في عالم تتزايد فيه الكفاءة باستمرار، ليس من المستغرب أن نجد أن أغلب وسائل الراحة التي نعتبرها أمراً مسلماً به يتم إنجازها من خلال عمليات آلية. ومع احتياج المشغلين البشريين إلى الحد الأدنى من الاهتمام، تقوم الآلات بأداء مهام مهمة مثل تحليل البيانات، وإجراء العمليات، والعمل بالتنسيق مع بعضها البعض.
نتيجة للتقدم في الأتمتة الصناعية، يتم دمج أنظمة مثل SCADA مع مكونات مثل PLCs و HMIs لزيادة الإنتاجية والراحة وتحسين السلامة في الظروف الخطرة.
اليوم، تستخدم مئات المرافق الحيوية أنظمة SCADA وPLC التي تحتوي دائمًا تقريبًا على واجهات HMI. هذه العمليات بالغة الأهمية عندما يتعلق الأمر بالتعامل مع الأتمتة وتصميم النظام المتقدم. ستتحسن هذه الأنظمة فقط. ومن المتوقع أن ينمو استخدام SCADA بنسبة 7 في المائة تقريبًا بحلول عام 2024، مع اعتماد المزيد والمزيد من الشركات المصنعة لهذا النهج الأكثر كفاءة.
ولكن لأن بعض هذه الأنظمة لها ميزات ووظائف مماثلة، فمن المهم أن نفهم كيف تختلف وكيف تعمل على وجه التحديد لتلبية احتياجات صناعتك.
تفصيل سريع لنظام SCADA و HMIs و PLCs
تعتبر أنظمة SCADA ضرورية لوظائف الأتمتة الصناعية. ومثل أجهزة الكمبيوتر، يمكن لهذه الأنظمة المعقدة تحليل المعلومات وتسجيل البيانات وأداء المهام دون مساعدة بشرية كبيرة.
أنظمة الرقابة الإشرافية وجمع البيانات
التحكم الإشرافي واكتساب البيانات، أو SCADA، هي عملية تحكم آلية تستخدمها العديد من الصناعات الكبيرة للأتمتة الصناعية، مثل مرافق التصنيع والبناء والهندسة.
SCADA هو نظام مكون من جزأين:
- PLC (التحكم المنطقي القابل للبرمجة)
- وحدة طرفية بعيدة (RTU)
غالبًا ما يشتمل نظام SCADA أيضًا على مكون منفصل يسمى HMI (واجهة الآلة البشرية). باختصار، نظام SCADA هو نظام يحتوي على عناصر برمجية وأجهزة للتحكم في العمليات والتفاعل ومراقبة البيانات وتسجيلها من خلال وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة وواجهات الآلة البشرية.
واجهة الإنسان والآلة
واجهة المستخدم هي واجهة مستخدم أو لوحة تحكم تسمح للمشغل البشري بالتفاعل مع الآلة. تُستخدم واجهة المستخدم في جميع أنحاء العالم في مجموعة واسعة من التقنيات، من الهواتف الذكية إلى محطات الطاقة.
لا تعد واجهات آلة الإنسان جزءًا من برنامج محدد، ولكنها تُستخدم لتمكين الأشخاص من التواصل مع آلة أو جهاز. تُستخدم واجهات آلة الإنسان في المقام الأول لمساعدة المستخدمين على فهم البيانات والتحكم فيها من خلال لمسة إصبع من خلال جهاز قابل للتواصل، على سبيل المثال:
- الشاشة (تلفزيون أو كمبيوتر أو فيلم)
- أزرار
- الرافعات
- فأرة الكمبيوتر
- لوحة المفاتيح
يمكن تشغيل أنظمة SCADA بدون واجهة HMI، على الرغم من أنه غالبًا ما يوصى باستخدام واجهة HMI. حتى يتمكن المشغلون من فهم كيفية التواصل مع النظام وتلقي إشعار بأي أخطاء تحتاج إلى حل.
وحدات تحكم قابلة للبرمجة
غالبًا ما يتم وصف وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة بأنها أجهزة كمبيوتر دقيقة يمكنها التواصل مع أشياء وأنظمة وآلات مختلفة. وهي مصممة للتحكم في الشبكات واستكشاف أخطائها وإصلاحها، ولهذا السبب فهي مكون ضروري لنظام SCADA.
يعمل النظام على تبسيط استخدام الآلات مع توفير الوظائف الضرورية في نفس الوقت، ويُستخدم في أي موقف يتطلب مشغلًا بشريًا للتحكم بدرجة عالية من الموثوقية. بالإضافة إلى ذلك، فهو جزء معقد من الأتمتة الصناعية، وبدونه لا يمكن لنظام SCADA أن يعمل.
تتضمن بعض الوظائف الرئيسية لـ PLCs في SCADA ما يلي:
- الروبوتات
- خط التجميع
- عداد
- القياس
- الحوسبة
- أجهزة الاستشعار
- المحركات
- المصابيح
- المشجعين
- قاطع الدائرة
الدور المهم للأتمتة الصناعية
الأتمتة الصناعية هي استخدام أنظمة تحكم متعددة لتشغيل الآلات والمعدات. ويختلف هذا الأمر بشكل كبير بين العديد من أنواع الصناعات، مثل مصانع التصنيع وأنظمة التحكم في المباني والنقل والاتصالات.
هذا النوع من العمليات قوي ويستخدم أجهزة الكمبيوتر والآلات للعمل بدلاً من البشر، مع الحد الأدنى من الاهتمام بالمشغلين. لذلك، تتضمن بعض الفوائد الرئيسية للأنظمة الآلية ما يلي:
- زيادة الإنتاجية لأن الآلات قادرة على العمل بلا كلل
- تحسين جودة المنتج عن طريق إنتاج نفس الكمية في كل مرة
- تقليل تكاليف العمالة عن طريق استبدال العمال بالآلات
- تقليل عمليات التفتيش الروتينية من خلال تشغيل أجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة وواجهات المستخدم الرسومية (HMIs) معًا
- تحسين السلامة من خلال إخراج العمال من البيئات الخطرة
عندما يتعلق الأمر بالأتمتة، فهي طريقة ممتازة لإنجاز الإجراءات المهمة بأقل قدر من التدخل البشري. وعلى الرغم من استخدامها بأشكال مختلفة، إلا أن البشر استخدموا هذه الطريقة لقرون.
نبذة مختصرة عن تاريخ الأتمتة
على الرغم من أن شركة فورد موتورز هي التي صاغت مصطلح "الأتمتة" في عام 1948، إلا أن العملية تعود إلى مصر القديمة. في الواقع، يعود تاريخ إحدى آليات التحكم في ردود الفعل الأولى إلى عام 270 قبل الميلاد!
على مدى القرون القليلة التالية، بحثت البشرية عن طرق لتسهيل العمل. ومع حصاد الغذاء وبناء المنازل وإدخال الثورة الصناعية، كانت هناك مئات الطرق لجعل الحياة أكثر عملية. وخلال القرن التاسع عشر، شهد الناس أول آلات تعمل تلقائيًا، مثل الأفران والمحركات وأجهزة ضبط الحرارة.
مع حلول القرن العشرين، استخدم الناس الكهرباء بكثافة، وكانت الأتمتة الصناعية في أوجها. الأتمتة الصناعية أكثر تعقيدًا قليلًا من الأتمتة التي عرفها الناس لسنوات؛ فهي التحكم في أنظمة مختلفة واستخدامها لتشغيل المعدات مثل الآلات.
يوجد اليوم طلب كبير على المنتجات والإمدادات والضروريات مثل النقل وإنتاج الطاقة. ومن أسهل الطرق لتلبية هذه المطالب استخدام الأتمتة الصناعية. تساعد هذه الأنظمة الكاملة في التحكم في هذه الأجزاء الرئيسية من الحياة وتتطلب أنظمة فعّالة مثل SCADA وPLC وHMI.
كيف يعمل SCADA و HMI و PLC معًا في الأتمتة الصناعية؟
في عالم اليوم، هناك الكثير من التكنولوجيا التي يجب مواكبتها. لذا، على الرغم من أن فهم كيفية عمل نظام معقد مثل SCADA قد يبدو أمرًا صعبًا، إلا أنه عبارة عن سلسلة بسيطة من المعلومات. تذكر أن أنظمة SCADA مصممة لـ:
- أتمتة العمليات والإجراءات
- تتبع وتحليل البيانات والأخطاء
- إجراء مراقبة للموقع عن بعد
- زيادة الإنتاجية وضمان نفس جودة الإنتاج
ولكن كيف يعمل نظام SCADA وPLCs وHMIs معًا؟
يمكن فهم نظام SCADA على أفضل نحو باعتباره قاعدة البيانات المركزية التي تخزن وتتحكم في العملية بأكملها. وتتواصل هذه القاعدة مع وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة، وهي الطريقة التي يعمل بها النظام ويتواصل بها داخل بيئة التشغيل. وإذا كان هناك واجهة مستخدم بشرية، فقد تكون على شكل شاشة أو زر أو رافعة أو لوحة مفاتيح تسمح للإنسان بالتفاعل مع نظام SCADA-PLC. ومن الأمثلة على ذلك آلات المصانع وأجهزة الكمبيوتر والمركبات.
في التصنيع الصناعي، تعتبر واجهة آلة الإنسان (HMI) ضرورية لتوفير المعلومات للمشغل. يحدد نظام PLC أي مشاكل داخل نظام SCADA ويعرضها على المشغل من خلال واجهة آلة الإنسان (HMI) حتى يمكن حل المشكلة.
مرافق التصنيع
هناك عدد لا يحصى من الصناعات التي تستخدم الأنظمة الآلية، ولكن بعض الصناعات الأكثر شعبية هي:
- الأغذية، مثل الماشية والحبوب ومعلبات الفاكهة والخضروات والتعبئة والتغليف
- المشروبات والتبغ، مثل المياه المعبأة، والصودا، والكحول، والسجائر والسيجار
- المنسوجات، مثل أقمشة الملابس، وأغطية السرير، والمناشف، والستائر
- منتجات الأخشاب، مثل الأخشاب، والخشب الرقائقي، والقشرة، والأرضيات، ومواد بناء المنازل
من الآمن أن نقول إن السلع مطلوبة في جميع أنحاء العالم، وهذا يعني بدوره أن الحاجة إلى الإنتاجية أعلى من أي وقت مضى. وللمساعدة في تلبية هذه المطالب، تتجه مرافق التصنيع إلى أنظمة الأتمتة الصناعية، التي تساعد في زيادة الإنتاجية وإنتاج منتجات عالية الجودة باستمرار.
توليد الطاقة الكهربائية
مع الزيادة المطردة في استهلاك الكهرباء في جميع أنحاء العالم، هناك طلب كبير على توليد الطاقة الآلي. وعلى الرغم من ضرورة تشغيل هذه المرافق يدويًا، إلا أنه يمكن توزيع المزيد من الإنتاج بفضل الأنظمة الآلية مثل SCADA.
الأغذية والتجزئة
إذا كنت قد زرت أحد مطاعم الوجبات السريعة التابعة لماكدونالدز مؤخرًا، فمن المحتمل أنك لاحظت أحدث إضافة إلى متجرهم: كشك الطلب. وبفضل نظام الطلب الآلي الذي يعمل بشاشة تعمل باللمس، زادت الإنتاجية، مما يعني وقت انتظار أقل للمستهلكين ووقتًا أطول للموظفين للتركيز على عملهم.
لكن ماكدونالدز ليست الشركة الوحيدة التي تستخدم أنظمة آلية. ففي أي مطعم أو متجر بقالة، قد تجد أمثلة لهذه الأنظمة، على سبيل المثال:
- أنظمة الحزام الناقل
- خيارات التسوق عبر الإنترنت
- آلات الدفع الذاتي
- تسليمات الطائرات بدون طيار
ومن الأمثلة الرئيسية الأخرى لنظام SCADA في مجال البيع بالتجزئة الخدمات المصرفية الآلية. فبفضل أجهزة الصراف الآلي، يستطيع الناس سحب النقود من حساباتهم الجارية في أي وقت. وتستخدم هذه الأنظمة نظام SCADA وPLCs وHMIs للعمل معًا.
أنظمة السفر والنقل
يعتمد المشغلون بشكل كبير على الأنظمة الآلية عند التحكم في إجراءات النقل ومراقبتها، على سبيل المثال:
- طائرات
- مراقبة الحركة الجوية
- توجيه السفن
- القطارات
- التحويلات الميكانيكية
- أجهزة وتتبع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)
- إشارات ضوئية مؤقتة عند التقاطعات
سيستخدم المشغل واجهة الإنسان والآلة (HMI)، والتي يمكن أن تكون عبارة عن مزيج من الشاشات والرافعات والأزرار ولوحات المفاتيح.
خاتمة
تغير الأتمتة الصناعية الطريقة التي يعمل بها العالم. أكثر من أي وقت مضى، أصبحت الآلات قادرة على التعامل مع البيانات ومعالجتها لزيادة الإنتاجية، وخفض تكاليف العمالة، وتقليل التفاعل البشري بحيث يكون الناتج متسقًا.