بررسی هرم اتوماسیون صنعتی
هرم اتوماسیون صنعتی
در صنایع پیشرفته امروزی، اتوماسیون صنعتی و خودکارسازی تولید، امری اجتناب‌ناپذیر است و غفلت هر صنعتی در این امر باعث می‌شود قدرت رقابت با دیگران را از دست بدهد، در دنیای پررقابت امروز سرعت عمل در تولید، امکان تغییرات سریع در خط تولید، تغییرات سریع نرخ تولید متناسب با نیاز بازار، لازمه موفقیت و بقای هر صنعتی است و این جز در سایه اتوماسیون صنعتی به‌روز و پیشرفته محقق نمی‌شود. در این مقاله قصد داریم شما را با لایه‌های مختلف هرم اتوماسیون صنعتی آشنا کنیم، با ما همراه باشید.
هرم اتوماسیون صنعتی چیست ؟
هرم اتوماسیون صنعتی لایه‌های اتوماسیون را در یک کارخانه معمولی نشان می‌دهد. هرم اتوماسیون یک نمایش تصویری از لایه‌های اتوماسیون در یک کارخانه معمولی است که شامل پنج لایه از دستگاه‌ها و فناوری یکپارچه می‌شود. گاهی اوقات به این لایه‌ها نام‌های مختلفی داده می‌شود، این یک راه عالی برای درک کل پیچیدگی در یک کارخانه است.
طبقه‌بندی توصیف‌شده در مورد تعداد سطوح به چند صورت است. اگر در جستجوی اینترنتی تصاویری از اهرام اتوماسیون صنعتی را مشاهده کردید، حداقل دارای سطوح چهار، پنج و شش هستند. با توجه به هر سازمان، سطوح نشان داده‌شده در شکل را می‌توان به دلیل وجود هر یک از آن‌ها یا با ادغام دو در یک کاهش داد. در اینجا برخی از ویژگی‌های هر سطح آورده شده است:
بررسی سطح فیلد در اتوماسیون صنعتی
بیایید از پایین، در هرم اتوماسیون صنعتی در طبقه تولید شروع کنیم. این لایه از طیف گسترده‌ای از دستگاه‌ها و فناوری‌های حسگر تشکیل‌شده است، ازجمله:
ابزارهای اندازه‌گیری مانند دبی متر، سوئیچ‌های سطح، سوئیچ‌های مجاورتی و غیره. به‌طور خلاصه، هر چیزی که با اندازه‌گیری متغیرها در کف تولید سرکار دارد.
اکچیویتور یا محرک‌هایی مانند شیرآلات ، پمپ‌ها و سایر ابزارهایی که متغیرهایی مانند جریان، گرما و فشار را در پارامترهای مجاز نگه می‌دارند.
پروتکل‌های ارتباطی، که به لایه فیلد Field اجازه می‌دهد تا با لایه بعدی یعنی لایه کنترل Control ارتباط برقرار کند.
این دستگاه‌ها بخشی از یک تیم تولیدی یا صنعتی هستند. آن‌ها کنترل (PLC) سطح 2 را در مورد وضعیت یک دستگاه با توجه به وضعیت آن (دما، موقعیت / فاصله، باز / بسته و غیره) مطلع می‌کنند. آن‌ها همچنین با دریافت سفارش از PLC اقدام می‌کنند. سرعت انتقال داده‌ها برحسب میلی‌ثانیه است. اگر کنترل فرآیند (PLC-Level-2) به آن نیاز داشته باشد، فرکانس انتقال داده می‌تواند برحسب میلی‌ثانیه باشد. برخی از دستگاه‌ها ممکن است اطلاعات را ذخیره کنند، حتی اگر عملکرد اصلی آن‌ها نباشد.
بررسی سطح کنترل در اتوماسیون صنعتی
لایه کنترل یا PLC مغزی است که در پشت فرآیندهای فروشگاه شما قرار دارد. PCL programmable logic controller مخفف «کنترل‌کننده منطقی قابل‌برنامه‌ریزی» است، اما زمانی که فرآیندهای درگیر بسیار پیچیده هستند، PLC ممکن است به‌اندازه کافی هوشمندانه نباشد. در این صورت، PLC ها با یک «سیستم کنترل توزیع‌شده» (DCS) جایگزین می‌شوند.
دستگاه‌های موجود در سطح کنترل ورودی را از دستگاه‌های موجود در سطح Field دریافت می‌کنند و از آن ورودی برای ایجاد خروجی استفاده می‌کنند که فرآیند تولید را کنترل می‌کند. به‌عنوان‌مثال، بسیاری از فرآیندهای تولید نیاز به کنترل دقیق دما دارند. یک PID (مشتق گیر، تناسب، انتگرال گیر)، که معمولا در PLC ادغام می‌شود، از ورودی حسگرهای سطح میدان برای نظارت بر گرما در اطراف یک نقطه تنظیم استفاده می‌کند تا دمای ثابتی را در طول فرآیند تولید حفظ کند. در حقیقت این کنترلر با کمک این سه تابع یعنی تناسب، انتگرال‌گیر و مشتق‌گیر، کاری می‌کند که یک متغیر – مثلا دما- در محدوده مشخصی از پارامترهای از پیش تعیین‌شده باقی بماند.
سطح کنترل 1
این دستگاه‌ها یک گروه تولیدی یا صنعتی را کنترل می‌کنند. وظیفه اصلی، کنترل و اداره آن است. آن‌ها اطلاعاتی را از سطح 1 هرم اتوماسیون صنعتی، دریافت می‌کنند، وضعیت گروه تولیدی یا صنعتی را کنترل می‌کنند و سفارش‌ها را ارسال می‌کنند تا عناصر گروه تولیدی یا صنعتی وظایف خود را انجام دهند. سرعت انتقال اطلاعات می‌تواند برحسب میلی‌ثانیه باشد. سطح 2 اطلاعات را به سطح 1 و 3 انتقال می‌دهد. فرکانس ارسال به سطح 1 بسته به نیاز به اجرای فرآیند می‌تواند از چند میلی‌ثانیه تا ثانیه یا دقیقه باشد.
سطح کنترل 2
از سطح 2 هرم اتوماسیون صنعتی تا سطح 3 فرکانس انتقال نیز می‌تواند بالا باشد. بسته به نیاز، از چند میلی‌ثانیه، تا ثانیه یا دقیقه. اگر می‌خواهید عملکرد یک فرآیند را بدانید، می‌توانید هرچند ثانیه یک‌بار متغیرهای خروجی PLC را به دست آورید. این متغیرها به سطح 3 منتقل می‌شوند.
با توجه به متغیرهایی که می‌خواهید در فرکانس چند ثانیه ذکرشده ثبت کنید، تجزیه‌وتحلیل ظرفیت‌های ذخیره‌سازی موردنیاز است. در اینجا پایگاه‌های داده SQL یا NoSQL وارد بازی می‌شوند، بسته به ماهیت اطلاعات و مقدار داده‌ای که باید ذخیره شود و صحبت در مورد کلان داده‌ها آغاز می‌شود. PLC هایی که اطلاعات متغیرها را در فرکانس‌های بالا (ثانیه) ارسال می‌کنند، آن‌قدر اطلاعات تولید می‌کنند که آن را به‌عنوان داده‌های بزرگ فهرست بندی می‌کنند.
سیستم‌های کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده‌ها
لایه بعدی هرم اتوماسیون صنعتی جایی است که سیستم‌های کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده (SCADA) و همچنین رابط‌های انسان و ماشین (HMI) را پیدا می‌کنید. در این لایه، داده‌های فرآیند از طریق رابط‌های کاربری نظارت می‌شوند و در پایگاه‌های داده ذخیره می‌شوند SCADA معمولا برای کنترل چندین ماشین در فرآیندهای پیچیده، ازجمله فرآیندهایی که چندین سایت را شامل می‌شود، استفاده می‌شود.
تفاوت واقعی بین سطح SCADA و سطح کنترل چیست؟
هر دو سطح ورودی را از طبقه فروشگاه دریافت می‌کنند و خروجی‌ها را برای کنترل فرآیندها برمی‌گرداند. یک تفاوت این است که SCADA اغلب برای پالایش یا تنظیم مجدد مقادیر در سطح کنترل استفاده می‌شود. به‌عنوان‌مثال، اگر فرآیند تولید شما معمولا ویجت ها را با دمای 400 درجه گرم می‌کند، می‌توان از SCADA برای تغییر این مقدار، شاید به 500 درجه، استفاده کرد.
یک SCADA می‌تواند در زمان واقعی سطح 2 یک یا چند PLC را به‌طور هم‌زمان نظارت کند. از یک SCADA می‌توانید سفارش‌ها را به یک یا چند PLC ارسال کنید و آن‌ها را باهم هماهنگ کنید. PLC ها، سطح 2، به‌نوبه خود بر سیستم‌های تحت کنترل خود حکومت خواهند کرد.
محیط SCADA ظرفیت‌های ذخیره‌سازی مهمی را از طریق پایگاه‌های داده SQL یا NoSQL، علاوه بر نرم‌افزارهای مختلف برای برنامه‌های کاربردی مورداستفاده در دنیای صنعت و تا MES، امکان‌پذیر می‌کند، اگرچه در هرم در سطح 4 نشان داده‌شده است.
سطح برنامه‌ریزی شامل MES و MOM
همان‌طور که با حروف اول آن مشخص است، اصطلاح (MES)(Manufacturing Execution System) مربوط به عملیات انجام‌شده در کارخانه‌های صنعتی است. این شامل اطلاعات عملیات تولیدی، تدارکات، تعمیر و نگهداری، کیفیت و ایمنی است. همچنین می‌تواند اطلاعاتی در مورد محصولات و فرآیندها نشان دهد.
درنهایت به سطح برنامه‌ریزی هرم اتوماسیون صنعتی می‌رسیم. این سطح حاوی سیستم اجرای مدیریت (MES) است. کل فرآیند تولید شما را از مواد اولیه گرفته تا کالاهای نهایی نظارت می‌کند. این به مدیران امکان دید 360 درجه را در زمان واقعی و همچنین ابزارهای بسیار پیشرفته برای ردیابی معیارهای مهم طبقه فروشگاه، مانند استفاده و عملکرد نیروی کار و تجهیزات را فراهم می‌کند که می‌تواند برای بهینه‌سازی کارایی تولید و کاهش یا حذف ضایعات استفاده شود.
بررسی سطح سرپرستی در اتوماسیون صنعتی، لایه تصمیم‌گیری مدیریت
لایه بالایی هرم اتوماسیون صنعتی ، مدیریت، پیرامون ERP شرکت شما ساخته‌شده است، ERP مخفف عبارت enterprise resource planning به معنای برنامه‌ریزی منابع سازمان است که اطلاعات تصمیم‌گیرندگان شرکت را از هر سطح از هرم اتوماسیون می‌دهد. درحالی‌که MOM/MES یک کارخانه واحد را نظارت و کنترل می‌کند، ERP نظارت، گزارش و کنترل را برای کل شرکت‌ها فراهم می‌کند.
اطلاعات موجود در ERP معمولا ثابت‌تر از سطوح پایین‌تر است. به‌طورکلی، به‌روزرسانی اطلاعات با فرکانس کمتری ارائه می‌شود و آن را با سطوح 1، 2، 3 و 4 مقایسه می‌کند. این سطح شامل اطلاعات مشتریان، تامین کنندگان، پیشنهاد‌ها، قراردادها، دارایی‌ها، ادغام اطلاعات چندین کارخانه تولیدی، حسابداری، هزینه‌ها است، مدیریت پروژه و غیره
سطح 5، هرم اتوماسیون صنعتی ERP، و سطح 4، MES، به‌عنوان یک سیستم واحد در برخی از سازمان‌ها در نظر گرفته‌شده است. این به این دلیل است که دفعات به‌روزرسانی اطلاعات مورداستفاده مشابه است، یا اینکه دارای سیستم MES متمایز نیست. در این مورد، برخی از ماژول‌های ERP به‌عنوان MES عمل می‌کنند.
