تجهیزات اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق بخش دوم

اتوماسیون یک گام فراتر از مکانیزاسیون است. در مکانیزاسیون مجموعه‌ای از تجهیزات مکانیکی وجود دارد که برای انجام فعالیت موردنظر، نیاز به کمک انسان خواهند داشت. اما از سوی دیگر پس از انقلاب صنعتی، اتوماسیون نقش انسان را در انجام فرآیند حذف کرده و آن را با برنامه‌ریزی‌های منطقی و دستگاه‌‌های هوشمند جایگزین کرده است. در اتوماسیون صنعتی، کامپیوتر و ماشین به جای انسان تفکر و تصمیم‌گیری خواهند کرد. اتوماسیون صنعتی یا روباتیزه کردن (Industrial Automation)  به معنی استفاده از ابزارهای کنترلی (مثلاً کامپیوتر) به جای انسان است که به منظور هدایت و کنترل ماشین آلات صنعتی و پروسه‌های تولید به­کار گرفته می­شود. بدون اغراق می­توان گفت ابزار دقیق قلب تپندۀ هر پروسه ­ی صنعتی است. ابزار دقیق به زبان ساده، تمام آن چیزی است که به “اندازه گیری و کنترل” ارتباط پیدا می­کند. در هر پروسه صنعتی بایستی تعدادی از پارامترها به­طور مداوم “مانیتور و کنترل” شوند که این کار فقط به کمک علم ابزار دقیق قابل انجام می­باشد و به بهینه­سازی تولید کمک بزرگی می­کند.

برای آشنایی بیشتر با تجهیزات اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق در ادامه به معرفی چند مورد از اساسی­ترین قطعات در پروسه ­ی اتوماسیون صنعتی می­پردازیم و به نقش مهم آنها اشاره خواهیم داشت.

• انکودر

انکودر نام یک قطعه یا یک نوع سنسور حرکت است که به محور چرخ‌دنده یا موتور وصل می­شود و می­تواند میزان چرخش را اندازه­گیری کند. با اندازه­گیری میزان چرخش می­توان جابه­جایی، سرعت، شتاب، یا زاویه چرخشی را تعیین کرد. معمولا انکودرها از نوع نوری می­باشند و یک فرستنده و یک گیرنده مادون قرمز در دو سمت یک جسم مکانیکی چرخنده (دیسک شیاردار) قرار می­گیرند و پالس­های الکتریکی تولید می­کنند. اگر حرکتی که انکودر سنس می­کند از نوع دورانی باشد به آن «انکودر زاویه» یا «دوار» می­گوییم و اگر حرکتی که سنس می­کند از نوع خطی باشد به آن «انکودر خطی» می­گوییم.

علت اصلی به کاربردن انکودر در صنایع مختلف، گرفتن فیدبک (feedback) از محیط است و با استفاده از آن می­توان یک سیستم حلقه بسته (close loop) ایجاد کرد. ترجمه­ی فارسی انکودر، رمزگذار است. علت این نام­گذاری این است که انکودر حرکت را رمزگذاری می­کند و آن را به صورت کدهای دیجیتال درمی­آورد. بعد از آن با اتصال انکودر به یک دستگاه رمزخوان مانند PLC، مقدار حرکت ثبت شده توسط انکودر قابل خواندن می­شود. در ادامه بهتر است با انواع انکودرها براساس عملکردشان بیشتر آشنا ­شویم:

• انکودر افزایشی:

در این نوع انکودرها از دو فرستنده و گیرنده مادون قرمز در دو طرف چرخ شیاردار با فاصله­ی مشخص استفاده می­شود، بنابراین با چرخش چرخ ما دو پالس خروجی داریم که با یکدیگر اختلاف فاز دارند و براساس آن می­توان جهت چرخش را نیز مشخص نمود. به طور مثال اگر از این انکودر در رباتی استفاده شده باشد و لحظه­ای برق قطع شود، پس از اتصال دوباره برق ربات باید از نقطه صفر دوباره شروع به کار کند.

• انکودر مطلق:

در انکودرهای مطلق از یک صفحه شفاف استفاده می­شود که بخش­­های خاصی از آن سیاه شده­اند و از چندین فرستنده_گیرنده (به طور مثال 8 جفت) استفاده می­شود. در هر لحظه تعدادی از این گیرنده­ها صفر و برخی یک را نشان می­دهد، بدین ترتیب یک عدد باینری می­دهد که زاویه بین صفر تا 360 درجه را می­توان محاسبه کرد. پس این نوع انکودر علاوه بر میزان جابجایی، موقعیت را نیز به شما می­دهد. به طور مثال اگر از این انکودر در رباتی استفاده شده باشد و لحظه ای برق قطع شود، پس از اتصال دوباره برق، نیازی نیست که ربات شما از نقطه صفر دوباره شروع به کار کند.

برای خرید انکودر بهتر است به نام شرکت سازنده­ی آنها توجه بیشتری کنیم. شرکت­هایی همچون زیمنس (siemens)، بالوف (balluff)، abb و ifm جزو برندهای معتبر و شناخته شده در تولید این محصول هستند و حتما برای خرید یک انکودر، بهتر است در ابتدا سراغ آن­ها برویم. زیمنس و بالوف جزو شرکت­های معروف آلمانی در زمینه راهکارها و فرآیندهای مهندسی در اروپا هستند.

• پی ال سی (PLC)

PLC   مخفف Programmable Logic Controller است که به معنای کنترلر منطقی قابل برنامه­ریزی می‌باشد و به عنوان یک کامپیوتر صنعتی و بخش اصلی تجهیزات اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق ، شناخته می‌شود. با توجه به ساخت مستحکم، قابلیت‌های استثنایی مانند کنترلر‌های PID، کنترل متوالی، تایمر‌ها و شمارنده ­ها، سهولت برنامه­ نویسی، قابلیت کنترل قابل اعتماد و سهولت استفاده از سخت افزار، PLC  چیزی بیش از یک کامپیوتر دیجیتال صنعتی است.

PLC به جای پنل‌های کنترل سنتی که عملیات­شان وابسته به رله‌های منطقی الکترومغناطیسی بود و براساس تایمر‌های سیستم‌های کنترل صنعتی بودند، ساخته شده است. PLC قادر به نظارت مداوم ورودی‌ها از سنسور‌ها می­باشد و درمورد خروجی‌ها تصمیم می‌گیرد. هر سیستم PLC برای کار کردن حداقل به سه ماژول زیر نیاز دارد:

• ماژول پردازنده
• ماژول منبع تغذیه
• یک یا چند ماژول ورودی/خروجی

بهترین برند برای خرید plc برند شرکت زیمنس می­باشد که در این زمینه بسیار معتبر است. از جمله دلایل برتری زیمنس می­توان به تعداد مناسب پورت­های ورودی و خروجی آنالوگ و دیجیتال، قیمت بسیار مناسب به نسبت کارایی، پشتیبانی نرم­افزاری خوب نمایندگی شرکت زیمنس و کارکرد بسیار ساده و برقراری ارتباط با پروتکل­های مختلف شبکه اشاره کرد. هم­چنین سایر برندهای شناخته شده در این زمینه، بالوف (balluff)، abb و ifm هستند.

• پاور

پاور یا منبع تغذیه، دستگاهی برای تأمین انرژی الکتریکی برای یک یا چند مصرف­ کننده در سیستم تجهیزات اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق است. این عبارت به­صورت معمول در رابطه با دستگاه‌هایی که حالتی از انرژی الکتریکی را به حالتی دیگر تبدیل می‌کند به‌کار می‌رود، اگرچه این ممکن است به دستگاه‌هایی که شکل دیگری از انرژی (مکانیکی، شیمیایی، خورشیدی) را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کنند نیز اشاره داشته باشد. معمولا ویژگی‌های مشخصه­ی منبع تغذیه عبارتند از:

• مقدار ولتاژ و جریانی که می‌تواند برای بار خود تامین کند.
• چگونه ولتاژ خروجی و یا جریان آن زیر خط‌های مختلف و شرایط بار، پایدار است.
• مدت زمانی که می‌تواند انرژی را بدون سوخت­گیری و یا شارژ تامین کند. (اشاره به منابع تغذیه که منابع انرژی قابل حمل را استفاده می‌کنند.)

پاور، ابزار بسیار کاربردی جهت تامین ولتاژ تغذیه موردنیاز در قطعات الکتریکی و کنترلی است. منابع تغذیه لوگو ساخت کمپانی زیمنس آلمان، جهت راه­اندازی قطعات کنترلی بسیار مفید و کارا خواهد بود. تولید این منابع تغذیه در رنج جریانی مناسب با در نظر گرفتن نیاز بازار، ایجاد ولتاژ ایزوله در خروجی، ابعاد کوچک و قیمت بسیار مناسب، این مجموعه از پاورها را به یکی از پرکاربردترین منابع تغذیه تبدیل کرده است. کمپانی بالوف، ifm و abb نیز در این زمینه بسیار معتبر هستند.

• میکروسوئیچ

میکروسوئیچ یکی از قطعه ­های پرکاربرد است که در بسیاری از تجهیزات اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق مورد استفاده قرار می­گیرد. میکروسوئیچ در حقیقت یک کلید قطع و وصل ساده است و برای قطع و وصل کردن جریان برق در مدارهای الکترونیکی به کار می‏رود.

فرق میکروسوئیچ با کلیدهای قطع و وصل عادی این است که شاسی میکروسوئیچ به صورت فنری می‏باشد، یعنی تا زمانی که روی آن فشار اعمال می‏شود، جریان برق را قطع یا وصل نگه می‏دارد و در لحظه رها شدن شاسی، وضعیت به حالت اولیه خود برخواهد گشت. میکروسوئیچ‏­ها معمولاً دارای سه عدد پایه می‏­باشند. یکی از پایه‏­های میکروسوئیچ معمولاً با COM مشخص می­‏شود که پایه ورودی آن است. یکی از پایه­­های آن با علامت (normaly close) NC و پایه دیگر با علامت (normaly open) NP مشخص می‌شود.

در حالت عادی و پیش از فشردن شاسی میکروسوئیچ، پایه COM به پایه NC متصل، و از پایه NO جدا می­شود. با فشردن شاسی میکروسوئیچ، پایه COM از پایه NC جدا شده و به پایه NO متصل می‌شود.

میکروسوئیچ‏­ها در رباتیک و هم­چنین ساخت پروژه‏­های دانش‏­آموزی، وسیله بسیار پرکاربردی هستند. برخی از کاربردهای میکروسوئیچ شامل روبات‏­های تشخیص مانع، تشخیص رسیدن بازوی دستگاه به انتهای دامنه حرکتی، شیشه بالابر خودروها، دزدگیر خودروها و… می‏­باشد. میکروسوئیچ‏ها با توجه به ولتاژ و جریانی که می‏­تواند از خود عبور دهند، تقسیم­‏بندی می‏­شوند و در انواع و شکل‏­های گوناگونی به فروش می‏­رسند. برای خرید آن­ها برندهایی همچون زیمنس (siemens)، بالوف (balluff)، abb و ifm بسیار معتبر هستند.

• سوکت

سوکت‌ها ابزاری هستند که امکان برقراری جریان برق بین منبع اصلی و وسایل الکتریکی را در تجهیزات اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق فراهم می‌کنند. در واقع اتصالی با ولتاژ و جریان زیادتری نسبت به پریزهای خانگی معمولی و دوشاخه ‎ها به وجود می ‎آورند، از این رو به آن‌ها کانکتور نیز گفته می‌شود. از انواع مختلف سوکت‌ صنعتی می‌توان به نوع سه فاز، نری و مادگی، شبکه و جنگی اشاره کرد که برای ساخت هر کدام باید استانداردهایی را در نظر گرفت. سوکت های‌ صنعتی برق به دلیل امنیت بالا و بی‌خطر بودن، مورد توجه بسیاری از صنعت‌گران در کشورهای مختلف قرار دارند.

در میان برندهای زیمنس (siemens)، بالوف (balluff)، abb و ifm باتوجه به نوع و کاربرد آنها می­توان درباره­ی یک سوکت خوب جستجو کرد و به جنس مرغوبی دست یافت.

• درایو

درایو الکتریکی را اولین­بار بی اس لاکوبی (B.S.Iakobi)  در سال ۱۸۳۸ در روسیه اختراع کرد. او یک موتور DC را که از یک باتری تغذیه می‌شد و قایقی را هل می‌داد، آزمایش کرد. هرچند کاربرد درایو الکتریکی در صنعت در سال‌های بعد، حدود سال ۱۸۷۰، رخ داد، امروزه درایو‌های الکتریکی تقریباً در همه­ جا دیده می‌شوند.

درایو الکتریکی را می‌توان به عنوان سیستمی تعریف کرد که برای کنترل حرکت یک ماشین الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این درایو، از یک محرک اولیه مانند موتور بنزینی، دیزلی، توربین بخار یا گاز، یا موتور‌های الکتریکی و هیدرولیکی مانند یک منبع انرژی استفاده می‌کند. محرک‌های اولیه، انرژی مکانیکی موردنیاز درایو برای کنترل حرکت را تأمین می‌کنند.

می‌توان گفت که درایو الکتریکی متشکل از یک موتور درایور الکتریکی و یک سیستم کنترل پیچیده برای کنترل چرخش شفت موتور است. امروزه کنترل سیستم درایو به سادگی با استفاده از نرم‌افزار‌های مختلف انجام می‌شود، بنابراین کنترل به صورت دقیق‌تر انجام خواهد گرفت.

درمیان برندهای شناخته شده درایو زیمنس از قابلیت­های خوبی برخوردار است. این درایو دور موتور را به­طور پیوسته ( از صفر تا چندین برابر) تغییر می­دهد، به عبارتی دیگر کنترل­کننده زیمنس برای تنظیم دور الکتروموتورها DC AC مورد استفاده قرار می­گیرد.  ساختار درایوهای زیمنس به گونه­ای می­باشد که در آنها از مدارات الکترونیک قدرتمند استاتیک استفاده شده است و هیچ قطعه متحرکی وجود ندارد. درایوهای ABB به‌صورت درایوهای دیواری، ماژولار و مولتی درایو ساخته ‌شده‌اند که رنج وسیعی از توان را پوشش می‌دهند. این درایوها دارای تکنولوژی کنترل گشتاور یا DTC  بوده و با توجه به طراحی حرفه‌ای، سازگار با تمامی شبکه‌های صنعتی هستند. شرکت ABB  با داشتن تجربه ۱۲۰ ساله، تلاش می‌کند تا با بروز نگه‌داشتن محصولات خود بتواند از رقبای دیگر پیشی گیرد. درایوهای برند بالوف و ifm از دیگر برندهای شناخته شده در ساخت درایو هستند.

در انتها می­توان گفت تجهیزات اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق به صنایع کمک می­کنند تا در طولانی­مدت با جایگزینی ماشین­ آلات اتوماتیک به­جای نیروی انسانی صرفه­جویی زیادی در کاهش هزینه­های تولید انجام دهند. تجهیزات اتوماسیون صنعتی، نه تنها بهره­وری را افزایش می­دهند، بلکه منجر به بازده عالی سرمایه­گذاری با صرفه­جویی در حقوق، هزینه­های نیروی کار، بازنشستگی و هزینه­های کارمندان نیز می‌شوند.