ورود به عرصه رقابت جهانی و پاسخگویی به نیازهای روزافزون بازار، دیگر با روش‌های سنتی تولید، امکان‌پذیر نیست. چالش‌هایی مانند: کاهش ضایعات، افزایش بهره‌وری و حفظ کیفیت یکپارچه محصول، بسیاری از مدیران و مهندسان را به فکر استفاده از فناوری‌های نوین انداخته است. در این میان، اتوماسیون صنعتی به عنوان یک راهکار استراتژیک، نقشی کلیدی در تحول فرآیندهای تولید ایفا می‌کند.

این فناوری، با جایگزین کردن سیستم‌های کنترلی هوشمند به جای دخالت مستقیم انسان، مسیر را برای دستیابی به تولیدی سریع‌تر، دقیق‌تر و ایمن‌تر هموار می‌سازد. در این مقاله از یگانه سافت، به صورت جامع و کاربردی به این موضوع می‌پردازیم و تمام جنبه‌های آن را، از مفاهیم پایه تا جدیدترین تکنولوژی‌ها، بررسی می‌کنیم تا شما به عنوان یک مدیر، مهندس یا علاقه‌مند به این حوزه، دیدی شفاف و کامل، نسبت به آن پیدا کنید.

اتوماسیون صنعتی چیست؟

اتوماسیون صنعتی به زبان ساده، به‌کارگیری سیستم‌های کنترلی مانند: کامپیوترها، ربات‌ها و فناوری اطلاعات برای مدیریت و راهبری فرآیندها و ماشین‌آلات مختلف در یک صنعت است. هدف اصلی این فناوری، کاهش نیاز به دخالت انسان و سپردن وظایف تکراری، خطرناک یا نیازمند دقت بالا، به ماشین است. این مفهوم، فراتر از یک ربات ساده در خط مونتاژ است. اتوماسیون یک اکوسیستم یکپارچه از حسگرها، کنترل‌کننده‌ها، نرم‌افزارها و محرک‌ها را در بر می‌گیرد، که با هماهنگی کامل، وظایف مشخصی را به انجام می‌رسانند.

مثلا در یک کارخانه تولید نوشیدنی، سیستم اتوماسیون می‌تواند، کل فرآیند را، از ترکیب مواد اولیه با نسبت‌های دقیق، کنترل دمای مخازن، پر کردن بطری‌ها و در نهایت، بسته‌بندی و انتقال به انبار، بدون دخالت مستقیم اپراتور، مدیریت کند. این سیستم به طور مداوم، داده‌ها را از بخش‌های مختلف خط تولید، جمع‌آوری و تحلیل کرده تا از عملکرد بهینه و کیفیت ثابت محصول، اطمینان حاصل گردد. در واقع اتوماسیون صنعتی، مغز متفکر و سیستم عصبی یک واحد تولیدی مدرن به شمار می‌آید.

اهداف اجرای اتوماسیون صنعتی

پیاده‌سازی سیستم‌های اتوماسیون در یک مجموعه صنعتی، تصمیمی استراتژیک است که بر اساس اهداف مشخصی اتخاذ می‌گردد. این اهداف، فراتر از کاهش نیروی کار انسانی و معطوف به بهبود بنیادین در تمام جنبه‌های تولید است. یکی از اصلی‌ترین اهداف، افزایش چشمگیر بهره‌وری است. ماشین‌ها و ربات‌ها می‌توانند بدون خستگی و به صورت شبانه‌روزی، با سرعتی ثابت و برنامه‌ریزی‌شده کار کنند، که این امر منجر به افزایش حجم تولید در واحد زمان می‌شود.

هدف مهم دیگر، بهبود و تثبیت کیفیت محصولات است. سیستم‌های خودکار با حذف خطای انسانی که ناشی از خستگی یا بی‌دقتی است، فرآیندها را با دقتی بسیار بالا و تکرارپذیری کامل، اجرا می‌کنند. این موضوع تضمین می‌کند، تمام محصولات خروجی از خط تولید، دارای استانداردهای کیفی یکسانی باشند. افزایش ایمنی در محیط کار نیز از اهداف کلیدی به شمار می‌آید.

بسیاری از فرآیندهای صنعتی، شامل: کار با مواد خطرناک، دماهای بسیار بالا یا پایین یا فعالیت‌های فیزیکی سنگین و تکراری است، که می‌تواند سلامت نیروی انسانی را تهدید کند. اتوماسیون با واگذاری این وظایف به ربات‌ها و ماشین‌آلات، محیط کار امن‌تری را برای کارکنان فراهم می‌کند.

مزایای اتوماسیون صنعتی

پیاده‌سازی اتوماسیون صنعتی، منافع متعددی را برای کسب‌وکارها به ارمغان می‌آورد، که تاثیر مستقیمی بر سودآوری و جایگاه رقابتی آن‌ها در بازار دارد. مهم‌ترین مزیت، افزایش بهره‌وری و سرعت تولید است. سیستم‌های خودکار قادر هستند، وظایف را بسیار سریع‌تر از نیروی انسانی و به صورت مداوم انجام دهند، که این امر به معنای تولید بیشتر در زمان کمتر است.

مزیت دیگر، بهبود دقت و کاهش خطا است. ماشین‌ها برخلاف انسان، دچار خستگی یا حواس‌پرتی نمی‌شوند و می‌توانند فرآیندها را، با دقتی میلی‌متری و بدون انحراف از استانداردهای تعریف‌شده، تکرار کنند. این ویژگی، منجر به تولید محصولاتی با کیفیت بالاتر و کاهش نرخ ضایعات می‌شود که خود، صرفه‌جویی در هزینه‌های مواد اولیه را به دنبال دارد.

افزایش ایمنی محیط کار نیز یک دستاورد بزرگ است. با سپردن کارهای پرخطر، طاقت‌فرسا و تکراری به ربات‌ها، ریسک حوادث و آسیب‌های شغلی برای کارگران به شدت کاهش می‌یابد. علاوه بر این، اتوماسیون به بهینه‌سازی مصرف منابع، از جمله انرژی و مواد اولیه، کمک شایانی می‌کند. سیستم‌های هوشمند می‌توانند با تنظیم دقیق فرآیندها، از هدررفت منابع جلوگیری کنند. در نهایت، انعطاف‌پذیری تولید نیز با استفاده از سیستم‌های اتوماسیون قابل برنامه‌ریزی، افزایش می‌یابد؛ چراکه تغییر خط تولید برای ساخت محصولی جدید، سریع‌تر و با هزینه کمتری امکان‌پذیر خواهد بود.

معایب اتوماسیون صنعتی

با وجود تمام مزایای برجسته‌ای که اتوماسیون صنعتی ارائه می‌دهد، پیاده‌سازی آن، با چالش‌ها و معایبی نیز همراه است که مدیران باید پیش از هر اقدامی، آن‌ها را به دقت ارزیابی کنند. یکی از بزرگ‌ترین موانع، هزینه اولیه بالای سرمایه‌گذاری است. خرید ربات‌ها، سنسورها، کنترل‌کننده‌ها و نرم‌افزارهای تخصصی و همچنین، هزینه‌های مربوط به نصب و راه‌اندازی این سیستم‌ها، می‌تواند بسیار سنگین باشد، به خصوص برای کسب‌وکارهای کوچک و متوسط.

چالش دیگر، نیاز به نیروی کار متخصص است. با اتوماتیک شدن فرآیندها، نیاز به کارگران ساده، کاهش می‌یابد، اما در مقابل، تقاضا برای مهندسان و تکنسین‌های ماهر که توانایی طراحی، برنامه‌نویسی، نگهداری و تعمیر سیستم‌های اتوماسیون را داشته باشند، افزایش پیدا می‌کند. تامین و آموزش چنین نیروی متخصصی، خود یک چالش و هزینه اضافی محسوب می‌شود.

وابستگی به فناوری نیز یکی دیگر از معایب است. هرگونه نقص فنی در سیستم کنترل مرکزی یا خرابی یکی از تجهیزات کلیدی، می‌تواند منجر به توقف کامل خط تولید شود و تا زمان رفع مشکل، خسارت‌های قابل توجهی به مجموعه وارد کند.

در نهایت، نگرانی در مورد امنیت سایبری نیز یک مسئله جدی است. سیستم‌های اتوماسیون صنعتی که به شبکه‌ها متصل هستند، می‌توانند هدف حملات سایبری قرار بگیرند، که این امر می‌تواند منجر به سرقت اطلاعات، اختلال در تولید یا حتی آسیب‌های فیزیکی به تجهیزات شود.

انواع اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون صنعتی، یک مفهوم یکپارچه نیست و بر اساس نیازهای تولید، حجم محصول و تنوع آن، به انواع مختلفی تقسیم می‌شود. شناخت این دسته‌بندی‌ها به مدیران و مهندسان کمک می‌کند، مناسب‌ترین راهکار را برای واحد تولیدی خود انتخاب کنند.

اتوماسیون ثابت

اتوماسیون ثابت (Fixed Automation) برای تولید انبوه یک محصول خاص و بدون تغییر، طراحی شده است. در این سیستم، تجهیزات و ماشین‌آلات برای انجام یک سری عملیات ثابت و تکراری، پیکربندی می‌شوند و تغییر در فرآیند تولید، بسیار دشوار و پرهزینه است. این نوع اتوماسیون به دلیل سرمایه‌گذاری اولیه بالا، تنها برای محصولاتی، با حجم تولید بسیار زیاد و چرخه عمر طولانی، مانند خطوط مونتاژ خودرو یا تولید قطعات استاندارد، توجیه اقتصادی دارد. سرعت تولید در این سیستم، بسیار بالا و هزینه به ازای هر واحد محصول، پایین است.

اتوماسیون قابل برنامه‌ ریزی

اتوماسیون قابل برنامه‌ریزی (Programmable Automation) برای تولید دسته‌ای از محصولات مختلف طراحی شده است. در این سیستم، تجهیزات به گونه‌ای ساخته شده‌اند، که می‌توان با تغییر برنامه کنترلی، آن‌ها را برای تولید محصولی جدید با مشخصات متفاوت تنظیم کرد. فرآیند تغییر برنامه و آماده‌سازی تجهیزات برای یک دسته محصول جدید، نیازمند زمان است و در طول این مدت، خط تولید، متوقف می‌شود. این نوع اتوماسیون برای کارخانه‌هایی مناسب است،، که تنوع محصول نسبتا بالایی دارند، اما حجم تولید هر محصول، به اندازه‌ای است که راه‌اندازی یک خط تولید ثابت برای آن، اقتصادی نباشد. ماشین‌های CNC نمونه بارزی از این نوع اتوماسیون هستند.

اتوماسیون انعطاف‌ پذیر

اتوماسیون انعطاف‌پذیر (Flexible Automation) نسخه پیشرفته‌تر اتوماسیون قابل برنامه‌ریزی است. این سیستم نیز قابلیت تولید محصولات متنوع را دارد؛ با این تفاوت که تغییر از یک محصول به محصول دیگر، به صورت خودکار و با حداقل زمان توقف، انجام می‌شود. این سیستم‌ها معمولا توسط یک کامپیوتر مرکزی کنترل می‌شوند، که برنامه‌های مربوط به محصولات مختلف را در حافظه خود دارد و به سرعت دستورات لازم را به ماشین‌آلات ارسال می‌کند. این نوع اتوماسیون برای تولید با تنوع بالا و حجم متوسط، مناسب است و انعطاف‌پذیری فوق‌العاده‌ای را در پاسخ به تغییرات بازار، فراهم می‌کند.

اتوماسیون فرآیند

اتوماسیون فرآیند (Process Automation) بر کنترل مداوم فرآیندهای شیمیایی، فیزیکی و حرارتی تمرکز دارد. این نوع اتوماسیون در صنایعی مانند: نفت و گاز، پتروشیمی، داروسازی و صنایع غذایی کاربرد دارد که در آن‌ها مواد اولیه، به صورت پیوسته پردازش می‌شوند. در این سیستم‌ها، متغیرهایی مانند: دما، فشار، جریان و سطح مواد به طور مداوم توسط سنسورها اندازه‌گیری شده و سیستم کنترل، به صورت خودکار، تنظیمات لازم را برای حفظ این متغیرها در محدوده مطلوب، انجام می‌دهد.

اتوماسیون یکپارچه

اتوماسیون یکپارچه (Integrated Automation) به معنای اتصال و هماهنگی کامل تمام سیستم‌های اتوماسیون در یک کارخانه، از سطح تولید گرفته تا سطح مدیریت، با استفاده از یک سیستم کامپیوتری مشترک است. در این رویکرد، داده‌ها بین بخش‌های مختلف، مانند: طراحی، تولید، کنترل کیفیت و برنامه‌ریزی به صورت یکپارچه جریان دارد. این سطح از اتوماسیون، که اغلب با مفاهیمی مانند تولید به کمک کامپیوتر (CAM) و طراحی به کمک کامپیوتر (CAD) همراه است، به بهینه‌سازی کل عملیات کارخانه منجر می‌شود.

اتوماسیون فرآیند رباتیک

اتوماسیون فرآیند رباتیک (Robotic Process Automation – RPA) برخلاف سایر انواع، که بیشتر بر فرآیندهای فیزیکی تمرکز دارند، به خودکارسازی وظایف اداری و مبتنی بر نرم‌افزار می‌پردازد. RPA از ربات‌های نرم‌افزاری برای تقلید از تعاملات انسانی با سیستم‌های دیجیتال، استفاده می‌کند. این بات‌ها می‌توانند کارهایی مانند: ورود داده‌ها، پردازش تراکنش‌ها، پاسخ به ایمیل‌ها و استخراج اطلاعات از اسناد را به صورت خودکار انجام دهند. این فناوری، به افزایش بهره‌وری در بخش‌های اداری و مالی سازمان‌ها کمک می‌کند.

سیستم‌ های اتوماسیون صنعتی چیست؟

یک سیستم اتوماسیون صنعتی، مجموعه‌ای از اجزای سخت‌افزاری و نرم‌افزاری است که به صورت هماهنگ، با یکدیگر کار می‌کنند تا یک فرآیند صنعتی را، کنترل و مدیریت نمایند. این سیستم‌ها در واقع ستون فقرات یک کارخانه هوشمند را تشکیل می‌دهند و وظیفه آن‌ها، جمع‌آوری داده‌ها از محیط، پردازش این داده‌ها و صدور دستورات لازم برای کنترل ماشین‌آلات است. یک سیستم اتوماسیون معمولی، از چندین لایه تشکیل شده است. در پایین‌ترین سطح، حسگرها و عملگرها قرار دارند، که مستقیما با فرآیند فیزیکی در ارتباط هستند.

لایه بالاتر، سطح کنترل است که شامل کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) یا سیستم‌های کنترل توزیع‌شده (DCS) می‌شود. این کنترل‌کننده‌ها، اطلاعات را از حسگرها دریافت کرده و بر اساس منطق برنامه‌ریزی‌شده، دستورات را به عملگرها ارسال می‌کنند. در سطوح بالاتر، سیستم‌های نظارت و جمع‌آوری داده (SCADA)  و رابط‌های انسان و ماشین (HMI) قرار دارند که به اپراتورها، امکان مشاهده وضعیت فرآیند و کنترل آن را می‌دهند.

در نهایت در بالاترین لایه، سیستم‌های برنامه‌ریزی منابع سازمانی (ERP) و سیستم‌های اجرایی تولید (MES) قرار دارند، که کل فرآیند تولید را با اهداف کسب‌وکار، هماهنگ می‌کنند. درک ساختار و عملکرد این سیستم‌ها، برای هر مهندس یا مدیری که به دنبال پیاده‌سازی اتوماسیون است، ضروری است.

کاربرد اتوماسیون در صنایع مختلف

استفاده از ماشین‌آلات و سیستم‌های خودکار، فرآیندها را تسریع می‌بخشد، احتمال بروز خطا را به حداقل می‌رساند و در بلندمدت می‌تواند موجب صرفه‌جویی قابل توجهی در هزینه‌ها شود. اگرچه شروع این مسیر، نیازمند سرمایه‌گذاری اولیه است؛ اما مزایای حاصل از آن بسیار گسترده خواهد بود. یک سازمان، با بهره‌گیری از اتوماسیون صنعتی، می‌تواند ظرفیت تولید خود را افزایش داده و همزمان، کیفیت محصولات را در سطح بالایی حفظ کند. این فناوری، در طیف وسیعی از صنایع کاربرد دارد.

در صنعت قطعه‌سازی و خودروسازی، ربات‌ها وظایف جوشکاری، رنگ‌آمیزی و مونتاژ را با دقت و سرعتی فراتر از توان انسان انجام می‌دهند. در صنایع داروسازی، سیستم‌های اتوماسیون، فرآیندهای حساس ترکیب مواد، تولید قرص و بسته‌بندی را با رعایت دقیق‌ترین استانداردها ،کنترل می‌کنند تا از کیفیت و ایمنی داروها اطمینان حاصل شود.

صنایع الکترونیک برای تولید بردهای مدار چاپی و مونتاژ قطعات بسیار ریز، به شدت به دقت ربات‌ها و سیستم‌های بینایی ماشین وابسته‌ هستند. در صنایع سنگین، مانند نفت و گاز و پتروشیمی نیز از اتوماسیون، برای کنترل فرآیندهای پیچیده و خطرناک در پالایشگاه‌ها و سکوهای استخراج استفاده می‌شود.

جدیدترین فناوری‌ های مورد استفاده در اتوماسیون صنعتی

حوزه اتوماسیون صنعتی، به طور مداوم در حال تحول و پیشرفت است و فناوری‌های جدیدی در حال شکل‌دهی به آینده آن هستند. هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین (Machine Learning) در حال افزایش نفوذ خود هستند و ربات‌های مشارکتی (Cobots) که می‌توانند در کنار انسان‌ه،ا با ایمنی کامل کار کنند، نمونه‌ای از این پیشرفت به شمار می‌روند. پلتفرم‌های کاربردی کم‌کد و بدون کد (LCAPs) به مهندسان اجازه می‌دهند، بدون نیاز به دانش برنامه‌نویسی عمیق، اپلیکیشن‌های کنترلی و نظارتی مورد نیاز خود را توسعه دهند.

اتوماسیون فرآیند رباتیک (RPA) نیز از حوزه اداری فراتر رفته و در مدیریت فرآیندهای تولید، به کار گرفته می‌شود. فناوری‌های دیگری مانند اینترنت اشیاء صنعتی (IIoT)، با اتصال تجهیزات به شبکه، امکان جمع‌آوری و تحلیل حجم عظیمی از داده‌ها را برای بهینه‌سازی و پیش‌بینی خرابی‌ها فراهم می‌کند. هوش شناختی در قالب چت‌بات‌ها و دستیارهای هوشمند، ارتباط بین اپراتورها و سیستم‌ها را تسهیل می‌بخشد.

مفاهیمی مانند مراکز تعالی اتوماسیون (CoE) به سازمان‌ها کمک می‌کنند، دانش و تجربیات خود را در این زمینه، متمرکز کرده و بهترین راهکارها را پیاده‌سازی کنند. پردازش زبان طبیعی (NLP) و سیستم‌های اتوماسیون معنایی نیز در حال ایجاد تحول در نحوه تعامل انسان و ماشین و درک سیستم‌ها از دستورات و داده‌ها هستند.

فرآیند اتوماسیون صنعتی

برای درک بهتر نحوه عملکرد یک سیستم اتوماسیون، معمولا آن را به صورت یک هرم، با سطوح مختلف در نظر می‌گیرند. این ساختار سلسله مراتبی، به نام «هرم اتوماسیون» شناخته می‌شود و جریان اطلاعات و کنترل را در یک واحد صنعتی نمایش می‌دهد.

• سطح میدان (Field Level): این سطح، پایین‌ترین و پایه‌ای‌ترین لایه هرم است که تماس مستقیم با فرآیند تولید دارد. در این سطح، تجهیزاتی مانند: سنسورها (برای اندازه‌گیری دما، فشار، سطح و غیره) و عملگرها یا محرک‌ها (مانند: موتورها، شیرهای برقی و جک‌ها) قرار دارند. سنسورها اطلاعات خام را از محیط، جمع‌آوری کرده و محرک‌ها، دستورات دریافتی از سطح بالاتر را، به عمل فیزیکی تبدیل می‌کنند

• سطح کنترل (Control Level): این لایه، مغز عملیاتی سیستم است. تجهیزاتی مانند کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) و کنترل‌کننده‌های تناسبی انتگرالی مشتقی (PID) در این سطح قرار دارند. آن‌ها داده‌ها را از سنسورهای سطح میدان دریافت می‌کنند، بر اساس منطق و برنامه‌ای که برایشان تعریف شده، این داده‌ها را پردازش می‌کنند و دستورات لازم را به محرک‌ها در سطح میدان ،ارسال می‌نمایند تا فرآیند در شرایط مطلوب باقی بماند.
• سطح سرپرستی (Supervisory Level): این سطح، لایه نظارتی و مدیریتی است. در اینجا، رابط‌های انسان و ماشین (HMI) و سیستم‌های اسکادا (SCADA) قرار دارند. اپراتورها از طریق این سیستم‌ها، می‌توانند کل فرآیند را به صورت گرافیکی مشاهده کنند، پارامترها را تنظیم نمایند، روند داده‌ها را تحلیل کنند و در صورت بروز خطا، هشدارهای لازم را دریافت کنند. این سطح، امکان کنترل متمرکز و نظارت بر کل خط تولید را فراهم می‌آورد.

اجزاء کنترل در یک سیستم اتوماسیون صنعتی

• اندازه گیرها: این بخش، چشم و گوش سیستم اتوماسیون است. وظیفه اصلی آن، اندازه‌گیری یک متغیر فیزیکی (مانند دما، فشار، جریان یا موقعیت) و تبدیل آن به یک سیگنال قابل فهم برای کنترل‌کننده است. این بخش، خود شامل سنسور (Sensor) است، که مستقیما کمیت فیزیکی را حس می‌کند، ترانسدیوسر (Transducer) که انرژی را از یک نوع به نوع دیگر (مثلا فشار به سیگنال الکتریکی) تبدیل می‌کند و ترانسمیتر (Transmitter) که سیگنال را برای ارسال به فواصل دور تقویت و استانداردسازی می‌کند.

• کنترل کننده: کنترل‌کننده (Controller) مغز متفکر حلقه کنترل است. این دستگاه، سیگنال دریافتی از اندازه‌گیر را با یک مقدار مطلوب از پیش تعیین شده مقایسه می‌کند. در صورت وجود اختلاف یا خطا بین این دو مقدار، کنترل‌کننده، بر اساس یک الگوریتم کنترلی (مانند PID)، محاسبات لازم را انجام می‌دهد و یک سیگنال خروجی مناسب تولید می‌کند تا این خطا را جبران نماید. PLC و DCS  نمونه‌های رایج کنترل‌کننده‌ها در صنعت هستند.

• محرک‌ها: محرک‌ها، بازوهای اجرایی سیستم کنترل هستند. آن‌ها سیگنال دستوری را از کنترل‌کننده دریافت کرده و آن را به یک عمل فیزیکی تبدیل می‌کنند تا بر فرآیند تأثیر بگذارند؛ به عنوان مثال، یک شیر کنترلی، یک محرک است که با دریافت سیگنال از کنترل‌کننده، میزان باز یا بسته بودن خود را تغییر می‌دهد، تا جریان سیال را تنظیم کند. موتورهای الکتریکی، جک‌های پنوماتیکی و هیدرولیکی نیز از دیگر انواع رایج محرک‌ها هستند.

درآمد اتوماسیون صنعتی

بازار جهانی اتوماسیون صنعتی، یک صنعت بسیار بزرگ و رو به رشد است که ارزش آن به صدها میلیارد دلار می‌رسد. این رشد، ناشی از عوامل متعددی مانند: نیاز روزافزون به افزایش بهره‌وری، فشار برای کاهش هزینه‌های تولید، پیشرفت‌های سریع در فناوری‌هایی مانند هوش مصنوعی و اینترنت اشیاء و همچنین، تمایل به افزایش ایمنی و کیفیت در صنایع مختلف است. کشورهایی با اقتصادهای صنعتی پیشرفته و همچنین، اقتصادهای نوظهور، سرمایه‌گذاری‌های عظیمی در این حوزه انجام می‌دهند.

این بازار فرصت‌های شغلی متنوعی را برای مهندسان برق، کنترل، مکانیک، نرم‌افزار و متخصصان رباتیک ایجاد کرده است. شرکت‌های فعال در زمینه طراحی و تولید تجهیزات اتوماسیون، ارائه راهکارهای یکپارچه‌سازی سیستم‌ها و خدمات مشاوره و نگهداری، از بازیگران اصلی این بازار پرسود هستند. با توجه به حرکت جهانی به سمت انقلاب صنعتی چهارم، پیش‌بینی می‌شود که تقاضا برای راهکارهای اتوماسیون، در سال‌های آینده نیز به طور پیوسته افزایش یابد و این حوزه همچنان یکی از بخش‌های کلیدی و درآمدزای اقتصاد جهانی باقی بماند.

مولفه‌ های تجهیزات اتوماسیون صنعتی

سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، از مجموعه‌ای از تجهیزات پیشرفته تشکیل شده‌اند که هر یک، وظیفه خاصی را بر عهده دارند. شناخت این مولفه‌ها برای درک کلیت سیستم، ضروری است.

PLC قلب تپنده خطوط تولید مدرن

کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) یک کامپیوتر صنعتی مقاوم است که به طور خاص، برای کنترل فرآیندهای تولید طراحی شده است. این دستگاه به عنوان مغز اصلی بسیاری از سیستم‌های اتوماسیون عمل می‌کند. PLC ورودی‌ها را از سنسورها و کلیدها دریافت کرده، آن‌ها را بر اساس یک برنامه منطقی، پردازش می‌کند و خروجی‌ها را برای کنترل موتورها و سایر محرک‌ها، فعال می‌نماید. اتوماسیون صنعتی PLC به دلیل قابلیت اطمینان بالا، انعطاف‌پذیری در برنامه‌نویسی و مقاومت در برابر شرایط سخت محیطی، به طور گسترده در کارخانه‌ها استفاده می‌شود.

DCS راهکاری برای کنترل فرآیندهای پیچیده

سیستم کنترل توزیع‌شده (DCS) یک سیستم کنترلی پیشرفته است که برای فرآیندهای بزرگ و پیچیده، در صنایعی مانند: پتروشیمی، پالایشگاه‌ها و نیروگاه‌ها به کار می‌رود. در یک DCS، به جای یک کنترل‌کننده مرکزی، چندین کنترل‌کننده در نقاط مختلف پلنت، توزیع شده‌اند که هر یک، بخش خاصی از فرآیند را کنترل می‌کنند، اما همه آن‌ها از طریق یک شبکه ارتباطی قدرتمند، با یکدیگر و با اتاق کنترل مرکزی، در ارتباط هستند. این ساختار باعث افزایش قابلیت اطمینان سیستم می‌شود؛ زیرا خرابی یک کنترل‌کننده، کل فرآیند را متوقف نمی‌کند.

SCADA  نظارت و کنترل از راه دور

سیستم سرپرستی و گردآوری داده یا اسکادا (SCADA) یک سیستم نرم‌افزاری و سخت‌افزاری است که به اپراتورها اجازه می‌دهد، فرآیندهای صنعتی را از یک مکان مرکزی، نظارت و کنترل کنند. سیستم‌های اسکادا، داده‌ها را از تجهیزات مختلف، مانند PLC ها و سنسورها در نقاط دوردست، جمع‌آوری کرده و آن‌ها را به صورت گرافیکی و قابل فهم، بر روی نمایشگرهای اتاق کنترل، نمایش می‌دهند. این سیستم‌ها، به ویژه در صنایعی مانند خطوط لوله نفت و گاز، شبکه‌های توزیع برق و سیستم‌های تصفیه آب که دارای تاسیسات گسترده جغرافیایی هستند، کاربرد فراوانی دارند.

HMI  پنجره ‌ای به دنیای ماشین ‌آلات

رابط انسان و ماشین (HMI)، یک دستگاه یا نرم‌افزار است که به اپراتورها اجازه تعامل با ماشین‌آلات و سیستم‌های کنترلی را می‌دهد. HMI ها، معمولا به شکل صفحات نمایش لمسی یا کامپیوترهای صنعتی هستند، که اطلاعات فرآیند را به صورت گرافیکی (مانند نمودارها و دیاگرام‌ها) نمایش داده و به کاربر اجازه می‌دهند، پارامترها را تغییر دهد، دستورات را صادر کند و آلارم‌ها را مشاهده نماید. این ابزار، پیچیدگی‌های ماشین را، به یک رابط کاربری ساده و قابل فهم تبدیل می‌کند.

ANN قدرت هوش مصنوعی در خدمت تولید

شبکه عصبی مصنوعی (ANN) یکی از زیرشاخه‌های هوش مصنوعی است که با الهام از ساختار مغز انسان، برای حل مسائل پیچیده، در اتوماسیون صنعتی به کار می‌رود. شبکه‌های عصبی می‌توانند، الگوهای پیچیده را در داده‌های تولید، شناسایی کرده و برای کاربردهایی مانند: کنترل کیفیت پیشرفته (تشخیص عیوب از روی تصویر)، بهینه‌سازی فرآیندها و نگهداری و تعمیرات پیش‌بینانه (پیش‌بینی زمان خرابی تجهیزات) مورد استفاده قرار گیرند.

سیستم‌ های رباتیک: بازوان توانمند صنعت

ربات‌های صنعتی، بخش قابل مشاهده و نمادین اتوماسیون هستند. این بازوهای مکانیکی، قابل برنامه‌ریزی برای انجام وظایف فیزیکی تکراری، سنگین یا خطرناک مانند: جوشکاری، رنگ‌پاشی، جابجایی قطعات، بسته‌بندی و مونتاژ به کار می‌روند. ربات‌ها با سرعت، دقت و قدرت فوق‌العاده خود، نقش کلیدی در افزایش بهره‌وری و کیفیت در خطوط تولید مدرن ایفا می‌کنند.

در این مقاله چه گفتیم

در این راهنمای جامع، در رابطه با اتوماسیون صنعتی صحبت کردیم. از تعریف مفاهیم پایه و درک اینکه اتوماسیون چیست، شروع کردیم و به اهداف، مزایا و چالش‌های پیاده‌سازی آن پرداختیم. با انواع اتوماسیون صنعتی، از ثابت و قابل برنامه‌ریزی گرفته تا سیستم‌های یکپارچه و رباتیک آشنا شدیم. ساختار یک سیستم اتوماسیون را در قالب سطوح میدان، کنترل و سرپرستی بررسی کردیم و اجزای کلیدی یک حلقه کنترل را شناختیم.

نگاهی به کاربردهای گسترده این فناوری در صنایع مختلف و جدیدترین تکنولوژی‌های این حوزه انداختیم. همچنین، تجهیزات اتوماسیون صنعتی مانند: اتوماسیون صنعتی  PLC، اسکادا و HMI را معرفی کردیم و در نهایت، چشم‌اندازی از آینده هیجان‌انگیز این حوزه ترسیم نمودیم. امیدواریم این مقاله به شما کمک کرده باشد تا با دیدی عمیق و کاربردی، اهمیت و پتانسیل‌های اتوماسیون را درک کنید.

نکته: دلیل طولانی شدن این محتوا، گرده هم آوردن تمام هدینگ ها و مطالبی که رقبای این حوزه مورد استفاده قرار داده اند، می باشد.