ما هي أنواع أدوات الأتمتة؟

يشعر الكثير من الأشخاص الجدد في مجال استخدام الأجهزة بالإرهاق عندما يرون لأول مرة العدد الكبير من الأدوات الموجودة في الموقع.

مع وجود أسماء مثل أجهزة قياس الضغط، ومقاييس الحرارة، ومقاييس التدفق، ومقاييس المستوى، وصمامات التحكم، وأجهزة الإرسال، وPLCs، وDCS، وأجهزة الإنذار، والمحللات، فمن السهل الخلط حول كيفية تصنيفها.

في الواقع، أجهزة التشغيل الآلي ليست بهذا التعقيد. من منظور الموقع، فهو يدور في المقام الأول حول هدف واحد: قياس معلمات العملية، ونقلها، وعرضها، والتحكم فيها - مع توفير الإنذارات وحماية المعدات عند الضرورة.

بناءً على الوظيفة، يمكن تقسيم أدوات التشغيل الآلي عمومًا إلى ست فئات رئيسية:

أدوات القياس الميدانية، وأدوات التحكم الميدانية، والمحركات الميدانية، وأدوات العرض والتسجيل، وأدوات التنظيم/التحكم، وأدوات القياس المتخصصة.

I. ماذا تفعل أدوات الأتمتة؟

أدوات التشغيل الآلي ليست مجرد أجهزة "لقراءة القيم".

في حلقة التحكم الكاملة، تقوم أدوات القياس بجمع المعلمات الميدانية، وتقوم وحدة التحكم بإجراء التحليل والحسابات، وينفذ المشغل الإجراءات، وتقوم أدوات العرض/التسجيل بتقديم البيانات إلى المشغلين وتخزينها للنظام.

لنأخذ على سبيل المثال حلقة التحكم في درجة الحرارة: المزدوج الحراري أو مقياس الحرارة المقاوم الذي يقيس درجة الحرارة؛ يرسل جهاز إرسال درجة الحرارة الإشارة إلى PLC أو DCS؛ وحدة التحكم تحسب الاستجابة المطلوبة وتخرج الإشارة؛ وأخيرًا، يقوم صمام التحكم بضبط تدفق البخار أو الماء الساخن أو ماء التبريد.

ولذلك، فإن الأدوات لا توجد في عزلة. عند استكشاف الأخطاء وإصلاحها في الموقع، لا يمكن للمرء ببساطة التركيز على مقياس واحد؛ ويجب تحليل الأداة في سياق حلقة التحكم بأكملها.

ثانيا. أدوات القياس الميدانية

تعمل أدوات القياس الميدانية كمصدر بيانات لأنظمة التشغيل الآلي. إذا كانت القياسات غير دقيقة، فسيتم اختراق وظائف العرض والتسجيل والتحكم اللاحقة.

تشمل أدوات القياس الميدانية الشائعة تلك المستخدمة في قياس مستوى السائل والضغط ودرجة الحرارة والتدفق، بالإضافة إلى أدوات تحليل الغاز والسائل.

تُستخدم أدوات المستوى لقياس مستويات السائل أو مستويات المواد أو مواضع الواجهة في صهاريج التخزين والأبراج والمفاعلات والصوامع. تشمل الأنواع الشائعة مقاييس مستوى الرفرف المغناطيسي، ومقاييس المستوى من النوع العائم، ومقاييس مستوى الرادار، ومقاييس المستوى بالموجات فوق الصوتية، ومقاييس مستوى السعة، ومقاييس مستوى الضغط التفاضلي، ومفاتيح المستوى.

تُستخدم أدوات الضغط لقياس الضغط أو الضغط التفاضلي أو مستويات الفراغ في خطوط الأنابيب والأوعية والمعدات. تشمل الأنواع الشائعة أجهزة قياس الضغط، وأجهزة إرسال الضغط، وأجهزة إرسال الضغط التفاضلي، وأجهزة استشعار الضغط، ومفاتيح الضغط. تُستخدم مقاييس الضغط في المقام الأول للقراءات في الموقع، وأجهزة إرسال الضغط لنقل الإشارات عن بعد، ومفاتيح الضغط لأجهزة الإنذار ووظائف التشابك.

تقيس أجهزة قياس درجة الحرارة درجة حرارة الوسط أو سطح المعدات. تشمل الأنواع الشائعة موازين الحرارة ثنائية المعدن، ومقاييس الحرارة الزجاجية، والمزدوجات الحرارية، وكاشفات درجة الحرارة المقاومة (RTDs)، وأجهزة إرسال درجة الحرارة، ومفاتيح درجة الحرارة، ومقاييس الحرارة بالأشعة تحت الحمراء. المزدوجات الحرارية مناسبة لتطبيقات درجات الحرارة العالية، في حين أن RTDs أكثر ملاءمة لقياسات درجات الحرارة المنخفضة إلى المتوسطة.

تقيس أدوات التدفق معدل تدفق الغازات أو السوائل أو البخار. تشمل الأنواع الشائعة أجهزة قياس التدفق الكهرومغناطيسي، والدوامة، والتوربينات، والموجات فوق الصوتية، والكتلة، ولوحة الفتحة، ومقاييس التدفق ذات المساحة المتغيرة (مقياس الدوران). يتطلب الاختيار التحقق الدقيق من الوسط، ونطاق التدفق، والضغط ودرجة الحرارة، واللزوجة، والموصلية، ومتطلبات تشغيل الأنابيب المستقيمة.

تقوم أدوات تحليل الغاز بالكشف عن تكوين الغاز وتركيزه. تشمل الأنواع الشائعة في السوق أجهزة تحليل الأكسجين، وكاشفات الغاز القابلة للاحتراق، وكاشفات الغازات السامة، وأجهزة تحليل الغاز بالأشعة تحت الحمراء، وأجهزة تحليل غاز التوصيل الحراري، وأجهزة تحليل الغاز بالليزر، وأجهزة تحليل الغاز اللوني.

تقوم أدوات تحليل السائل بقياس المعلمات مثل الرقم الهيدروجيني، والموصلية، والعكارة، والتركيز، والكثافة، واللزوجة، والأكسجين المذاب، وCOD، ونيتروجين الأمونيا. تتطلب هذه الأدوات صيانة عالية نسبيًا؛ يعد تنظيف خطوط أخذ العينات ومعايرتها وفحصها من المهام الأساسية.

ثالثا. أدوات التحكم الميدانية

أدوات التحكم الميدانية مسؤولة عن معالجة الإشارات في الموقع، وتحويل الإشارات، والتحكم المحلي.

تشمل الأنواع الشائعة أدوات التحكم الهوائية والكهربائية والهيدروليكية.

تستخدم أدوات التحكم الهوائية الهواء المضغوط كمصدر للطاقة؛ لديهم هياكل بسيطة نسبيًا وتظل ذات قيمة في التطبيقات المقاومة للانفجار. تستخدم أدوات التحكم الكهربائية الإشارات الكهربائية، مما يسهل تكاملها مع أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs)، ووحدات تحكم المجال DC (DCS)، وأجهزة الكمبيوتر الإشرافية. توفر أدوات التحكم الهيدروليكية قوة إنتاج عالية وتستخدم عادةً في التطبيقات ذات الأحمال الثقيلة أو الدفع العالي.

تشمل العوامل الرئيسية عند اختيار هذه الأدوات إشارات الإدخال/الإخراج، ودقة التحكم، وسرعة الاستجابة، وظروف إمداد الطاقة، وتقييمات مقاومة الانفجار، والبيئة الميدانية، وواجهات النظام.

رابعا. المحركات الميدانية

المحركات الميدانية هي المكونات الموجودة في حلقة التحكم والتي تقوم بالفعل بتنفيذ الإجراء المادي.

بعد أن يصدر نظام التحكم أمرًا، يقوم المشغل بتنفيذه عن طريق ضبط الصمامات أو المخمدات أو بوابات التحكم أو الهياكل الميكانيكية الأخرى لتغيير ظروف العملية مثل معدل التدفق أو الضغط أو مستوى السائل أو درجة الحرارة. تشتمل أجهزة التشغيل الشائعة على صمامات التحكم الهوائية والكهربائية والهيدروليكية؛ صمامات الإغلاق صمامات الفراشة؛ الصمامات الكروية صمامات البوابة المحركات. مواضع الصمامات؛ ومحددات موضع الصمام الذكية.

أثناء الصيانة الميدانية، يجب على المرء أن ينظر إلى ما هو أبعد مما إذا كان يمكن للمشغل أن يفتح ويغلق ببساطة. ومن الضروري أيضًا التحقق من التشغيل السلس، وتحديد المواقع بدقة، وإشارات التغذية الراجعة العادية، وأوقات الاستجابة المناسبة، وما إذا كان الموضع الآمن من الفشل يلبي متطلبات العملية.

لا تنبع العديد من تقلبات التحكم من إعدادات معلمات وحدة التحكم، ولكن من مشكلات مثل التصاق الصمام، أو أدوات ضبط الموضع غير الدقيقة، أو ضغط إمداد الهواء غير المستقر، أو الاستجابة البطيئة للمشغل.

V. أدوات العرض والتسجيل

تُظهر أدوات العرض والتسجيل المعلمات الميدانية وحالة المعدات ومعلومات الإنذار، مع تخزين البيانات المهمة أيضًا.

تشمل الأمثلة الشائعة شاشات العرض الرقمية، وشاشات العرض التناظرية، وأجهزة التحكم في العرض، والماسحات الضوئية متعددة النقاط، والمسجلات الورقية، والمسجلات غير الورقية، وشاشات HMI التي تعمل باللمس، ومحطات محطة المشغل، وأجهزة الإنذار المسموعة/المرئية.

تعتبر شاشات العرض الرقمية مناسبة لمراقبة معلمات النقطة الواحدة. يمكن لوحدات التحكم في العرض أن تتضمن وظائف الإنذار والتحكم الأساسية. تعد المسجلات غير الورقية مثالية لتتبع الاتجاهات في المعلمات مثل درجة الحرارة والضغط والتدفق والمستوى. تُستخدم أجهزة HMI ومحطات المشغل للواجهات المرئية وتكوين المعلمات ومراقبة الإنذارات وتشغيل المعدات.

تتضمن معايير الاختيار الرئيسية إشارات الإدخال، وطرق العرض، وفترات التسجيل، وسعة التخزين، وواجهات الاتصال، ومخرجات الإنذار، والحماية من فقدان الطاقة.

سادسا. أدوات التنظيم والرقابة

تعمل أدوات التنظيم والتحكم بمثابة "العقل" لنظام التشغيل الآلي، حيث تتعامل مع التنظيم التلقائي والتحكم المنطقي والتحكم في التسلسل وحماية السلامة.

تشتمل الأجهزة الميدانية الشائعة على وحدات تحكم PID، ومنظمات أحادية الحلقة ومتعددة الحلقات، وPLCs، وDCSs، وFCSs، وESDs، وSIS، وأجهزة الكمبيوتر الصناعية.

تُستخدم وحدات التحكم PID عادةً لتنظيم المعلمات المستمرة مثل درجة الحرارة والضغط والتدفق والمستوى. يتم استخدام PLCs بشكل شائع في عمليات تشغيل/إيقاف المعدات، والتحكم في التسلسل، والحماية المتشابكة، ومعالجة الإشارات المنفصلة (تشغيل/إيقاف). تعتبر وحدات تحكم المجال DC مناسبة للمراقبة المركزية والتحكم الموزع لوحدات الإنتاج المستمر واسعة النطاق. تُستخدم أنظمة SIS وESDs في المقام الأول للتشابك الآمن وإيقاف التشغيل في حالات الطوارئ؛ ولا ينبغي معاملتها على أنها مجرد أنظمة تحكم قياسية.

تتضمن عوامل الاختيار العملية التي يتم التحكم فيها، وعدد نقاط الإدخال/الإخراج، واستراتيجية التحكم، وبروتوكولات الاتصال، ومتطلبات التكرار، ومستويات سلامة السلامة (SIL)، وإدارة الإنذارات، وقدرات الصيانة طويلة المدى.

سابعا. أدوات القياس المتخصصة

تُستخدم أدوات القياس المتخصصة في المقام الأول لاكتشاف المعلمات الفريدة ومراقبة صحة المعدات وإجراء المعايرة الميدانية. تشمل الأمثلة الشائعة أجهزة مراقبة اهتزاز العمود، وأجهزة مراقبة إزاحة العمود، ومقاييس سرعة الدوران، وأدوات الوزن، ومقاييس السُمك، ومعايرات الإشارة، وكاشفات اللهب، ومحللات الرطوبة عبر الإنترنت، وأجهزة قياس الكثافة عبر الإنترنت، وأدوات مراقبة حالة المعدات.

تُستخدم عادةً أدوات قياس اهتزاز العمود وإزاحته وسرعة الدوران في المعدات الدوارة مثل الضواغط والتوربينات البخارية والمراوح والمضخات. تُستخدم أدوات الوزن في الصوامع، وموازين الحزام، وأنظمة الخلط أو التغليف. تُستخدم مقاييس السماكة لقياس سماكة الألواح، والأنابيب، وجدران الأوعية، بالإضافة إلى سماكة الطلاء. تُستخدم أجهزة كشف اللهب بشكل شائع لحماية الاحتراق في الغلايات وأفران التسخين والمحارق.

يتطلب اختيار هذه الأدوات النظر في عوامل مثل نوع المعدات، والمعلمة التي يتم قياسها، وموقع التثبيت، وسرعة الاستجابة، وإشارات الإخراج، ومتطلبات الحماية.

ثامنا. النقاط الرئيسية للاختيار والاستخدام في الموقع

عند اختيار أدوات الأتمتة، لا ينبغي للمرء أن يركز فقط على رقم الطراز والسعر.

أولاً، تحديد المعلمة المراد قياسها؛ ثم حدد نطاق القياس والدقة ومواد البناء وطريقة التثبيت وإمدادات الطاقة وإشارة الخرج.

إذا كان الوسط قابلاً للتآكل، فيجب أن تكون الأجزاء المبللة مصنوعة من المادة المناسبة. بالنسبة للوسائط ذات درجة الحرارة العالية، فكر في تبديد الحرارة والتكثيف والعزل والآبار الحرارية. إذا كان الوسط عرضة للتبلور أو الانسداد، أو يحتوي على شوائب، ففكر في استخدام الأغشية، أو التطهير، أو التنظيف، أو المعالجة المسبقة للعينة. في المناطق ذات الاهتزازات الكبيرة، ضع في اعتبارك تركيب الدعامة وموقع التثبيت.

بمجرد وضع الجهاز في الخدمة، تحقق بانتظام من نقطة الصفر، والامتداد، والأسلاك، وإمدادات الطاقة، والتأريض، والاتصالات، ومخرجات الإنذار، وحالة التعشيق.

عند استكشاف الأخطاء وإصلاحها في الموقع، اتبع هذا التسلسل: تحقق من مصدر الطاقة، ثم الإشارة، ثم الأسلاك، ثم إعدادات المعلمة، وأخيرًا عنصر الاستشعار وظروف العملية.

ملخص

ليس من الصعب تذكر تصنيف أدوات الأتمتة، حيث يؤدي كل نوع وظيفة محددة.

على سبيل المثال، تقوم أدوات القياس بجمع البيانات؛ أدوات التحكم تتعامل مع معالجة الإشارات؛ تقوم المحركات بتنفيذ إجراءات بدنية في الميدان؛ أدوات العرض والتسجيل تظهر البيانات وتحفظها؛ أدوات التنظيم والتحكم تدير التحكم والتشابك؛ وتكتشف أدوات القياس المتخصصة المعلمات الفريدة.

عندما تكون في الموقع فعليًا، لا تنظر إلى الجهاز كجهاز معزول. فكر في الأمر ضمن سياق حلقة التحكم بأكملها، وسيصبح تشخيص العديد من المشكلات أسهل.