آشنایی با انواع سیستم های کنترل در صنعت

از زمان ورود کنترل کننده های منطقی هوشمند به صنعت، کمتر از نیم قرن می گذرد اما مزایای این سیستم ها به حدی قابل توجه بوده است که به سرعت جایگزین مدارات کنترلی قدیمی شده و جایگاه خود را در صنایع مختلف به دست آورده اند.

در سال های دور، از سیستم های مکانیکی، هیدرولیکی، رله ای و … به منظور پیاده سازی سیستم کنترل در صنایع استفاده می شد ولی در سالهای اخیر استقبال از سیستم های کنترل الکترونیکی از قبیل PLC به شدت افزایش یافته و در اکثر صنایع، این سیستم های نوین جایگزین سیستم های قدیمی تر شده اند.

 

در این مطلب به بررسی انواع سیستم های کنترل می پردازیم.

در هر فرآیند صنعتی (در صنایع و کارخانجات مختلف)، نیاز به سیستمی است که بتواند بخش های مختلف فرآیند را تحت کنترل قرار دهد تا محصول نهایی تولید شود.

به این سیستم، سیستم کنترل گفته می شود. بدیهی است که هیچ کارخانه ای را نمی توان بدون سیستم کنترل راه اندازی نمود، لذا در همه کارخانجات و صنایع، سیستم کنترل وجود دارد.

اما آنچه از دیرباز تا کنون در صنایع مختلف تغییر نموده است، نوع سیستم کنترل است.

 

انواع کنترل کننده ها:

1- سیستم های مکانیکی

2- سیستم های نیوماتیکی

3- مدارات رله ای

4- سیستم های الکترونیکی

5- سیستم های کنترل کامپیوتری

6- سیستم کنترل PLC

 

1- سیستم های مکانیکی:

از قدیمی ترین سیستم های بکار رفته به منظور کنترل صنعتی، می توان به سیستم های مکانیکی اشاره نمود.

در این سیستم ها با استفاده از تجهیزات کاملا مکانیکی و بدون استفاده از تجهیزات هوشمند، سیستم کنترل پیاره سازی می شده است.

از جمله این سیستم ها  می توان به سیستم کنترل موتورهای بخار اشاره نمود.

برخی از معایب سیستم های کنترل مکانیکی عبارتند از:

* غیر هوشمند بودن

* عدم امکان کنترل از راه دور

* استهلاک زیاد

* هزینه زیاد

* امکانات کنترلی کم

* حجیم بودن

 

2- سیستم های نیوماتیکی:

این سیستم ها با تغذیه فشار هوای ابزار دقیق کار می کردند و مجهز به تجهیزات خاصی از قبیل شستی ها و پوش باتون های مخصوص و در برخی از موارد کنترل کننده های PID نیوماتیکی بودند.

در این سیستم، فشار هوا از تجهیزاتی مشابه شستی ها و پوش باتون های مخصوصی عبود داده شده و به عملگرهای خاصی اعمال می شد.

عملگر نیز به نوبه خود عمل خاصی را انجام می داد. ساختار و طراحی این نوع سیستم ها، مشابه مدارات فرمان رله ای است، با این تفاوت که در مدارات رله ای جریان الکتریکی از شستی ها و پوش باتون ها عبور نموده و باعث ایجاد یک عمل خاص می شود اما در سیستم های نیوماتیکی فشار هوا از از تجهیزات عبور داده شده و باعث انجام عملیات خاص می گردد.

سیستم های نیوماتیکی نیز دارای معایبی بودند که برخی از آنها عبارتند از:

* به دلیل استفاده از فشار هوا، استفاده ایز این سیستم در هرجایی ممکن نبوده و باید از کمپرسور به منظور تولید فشار هوا استفاده نمود.

* باید در همه ی بخش های کارخانه لوله کشی مناسب برای انتقال هوا صورت پذیرد.

* از نظر اقتصادی هزینه ی سیستم زیاد است.

* سیستم به صورت غیرهوشمند می باشد.

* نیاز به تعمیرات و نگهداری دارد.

 

3- مدارات رله ای:

در این مداات از تجهیزات الکترومکانیکی از قبیل رله، کنتاکتور، تایمر و … به منظور پیاده سازی سیستم کنترل استفاده می شود. تا قبل از اختراع PLC استفاده از این مدارات در صنعت بسیار زیاد بود ولی با ورود PLC به صنعت، استفاده از این مدارات بسیار کاهش یافته است.

مدارات رله ای دارای اشکالات فراوانی می باشند که برخی از آنها عبارتند از:

* حجیم هستند.

* غیر هوشمند هستند.

* نیاز به انجام سیم کشی فراوان بین تجهیزات دارند.

* طراحی و پیاده سازی آنها مشکل است.

* ایجاد تغییرات در آنها مشکل است.

* قابلیت توسعه در آنها کم است.

* نیاز به سرویس مداوم دارند.

* دارای استهلاک می باشند.

 

4- سیستم های الکترونیکی:

بعد از اختراع ترانزیستور در سال 1947 میلادی، صنعت الکترونیک با سرعت زیادی رشد نمود. در این زمان سیستم های کنترل الکترونیکی عرضه شدند.

مدارات آنالوگ با استفاده از عناصر الکترونیکی ساخته شده و به جای سیستم های کنترل مکانیکی و نیوماتیکی بکارگرفته شدند.

این سیستم ها سرعت و دقت بیشتری نسبت به سیستم های نیوماتیکی داشتند و از نظر اقتصادی نیز ارزان تر بودند.

 

5- سیستم های کنترل کامپیوتری:

اولین سیستم های کنترل کامپیوتری در 1962 با نام DDC مخفف Direct Digital Control عرضه شد که برای مانیتور کردن و کنترل فرآیند از آنها استفاده گردید.

در این سیستم، کنترل فرآیند برعهده کامپیوتر مرکزی قرار داشت و این کامپیوتر اطلاعات را از سنسورها و ترانسمیترها دریافت نموده و پس از پردازش، فرمان های لازم را به تجهیزات عملگر (مانند ولو، کنترل ولو و …) ارسال می نمود.

سیستم DDC نیز پس از مدتی منسوخ، و سیستم DCS جایگزین آن شد.

البته امروزه سیستم های نوین کنترلی بر مبنای کامپیوتر تحت عنوان سیستم های PC Base ارائه شده اند که در آنها وظیفه کنترل برعهده CPU کامپیوتر قرار داشته و توسط نرم افزارهای خاصی طراحی می شوند.

در حال حاضر از این سیستم ها در برخی موارد برای کنترل فرآیند استفاده می شود.

 

6- سیستم های کنترل PLC:

PLC مخفف Programmable Logic Controller به معنی کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی می باشد.

هدف اولیه طراحی PLC ، جایگزینی پردازشگر میکروپروسسور به جای سیستم های رله کنتاکتوری بود.

در واقع PLC یک سیستم کنترل هوشمند است که در آن معایب سیستم های رله ای برطرف شده است.

PLC دارای پردازشگری به نام CPU است که می تواند برنامه های پیچیده را نیز اجرا نموده و توسط نرم افزارهای خاص می توان به راحتی آن را برنامه ریزی نمود.

برخی از مزایا PLC نسبت به مدارات رله ای عبارتند از:

* هوشمند بودن

* کاهش حجم سیستم کنترل

* امکان برنامه نویسی در محیط نرم افزاری (به جای سیم کشی)

* سهولت طراحی و پیاده سازی

* امکان توسعه

* عدم نیاز به سرویس و نگهداری

* امکان ارتباط با سیستم های مانیتورینگ

* امکان ارتباط با PLCهای دیگر از طریق شبکه های صنعتی