نقش PLC، HMI، و PC در اتوماسیون ماشین آلات صنعتی

در دنیایی که سرعت حرف اول را در رقابت‌ها می‌زند، نمی‌توان همه کارها و فعالیت‌های داخل یک کارخانه صنعتی را با نیروی انسانی پیش برد. نیاز به ربات‌ها و به طور کلی اتوماسیون غیرقابل انکار است. استفاده از اتوماسیون ماشین آلات صنعتی باعث می‌شود نه تنها دقت و سرعت افزایش پیدا کرده که ایمنی نیز بهبود پیدا کند. در نتیجه شاید هزینه‌های اولیه کمی افزایش پیدا کند اما در آینده پیشرفت‌های زیادی را در محیط صنعتی شاهد خواهیم بود. مثلث مهم و اساسی اتوماسیون ماشین آلات صنعتی PLC، HMI و PC هستند که در این مقاله قصد داریم با تعریف و نقش آن‌ها بیشتر آشنا شویم.

ضرورت مانیتورینگ در فرآیندهای صنعتی

معمولا این‌طور به نظر می‌رسد که مانیتورینگ فقط به معنای مشاهده اطلاعاتی است که از یک سیستم به دست می‌آید. بنابراین وقتی از مانیتورینگ در فرآیندهای صنعتی صحبت می‌کنیم، قرار است به روند ماشین آلات نظارت داشته باشیم. این در حالی است که مانیتورینگ فقط مشاهده کردن نیست.

اولین دلیل مانیتور کردن فرآیندهای صنعتی این است که از خرابی سیستم جلوگیری شود. هر دستگاه و تجهیز پارامترهایی مانند دما و فشار دارد که قابل سنجیدن هستند. اگر مشکل بزرگی در حال وقوع باشد حداقل یکی از این پارامترها شروع به تغییر می‌کنند.

همچنین می‌توان راندمان تولید را با مانیتور کردن شاخص‌های کلیدی افزایش داد. بعضی از فرآیندها باید تغییر کنند تا بازده بیشتر شده و زمان‌های بیکاری کم شوند. البته در اینجا منظور از زمان بیکاری (Downtime) مربوط به تجهیزات است.

در این صورت نه تنها تولیدات صنعتی کیفیت بالاتری خواهند داشت که اپراتورها نیز در فضای امن‌تری کار می‌کنند. مشاهده و جلوگیری از وقوع فاجعه تنها با مانیتور کردن شرایط بحرانی به دست می‌آید. در نهایت اینکه همیشه گزارش‌های مستند و کاملی از روند انجام کار وجود خواهد داشت که به کمک آن‌ها می‌توانیم استانداردهای کیفی را افزایش دهیم.

PLC چیست؟

PLC (Programmable Logic Controller) یک کامپیوتر صنعتی بوده که برای مانیتورینگ روی فرآیندهای صنعتی در محیط‌های خشن طراحی شده است. کامپیوتر‌های معمولی اگر در محیط‌هایی با گردوغبار زیاد قرار بگیرند،  به سرعت خراب می‌شوند. این در حالی است که PLCها می‌توانند در برابر رطوبت، ارتعاشات شدید، نویز و غبار مقاومت بالایی داشته باشند.

این کامپیوترها قابلیت این را دارند که هم ورودی و هم خروجی‌های آنالوگ و دیجیتال دریافت و ارسال کنند. در نتیجه به سیستم‌های اتومات مختلف متصل شده و فرآیندها را کنترل می‌کنند. برای اینکه بتوانند روی عملیات نظارت داشته باشند، باید برنامه‌ریزی آن‌ها از طریق زبان‌هایی مانند Structures Text و Function Block Diagram انجام شده باشد.

همان‌طور که گفتیم مهم‌ترین ویژگی PLC مقاومت در برابر شرایط سخت و بحرانی است اما این تنها خصوصیت این کامپیوترها نیست. آن‌ها زمان پاسخ بسیار سریعی داشته و می‌توانند برنامه‌های خاص در بازه‌های زمانی مشخص را اجرا کنند.

نقش PLC در اتوماسیون فرآیندهای صنعتی

PLC نقش بسیار مهم و اساسی را در اتوماسیون فرآیندهای صنعتی اجرا می‌کند. وظیفه تصمیم‌گیری، زمان‌بندی و اجرای فعالیت‌ها باید تحت نظر PLC‌ انجام شود. به همین دلیل توانایی بالایی در دقیق اجرا کردن عملیات دارد و می‌تواند به صورت تکراری اما با دقت بالا، یک عملیات را بارها و بارها انجام دهد. این ویژگی، به PLC نقش مهمی در صنعت داده است که به شکلی مدیر کامپیوتری محسوب می‌شود.

به عنوان مثال در فرآیند تولید و بسته‌بندی مواد غذایی لازم است در کسری از ثانیه، مواد به همراه چوب بستنی داخل شکلات فرورفته و بلافاصله، ترافل روی آن ریخته شود. سپس سرد شده و داخل بسته بندی قرار بگیرد. در این مثال ما به سراغ مواد خوراکی رفتیم در حالی که کارخانه‌جات خودروسازی یا تجهیزات فنی پیچیدگی بیشتری دارند. در همه آن‌ها ثانیه‌ها ارزش بسیار زیادی داشته و نباید نادیده گرفته شود.

یک نقش مهم دیگر PLC منعطف بودن زیاد است. برای تغییر در برنامه‌های تولید بدون وجود کامپیوترهای صنعتی باید نحوه سیم‌کشی و راه‌اندازی ماشین‌ها تغییر کند. در حالی که با وجود این کامپیوترها می‌توان تنها برنامه جدیدی را روی آن بارگذاری کرد.

HMI چیست؟

حالا که با PLC آشنا شدیم وقت آن است که به سراغ معرفی HMI برویم و ببینیم چه نقشی در مانیتورینگ فرآیندهای صنعتی دارد. HMI (Human Machine Interface) به معنای رابط بین انسان و کامپیوتر است. پس HMI یک رابط گرافیکی بوده که به اپراتور انسانی اجازه می‌دهد تا ماشین آلات صنعتی و سیستم‌های فرآیندی را کنترل کند. به بیان ساده‌تر ما مستقیما نمی‌توانیم از طریق PLC دستورات خود را وارد کنیم و برای این کار به یک واسطه‌ای نیاز داریم که هم زبان ما و هم زبان ماشین را درک کند. این واسطه HMI است.

یک HMI می‌تواند از ساده‌ترین تا پیشرفته‌ترین سیستم را شامل شود. HMIهای ساده دارای یک صفحه نمایش با چند دکمه هستند اما نمونه‌های پیشرفته صفحات لمسی بوده که قابلیت نمایش تصاویر ثابت و متحرک را دارند. یک HMI ورودی‌هایی مانند شرایط حسگرها، پارامترها، زمان‌بندی‌ها و خطاها را دریافت می‌کند. سپس به کمک PLC آن را تجزیه و تحلیل کرده و دستور نهایی را ارسال می‌کند. حالا ممکن است این دستور به انسان یا ماشین داده شود.

نکته مهمی که نباید فراموش کنیم این است که HMI به تنهایی کاری انجام نمی‌دهد. بلکه اتصال آن به یک کامپیوتر صنعتی بوده که تبدیل به یک ابزار کاربردی می‌شود. با این حال مواردی مانند حافظه و رم داخل HMI قرار دارد و تنها از پردازنده PLC برای آنالیز دستورها استفاده می‌کند.

کاربردهای HMI در اتوماسیون ماشین آلات صنعتی

مهم‌ترین کاربردی که HMI در صنعت دارد این است که ارتباط بین انسان و ماشین‌های پیچیده صنعتی را ساده‌تر کند. بنابراین یک اپراتور با کمترین میزان تسلط به زبان برنامه‌نویسی هم بتواند دستورهای لازم را به سیستم داره و خروجي‌ها را دریافت کند. این خروجی‌ها باید قابل درک برای اپراتور بوده تا امکان تصمیم‌گیری در لحظه فراهم شود. HMI با آلارم‌ها، گزارش‌ها و محتوای گرافیکی این پاسخ را به نیروی انسانی مي‌دهد.

یکی دیگر از کاربردهای HMI درست مانند PLC این است که بهره‌وری را در محیط کارگاهی افزایش داده و خطاهای انسانی را کم کند. در نتیجه هیچ سیستمی به دلیل خستگی نیروی کار یا حواس پرتی او دچار مشکل نشود. مانیتورینگ به صورت مداوم و همیشگی گزارش‌های دقیقی را از فرآیندهای صنعتی ثبت می‌کند. پس مدیر کارخانه با بررسی این گزارش‌ها می‌تواند بعضی از بخش‌های فرآیند را تغییر داده یا بهینه کند.

PC چیست؟

احتمالا این سوال برای شما پیش آمده است که با وجود PLC در محیط‌های صنعتی دیگر چه نیازی به وجود PC است. در پاسخ باید بگوییم که PC یا همان کامپیوتر شخصی به سیستم‌های کامپیوتری گفته می شود که وظیفه نظارت و ارتباط بین سیستم‌های اتوماسیون ماشین آلات صنعتی را برعهده دارند. به عبارتی PC مانند یک ابر بزرگ‌تر روی سر PLC فعالیت می‌کند.

PLC در محیط‌های صنعتی و کارخانه‌ها وظیفه اجرای منطق کنترلی را برعهده دارد. بنابراین نیروی انسانی به راحتی با آن ارتباط برقرار نمی‌کند. این در حالی است که PC برای مانیتورینگ در سطوح بالاتر (مانیتور کردن PLCها)، تحلیل داده و پیکربندی سیستم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

نقش PC صنعتی در فضاهای تولیدی

در فضاهای تولیدی PC وظیفه محوری دارد. همان طور که گفتیم مدیریت در سطوح بالا، تصمیم‌گیری‌های اساسی و جمع‌آوری اطلاعات توسط این کامپیوترها انجام می‌شود. در فرآیندهای صنعتی به صورت مستقیم اثر ویژه‌ای از ‌PC مشاهده نمی‌کنیم. با این حال نقش تحلیلی این کامپیوتر بسیار پررنگ‌تر و مهم‌تر است. به طوری که می‌تواند به سرعت اطلاعات وارد شده به سیستم را مانیتور کرده و تحلیل را انجام دهد. پس این امکان را دارد که چندین HMI و PLC را با هم کنترل کند. از دیگر مسئولیت‌های PC در فضاهای تولیدی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

·        تحلیل داده‌های بزرگ (Bigdata)

·        تولید گزارش‌های لحظه‌ای

·        ارائه نمودارهای ترند

·        بهبود عملکرد سیستم

·        مدیریت و ذخیره داده‌ها

·        دریافت اطلاعات سنسورها

·        کنترل وضعیت خطاها و هشدارها

·        کنترل کیفیت

·        بهینه‌سازی فرآیند

هماهنگی و ارتباط بین PLC، HMI و PC

همان‌طور که تا اینجا گفتیم، نحوه هماهنگی و ارتباط این سه عضو به صورت عمودی و گاهی افقی صورت می‌گیرد. به این شکل که:

·        PLC به عنوان هسته مرکزی، اطلاعات را دریافت می‌کند.

·        این اطلاعات توسط PLC پردازش شده و نتایج به صورت گرافیکی نمایش داده می‌شوند.

·        مسئول نمایش این نتایج گرافیکی، HMI است.

·        HMI از طریق پورت USB به PLC متصل شده است.

·        PC از طریق سیستم اینترانت به HMI و PLC متصل می‌شود و یک لایه نظارتی و مدیریتی را اجرا می‌کند.

وضعیت هماهنگی بین این سیستم‌ها بدون درنگ بوده و در لحظه رخ می‌دهد. پس هر تغییری که در سیستم ایجاد شده باشد، به سرعت توسط این ارتباطات در کل کامپیوترهای متصل قابل مشاهده و پیگیری است.

سخن پایانی

وجود PLC، HMI و PC در اتوماسیون فرآیندهای صنعتی بسیار ضروری و حیاتی است. اتوماسیون ماشین آلات صنعتی تنها به معنای به کار بردن سیستم‌های ماشینی به جای انسان نیست. بلکه به معنای این است که کامپیوترها بتوانند به صورت دائمی فعالیت نظارت را پیگیری کرده و دستورات لازم را ارائه دهند. همه این موارد با همکاری و ارتباط مثلث PLC، HMI و PC صورت می‌گیرد.