اتوماسیون صنعتی به بهره گیري از رایانه ها بجاي متصدیان انسانی براي کنترل دستگاه ها و فرایندهاي صنعتی گفته میشود. اتوماسیون یک گام فراتر از مکانیزه کردن است . مکانیزه کردن به معنی فراهم کردن متصدیانانسانی با ابزار و دستگاه هایی است که ایشان را براي انجام بهتر کارشان یاري میرساند. نمایانترین و شناخته شده ترین بخش اتوماسیون صنعتی ربات هاي صنعتی هستند.امروزه کاربرد اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق در صنایع و پروسه هاي مختلف صنعتی به وفور به چشم می خورد . کنترل پروسه و سیستمهاي اندازه گیري پیچیده اي که در صنایعی همچون نفت ، گاز ، پتروشیمی ،صنایع شیمیایی ، صنایع غذایی ، صنایع خودرو سازي و غیره بکار می آید نیازمند ابزارالات بسیار دقیق وحساس می باشند . پیشرفتهاي تکنیکی اخیر در کنترل فرایند و اندازه گیري پارامترهاي مختلف صنعتی از قبیل فشار ، دما ، جریان و غیره باعث افزایش کیفیت محصولات و کاهش هزینه هاي تولید گردیده است .به طور کلی برخی از مزایاي اتوماسیون صنعتی از این قبیل اند:ا

 اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون صنعتی چیست؟

اتوماسيون صنعتي به مجموعه اي از عمليات و فرآيندها گفته مي شود كه منجر به اتوماتيك شدن خط توليد خواهد شد. انواع سيستم هاي PLC,PID propration intecrated difrasial  ,PIC   با برنامه نويسي هاي متنوع، اتوماسيون كارخانجات را مقدور كرده است. به طوري كه كمتر شركتي بدون بهره گيري از آنها فعاليت مي كند.

در دنياي امروز، فن آوريهاي ميكرونانو، اين سيستم ها را پيشرفت و توسعه داده است. كنترل بخش هاي مختلف يك كارخانه با استفاده از سيستم مونيتورينگ و دستوردهي به ماشين آلات و دستگاه هاي خط توليد از ويژگي هاي بارز آن محسوب مي شود. در اين ميان نوع تكنولوژي و مدل ارائه شده توسط دستگاه اهميت دارد. به عبارتي ديگر اگر اپراتور مربوطه با جزئيات PLC   آشنا نباشد، تعمير و نگهداري آن دشوار خواهد بود. بنابراين آموزش هاي مقطعي براي پرسنل اهميت به سزايي دارد. هر يك از اين سيستم ها، مدل هاي متنوعي دارند كه بر اساس خط توليد و زمينه فعاليت كارخانه تعريف مي شوند. معمولا از اتوماسيون زيمنس در ايران بهره گرفته مي شود. چرا كه اين شركت آلماني نزديك به 30 سال است در داخل كشور فعاليت كرده و به قولي شناخته شده است. از طرفي ديگر تكنولوژي هاي آن نسبت به همتاهاي كره اي و امريكايي سازگارتر است.

از آنجايي كه صنعت بسته بندي، يكي از صنايع تكميلي كارخانجات است، نوع و مدل اتوماسيون صنعتي بررسي كارشناسي مي طلبد. در اين نوشتار نگاهي كوتاهي به كاربردهاي PLC   در بسته بندي خواهيم داشت.

 PLC   مخفف عبارت programmable logic control   به معني كنترل منطقي برنامه ريزي شده است به عبارتي ديگر اين سيستم بر اساس مجموعه اي از صرف و يك هاي منطقي، برنامه نويسي مي شود. در مدل هاي قديمي، ورود داده ها و اطلاعات و در نهايت پردازش آنها، ساعت ها زمان نياز داشت ولي در نمونه هاي نوين، اين زمان به حداقل كاهش يافته است. كافي است كه فرآيندي آناليز شده و داده هاي مورد نياز به سيتم وارد شود.

 برنامه نويسي ماژول ها

هر اتوماسيوني از 2 بخش سخت افزار و نرم افزار تشكيل شده است كه در بخش نرم افزاري، برنامه نويسي و مديريت داده ها اهميت دارد. آنچه كه به عنون سخت افزار يك سيستم نامبرده مي شود، مجموعه اي از ماژول ها و sector   هاست. اين ماژول ها در بسته اي از سخت افزار كنار يكديگر قرار دارند تا يكسري از اطلاعات را در خود ذخيره كنند. بنابراين اپراتور وظيفه دارد كه از طريق رايانه، سطوح عمليات و فرآيند را تعريف و به سخت افزار انتقال دهد.

 فن آوري روباتيك در PLC

از آنجايي كه روبات ها، بازوان عملياتي يك سيستم اتوماسيون هستند، فرماندهي آنها اهميت دارد. در اين تكنولوژي، داده هاي نزم افزاري به مغز متفكر سيستم انتقال تا عملي صورت گيرد. اين عمل ممكن است ماهيتي توليدي خدماتي و يا جانبي داشته باشد. به طور مثال موتورهاي چند ماشين خط بسته بندي با انتقال يك فرمان، روشن شده و با دوري معين كار مي كنند. در صورت قطعي و بروز مشكلي در آن، سيستم بازي ايستد تا در نهايت رقع اشكال شود. حسن بزرگ PLC   ها، رفع عيب منطقه اي و موضعي است كه منجر به افزايش بهره وري و راندمان مجموعه خواهد شد.

كاربرد ربات ها در بسته بندي

در خطوط بسته بندي، روبات ها وظيفه انتقال بطري ها، جعبه ها وساير ملزومات بسته بندي را دارند. در واقع آنها جايگزين نيروي انساني شده تا خطاي كارگري به حداقل رسد. اين روبات ها در سري خط توليد كمار يكديگر قرار گرفته و وظيفه كنترل روند توليد را بر عهده دارند. به عبارتي ديگر آنها با بررسي بسته ها و نوع پر شدن محصولات، عيوب را كنترل و پيشگيري مي كنند كه قطعا توسط سيستم مونيتورينگ نظارت نهايي خواهد شد.

نوآوري هاي اتوماسيون

جديدترين نوآوري هاي ارائه شده در اتوماسيون صنعتي حكايت از تجهيز خطوط توليد به فتوسل ها، دربندي هاي پيشرفته، كاهش خطاي پاكت سازي و جعبه سازي، افزايش سرعت رولينگ و شرينك پك دارد. همچنين در نوع مونيتورينگ سيستم نيز تغييراتي حاصل شده تا نمودار خط توليد با دياگرام هاي بهتري نمايش داده شود. از طرفي ديگر تلاش بر رفع عيوب بسته بندي با كنترل خطي PID HSJ  .

 كاربرد PIC   در بسته بندي

PIC   ها كه كامل تر از سيستم هاي PLC   هستند، مونيتورينگ بهتري ارائه مي دهند. به عبارتي ديگر در اين اتوماسيون صنعتي، ميكروكنترل ها قابليت پردازش و بازيابي اطلاعات و داده ها را خواهند داشت. امروزه در مقوله ميكروپروسسورها، پيشرفت هاي جالب توجه اي شده. به طوري كه با بهره گيري از فن آوري نانو، قدرت كنترل و هدايت ماشين آلات و دستگاه هاي صنعتي بهبود يافته است. اين اميد مي رود كه با ظهور نانو كنترل ها در اتوماسيون صنعتي، انقلابي در صنعت و فن آوري حاصل شود. پيشرفتي كه بدون شك در سال هاي آتي سرعت چند برابري خواهد يافت. به طوري كلي ميكروپروسسور مغز متفكر سيستم محسوب مي شود. قطعه اي كه علاوه بر پردازش و بازيابي اطلاعات، داده ها را با سرعتي جالب توجه انتقال مي دهد. اتوماسيون صنعتي به بهره گيري از رايانه ها بجاي متصديان انساني براي کنترل دستگاه ها و فرايندهاي صنعتي گفته ميشود. اتوماسيون يک گام فراتر از مکانيزه کردن است. مکانيزه کردن به معني فراهم کردن متصديان انساني با ابزار و دستگاه هايي است که ايشان را براي انجام بهتر کارشان ياري ميرساند. نمايانترين و شناخته شده ترين بخش اتوماسيون صنعتي ربات هاي صنعتي هستند.

   امروزه کاربرد اتوماسيون صنعتي و ابزار دقيق در صنايع و پروسه هاي مختلف صنعتي به وفور به چشم مي خورد . کنترل پروسه و سیستمهای اندازه گیری پیچیده ای که در صنایعی همچون نفت ، گاز ، پتروشیمی ، صنایع شیمیایی ، صنایع غذایی ، صنایع خودرو سازی و غیره بکار می آید نیازمند ابزارالات بسیار دقیق و حساس می باشند . پیشرفتهای تکنیکی اخیر در کنترل فرایند و اندازه گیری پارامترهای مختلف صنعتی از قبیل فشار ، دما ، جریان و غیره باعث افزایش کیفیت محصولات و کاهش هزینه های تولید گردیده است .

     به طور کلی برخي از مزایای اتوماسيون صنعتی از اين قبيل اند:

·         تکرارپذيري فعالیتها و فرایندها

·         افزایش کیفیت محصولات تولیدی

·         افزایش سرعت تولید (کمیت تولید )

·         کنترل کيفيت دقيقتر و سریعتر

·         کاهش پسماندهای تولید (ضايعات)

·         برهمکنش بهتر با سیستمهای بازرگاني

·         افزایش بهره وری واحدهای صنعتی

·         بالا بردن ضریب ایمنی برای نیروی انسانی و کاستن از فشارهای روحی و جسمی

     در حال حاضرارتقاء سطح کیفی محصولات تولیدی در صنایع مختلف و در کنار آن افزایش کمی تولید ، هدف اصلی هر واحد صنعتی می باشد و مدیران صنایع نیز به این مهم واقف بوده و تمام سعی خود را در جهت نیل به این هدف متمرکز نموده اند .

لازمه افزایش کیفیت و کمیت یک محصول ، استفاده از ماشین آلات پیشرفته و اتوماتیک می باشد. ماشین آلاتی که بیشتر مراحل کاری آنها به طور خودکار صورت گرفته و اتکای آن به عوامل انسانی کمتر باشد. چنین ماشین آلاتی جهت کارکرد صحیح خود نیاز به یک بخش فرمان خودکار دارند که معمولا از یک سیستم کنترل قابل برنامه ریزی (به عنوان مثال PLC   یا   مدار منطقی قابل برنامه ریزی) در این بخش استفاده می   گردد. بخش کنترل قابل برنامه ریزی مطابق با الگوریتم کاری ماشین، برنامه ریزی شده و می   تواند متناسب با شرایط لحظه ای به عملگر های دستگاه فرمان داده و در نهایت ماشین را کنترل کند .

همانطور که گفته شد بخش کنترل در هر سیستم صنعتی بایستی متناسب با شرایط لحظه ای به عملگرها فرمان دهد بنابراین در یک ماشین یا بطورکلی در یک فرایند صنعتی بخش اول یک چرخه کنترلی، برداشت اطلاعات از فرآیند می باشد .

جمع آوری اطلاعات در فرایندهای صنعتی با استفاده از سنسورها یا حسگرها صورت می گیرد. این حسگرها به منزله چشم و گوش یک سیستم کنترلی عمل می کنند. امروزه در بسیاری از ماشین آلات صنعتی استفاده از سنسورها امری متداول می باشد تا جاییکه عملکرد خودکار یک ماشین را می توان با تعداد سنسورهای موجود در آن درجه بندی کرد. وجود سنسورهای مختلف در فرایند اتوماسیون به اندازه ای مهم می باشد که بدون سنسور هیچ فرآیند خودکاری شکل نمی گیرد بنابراین سنسورها یکی از اجزای لاینفک سیستمهای اتوماسیون صنعتی می باشند .

در گذشته نه چندان دور بسیاری از تابلوهای فرمان ماشین آلات صنعتی، برای کنترل پروسه های تولید از رله های الکترومکانیکی یا سیستمهای پنوماتیکی استفاده می کردند و اغلب با ترکیب رله های متعدد و اتصال آنها به یکدیگر منطق کنترل ایجاد می گردید. در بیشتر ماشین آلات صنعتی، سیستمهای تاخیری و شمارنده ها نیز استفده می گردید و با اضافه شدن تعدادی Timer   و شمارنده به تابلوهای کنترل حجم و زمان مونتاژ آن افزایش می یافت .

اشکال فوق با در نظر گرفتن استهلاک و هزینه بالای خود و همچنین عدم امکان تغییر در عملکرد سیستم، باعث گردید تا از دهه 80 میلادی به بعد اکثر تابلوهای فرمان با سیستمهای کنترلی قابل برنامه ریزی جدید یعنی PLC   جایگزین گردند. در حال حاضر PLC   یکی از اجزای اصلی و مهم در پروژه های اتوماسیون می باشد که توسط کمپانیهای متعدد و در تنوع زیاد تولید و عرضه می گردد. به طور خلاصه سيستمهاي نوين اتوماسيون و ابزار دقيق مبتنی بر PLC   در مقايسه با کنترل کننده هاي رله اي و کنتاکتوري قدیمی دارای امتیازات زیر است :

·         هزينه نصب و راه اندازي آنها پايين مي باشد.

·         برای نصب و راه اندازی آنها زمان کمتری لازم است

·         اندازه فيزيکي کمي دارند.

·         تعمير و نگه داري آنها بسيار ساده مي باشد.

·         به سادگی قابلیت گسترش دارند

·         قابليت انجام عمليات پيچيده را دارند.

·         ضریب اطمینان بالایی در اجرای فرایندهای کنترلی دارند

·         ساختار مدولار دارند که تعويض بخشهاي مختلف آن را ساده مي کند.

·         اتصالات ورودي - خروجي و سطوح سيگنال استاندارد دارند

·         زبان برنامه نويسي آنها ساده و سطح بالاست

·        در مقابل نويز و اختلالات محیطی حفاظت شده اند

·        تغيير برنامه در هنگام کار آسان است

·        امکان ایجاد شبکه بین چندین PLC به سادگی میسر است

·        امکان کنترل از راه دور (به عنوان مثال از طریق خط تلفن یا سایر شبکه های ارتباطی) قابل حصول است

·        امکان اتصال بسیاری از تجهیزات جانبی استاندارد از قبیل چاپگر ، بارکد خوان و ... به PLC ها وجود دارد

 مونیتورینگ یکی دیگر از مباحث مهم و مرتبط با اتوماسیون صنعتی ، مانیتورینگ می باشد. امروزه مانیتورینگ یکی از نیازهای اساسی بسیاری از صنایع به خصوص صنایع بزرگ می باشد. بسیاری از صنایع بزرگ مانند صنایع پتروشیمی، صنایع تولید انرژی، صنایع شیمیایی و ... بدون استفاده از سیستم مونیتورینگ مناسب قادر به ادامه کار خود نیستند. مونیتورینگ عبارت است از جمع آوری اطلاعات مورد نظر از بخشهای مختلف یک واحد صنعتی و نمایش آنها با فرمت مورد نظر برای رسیدن به اهداف ذیل :

·        نمایش وضعیت لحظه ای هر یک از ماشین آلات و دستگاهها

·        نمایش و ثبت پارمترهای مهم و حیاتی یک سیستم

·        نمایش و ثبت آلارمهای مختلف در زمانهای بروز خطا در سیستم

·        نمایش محل خرابی و زمان وقوع ایراد در هر یک از اجزای سیستم

·        نمایش پروسه های تولید با استفاده از ابزارهای گرافیکی مناسب

·        تغییر و اصلاح Set Point ها حین اجرای پروسه تولید

·        امکان تغییر برخی از فرایندهای کنترلی از طریق برنامه مونیتورینگ

·        ثبت اطلاعات و پارمترهای مورد نظر مدیران از قبیل زمانهای کارکرد، میزان تولید، میزان مواد اولیه مصرفی، میزان انرژی مصرفی و ...

 نتيجه در اين نوشتار آموختيم كه سيستم هاي اتوماسيون صنعتي چگونه در صنعت بسته بندي كاربرد داشته و چگونه در بهبود عملكرد سيستم ها و دستگاه ها موثر است. همچنين انواع آن را مورد بررسي قرار داده و مشاهده كرديم كه فن آوري نانو تا چه اندازه در دنياي امروزي توسعه يافته است    مکاترونیک مكاترونيك تركيبي هم افزايانه از مهندسي مكانيك، الكترونيك، رايانه، سامانه‌هاي كنترل و فناوري اطلاعات در طراحي و ساخت محصولات و فرايندهاي صنعتي است. درحقيقت توسط اين علم مي‌توان سيستمهاي مكانيكي را به صورت هوشمند درآورد. نهايت علم مكاترونيك را مي‌توان در رباتها، دستگاههاي CNC و كليه سيستمهاي اتوماسيون مشاهده كرد. هدف از توليد محصولات صنعتي با كيفيت بهتر، هزينه كمتر و زمان توليد كوتاه‌تر می باشد.

PID controller

A block diagram of a PID controller

A proportional–integral–derivative controller (PID controller) is a generic control loop feedback mechanism (controller) widely used in industrial control systems – a PID is the most commonly used feedback controller. A PID controller calculates an "error" value as the difference between a measured process variable and a desired setpoint. The controller attempts to minimize the error by adjusting the process control inputs.

The PID controller calculation (algorithm) involves three separate constant parameters, and is accordingly sometimes called three-term control: the proportional, the integral and derivative values, denoted P, I, and D. Heuristically, these values can be interpreted in terms of time: P depends on the present error, I on the accumulation of past errors, and D is a prediction of future errors, based on current rate of change.^[1] The weighted sum of these three actions is used to adjust the process via a control element such as the position of a control valve, or the power supplied to a heating element.

In the absence of knowledge of the underlying process, a PID controller has historically been considered to be the best controller.^[2] By tuning the three parameters in the PID controller algorithm, the controller can provide control action designed for specific process requirements. The response of the controller can be described in terms of the responsiveness of the controller to an error, the degree to which the controller overshoots the setpoint and the degree of system oscillation. Note that the use of the PID algorithm for control does not guarantee optimal control of the system or system stability.

Some applications may require using only one or two actions to provide the appropriate system control. This is achieved by setting the other parameters to zero. A PID controller will be called a PI, PD, P or I controller in the absence of the respective control actions. PI controllers are fairly common, since derivative action is sensitive to measurement noise, whereas the absence of an integral term may prevent the system from reaching its target value due to the control action.