گزارش کارآموزی ابزار دقیق و کنترل سیستم های الکترونیک و سنسور ها

این گزارش کارآموزی در مورد ابزار دقیق و کنترل سیستم های الکترونیک و سنسورها است و به بررسی استانداردهای انتقال داده، سیستم های کنترل DCS و FCS، انواع سنسورهای دما، فشار، جریان و سطح، و کاربردهای صنعتی آنها می پردازد.

مقدمه:
صنعت ابزار دقیق و کنترل سیستم های الکترونیک و سنسورها در دهه های اخیر نقش کلیدی در خودکارسازی، بهینه سازی و افزایش دقت فرآیندهای صنعتی یافته است. سیستم های کنترل مدرن، از واحدهای تولیدی گرفته تا خطوط انتقال انرژی و فرآیندهای شیمیایی، به تجهیزات و سنسورهای پیشرفته متکی هستند تا عملکرد پایدار، ایمنی و دقت در عملیات را تضمین کنند. کار با ابزار دقیق شامل بررسی استانداردهای انتقال داده، سیستم های کنترل توزیع شده، شبکه های ارتباطی و انواع سنسورهای اندازه گیری است که هر یک با ویژگی های منحصر به فرد خود برای کاربردهای خاص طراحی شده اند.

در انتقال اطلاعات بین اجزای سیستم های کنترل، استانداردهای متعددی مورد استفاده قرار می گیرند که از جمله آنها RS-232، RS-422، RS-485، حلقه جریان ۲۰ میلی آمپر، CAN و LAN هستند. هر یک از این استانداردها دارای محدودیت ها و مزایای فنی خاصی هستند و انتخاب آنها بر اساس نوع سیستم و کاربرد عملیاتی تعیین می شود. RS-232 با اتصال کوتاه و سرعت محدود، همچنان برای کاربردهای ساده و ارتباط نقطه به نقطه استفاده می شود، در حالی که RS-422 و RS-485 با قابلیت انتقال داده در فواصل طولانی و تعداد Drop های بیشتر، امکان طراحی شبکه های گسترده تر و پیچیده تر را فراهم می کنند. این استانداردها به دو گروه متعادل و غیرمتعادل تقسیم می شوند که درایورهای متعادل و گیرنده های تفاضلی آن ها، انتقال امن و با دقت سیگنال ها را تضمین می کنند.

سیستم های کنترل صنعتی به دو دسته اصلی DCS و FCS تقسیم می شوند. سیستم کنترل توزیع شده یا DCS، با پردازنده ها و واحدهای کنترلر توزیع شده، امکان نظارت و مدیریت فرآیندهای بزرگ صنعتی را فراهم می آورد. این سیستم ها با مدارات واسط ورودی/خروجی، پایانه های اپراتوری و نرم افزارهای اختصاصی، جریان داده ها را مدیریت کرده و اطلاعات دقیقی از وضعیت هر جزء ارائه می دهند. FCS یا سیستم کنترل Fieldbus نیز با دیجیتال شدن کامل، کاهش تعداد دستگاه ها، سهولت نصب و قابلیت Interoperability، توانسته است بهره وری در شبکه های سنسور و ابزار دقیق را افزایش دهد و عملیات صنعتی را ساده و کارآمد سازد.

سنسورها به عنوان اصلی ترین اجزای ابزار دقیق، انواع متنوعی دارند که برای اندازه گیری دما، فشار، جریان، سطح مایعات و جامدات و دیگر پارامترهای فرآیندی مورد استفاده قرار می گیرند. ترموکوپل ها، حرارت سنج های مقاومتی و ترمیستورها برای اندازه گیری دما به کار می روند و هر یک بسته به دقت و محدوده حرارتی مشخص، کاربرد خاص خود را دارند. جریان سنج ها مانند لوله Venturi، Orifice، Flow nozzle و نوع الکترومغناطیسی، جریان سیال را با دقت بالا اندازه گیری می کنند. همچنین سنسورهای سطح و فشار، شامل انواع شناور، دیافراگمی، تشعشعی و الکترومغناطیسی، به مدیریت دقیق فرآیندهای پر و خالی شدن مخازن و خطوط تولید کمک می کنند.

در کنار سنسورهای تماسی، سنسورهای بدون تماس نیز اهمیت بالایی دارند. سوئیچ های القایی، خازنی، نوری و مغناطیسی با قابلیت سوئیچینگ سریع و طول عمر بالا، شرایط کارکرد در محیط های صنعتی را بدون دخالت مکانیکی ممکن می سازند. این سنسورها به طور گسترده در خطوط تولید، سیستم های بسته بندی، کنترل رباتیک و تجهیزات اتوماسیون صنعتی به کار گرفته می شوند و موجب افزایش دقت و ایمنی عملیات می شوند.

تلفیق استانداردهای انتقال داده، سیستم های کنترل پیشرفته و سنسورهای دقیق، ساختار پیچیده و یکپارچه ای از ابزار دقیق و کنترل سیستم های الکترونیک ایجاد می کند که عملکرد پایدار، نظارت دقیق و کاهش خطاهای انسانی را ممکن می سازد. طراحی شبکه های ارتباطی، انتخاب نوع سنسورها، نصب و راه اندازی درایورها و گیرنده های متعادل، همگی بخشی از الزامات فنی هستند که کیفیت و دقت فرآیندهای صنعتی را تعیین می کنند و ابزار دقیق را به ستون فقرات خودکارسازی و مدیریت سیستم های الکترونیکی در صنایع مختلف تبدیل می کنند.

فهرست مطالب
مشخصات و محل کارآموزی
مقدمه
PART 1
PROTOCOLS
۱ ) پروتکلها
* استاندارد RS – ۲۳۲
* استاندارد RS – ۴۲۲
استاندارد RS – ۴۸۵
درایورهای غیرمتعادل
درایوهای متعادل
گیرنده های متعادل
استاندارد ۲۰Ma Current Loop
CAN (Contoller Area Network)
مزایای استفاده از CAN
کاهش هزینه ها
معماری CAN
لایه فیزیکی
LAN (Local Area Network)
ابزارهای LAN
روش انتقال اطلاعات در LAN
UNICAST
MULTICAST
BSROADCAST
پروتکل LAN و مدل مبنای OSI
PART2
Control Systems
۳ ) سیستمهای کنترل
۱ ۳ ) سیستم کنترل DCS
مقدمه
تعریف DCS
مزایای DCS نسبت به سیستمهای قدیمی
سخت افزار DCS
الف ) واحد کنترلر و پردازنده
ب ) مدارات واسط ورودی/ خروجی
ج ) مجاری و مدارات واسط ارتباطی
د ) REDUNDANCY
ه ) DIAGNOSTICS
پایانه های کاربر
* پایانه های اپراتوری
* پایانه مهندسی
نرم افزارها و استانداردها
۲ ۳ ) سیستم کنترل FCS
تاریخچه
تعریف Fiwldbus
تحولات ایجاد شده بوسیله  Fieldbus
Deviceهای کمتر
* کاملاً دیجیتال بودن
* استفاده آسانتر
* Interoperability
* Data Rate
اجزاء سیستم Fiedbus
الف ) لایه های مختلف سیستم
Physical Layer
Data Link Layer(DLL)
* User Layer
۱ ) Network Management
۲ ) System Management
۳ ) User Application
ب ) فانکشن بلولکها Database
* Function Blocks
* Data Base
نحوه اجرای سیستم Fieldbus
استانداردهای Fieldbus
* Profibus
* ISP
* Fieldus Fundation
* P _ Net
PART 3
SENSORS
سنسورها
۱ ) اندازه گیری درجه حرارت
۱ ۱ ) آشکارسازهایی که با سیال در تماس هستند
۱٫ ۱ ۱ ) ترموکوپل
اثرات ترموالکتریک
اثر  Peltier
اثر تامسون
فاکتورهای موثر در انتخاب فلز ترموکوپل
ترموکوپل های استاندارد شده
الف ) (Copper – Constantan)CC
ب ) (Iron – Constantan)IC
ج ) (Chromel – Alumel)CA
د ) (Platinum –Platinum 10% / 13% Rhodium)Pt – PtRH
هـ ) (Chromel – Constantan)ChC
ترموکوپل های استاندارد نشده
جبران کننده اتصال سرد (اتصال مقایسه)
محافظت ترموکوپل
۱۱ ۲ ) حرارت سنج های مقاومتی
تئوری حرارت سنج مقاومتی
ضریب حرارتی مقاومت
مزایای Resistance Bulb
ترمیستور
جنس ترمیستور
مزایا و محدودیتهای اندازه گیری با ترمیستور
کاربردهای ترمیستور
۱۳ ) سیستمهای پرشده و سایر روشهای اندازه گیری حرارت
سیستمهای پرشده اندازه گیر درجه حرارت
مشخصات و مزایای ترمومتر فنری پرشده با جیوه
مشخصات و مزایای ترمومتر فنری پرشده با هیدروکربن
جبران کننده درجه حرارت محیط
ترمومتر بی متال
۱ ۲ ) آشکارسازهایی که با سیال در تماس نیستند (Pyrometer)
۱ ) اندازه گیری درجه حرارت بصورت نوری
۲ ) اندازه گیری درجه حرارت بصورت تشعشعی
۲ ) اندازه گیری جریان سیال
شرح المنت های اندازه گیر جریان سیال
* لوله  Venturi
Orifice
محل نصب توپی برای اخذ اختلاف فشار
طریقه های انشعاب فشار در کارهای تجارتی
الف ) انشعابات Flange
ب ) انشعابات  Vana Contracta
ج ) انشعابات کناری ( Corner )
د ) انشعابات در لوله
محل نصب Orifice
مزایای Orifice
Flow nozzle
لوله Pilot
امنت های ثانویه برای اندازه گیرهای جریان از طریق مانع
روش اندازه گیری موازنه نیرو ( Force Balance Method )
اندازه گیر جریان نوع  Area
مزایاRotameter
اندازه گیر جریان نوع الکترومغناطیسی
مزایای المنت اندازه گیر نوع الکترومغناطیسی
اندازه گیر جریان نوع توربین
مزایای کاربرد اندازه گیر جریان نوع توربین
۳ ) اندازه گیری سطح ارتفاع
۱ ۱ ) نشان دهنده های ظروف ( Stight glass)
۱ ۲ ) نشان دهنده نوع شناور گلوله ای
۱ ۳ ) اندازه گیر سطح ارتفاع نوع  Displacement
۱ ۴ ) اندازه گیری سطح ارتفاع به وسیله فشار مایع
الف ) اندازه گیری سطح ارتفاع مایع با انتقال دهنده اختلاف فشار
ب ) سیستم تولید حباب
ج ) روش اندازه گیر دیافراگمی
۱ ۵ ) اندازه گیری سطح ارتفاع مایع از طریق تغییر ظرفیت الکتریکی
۱ ۶ ) اندازه گیری ارتفاع نوع شناور
۱ ۷ ) ارتفاع سنج نوع خود متعادل شونده
۱ ۸ ) ارتفاع سنج نوع تشعشی
۲ ) اندازه گیر سطح ارتفاع جامدات
۲ ۱ ) اندازه گیری ارتفاع از طریق وزن
۲۲ ) اندازه گیری سطح ارتفاع جامدات از طریق ظرفیت الکتریکی
۳ ) Level Switches
۴ ) اندازه گیری فشار
المنت های اندازه گیر فشار
۱ ) المنت های ستون مایع
۱ ۱ ) اندازه گیر فشار مطلق
۱ ۲ ) اندازه گیر فشار جو نوع مخزن ثابت
۱ ۳ ) فشارسنج نوع U شکل
۱ ۴ ) فشارسنج نوع  Well
۱ ۵ ) فشارسنج نوع Ring Balance
۱ ۶ ) فشارسنج نوع Bell  آب بندی شده با مایع
۱ ۷ ) اختلاف فشارسنج نوع  Bell
۲ ) المنتهای ارتجاعی
۲ ۱ ) لوله  Bourdon
۲ ۲ ) Bellows
۲ ۳ ) المنتهای دیافراگمی
۵ ) سوئیچ بدون تماس ( Proximity switch )
* سرعت سوئیچینگ زیاد
* طول عمر زیاد
* عدم نیاز به نیرو و فشار
* قابل استفاده در شرایط کاری مختلف
* عدم ایجاد نویز در هنگام سوئیچینگ
انواع سنسورهای بدون تماس
۵ ۱ ) سوئیچهای القایی
سنسور القایی نامور
سنسور القایی آنالوگ
سنسور القایی سرعت (Speed Monitor )
۵ ۲ ) سنسورهای خازنی
۵ ۳ ) سنسورهای نوری
* سنسور نوری یکطرفه ( Diffuse)
* سنسور نوری رفلکتوری ( Retro – Reflective )
* سنسور نوری دوطرفه (Thru – Beam )
۵ ۴ ) سنسور مغناطیسی
۵۵ ) سنسورهای تشخیص رنگ