌تواند فرمان لازم را برای عملگرها، موتورها، شیرها و سایر تجهیزات خروجی ارسال کند.

یک مثال ساده از اتوماسیون صنعتی

فرض کنید در یک خط انتقال، لازم است هنگام رسیدن محصول به نقطه مشخص، یک عملیات انجام شود.

یک سنسور حضور محصول را تشخیص می‌دهد و سیگنال را به PLC ارسال می‌کند. PLC براساس برنامه‌ای که برای آن تعریف شده وضعیت ورودی را بررسی کرده و فرمان مناسب را به خروجی ارسال می‌کند.

در نتیجه، تجهیز خروجی می‌تواند عملیات موردنظر را اجرا کند.

این مثال ساده نشان می‌دهد که اتوماسیون در اصل یک زنجیره هماهنگ از تشخیص، تصمیم‌گیری و اجرا است.

انواع اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون صنعتی را می‌توان از جنبه‌های مختلف دسته‌بندی کرد. یکی از روش‌های رایج، توجه به میزان انعطاف‌پذیری سیستم است.

اتوماسیون ثابت

در این حالت سیستم برای انجام فرآیند یا توالی مشخصی طراحی می‌شود و تغییر اساسی در فرآیند معمولاً به تغییرات بیشتری در سیستم نیاز دارد.

این ساختار می‌تواند برای تولیدات تکرارشونده با فرآیند نسبتاً ثابت مناسب باشد.

اتوماسیون قابل برنامه‌ریزی

در اتوماسیون قابل برنامه‌ریزی می‌توان فرآیند را از طریق تغییر برنامه یا تنظیمات سیستم برای تولید یا عملیات متفاوت تغییر داد.

اتوماسیون انعطاف‌پذیر

در سیستم‌های انعطاف‌پذیر، امکان سازگاری بیشتر با تغییرات تولید و فرآیند وجود دارد و سیستم برای تغییر بین شرایط یا محصولات مختلف طراحی می‌شود.

در عمل، مرز بین این دسته‌ها همیشه کاملاً جدا نیست و معماری واقعی هر پروژه براساس نیاز تولید طراحی می‌شود.

اتوماسیون صنعتی چه کاربردهایی دارد؟

کاربرد اتوماسیون به یک صنعت خاص محدود نیست. سیستم‌های کنترلی در بسیاری از فرآیندهای تولیدی و ماشین‌آلات مورد استفاده قرار می‌گیرند.

از جمله کاربردهای رایج می‌توان به خطوط تولید و مونتاژ، سیستم‌های بسته‌بندی، ماشین‌آلات صنعتی، سیستم‌های انتقال مواد، کنترل موتور، کنترل فرآیند و تجهیزات تولیدی اشاره کرد.

در صنایع مختلف ممکن است سطح اتوماسیون بسیار متفاوت باشد؛ یک ماشین می‌تواند تنها چند ورودی و خروجی داشته باشد، درحالی‌که یک کارخانه ممکن است از تعداد زیادی کنترل‌کننده، شبکه صنعتی و سیستم مانیتورینگ استفاده کند.

مزایای اتوماسیون صنعتی چیست؟

یکی از اهداف اصلی اتوماسیون، ایجاد کنترل بهتر و تکرارپذیرتر روی فرآیند است.

استفاده صحیح از سیستم‌های اتوماسیون می‌تواند به افزایش بهره‌وری، کاهش برخی خطاهای انسانی، کنترل یکنواخت‌تر فرآیند، پایش بهتر تجهیزات و بهبود ایمنی در کاربردهای مناسب کمک کند.

با این حال، اتوماسیون به‌تنهایی تضمین‌کننده بهبود عملکرد نیست. طراحی صحیح سیستم، انتخاب تجهیزات مناسب، برنامه‌نویسی، نصب و نگهداری نیز در نتیجه نهایی نقش دارند.

تفاوت اتوماسیون صنعتی و کنترل صنعتی چیست؟

این دو اصطلاح ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند، اما کاملاً مترادف نیستند.

کنترل صنعتی بیشتر به روش‌ها و تجهیزاتی مربوط می‌شود که برای کنترل ماشین یا فرآیند استفاده می‌شوند.

اتوماسیون صنعتی مفهوم گسترده‌تری است و می‌تواند مجموعه‌ای از کنترل، پایش، ارتباطات، نرم‌افزار و تجهیزات مختلف را برای خودکارسازی فرآیند شامل شود.

بنابراین تجهیزات کنترل صنعتی را می‌توان بخشی از زیرساخت بسیاری از سیستم‌های اتوماسیون دانست.

شبکه‌های صنعتی چه نقشی در اتوماسیون دارند؟

هرچه سیستم اتوماسیون گسترده‌تر شود، ارتباط بین تجهیزات اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

کنترل‌کننده‌ها، ورودی و خروجی‌های توزیع‌شده، HMIها، سنسورها و سایر تجهیزات ممکن است برای تبادل داده به شبکه‌ها و پروتکل‌های ارتباطی صنعتی نیاز داشته باشند.

شبکه‌های صنعتی برای ارتباط بین سیستم‌های اتوماسیون و تجهیزات میدان مورد استفاده قرار می‌گیرند و برای محیط صنعتی باید نیازهایی مانند انتقال مناسب اطلاعات و مقاومت در برابر شرایط محیطی را در نظر بگیرند.

تفاوت اتوماسیون صنعتی سنتی و هوشمند

در سیستم‌های اتوماسیون کلاسیک تمرکز اصلی روی اجرای صحیح منطق کنترل و عملکرد ماشین است.

در سیستم‌های جدیدتر، علاوه بر کنترل، دسترسی به داده‌های عملیاتی، ارتباط تجهیزات، پایش و تحلیل اطلاعات نیز اهمیت بیشتری پیدا کرده است. تجهیزات هوشمند می‌توانند داده‌های بیشتری از وضعیت ماشین و فرآیند در اختیار سیستم قرار دهند.

این موضوع یکی از پایه‌های حرکت صنایع به سمت سیستم‌های تولید متصل‌تر و هوشمندتر است.

برای شروع اتوماسیون صنعتی چه تجهیزاتی لازم است؟

پاسخ این سؤال کاملاً به پروژه بستگی دارد.

یک پروژه ساده ممکن است تنها به چند سنسور، کنترل‌کننده و خروجی نیاز داشته باشد؛ درحالی‌که پروژه‌ای دیگر ممکن است شامل PLC، HMI، درایو، شبکه صنعتی، تجهیزات اندازه‌گیری و تعداد زیادی ورودی و خروجی باشد.

بنابراین قبل از انتخاب تجهیزات باید ابتدا فرآیند مشخص شود و ورودی‌ها، خروجی‌ها، نوع کنترل و نیازهای ارتباطی سیستم تعیین شوند.

اگر قصد بررسی محصولات این حوزه را دارید، می‌توانید وارد صفحه «اتوماسیون صنعتی» آرینا الکتریک شوید و دسته‌های مرتبط را مشاهده کنید.

سوالات متداول

اتوماسیون صنعتی چیست؟
استفاده از تجهیزات و سیستم‌های کنترلی برای پایش، کنترل و خودکارسازی ماشین‌آلات و فرآیندهای صنعتی است.

PLC چه نقشی در اتوماسیون دارد؟
PLC می‌تواند ورودی‌های سیستم را دریافت کند، منطق برنامه‌ریزی‌شده را اجرا کند و براساس آن خروجی‌ها را کنترل کند.

آیا اتوماسیون صنعتی فقط در کارخانه‌های بزرگ استفاده می‌شود؟
خیر. سطح اتوماسیون می‌تواند از یک ماشین یا فرآیند ساده تا خطوط تولید و کارخانه‌های گسترده متفاوت باشد.

سنسورها چه نقشی در اتوماسیون دارند؟
سنسورها اطلاعات موردنیاز درباره وضعیت ماشین یا فرآیند را در اختیار سیستم کنترل قرار می‌دهند.

آیا اینورتر جزو تجهیزات اتوماسیون صنعتی است؟
درایوهای فرکانس متغیر در بسیاری از سیستم‌های اتوماسیون برای کنترل موتور استفاده می‌شوند.

جمع‌بندی

اتوماسیون صنعتی ترکیبی از تجهیزات و فناوری‌های کنترلی است که برای پایش، کنترل و خودکارسازی ماشین‌آلات و فرآیندها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

سنسورها اطلاعات را از فرآیند دریافت می‌کنند، کنترل‌کننده‌هایی مانند PLC اطلاعات را براساس منطق تعریف‌شده پردازش می‌کنند و تجهیزات خروجی و عملگرها فرمان‌های لازم را اجرا می‌کنند. در سیستم‌های گسترده‌تر، HMI، درایوها و شبکه‌های صنعتی نیز می‌توانند بخشی از معماری اتوماسیون باشند.

برای مشاهده محصولات و دسته‌های مرتبط می‌توانید به صفحه اتوماسیون صنعتی آرینا الکتریک مراجعه کنید.