مقدمه ای بر اتوماسیون صنعتی و کنترل فرآیند

اتوماسیون صنعتی و کنترل فرآیند، اساس فناوری تولید مدرن، فرآوری شیمیایی، تولید انرژی و بسیاری از بخش‌های صنعتی دیگر را تشکیل می‌دهند. این سیستم‌ها اجزای سخت‌افزاری و نرم‌افزاری را برای نظارت، مدیریت و بهینه‌سازی فرآیندهای صنعتی با حداقل دخالت انسانی ادغام می‌کنند. تکامل از کنترل دستی به سیستم‌های کاملاً خودکار، نشان‌دهنده یک تغییر قابل توجه در عملیات صنعتی است که ناشی از پیشرفت‌ها در کنترل‌کننده‌های منطقی برنامه‌پذیر (PLC)، سیستم‌های کنترل توزیع‌شده (DCS)، سیستم‌های نظارتی کنترل و جمع‌آوری داده‌ها (SCADA) و حسگرهای هوشمند است. این تحول، صنایع را قادر می‌سازد تا به بهره‌وری بالاتر، بهبود کیفیت محصول، افزایش ایمنی و کاهش هزینه‌های عملیاتی دست یابند. همگرایی فناوری عملیاتی (OT) و فناوری اطلاعات (IT) قابلیت‌ها را بیشتر گسترش داده است و امکان تجزیه و تحلیل داده‌ها در زمان واقعی، نگهداری پیش‌بینی‌کننده و استراتژی‌های کنترل تطبیقی را فراهم می‌کند که به صورت پویا به شرایط متغیر فرآیند پاسخ می‌دهند.

فناوری‌های اصلی و معماری سیستم

سیستم‌های اتوماسیون صنعتی به یک معماری لایه‌ای متکی هستند که شامل دستگاه‌های سطح میدان، سیستم‌های کنترل و پلتفرم‌های مدیریت نظارتی می‌شود. در سطح میدان، حسگرها و محرک‌ها مستقیماً با فرآیندهای فیزیکی ارتباط برقرار می‌کنند، متغیرهایی مانند دما، فشار، جریان و سطح را اندازه‌گیری می‌کنند و در عین حال دستورات کنترلی را اجرا می‌کنند. اجزای سطح کنترل شامل PLC و DCS هستند که سیگنال‌های ورودی را از حسگرها پردازش می‌کنند و منطق از پیش برنامه‌ریزی شده را برای حفظ متغیرهای فرآیند در نقاط تنظیم مشخص اجرا می‌کنند. این سیستم‌ها قابلیت‌های کنترل بی‌درنگ و قوی را ارائه می‌دهند که برای فرآیندهای پیوسته و دسته‌ای ضروری هستند. سیستم‌های سطح نظارتی، مانند SCADA و رابط‌های انسان و ماشین (HMI)، به اپراتورها امکان نظارت بر فرآیندها، تنظیم نقاط تنظیم و پاسخ به آلارم‌ها را می‌دهند. سیستم‌های مدرن به طور فزاینده‌ای فناوری‌های اینترنت اشیا صنعتی (IIoT) را ادغام می‌کنند که تبادل داده‌ها بین دستگاه‌ها و سیستم‌های سطح سازمانی را از طریق پروتکل‌های ارتباطی استاندارد مانند OPC UA، PROFINET و Modbus تسهیل می‌کند. این ادغام، عملکردهای پیشرفته‌ای مانند نظارت از راه دور، تجزیه و تحلیل داده‌ها و راه‌حل‌های کنترل مبتنی بر ابر را فعال می‌کند.

سناریوهای کاربردی کلیدی در سراسر صنایع

سیستم‌های اتوماسیون صنعتی و کنترل فرآیند در بخش‌های مختلفی مستقر می‌شوند که هر کدام الزامات و رویکردهای پیاده‌سازی منحصربه‌فردی دارند. در تولید، خطوط تولید خودکار از رباتیک و سیستم‌های کنترل برای انجام وظایفی مانند مونتاژ، جوشکاری و بسته‌بندی با دقت و راندمان بالا استفاده می‌کنند. صنعت نفت و گاز از DCS و سیستم‌های ابزار دقیق ایمنی (SIS) برای مدیریت فرآیندهای پالایش استفاده می‌کند و از عملکرد ایمن در محیط‌های خطرناک در عین بهینه‌سازی مصرف انرژی و توان عملیاتی اطمینان حاصل می‌کند. کارخانه‌های شیمیایی و دارویی از اتوماسیون برای حفظ کنترل دقیق بر پارامترهای واکنش استفاده می‌کنند و از ثبات محصول و انطباق با استانداردهای نظارتی اطمینان حاصل می‌کنند. فرآوری مواد غذایی و نوشیدنی از اتوماسیون برای ردیابی دسته ای، کنترل کیفیت و انطباق با مقررات بهداشت از طریق سیستم‌های تمیز کردن خودکار در محل (CIP) استفاده می‌کند. تأسیسات تصفیه آب، سیستم‌های SCADA را برای نظارت و کنترل فرآیندهای فیلتراسیون، دوز مواد شیمیایی و توزیع پیاده‌سازی می‌کنند و از عملکرد قابل اعتماد و بهینه‌سازی منابع اطمینان حاصل می‌کنند.

استراتژی‌های پیاده‌سازی و بهترین روش‌ها

پیاده‌سازی موفقیت‌آمیز اتوماسیون صنعتی نیازمند برنامه‌ریزی و اجرای دقیق در مراحل متعدد است. این فرآیند با ارزیابی جامع فرآیندهای موجود، شناسایی فرصت‌های اتوماسیون و تعریف اهداف روشن برای بهبود بهره‌وری، کیفیت و ایمنی آغاز می‌شود. انتخاب فناوری باید عواملی مانند الزامات فرآیند، مقیاس‌پذیری، قابلیت‌های ادغام و کل هزینه مالکیت را در نظر بگیرد. به طور فزاینده‌ای، سازمان‌ها در حال اتخاذ استانداردهای و پلتفرم‌های اتوماسیون باز هستند که قابلیت همکاری و توسعه آینده را تسهیل می‌کنند. پیاده‌سازی معمولاً از یک رویکرد ساختاریافته از جمله طراحی سیستم، نصب، راه‌اندازی و اعتبارسنجی پیروی می‌کند. در طول فاز طراحی، مشخصات عملکردی، استراتژی‌های کنترل، الزامات سخت‌افزاری و معماری‌های ارتباطی را مستند می‌کند. نصب و راه‌اندازی شامل راه‌اندازی فیزیکی، پیکربندی و آزمایش‌های دقیق برای اطمینان از عملکرد صحیح در شرایط واقعی است. بهترین روش‌ها شامل اجرای اقدامات امنیت سایبری از همان ابتدا، ارائه آموزش‌های جامع برای اپراتورها و پرسنل تعمیر و نگهداری و ایجاد رویه‌هایی برای نگهداری و بهینه‌سازی مداوم سیستم است.

روندهای نوظهور و تحولات آینده

اتوماسیون صنعتی همچنان در حال تکامل است و چندین روند کلیدی جهت‌گیری آینده آن را شکل می‌دهد. ادغام هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشینی (ML) امکان تجزیه و تحلیل پیش‌بینی‌کننده، تشخیص ناهنجاری و استراتژی‌های کنترل تطبیقی را فراهم می‌کند که فرآیندها را در زمان واقعی بهینه می‌کنند. فناوری دوقلوی دیجیتال، نسخه‌های مجازی از سیستم‌های فیزیکی ایجاد می‌کند و امکان شبیه‌سازی، آزمایش و بهینه‌سازی را بدون ایجاد اختلال در عملیات واقعی فراهم می‌کند. اینترنت اشیا صنعتی و محاسبات لبه‌ای، هوش توزیع‌شده را فعال می‌کنند و پردازش داده‌ها در نزدیکی منبع برای زمان پاسخ سریع‌تر و کاهش تأخیر انجام می‌شود. اتخاذ فناوری 5G از اتصال بی‌سیم برای تجهیزات سیار و برنامه‌های نظارت از راه دور پشتیبانی می‌کند، در حالی که رباتیک پیشرفته که بینایی هوش مصنوعی و قابلیت‌های حس لامسه را ادغام می‌کند، وظایف فزاینده‌ای پیچیده را با استقلال بیشتر انجام می‌دهد. شیوه‌های تولید پایدار از طریق اتوماسیون که مصرف انرژی را بهینه می‌کند، ضایعات را کاهش می‌دهد و از اصول اقتصاد چرخشی پشتیبانی می‌کند، در حال بهبود هستند. این تحولات به طور جمعی به سمت عملیات صنعتی انعطاف‌پذیرتر، کارآمدتر و انعطاف‌پذیرتر اشاره دارند که قادر به انطباق با تغییر تقاضای بازار و محدودیت‌های منابع هستند.

چالش‌ها و ملاحظات پیاده‌سازی

علیرغم مزایای واضح، پیاده‌سازی اتوماسیون صنعتی چالش‌های متعددی را به همراه دارد که سازمان‌ها باید به آن‌ها رسیدگی کنند. ادغام سیستم‌های قدیمی اغلب به رابط‌ها و میان‌افزارهای سفارشی برای اتصال تجهیزات قدیمی‌تر با پلتفرم‌های اتوماسیون مدرن نیاز دارد. خطرات امنیت سایبری با اتصال بیشتر سیستم‌ها افزایش می‌یابد و اقدامات امنیتی قوی از جمله تقسیم‌بندی شبکه، کنترل دسترسی و ارزیابی‌های منظم آسیب‌پذیری را ضروری می‌سازد. کمبود پرسنل ماهر با تخصص در فناوری عملیاتی و فناوری اطلاعات همچنان یک مانع مهم است و نیاز به برنامه‌های آموزشی جامع و ابتکارات انتقال دانش را برجسته می‌کند. سازمان‌ها همچنین باید تعادل بین اتوماسیون و نظارت انسانی را با دقت در نظر بگیرند و وظایفی را که برای هر کدام مناسب‌تر است برای به حداکثر رساندن اثربخشی کلی سیستم شناسایی کنند. یک رویکرد پیاده‌سازی فازبندی شده، که با پروژه‌های آزمایشی که ارزش را قبل از گسترش به استقرار گسترده‌تر نشان می‌دهند، آغاز می‌شود، به مدیریت ریسک و ایجاد پشتیبانی سازمانی برای ابتکارات اتوماسیون کمک می‌کند.

-Endress+Hauser

-ALLEN BRADLEY 

-YOKOGAWA 

-MTL

-P+F

-محصولات بیشتر