اتوماسیون برق صنعتی چیست؟

اتوماسیون برق صنعتی به استفاده از سیستم‌های کنترل خودکار برای نظارت و کنترل فرآیندهای صنعتی گفته می‌شود.  این سیستم‌ها از سنسورها،  پردازنده‌ها (PLCها، کامپیوترها) و محرک‌ها (موتورها، شیرها) برای خودکارسازی وظایف مختلف استفاده می‌کنند.
 هدف اصلی افزایش راندمان، کاهش هزینه‌ها، بهبود کیفیت محصول و افزایش ایمنی است.  سیستم‌های اتوماسیون می‌توانند از ساده تا بسیار پیچیده باشند و شامل شبکه‌های ارتباطی برای تبادل اطلاعات باشند.  کاربردهای آن در صنایع مختلف، از خطوط تولید تا نیروگاه‌ها دیده می‌شود.
 از طریق اتوماسیون، خطاهای انسانی به حداقل می‌رسد و فرآیندها با دقت و سرعت بیشتری انجام می‌شوند.  این سیستم‌ها به طور مداوم در حال پیشرفت و هوشمندتر شدن هستند. این پیشرفت‌ها شامل استفاده از هوش مصنوعی و یادگیری ماشین برای بهینه‌سازی فرآیندها است. استفاده از اتوماسیون  باعث افزایش بهره‌وری و رقابت‌پذیری صنایع می‌شود.

تعریف برق صنعتی

برق صنعتی، دنیای پرقدرت و پرتحرکی است که زندگی مدرن را به حرکت در می‌آورد. تصور کنید که نیروگاهی غول‌پیکر یا کارخانه‌ای بزرگ بدون برق چگونه کار می‌کنند؟ برق صنعتی، همان “انرژی کار” است که ماشین‌آلات، خطوط تولید، و سیستم‌های کنترلی را در کارخانه‌ها، معادن، و سایر تأسیسات صنعتی به کار می‌اندازد. این حوزه شامل طراحی، نصب، نگهداری و تعمیر سیستم‌های الکتریکی پرقدرت و پیچیده است. ولتاژهای بالا، جریان‌های زیاد، و تجهیزات قدرتمند، مشخصه اصلی برق صنعتی هستند.
متخصصان این حوزه با استانداردهای سخت‌گیرانه ایمنی و کارایی سر و کار دارند تا از عملکرد ایمن و مطمئن این سیستم‌ها اطمینان حاصل کنند. در واقع، برق صنعتی، قلب تپنده صنایع است و نقش حیاتی در تولید، حمل و نقل، و زیرساخت‌های مدرن ایفا می‌کند.

انواع اتوماسیون برق صنعتی

انواع اتوماسیون برق صنعتی را می‌توان بر اساس چندین معیار دسته بندی کرد. یکی از رایج‌ترین روش‌ها، تقسیم‌بندی بر اساس سطح اتوماسیون است که در ادامه این وبلاگ کارشه برای شما دوستان توضیح داده شده است.

• اتوماسیون سطح پایین:

1. کنترل کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC): این‌ها هسته اصلی بسیاری از سیستم‌های اتوماسیون سطح پایین هستند. وظیفه اصلی آن‌ها کنترل منطقی و ترتیبی عملیات ماشین‌آلات و تجهیزات است. مثال‌ها: کنترل خطوط تولید، کنترل موتورها، شیرها، و سایر تجهیزات مکانیکی.
2. کنترل کننده‌های قابل برنامه‌ریزی موتور (MPC): در سیستم‌های خاص که نیاز به کنترل دقیق‌تر موتورها دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
3. عملکردهای الکترومکانیکی: مانند رله‌ها و کنتاکتورها که هنوز هم در برخی کاربردها به کار گرفته می‌شوند.
   
   

• اتوماسیون سطح متوسط :

1. سیستم‌های کنترل فرایند (PCS): این سیستم‌ها برای کنترل فرایندهای شیمیایی، پتروشیمیایی، و سایر فرآیندهای پیچیده استفاده می‌شوند. وظیفه آنها کنترل دقیق متغیرهای فرآیند مثل دما، فشار، جریان و… است.
2. سیستم‌های کنترل پیشرفته (ACS): این سیستم‌ها با استفاده از الگوریتم‌های پیشرفته‌تر، عملکرد سیستم‌های اتوماتیک را بهینه‌تر می‌کنند. به عنوان مثال، کنترل تطبیقی، پیش‌بینی، و بهینه سازی فرایند.
3. سیستم‌های جمع‌آوری داده (SCADA): این سیستم‌ها برای جمع‌آوری، نمایش، و کنترل داده‌ها از فاصله دور، بسیار مهم هستند.
   
   

• اتوماسیون سطح بالا :

1. سیستم‌های مدیریت تولید (MES): این سیستم‌ها اطلاعات را از سطوح پایین‌تر جمع‌آوری و پردازش می‌کنند و به مدیریت تولید کمک می‌کنند.
2. سیستم‌های برنامه‌ریزی منابع سازمانی (ERP): این سیستم‌ها به عنوان یک سیستم جامع، تمام بخش‌های یک شرکت را در یک سیستم یکپارچه ادغام می‌کنند.
3. سیستم‌های مدیریت کیفیت (QMS): هدف این سیستم‌ها، کنترل کیفیت محصولات و فرایندها است.

همچنین می‌توان اتوماسیون برق صنعتی را بر اساس نوع کاربرد دسته بندی کرد:

1. اتوماسیون در صنعت خودروسازی
2. اتوماسیون در صنعت شیمیایی
3. اتوماسیون در صنعت غذایی
4. اتوماسیون در صنعت داروسازی
5. اتوماسیون در صنعت نفت و گاز
6. اتوماسیون در صنعت برق
7. اتوماسیون مبتنی بر شبکه
8. اتوماسیون مبتنی بر اینترنت اشیا (IoT)
9. اتوماسیون مبتنی بر هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی

این دسته بندی‌ها هم‌پوشانی دارند و گاهی اوقات یک سیستم اتوماسیون ترکیبی از چند نوع است.  انتخاب نوع مناسب اتوماسیون به نیازهای خاص هر صنعت و کاربرد بستگی دارد.

تجهیزات اتوماسیون برق صنعتی چیست؟

تجهیزات اتوماسیون برق صنعتی طیف وسیعی از ابزارها و سیستم‌ها را شامل می‌شود که برای نظارت، کنترل و خودکارسازی فرآیندهای صنعتی به‌کار می‌روند.  این تجهیزات به طور کلی به دسته‌های زیر تقسیم می‌شوند:

1. حسگرها (Sensors) : این تجهیزات داده‌های فیزیکی مانند دما، فشار، سطح، جریان، سرعت، موقعیت و … را اندازه‌گیری کرده و به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. انواع مختلفی از حسگرها وجود دارد، مانند: حسگرهای حرارتی، حسگرهای فشار، حسگرهای جریان و ولتاژ، حسگرهای موقعیت، حسگرهای نوری، حسگرهای مجاورت و…
2. کنترل کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLCs) : این مغز سیستم‌های اتوماسیون هستند. PLCها سیگنال‌های دریافتی از حسگرها را پردازش کرده و بر اساس برنامه‌ریزی انجام شده، دستورات لازم را برای محرک‌ها ارسال می‌کنند.
3. رابط‌های انسان ماشین (HMIs) : این رابط‌ها امکان نظارت بر عملکرد سیستم و کنترل دستی فرآیندها را برای اپراتورها فراهم می‌کنند. انواع مختلف HMI مانند صفحه نمایش لمسی، پنل‌های کنترل و … وجود دارد.
4. محرک‌ها (Actuators) : این تجهیزات دستورات دریافتی از PLC را به عمل مکانیکی تبدیل می‌کنند.  انواع مختلفی از محرک‌ها وجود دارد، از جمله: موتورهای الکتریکی، شیرهای برقی، سیلندرهای پنوماتیکی و هیدرولیکی و…
5. شبکه‌های صنعتی (Industrial Networks) : برای ارتباط بین تجهیزات مختلف در سیستم اتوماسیون استفاده می‌شوند. پروتکل‌های ارتباطی مختلفی مانند Profibus, Profinet, EtherNet/IP, Modbus و … وجود دارد.
6. سیستم‌های اسکادا (SCADA) : برای نظارت بر سیستم‌های اتوماسیون در مقیاس بزرگ و کنترل از راه دور استفاده می‌شود.
7. درایوهای موتور (Motor Drives) : برای کنترل سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی استفاده می‌شوند.
8. سیستم‌های ایمنی (Safety Systems) : برای اطمینان از ایمنی سیستم و جلوگیری از خطرات احتمالی استفاده می‌شود.

این فقط یک فهرست کلی است و انواع دیگر تجهیزات نیز در سیستم‌های اتوماسیون برق صنعتی استفاده می‌شوند. انتخاب تجهیزات مناسب به عوامل مختلفی از جمله نوع فرآیند، اندازه سیستم، نیازمندی‌های ایمنی و بودجه بستگی دارد.

اتوماسیون برق صنعتی چگونه کار می کند؟

نحوه کار اتوماسیون برق صنعتی را در این بخش از وبلاگ کارشه بطور مفصل برای شما دوستان شرح می دهیم.

• مرحله اول: جمع‌آوری اطلاعات (سنسورها)

یک سنسور نوری یا حسگر القایی در انتهای خط تولید قرار می‌گیرد تا تشخیص دهد آیا قوطی در جایگاه خود قرار گرفته است یا خیر. این حسگر یک سیگنال دیجیتال (0 یا 1) به PLC ارسال می‌کند. (0 به معنای عدم حضور قوطی و 1 به معنای حضور قوطی)

در مخزن پرکننده، یک حسگر سطح مایع (مثلا حسگر اولتراسونیک) سطح مایع را اندازه‌گیری می‌کند و این داده را به عنوان یک سیگنال آنالوگ (یک مقدار پیوسته) به PLC ارسال می‌کند.

یک حسگر سرعت (مثلا انکودر) سرعت تسمه نقاله را اندازه‌گیری می‌کند و داده را به صورت سیگنال پالسی به PLC ارسال می‌کند.

• مرحله دوم: پردازش اطلاعات (PLC)

  PLC  یک کامپیوتر کوچک صنعتی با برنامه‌ریزی از پیش تعیین شده است.  این برنامه (به زبان برنامه‌نویسی PLC مانند Ladder Logic) منطق کنترل سیستم را تعیین می‌کند.

PLC سیگنال‌های دریافتی از حسگرها را پردازش می‌کند.  برای مثال، اگر حسگر حضور قوطی مقدار 1 (حضور قوطی) را ارسال کند و حسگر سطح مایع نشان دهد که سطح مایع به حد کافی رسیده است، PLC  این شرایط را بررسی می‌کند و به مرحله بعدی می‌رود.
برنامه PLC شامل الگوریتم‌های کنترل است که مشخص می‌کنند در هر شرایطی چه عملیاتی باید انجام شود.

• مرحله سوم: تصمیم گیری و کنترل (PLC و محرک‌ها)

اگر PLC تشخیص دهد که قوطی حاضر است و سطح مایع کافی است، سیگنال‌هایی به محرک‌ها ارسال می‌کند:

یک سیلندر پنوماتیکی یا هیدرولیکی که مایع را به داخل قوطی می‌ریزد.  PLC  مدت زمان باز بودن سیلندر را برای کنترل مقدار مایع ریخته شده تنظیم می‌کند (با توجه به سیگنال حسگر سطح مایع). PLC سرعت موتور تسمه نقاله را کنترل می‌کند تا قوطی‌ها با سرعت مناسب حرکت کنند. یک سیلندر دیگر که درب قوطی را می‌بندد.

• مرحله چهارم: نظارت و بازخورد

PLC  به طور مداوم داده‌ها را از حسگرها دریافت می‌کند و وضعیت سیستم را رصد می‌کند. اگر مشکلی پیش بیاید (مثلا حسگر سطح مایع نشان دهد که مایع کم است یا حسگر قوطی نشان دهد که قوطی وجود ندارد)، PLC  به طور خودکار خط تولید را متوقف می‌کند یا  به اپراتور هشدار می‌دهد. سیستم همچنین اطلاعاتی در مورد تعداد قوطی‌های تولید شده، میزان مایع مصرف شده، و  سایر متغیرهای مهم  جمع‌آوری و ذخیره می‌کند.

• مرحله پنجم: نمایش اطلاعات (HMI)

یک صفحه نمایش HMI (رابط انسان-ماشین) به اپراتور امکان می‌دهد تا وضعیت خط تولید را رصد کند، داده‌های مختلف را ببیند، و در صورت لزوم پارامترهای سیستم را تغییر دهد.  HMI می‌تواند شامل نمودارها،  شاخص‌ها، و  پیام‌های هشدار باشد.

این مثال یک سیستم اتوماسیون ساده است. سیستم‌های پیچیده‌تر شامل تعداد زیادی حسگر، محرک، و  الگوریتم‌های کنترل پیچیده‌تر هستند.  اما اصول اساسی همان است: جمع‌آوری اطلاعات، پردازش اطلاعات، تصمیم‌گیری، عمل، و نظارت.

هدف اتوماسیون برق صنعتی

هدف اصلی اتوماسیون در برق صنعتی، افزایش راندمان، بهبود کیفیت و کاهش هزینه‌ها در فرآیندهای تولید و کنترل صنعتی است. این هدف از طریق چندین مسیر محقق می‌شود:

1. افزایش بهره‌وری: اتوماسیون باعث افزایش سرعت تولید، کاهش زمان خاموشی و افزایش حجم تولید می‌شود. سیستم‌های خودکار می‌توانند با سرعت و دقت بالایی کار کنند و بدون خستگی و خطای انسانی عمل نمایند.
2. بهبود کیفیت: کنترل دقیق‌تر فرآیندها و پارامترهای مختلف از طریق سنسورها و سیستم‌های کنترلی، منجر به تولید محصولات با کیفیت بالاتر و با انطباق بیشتر با استانداردها می‌شود. کاهش خطای انسانی نیز در این بهبود کیفیت نقش بسزایی دارد.
3. کاهش هزینه‌ها: اتوماسیون با افزایش بهره‌وری و کاهش خطا، هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد. همچنین، نیاز به نیروی انسانی کمتری در برخی فرآیندها، باعث صرفه‌جویی در هزینه‌های نیروی کار می‌شود. البته هزینه‌های اولیه سرمایه‌گذاری برای پیاده‌سازی سیستم‌های اتوماسیون قابل توجه است، اما در بلند مدت منجر به صرفه‌جویی می‌شود.
4. افزایش ایمنی: با خودکارسازی فرآیندهای خطرناک و حذف دخالت مستقیم انسان در محیط‌های پرخطر، سطح ایمنی در محیط‌های صنعتی افزایش می‌یابد. سیستم‌های ایمنی تعبیه شده در سیستم‌های اتوماسیون نیز به کاهش حوادث کمک می‌کنند.
5. بهبود انعطاف‌پذیری: سیستم‌های اتوماسیون به راحتی می‌توانند برای تغییرات در فرآیند تولید یا محصولات جدید برنامه‌ریزی شوند، بنابراین انعطاف‌پذیری تولید افزایش می‌یابد.
6. بهینه‌سازی مصرف انرژی: اتوماسیون امکان پایش و کنترل دقیق مصرف انرژی در فرآیندهای صنعتی را فراهم می‌کند که منجر به بهینه‌سازی مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های مربوط به آن می‌شود.
7. نظارت و کنترل از راه دور: سیستم‌های اسکادا (SCADA) امکان نظارت و کنترل از راه دور بر فرآیندهای صنعتی را فراهم می‌کنند، که برای سیستم‌های گسترده و توزیع شده بسیار مفید است.

در نهایت، هدف اتوماسیون برق صنعتی، رسیدن به یک سیستم تولید کارآمد، ایمن، قابل اعتماد و با کیفیت بالا است.

مزایا و معایب اتوماسیون برق صنعتی

اتوماسیون برق صنعتی، مانند هر فناوری دیگری، مزایا و معایبی دارد.  در زیر به برخی از مهم‌ترین آن‌ها اشاره می‌کنیم:

مزایا

1. اتوماسیون می‌تواند سرعت تولید را افزایش داده، زمان چرخه تولید را کاهش دهد و در نتیجه خروجی بیشتر در واحد زمان تولید کند. خطاهای انسانی به حداقل می‌رسد و فرآیندها به طور پیوسته و با سرعت یکنواخت اجرا می‌شوند.
2. با افزایش بهره‌وری، هزینه تولید به ازای هر واحد کاهش می‌یابد. همچنین، اتوماسیون می‌تواند باعث کاهش نیروی کار انسانی و در نتیجه کاهش هزینه‌های مربوط به حقوق و دستمزد شود.  علاوه بر این، اتوماسیون می‌تواند از اتلاف مواد و انرژی جلوگیری کند.
3. اتوماسیون باعث افزایش دقت و ثبات در فرآیند تولید می‌شود و در نتیجه کیفیت محصولات بهبود می‌یابد. خطاهای انسانی که ممکن است باعث ایجاد محصولات معیوب شوند، به حداقل می‌رسند.
4. اتوماسیون می‌تواند کارگران را از انجام کارهای خطرناک و تکراری رهایی دهد و از این طریق ایمنی کار را بهبود بخشد. سیستم‌های اتوماتیک می‌توانند به طور خودکار در صورت تشخیص خطرات،  عملکرد خود را متوقف کنند.
5. سیستم‌های اتوماسیون می‌توانند به راحتی برنامه‌ریزی مجدد شوند تا با نیازهای متغیر تولید تطبیق پیدا کنند. این امر باعث می‌شود که خط تولید بتواند به راحتی به تولید محصولات جدید یا تغییر در حجم تولید پاسخ دهد.
6. سیستم‌های اتوماسیون داده‌های فرایند را به طور دقیق و پیوسته جمع‌آوری و ثبت می‌کنند. این داده‌ها می‌توانند برای بهینه‌سازی فرآیندها، برنامه‌ریزی تولید و تجزیه و تحلیل عملکرد سیستم مورد استفاده قرار گیرند.

معایب

1. هزینه اولیه بالا: راه‌اندازی سیستم‌های اتوماسیون می‌تواند بسیار پرهزینه باشد، از جمله هزینه خرید تجهیزات، نصب، راه‌اندازی، آموزش و نگهداری.
2. نیاز به تخصص: طراحی، نصب و نگهداری سیستم‌های اتوماسیون نیاز به نیروی کار متخصص و ماهر دارد. یافتن و آموزش این افراد می‌تواند هزینه بر و زمان بر باشد.
3. پیچیدگی سیستم: سیستم‌های اتوماسیون می‌توانند بسیار پیچیده باشند، که این امر می‌تواند عیب‌یابی و تعمیر آن‌ها را دشوار کند. همچنین،  در صورت بروز خرابی،  توقف خط تولید می‌تواند بسیار پرهزینه باشد.
4. بیکاری: اتوماسیون می‌تواند باعث کاهش نیروی کار انسانی و در نتیجه بیکاری در برخی مشاغل شود. این امر نیاز به برنامه‌ریزی و اقدامات حمایتی برای کارگران متاثر از اتوماسیون دارد.
5. وابستگی به فناوری: شرکت‌ها به طور کامل به سیستم‌های اتوماسیون وابسته می‌شوند و  هر گونه اختلال در عملکرد سیستم می‌تواند باعث توقف تولید و ضررهای مالی قابل توجهی شود.
6. امنیت سایبری: سیستم‌های اتوماسیون به طور فزاینده‌ای به شبکه‌های کامپیوتری متصل می‌شوند،  که این امر آن‌ها را در معرض حملات سایبری قرار می‌دهد.  حفاظت از سیستم‌های اتوماسیون در برابر حملات سایبری بسیار مهم است.

در نهایت،  تصمیم گیری برای استفاده از اتوماسیون برق صنعتی باید بر اساس ارزیابی دقیق مزایا و معایب آن و با در نظر گرفتن نیازهای خاص هر کسب و کار اتخاذ شود.  مهم است که هزینه‌ها،  خطرات و  فواید بالقوه را به دقت سنجید.

نتیجه گیری

اتوماسیون برق صنعتی یک پیشرفت اساسی در صنعت است که با وجود چالش‌ها، مزایای قابل توجهی را ارائه می‌دهد.  در حالی که هزینه‌های اولیه و پیچیدگی‌های فنی وجود دارند،  افزایش بهره‌وری، بهبود کیفیت، کاهش هزینه‌های بلندمدت، و افزایش ایمنی،  ارزش سرمایه‌گذاری در اتوماسیون را توجیه می‌کنند.

با این حال،  اجرای موفق اتوماسیون نیازمند برنامه‌ریزی دقیق،  استفاده از فناوری‌های مناسب،  و آموزش کارکنان است.  علاوه بر این،  ملاحظات اخلاقی و اجتماعی،  مانند تأثیر بر اشتغال، باید به دقت بررسی شوند.

در نهایت، اتوماسیون برق صنعتی نه تنها به عنوان یک ابزار افزایش بهره‌وری و رقابتی‌تر شدن  در نظر گرفته می‌شود، بلکه  به عنوان عاملی کلیدی برای  نوآوری و توسعه  صنایع مختلف  در آینده  محسوب می‌شود.  ترکیب این فناوری با هوش مصنوعی و اینترنت اشیا  باعث  پیشرفت‌های  شگرفی در  کارایی و  هوشمندی سیستم‌های صنعتی خواهد شد.  انتظار می‌رود در آینده شاهد  پیشرفت‌های  چشمگیرتری در این حوزه باشیم که منجر به  ایجاد  کارخانه‌های  هوشمندتر و  بهینه‌تر می‌شود.