انواع ابزارهای اتوماسیون چیست؟

بسیاری از افرادی که به تازگی در زمینه ابزارسازی کار می کنند، زمانی که برای اولین بار انبوهی از سازها را در محل مشاهده می کنند، احساس ناراحتی می کنند.

با نام هایی مانند فشارسنج، دماسنج، دبی سنج، سطح سنج، شیرهای کنترل، فرستنده، PLC، DCS، آلارم و آنالایزر، به راحتی می توان در مورد نحوه طبقه بندی آنها گیج شد.

در واقع، ابزار دقیق اتوماسیون چندان پیچیده نیست. از دیدگاه در محل، اساساً حول یک هدف واحد می چرخد: اندازه گیری پارامترهای فرآیند، انتقال آنها، نمایش آنها و کنترل آنها - در حالی که هشدارها و حفاظت از تجهیزات را در صورت لزوم ارائه می دهد.

بر اساس عملکرد، ابزارهای اتوماسیون را می توان به طور کلی به شش دسته عمده تقسیم کرد:

ابزارهای اندازه گیری میدانی، ابزارهای کنترل میدانی، محرک های میدانی، ابزارهای نمایش و ضبط، ابزارهای تنظیم/کنترل، و ابزار اندازه گیری تخصصی.

I. ابزارهای اتوماسیون چه کار می کنند؟

ابزارهای اتوماسیون صرفاً وسایلی برای "خواندن مقادیر" نیستند.

در یک حلقه کنترل کامل، ابزارهای اندازه‌گیری پارامترهای میدان را جمع‌آوری می‌کنند، کنترل‌کننده تجزیه و تحلیل و محاسبات را انجام می‌دهد، محرک اقداماتی را انجام می‌دهد، و ابزارهای نمایش/ضبط داده‌ها را به اپراتورها ارائه می‌کنند و برای سیستم ذخیره می‌کنند.

یک حلقه کنترل دما را در نظر بگیرید، برای مثال: یک ترموکوپل یا دماسنج مقاومتی دما را اندازه گیری می کند. یک فرستنده دما سیگنال را به PLC یا DCS می فرستد. کنترل کننده پاسخ مورد نیاز را محاسبه می کند و یک سیگنال خروجی می دهد. و در نهایت یک شیر کنترل جریان بخار، آب گرم یا آب خنک کننده را تنظیم می کند.

بنابراین، سازها به صورت مجزا وجود ندارند. هنگام عیب یابی در محل، نمی توان به سادگی روی یک سنج تمرکز کرد. ابزار باید در چارچوب کل حلقه کنترل تحلیل شود.

II. ابزار اندازه گیری میدانی

ابزار اندازه گیری میدانی به عنوان منبع داده برای سیستم های اتوماسیون عمل می کند. اگر اندازه‌گیری‌ها دقیق نباشد، عملکردهای نمایش، ضبط و کنترل بعدی همگی به خطر می‌افتند.

ابزارهای رایج اندازه گیری میدان شامل ابزارهایی برای اندازه گیری سطح مایع، فشار، دما و جریان و همچنین ابزارهای آنالیز گاز و مایع است.

ابزارهای سطح برای اندازه گیری سطوح مایع، سطوح مواد یا موقعیت های رابط در مخازن ذخیره سازی، برج ها، راکتورها و سیلوها استفاده می شوند. انواع متداول عبارتند از گیج های سطح فلپ مغناطیسی، سطح سنج های شناور، سطح سنج های راداری، سطح سنج های اولتراسونیک، سطح سنج های خازنی، سطح سنج های فشار دیفرانسیل و سوئیچ های سطح.

ابزارهای فشار برای اندازه گیری فشار، فشار تفاضلی یا سطوح خلاء در خطوط لوله، مخازن و تجهیزات استفاده می شود. انواع متداول عبارتند از فشار سنج، ترانسمیتر فشار، ترانسمیتر فشار دیفرانسیل، سنسور فشار و سوئیچ فشار. گیج‌های فشار عمدتاً برای خوانش در محل، فرستنده‌های فشار برای انتقال سیگنال از راه دور و سوئیچ‌های فشار برای آلارم‌ها و عملکردهای قفل کننده استفاده می‌شوند.

ابزارهای دما دمای یک محیط یا سطح تجهیزات را اندازه گیری می کنند. انواع متداول عبارتند از دماسنج های دو فلزی، دماسنج های شیشه ای، ترموکوپل ها، آشکارسازهای دمای مقاومتی (RTD)، فرستنده های دما، سوئیچ های دما، و دماسنج های مادون قرمز. ترموکوپل ها برای کاربردهای با دمای بالا مناسب هستند، در حالی که RTD ها برای اندازه گیری دمای پایین تا متوسط ​​مناسب تر هستند.

ابزارهای جریان، سرعت جریان گازها، مایعات یا بخار را اندازه گیری می کنند. انواع متداول عبارتند از: جریان سنج الکترومغناطیسی، گردابی، توربین، اولتراسونیک، جرمی، صفحه روزنه ای و مساحت متغیر (روتامتر). انتخاب مستلزم تأیید دقیق محیط، محدوده جریان، فشار و دما، ویسکوزیته، هدایت و الزامات اجرای مستقیم لوله است.

ابزارهای آنالیز گاز ترکیب و غلظت گاز را تشخیص می دهند. انواع متداول موجود در بازار عبارتند از: آنالایزرهای اکسیژن، آشکارسازهای گازهای قابل احتراق، آشکارسازهای گاز سمی، آنالایزرهای گاز مادون قرمز، آنالایزرهای گاز هدایت حرارتی، آنالایزرهای گاز لیزری و کروماتوگراف‌های گازی.

ابزارهای آنالیز مایع پارامترهایی مانند pH، هدایت، کدورت، غلظت، چگالی، ویسکوزیته، اکسیژن محلول، COD و نیتروژن آمونیاکی را اندازه گیری می کنند. این ابزار نیاز به تعمیر و نگهداری نسبتاً بالایی دارند. تمیز کردن، کالیبراسیون و بازرسی خطوط نمونه برداری از وظایف ضروری است.

III. ابزار کنترل میدانی

ابزارهای کنترل میدانی مسئول پردازش سیگنال در محل، تبدیل سیگنال و کنترل محلی هستند.

انواع متداول عبارتند از ابزار کنترل پنوماتیک، الکتریکی و هیدرولیک.

ابزارهای کنترل پنوماتیک از هوای فشرده به عنوان منبع انرژی استفاده می کنند. آنها ساختار نسبتاً ساده ای دارند و در کاربردهای ضد انفجار ارزشمند باقی می مانند. ابزارهای کنترل الکتریکی از سیگنال های الکتریکی استفاده می کنند و ادغام آنها با PLC ها، DCS ها و رایانه های نظارتی را آسان تر می کند. ابزارهای کنترل هیدرولیک نیروی خروجی بالایی را ارائه می دهند و معمولاً در کاربردهای با بار سنگین یا فشار زیاد استفاده می شوند.

عوامل کلیدی هنگام انتخاب این ابزارها عبارتند از سیگنال های ورودی/خروجی، دقت کنترل، سرعت پاسخ، شرایط منبع تغذیه، درجه بندی های ضد انفجار، محیط میدان و رابط های سیستم.

IV. محرک های میدانی

محرک های میدانی اجزایی در یک حلقه کنترل هستند که عمل فیزیکی را انجام می دهند.

پس از اینکه سیستم کنترل فرمانی را صادر کرد، محرک آن را با تنظیم سوپاپ ها، دمپرها، دریچه ها یا سایر ساختارهای مکانیکی برای تغییر شرایط فرآیند مانند سرعت جریان، فشار، سطح مایع یا دما اجرا می کند. دستگاه های فعال کننده رایج شامل شیرهای کنترل پنوماتیک، الکتریکی و هیدرولیک هستند. دریچه های قطع کننده؛ دریچه های پروانه ای; دریچه های توپ؛ دریچه های دروازه; محرک ها؛ موقعیت دهنده های سوپاپ؛ و موقعیت دهنده های شیر هوشمند.

در طول تعمیر و نگهداری میدان، باید به فراتر از اینکه آیا محرک می تواند به سادگی باز و بسته شود، نگاه کرد. همچنین لازم است عملکرد صاف، موقعیت‌یابی دقیق، سیگنال‌های بازخورد معمولی، زمان‌های پاسخ مناسب و اینکه آیا موقعیت ایمن در برابر شکست الزامات فرآیند را برآورده می‌کند، بررسی شود.

بسیاری از نوسانات کنترلی نه از تنظیمات پارامتر کنترلر، بلکه از مسائلی مانند چسبیدن سوپاپ، موقعیت‌دهنده‌های نادرست، فشار هوای ناپایدار، یا پاسخ کند محرک ناشی می‌شوند.

V. ابزارهای نمایش و ضبط

ابزارهای نمایش و ضبط، پارامترهای میدان، وضعیت تجهیزات و اطلاعات هشدار را نشان می‌دهند و در عین حال داده‌های حیاتی را نیز ذخیره می‌کنند.

نمونه‌های رایج عبارتند از نمایشگرهای دیجیتال، نمایشگرهای آنالوگ، کنترل‌کننده‌های نمایشگر، اسکنرهای چند نقطه‌ای، ضبط‌کننده‌های مبتنی بر کاغذ، ضبط‌کننده‌های بدون کاغذ، HMI‌های صفحه لمسی، پایانه‌های ایستگاه اپراتور، و دستگاه‌های هشدار صوتی/بصری.

نمایشگرهای دیجیتال برای نظارت بر پارامترهای تک نقطه ای مناسب هستند. کنترل‌کننده‌های نمایشگر می‌توانند زنگ هشدار و عملکردهای کنترل اولیه را در خود جای دهند. ضبط کننده های بدون کاغذ برای ردیابی روند پارامترهایی مانند دما، فشار، جریان و سطح ایده آل هستند. HMI ها و ایستگاه های اپراتور برای رابط های بصری، پیکربندی پارامترها، نظارت بر هشدار و عملیات تجهیزات استفاده می شوند.

معیارهای کلیدی انتخاب شامل سیگنال های ورودی، روش های نمایش، فواصل ضبط، ظرفیت ذخیره سازی، رابط های ارتباطی، خروجی های هشدار و حفاظت از اتلاف انرژی است.

VI. مقررات و ابزار کنترل

ابزارهای تنظیم و کنترل به عنوان "مغز" سیستم اتوماسیون، کنترل خودکار، کنترل منطقی، کنترل توالی و حفاظت ایمنی عمل می کنند.

دستگاه‌های میدانی رایج شامل کنترل‌کننده‌های PID، تنظیم‌کننده‌های تک حلقه و چند حلقه، PLC، DCS، FCS، ESD، SIS و رایانه‌های صنعتی است.

کنترل‌کننده‌های PID معمولاً برای تنظیم پارامترهای پیوسته مانند دما، فشار، جریان و سطح استفاده می‌شوند. PLC ها معمولاً برای عملیات راه اندازی/توقف تجهیزات، کنترل توالی، حفاظت درهم تنیده و پردازش سیگنال گسسته (روشن/خاموش) استفاده می شوند. DCSها برای نظارت متمرکز و کنترل توزیع شده واحدهای تولید مداوم در مقیاس بزرگ مناسب هستند. SIS و ESD در درجه اول برای اتصال ایمنی و خاموش شدن اضطراری استفاده می شوند. آنها نباید صرفاً به عنوان سیستم های کنترل استاندارد در نظر گرفته شوند.

عوامل انتخاب شامل فرآیند کنترل‌شده، تعداد نقاط ورودی/خروجی، استراتژی کنترل، پروتکل‌های ارتباطی، الزامات افزونگی، سطوح یکپارچگی ایمنی (SIL)، مدیریت هشدار و قابلیت‌های نگهداری طولانی‌مدت است.

VII. ابزار اندازه گیری تخصصی

ابزار اندازه گیری تخصصی در درجه اول برای تشخیص پارامترهای منحصر به فرد، نظارت بر سلامت تجهیزات و انجام کالیبراسیون میدانی استفاده می شود. نمونه‌های متداول عبارتند از مانیتورهای لرزش شفت، مانیتورهای جابجایی شفت، سرعت‌سنج‌ها، ابزارهای توزین، ضخامت‌سنج‌ها، کالیبراتورهای سیگنال، آشکارسازهای شعله، آنالایزرهای آنلاین رطوبت، دانسیته‌سنج‌های آنلاین و ابزارهای نظارت بر وضعیت تجهیزات.

ابزارهای اندازه گیری لرزش شفت، جابجایی شفت و سرعت چرخش معمولاً در تجهیزات دوار مانند کمپرسورها، توربین های بخار، فن ها و پمپ ها استفاده می شود. ابزارهای توزین در سیلوها، ترازوهای تسمه ای و سیستم های بسته بندی یا بچینگ استفاده می شوند. ضخامت سنج ها برای اندازه گیری ضخامت صفحات، لوله ها و دیواره های رگ و همچنین ضخامت پوشش استفاده می شود. آشکارسازهای شعله معمولاً برای محافظت در برابر احتراق در دیگهای بخار، کوره های گرمایش و زباله سوزها استفاده می شوند.

انتخاب این ابزار مستلزم در نظر گرفتن عواملی مانند نوع تجهیزات، پارامتر مورد اندازه گیری، محل نصب، سرعت پاسخ، سیگنال های خروجی و الزامات حفاظتی است.

هشتم. نکات کلیدی برای انتخاب و استفاده در محل

هنگام انتخاب ابزارهای اتوماسیون، نباید تنها بر روی شماره مدل و قیمت تمرکز کرد.

ابتدا پارامتری که باید اندازه گیری شود را مشخص کنید. سپس محدوده اندازه گیری، دقت، مصالح ساخت، روش نصب، منبع تغذیه و سیگنال خروجی را تعیین کنید.

اگر محیط خورنده باشد، قطعات خیس شده باید از مواد مناسب ساخته شوند. برای محیط های با دمای بالا، اتلاف گرما، تراکم، جداسازی و ترموول ها را در نظر بگیرید. اگر محیط مستعد کریستال شدن یا گرفتگی است یا حاوی ناخالصی است، از دیافراگم، پاکسازی، فلاشینگ یا پیش تصفیه نمونه استفاده کنید. در مناطقی که لرزش قابل توجهی دارند، محل نصب و نصب براکت را در نظر بگیرید.

پس از راه اندازی دستگاه، مرتباً نقطه صفر، دهانه، سیم کشی، منبع تغذیه، زمین، ارتباط، خروجی های آلارم و وضعیت قفل را بررسی کنید.

هنگام عیب یابی در محل، این ترتیب را دنبال کنید: منبع تغذیه، سپس سیگنال، سپس سیم کشی، سپس تنظیمات پارامتر و در نهایت عنصر حسگر و شرایط فرآیند را بررسی کنید.

خلاصه

به خاطر سپردن طبقه بندی ابزارهای اتوماسیون دشوار نیست، زیرا هر نوع عملکرد خاصی را انجام می دهد.

به عنوان مثال، ابزارهای اندازه گیری داده ها را جمع آوری می کنند. ابزارهای کنترلی پردازش سیگنال را مدیریت می کنند. محرک ها اعمال فیزیکی را در میدان انجام می دهند. ابزارهای نمایش و ضبط داده ها را نشان داده و ذخیره می کند. ابزارهای تنظیم و کنترل، کنترل و اینترلاک ها را مدیریت می کنند. و ابزار اندازه گیری تخصصی پارامترهای منحصر به فرد را تشخیص می دهند.

هنگامی که واقعاً در محل است، به یک ابزار به عنوان یک دستگاه جدا شده نگاه نکنید. آن را در چارچوب کل حلقه کنترل در نظر بگیرید، و تشخیص بسیاری از مشکلات آسان تر خواهد شد.