سیستم کنترل صنعتی چیست؟

سیستم کنترل صنعتی (ICS) که مخفف کلمه‌ی Industrial Control System، یک اصطلاح جمعی است که برای توصیف انواع مختلف سیستم‌های کنترل و ابزار دقیق مربوطه استفاده می‌شود، که شامل دستگاه‌ها، سیستم‌ها، شبکه‌ها و کنترلر‌ها است. این سیستم های کنترل صنعتی الکترونیکی برای کارکرد و یا خودکارسازی فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شوند.

 هر  ICS  بسته به صنعت مورد استفاده ، متفاوت عمل می‌کند و برای انجام کارها به صورت الکترونیکی طراحی شده است. تقریباً در هر بخش صنعتی و زیرساخت های حیاتی مانند تولید، حمل و نقل، تصفیه برق و آب، دستگاه ها و پروتکل‌های  ICS  در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

سیستم‌های کنترل صنعتی، بسته به عملکرد و پیچیدگی عمل کنترل، به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. لیستی از رایج ترین سیستم‌های کنترل، که مورد استفاده هستند شامل:

• کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی (PLC)
• سیستم های کنترل توزیع شده (DCS)
• کنترل نظارتی و جمع‌آوری داده‌ها (SCADA)
• واحدهای پایانه راه دور (RTUs)
• سیستم‌های اتوماسیون و کنترل صنعتی (IACS)
• کنترل‌کننده‌های اتوماسیون قابل برنامه‌ریزی (PAC)
• دستگاه های الکترونیکی هوشمند (IED)

کامپیوترهای صنعتی IPC

با توجه به پیشرفت کامپیوترهای صنعتی(Industrial PC)  در سال‌های اخیر، تمایل به استفاده از کامپیوتر در صنایعی که امکان آن را دارند بسیار بالا رفته است. این کامپیوترها در سیستم اتوماسیون صنعتی واحدهای صنعتی، نقش مهمی را ایفا می‌کنند.

بازار کامپیوترهای شخصی(PC)  و صنعتی(IPC)  از سال 2009 مانند سایر بازارهای تجهیزات اتوماسیون و کنترل کننده‌های صنعتی دچار عدم ثبات شده است. در چنین موقعیتی ارائه‌ی نگرش نو و محصولات متمایز نسبت به رقبا اهمیت بسیاری دارد. شرکت‌های تامین کننده برای پیشی گرفتن از رقبا باید به دنبال نوآوری‌های جدید برای اضافه کردن به IPCها باشند، زیرا با توجه به بهبود پیوسته‌ی توان محاسباتی اما عدم کفایت استفاده از پردازنده‌های جدیدتر به دلیل اینکه هر شرکتی امکان تولید IPC با پردازنده‌ی با سرعت بالا را دارد، کافی نیست.

غالبا نواوری‌های جدید در بازار رقابت صنعتی در راستای بازار مصرف است. در سال‌های اخیر تغییرات مشخصی را در فرآیند پردازش و محاسبات شاهد بوده‌ایم. تغییرات PCهای رومیزی (شامل کیس‌های ایستاده و خوابیده، نمایشگر، صفحه کلید و ماوس) در دو دهه اخیر بسیار ناچیز بوده است.

PCهای رومیزی امروزه منسوخ به نظر میرسند زیرا در حال حاضر بیشتر تمرکز روی لپ تاپ ها و گوشی‌های هوشمند که دارای راحتی تحرک و راهکار های محاسباتی ساده هستند می‌باشد در سال های پیش رو IPC‌ها متاثر از دستگاه‌های مصرف کننده(از نظر سخت افزار) و نوع ارتباط و تعامل با اپراتورها خواهند بود. همچنین استفاده از فناوری‌های پوشیدنی و دستگاه‌های سیار و قابل و حمل در کاربرد‌های صنعتی بیشتر می‌شود.

 برای مدل‌سازی و طراحی IPCها بر اساس دستگاه‌های مصرف کننده تنها توجه به بدنه و صفحه کافی نیست اما در حال حاضر فعالیت‌هایی در زمینه طراحی بدنه و صفحه با سطوح سیاه و سفید و با لبه های منحنی انجام شده است.

PLC چیست؟

یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC)، یک سیستم کنترل کامپیوتری صنعتی است که مخفف Programmable Logic Controller می‌باشد، که به طور مداوم وضعیت دستگاه های ورودی را نظارت می‌کند و بر اساس یک برنامه از قبل نوشته شده برای کنترل وضعیت دستگاه‌های خروجی تصمیم می‌گیرد. تقریباً عملکرد هر خط تولید، ماشین یا فرآیند را می‌توان با استفاده از این نوع سیستم کنترل تا حد زیادی بهبود بخشید.

اجزای اصلیPLC

بخش های PLC شامل 5 قسمت می‌باشد:

منبع تغذیه

منبع تغذیه  PLCبه عنوان یک تجهیز الکترونیکی می‌باشد که وظیفه‌ی تغذیه سیستم ، کم کردن نوسانات و هم چنین کاهش نویز دریافتی را بر عهده دارد.

CPU

CPU مخفف Central Processing Unit به معنی واحد پردازنده ی مرکزی است که پس از تحلیل داده های دریافتی و دستورات برنامه نویسی شده، خروجی های سیستم را کنترل  می‌کند که با پردازش‌های پی‌در‌پی  برنامه، از بروز خطا جلوگیری میکند.

واحد ورودی و واحد خروجی

یکی از وظایف اصلی این دو مورد ارتباط با محیط است. که میتوان گفت واحد ورودی داده‌های سنسورها و سوییچ ها را دریافت می‌کند و به سی پی یو می‌فرستد و واحد خروجی سیگنال‌های نهایی فرمان را از این واحد به سایر تجهیزات ارسال کرده و میتوان گفت فرایند کنترل را انجام میدهد.

حافظه ها

کلیه اطلاعاتی که از واحد ورودی دریافت میشود و دستورات برنامه نویسی شده، در حافظه ذخیره می‌گردد.

نرم افزار

در بخش نرم افزار فلسفه‌ی کنترلی مورد نظر، طراحی شده و با کابل‌های رابط روی سخت‌افزار PLC دانلود می‌شود.

PLC چگونه کار می کند؟

اگر بخواهیم با زبانی ساده برایتان توضیح دهیمPLC تمام اطلاعات حسگر ها و دستگاه ها را از طریق واحد ورودی دریافت می‌کند، داده هایی که دریافت کرده است را پردازش کرده و همچنین سیگنال‌های فرمان را از طریق واحد خروجی بر اساس دستوراتی که از پیش تعیین شده است ارسال می‌نماید.

مهم ترین تولیدکنندگان PLC چه شرکت هایی هستند؟

شرکت‌هایی در دنیا هستند که PLc تولید میکنند که در این بخش تعدادی از این شرکت ها را به شما معرفی خواهیم کرد پس با ما همراه باشید.

شرکت‌های تولید کننده ی PLC شامل:

PLC Siemens

این کمپانی در زمینه ی الکترونیک و هم چنین صنعت فعالیت میکند، حتما شاید نام این غول تولید کننده ی محصولات الکترونیکی را تا بحال نشنیده باشید؟! Siemens یا همان زیمنس که در حوزه ی محصولات اتوماسیون و PLC نیز یکی از بزرگترین نام های جهانی محسوب می‌گردد. یک‌رده از محصولات کمپانی زیمنس، کنترلرهای سیماتیک(SIMATIC) هستند که به کاربرانی که به عملکردهای مختلف نیاز دارند گزینه های راضی کننده ای را ارائه می‌دهد. شاید جالب باشد بدانید SIMATIC مخفف عبارت Siemens Automatic است و خود این نام معرف نقشی‌است که این ماشین‌ها قرار است در صنعت و اتوماسیون ایفا کنند.

PLC Schneider

Schneider Electric (اشنایدر الکتریک) که به اختصار SE هم خوانده میشه، یک شرکت بزرگ و چندملیتی فرانسوی است که شعبه‌ی اصلی آن در شهر Rueil-Malmaison قرار دارد. شرکت اشنایدر انواع تجهیزات الکترونیکی رو طراحی و تولید می‌کند.

به دلیل طیف گسترده و تنوع محصولات شرکت اشنایدر، لیست کردن تمام محصولات آن ها در این مقاله غیرممکن است. تجهیزات شبکه اشنایدر در دنیا بسیار محبوب هستند.

در سال 1836، آقایان جوزف و آدولف اشنایدر این شرکت را تأسیس کردند. برند اشنایدر با حدود 200 سال قدمت، یک برند قدیمی به حساب می آید. اشنایدر در 100 کشور حضور فعال داشته و بیشتر از 150هزار نفر نیروی انسانی در شهرهای مختلف دارد (طبق آمار سال 2018). مجله‌ی فورچون هر سال 500 شرکت بزرگ دنیا رو در حوزه‌های مختلف معرفی می‌کند و اشنایدر نیز در این لیست حضور دارد. این برند فرانسوی تا امروز بیشتر از 20.000 اختراع گوناگون به نام خودش ثبت کرده است و به‌خوبی اهمیت تحقیق و توسعه رو میداند. سالانه 5 درصد از کل درآمد این مجموعه، برای تحقیق و توسعه کنار گذاشته میشود.

PLC OMRON

شرکت امرون ژاپن از شرکتهای پیشرو در زمینه تولید انواع محصولات اتوماسیون صنعتی است. این محصولات شامل؛ انواع کنترلرهای PLC، مانیتورهای صنعتی HMI، ثبت کننده اطلاعاتData Logger، کامپیوتر های صنعتی IPC، بخش وسیع و متنوعی از سنسورهای صنعتی، اینورتر و سروموتور، تجهیزات شبکه وبسیاری دیگر بوده است.

PLC OMRON یکی از انواع برجسته پی ال سی هاست که از الن برادلی و سیستم ساده شده american base گرفته شده و توانسته همپای PLC ها مطرح دنیا مانند سری S7 زیمنس حرفی برای گفتن داشته باشد. پی ال سی Omron توانسته با استفاده از خلاء قیمت گذاری ارزان سهمی از بازار را ازآن خود نماید، هرچند که این سهم قابل قیاس با شرکت های مطرحی همچون زیمنس آلمان نیست ولی به هرحال PLC امرون نیز مشتریان خاص خود را دارد.

PLC Allen-Bradley

یکی دیگر از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان PLC در آمریکا، شرکت Rockwell Automation است و یکی رده‌ی مهم از محصولات مهم آن‌ها یعنی کنترلرهای الن بردلی. این شرکت کنترلرهایش را در ابعاد متنوع، سازگار با انواع پروژه‌ها درهر ابعادی ارائه می‌دهد. سیستم‌های کنترلری بزرگ آن‌ها را PAC نیز می‌نامند که مخفف عبارت Programmable Automation Controllers به معنای کنترلر اتوماسیون برنامه‌پذیر است. PAC ها مناسب پروژه‌هایی هستند که اتوماسیون کامل در آن‌ها اجرا می‌شود.

یک شبکه از این کنترلرهای بزرگ، در صورتی که بدرستی طراحی و نصب شوند می‌توانند کل یک کارخانه را مدیریت کنند. از دیگر محصولات این شرکت کنترلرها و نرم‌افزارهای ControlLogix و SoftLogixهستند. یا GuardPLC ها که برای ایمنی سیستم‌های کنترلی کاربرد دارند.

مزیت سیستم PLC

• دقت بالا
• ایمنی مناسب
• انعطاف پذیری زیاد
• سرعت پاسخگویی بسیار بالا
• ابعاد بسیار کوچک
• امکان اتصال به شبکه
• توانایی تغییر و تکرار عملیات یا فرآیند در حین جمع آوری و انتقال اطلاعات
• ماژولار بودن سیستم PLC به گونه ای می باشد که میتوانید انواع دستگاه های ورودی و خروجی را به بهترین نحو با برنامه خودتان ترکیب و مطابقت دهید.

انواع مختلف PLCها

PLCها از دو دسته ی اصلی به نام کامپکت(compact) PLc و مدولار(Modular) Plc تقسیم می‌شوند. که در ادامه به بررسی این دو می‌پردازیم.

Compact PLC

PLC های کامپکت دارای تعدادی ماژول خروجی و ورودی ثابت می‌باشند که در این مدل قابلیت توسعه ماژول ها وجود ندارد.

Modular PLC

در PLC مدولار میتوان تعداد ماژول های خروجی و ورودی را گسترش داد.

نتیجه گیری کلی

سیستم های کنترل صنعتی برای توصیف انواع مختلف سیستم‌های کنترل و ابزار دقیق مرتبط استفاده شده، که شامل دستگاه‌ها، سیستم‌ها، شبکه‌ها و کنترل‌هایی است که برای کارکرد و یا خودکارسازی فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شوند.

PLCها فرآیند های خودکاری مانند خطوط مونتاژو عملکرد دستگاه های رباتیک را نظارت و کنترل میکنند. قسمت های اصلی پی ال سی شامل پردازنده، منبع تغذیه، واحد های ورودی و خروجی، حافظه ها و هم چنین نرم‌افزار است.میتوان گفت در برنامه نویسی پی ال سی از روشهای مختلفی مانند روش نردبانی یا لدری  استفاده می‌شود. مزیت‌های پی ال سی شامل: دقت بالا، ایمنی مناسب، سرعت پاسخگویی بسیار بالا، ابعاد کوچک، قابلیت اتصال به شبکه و هم چنین انعطاف پذیری درکاربرد آن می‌باشد.