مقاله طراحی و پیاده سازی اتوماسیون صنعتی

مقدمه:
اتوماسیون صنعتی به عنوان یکی از مهم ترین دستاوردهای مهندسی مدرن، تحول عظیمی در صنایع تولیدی و خدماتی ایجاد کرده است. با پیشرفت سریع تکنولوژی و رقابت شدید بین واحدهای صنعتی، نیاز به سیستم هایی با دقت بالا و سرعت عمل مطلوب بیش از پیش احساس شد. سیستم های سنتی که وابسته به نیروی انسانی بودند، قادر به پاسخگویی به نیازهای پیچیده و زمان بندی دقیق صنایع مدرن نبودند و محدودیت های ناشی از خطای انسانی و افت عملکرد با گذر زمان بیشتر خود را نشان داد. در نتیجه، ورود ماشین های هوشمند و نیمه هوشمند به صنعت، نقطه عطفی در مسیر تحول تولید و کنترل فرآیندها به شمار می رود. این ماشین ها توانستند دقت و سرعت عمل سیستم ها را به سطحی برسانند که کنترل فرآیندهای پیچیده ای که پیش از این غیرممکن به نظر می رسید، امکان پذیر شود.

اتوماسیون صنعتی طیف گسترده ای از کاربردها را شامل می شود؛ از کنترل یک ماشین ساده در خطوط تولید گرفته تا شبکه سازی چندین خط تولید و هماهنگ کردن آنها با یکدیگر. کاربردهای آن محدود به محیط های صنعتی نیست و در زمینه های مختلفی مانند سیستم های دفع فاضلاب، شبکه های توزیع برق، مخابرات، و حتی واحدهای مسکونی مدرن به چشم می خورد. در یک سیستم اتوماسیون صنعتی، فرآیند کنترل به صورت عمدتاً خودکار و با حداقل دخالت انسان انجام می شود. سیستم ها با دریافت سیگنال های ورودی از سنسورها و قطعات مختلف، مانند سنسورهای دما، فشار، سطح مایعات، میکروسوییچ ها و کلیدها، وضعیت موجود را تحلیل کرده و دستورات لازم را به قطعات خروجی شامل موتور، پمپ، شیرهای برقی و نشانگرها ارسال می کنند. این فرآیند، امکان اجرای دقیق و سریع سیکل های کنترلی را فراهم می آورد و قابلیت برنامه ریزی و تغییر پارامترهای کنترلی بر اساس نیازهای مختلف را دارد.

ساختار یک سیستم اتوماسیون صنعتی شامل چهار جزء کلیدی است: قطعات ورودی که شامل سنسورها و کلیدها می شوند، قطعات خروجی که شامل موتورها و ابزارهای کنترلی هستند، یک کنترلر مرکزی با پردازنده و حافظه جهت پردازش داده ها و اجرای برنامه کنترلی، و نهایتاً واسط کاربر با ماشین (HMI) که امکان نمایش اطلاعات و اعمال تنظیمات را فراهم می کند. کیفیت عملکرد سیستم به انتخاب درست کنترلر و سرعت پاسخگویی آن بستگی دارد. برای مثال، در یک سیستم ساده کنترل سطح مخزن، زمان پاسخگویی چند ثانیه ای کافی است، اما در سیستم های پیچیده مانند موقعیت یاب ها یا پردازش تصویر، نیاز به کنترلرهای بسیار سریع و دقیق با زمان پاسخگویی در حد میکروثانیه وجود دارد.

اتوماسیون صنعتی در محیط هایی که شرایط کار برای نیروی انسانی نامساعد یا خطرناک است، اهمیت بیشتری پیدا می کند. محیط هایی با آلودگی شدید، شرایط جوی نامساعد یا مناطق صعب العبور، نمونه هایی از مکان هایی هستند که استفاده از ماشین به جای انسان، ایمنی و بازدهی را به شکل چشمگیری افزایش می دهد. علاوه بر این، اتوماسیون امکان ثبت داده ها و گزارش های لحظه ای، تغییر سیکل های کاری و تعریف پارامترهای کنترلی را فراهم می کند و کنترل دستی در شرایط اضطراری نیز در طراحی سیستم ها لحاظ می شود.

نمونه ای از اثرات اتوماسیون صنعتی در خطوط تولید ساده، سیستم های بسته بندی مواد غذایی است. برای بسته بندی هزار کیلوگرم شکر در بسته های یک کیلویی، سیستم سنتی نیازمند نیروی انسانی زیاد، محیط کاری گسترده و زمان طولانی بود و بازدهی پایین و کیفیت محصولات محدود را به همراه داشت. در چنین سیستم هایی، اتوماسیون نه تنها تعداد نیروی انسانی مورد نیاز را کاهش می دهد، بلکه سرعت عمل، دقت در وزن کشی و بسته بندی، و کیفیت نهایی محصول را به میزان قابل توجهی افزایش می دهد و فضای تولید را بهینه می کند.

با توجه به اهمیت روزافزون دقت، سرعت و هماهنگی در فرآیندهای صنعتی، طراحی و پیاده سازی سیستم های اتوماسیون صنعتی به یک ضرورت اساسی تبدیل شده است. انتخاب صحیح کنترلر، طراحی مناسب خطوط تولید و استفاده از سنسورها و واسط های کاربر با ماشین، امکان بهره وری بیشتر و مدیریت بهینه منابع را فراهم می آورد و صنایع را قادر می سازد تا در محیط رقابتی امروز، با کیفیت بالا و بازدهی بهینه عمل کنند.

فهرست مطالب
فصل اول ۱
اتوماسیون صنعتی ۱
فصل دوم ۶
نقش PLC در اتوماسیون صنعتی ۶
مقدمه ۶
زمان پاسخ گویی Scan Time ۸
قطعات ورودی ۸
قطعات خروجی ۹
نقش کنترلرهای قابل برنامه ریزی (PLC) در اتوماسیون صنعتی ۱۰
مقایسه تابلوهای کنترل معمولی با تابلوهای کنترلی مبتنی بر PLC ۱۰
فصل سوم ۱۳
اصول و نحوه طراحی یک سیستم کنترلی با استفاده از یک PLC ۱۳
کاربرد PLC در صنعت ۱۸