في عصر التطور السريع للأتمتة الصناعية، يلعب الكمبيوتر الشخصي الصناعي (IPC) باعتباره المعدات الأساسية لنظام التحكم الصناعي، دورًا حاسمًا. في هذه الورقة، سنقوم بتحليل ومناقشة تعريف IPC، وهيكل الأجهزة، ومبدأ العمل، والفئات الرئيسية، ومجالات التطبيق واتجاهات التطوير المستقبلية.
I. تعريف الكمبيوتر الصناعي
تم تصميم الكمبيوتر الصناعي خصيصًا للبيئة الصناعية لتكنولوجيا الكمبيوتر، وأجهزة الكمبيوتر المكتبية التقليدية مختلفة، فالكمبيوتر الصناعي لا يمتلك فقط قياسًا قويًا لقدرات معالجة البيانات، وفي البيئات الصناعية القاسية يعمل بكفاءة. غالبًا ما تكون البيئات الصناعية مصحوبة بدرجات حرارة عالية ودرجات حرارة منخفضة وغبار واهتزازات وتداخل كهرومغناطيسي وعوامل أخرى، الأمر الذي يتطلب أن تتمتع وحدات التحكم الصناعية بدرجة عالية من -مقاومة التداخل والمتانة. باختصار، الكمبيوتر الصناعي هو عقل التحكم في الأتمتة الصناعية، وهو يشجع مجموعة متنوعة من المعدات الرئيسية للتحكم في عملية الإنتاج.
ثانيا. هيكل الأجهزة للكمبيوتر الصناعي
يتكون نظام الأجهزة لآلة التحكم الصناعية من اللوحة الأم ووحدة المعالجة المركزية والذاكرة والقرص الصلب والشاشة وبطاقة واجهة الإدخال / الإخراج وإمدادات الطاقة الصناعية والهيكل وما إلى ذلك. تختلف أجهزة آلة التحكم الصناعية عن أجهزة الكمبيوتر العادية، حيث تستخدم بشكل عام المكونات الصناعية، ويمكن أن تعمل بثبات في بيئة درجة الحرارة العالية والرطوبة العالية.
اللوحة الأم:اللوحة الأم هي المكون الأساسي للكمبيوتر الصناعي، الذي يدمج واجهات وفتحات مختلفة لتوصيل الأجهزة الأخرى. يعد تصميم اللوحة الأم لآلة التحكم الصناعية بسيطًا جدًا بشكل عام، مع مجموعة متنوعة من فتحات التوسعة والمقابس لأنواع مختلفة من وحدات الإدخال / الإخراج ووحدات الاتصال.
وحدة المعالجة المركزية:وحدة المعالجة المركزية هي معالج الكمبيوتر الصناعي، المسؤول عن تنفيذ تعليمات الكمبيوتر والتحكم في تشغيل الكمبيوتر. يمكن للمعالج عالي الأداء- أن يضمن الاستجابة السريعة والتشغيل الفعال لآلة التحكم الصناعية عند التعامل مع كمية كبيرة من البيانات وتعليمات التحكم المعقدة.
ذاكرة:تستخدم الذاكرة لتخزين البيانات والبرامج اللازمة لتشغيل الكمبيوتر، ويؤثر حجم سعتها بشكل مباشر على سرعة تشغيل وأداء الكمبيوتر الصناعي.
القرص الصلب:يتم استخدام القرص الصلب لتخزين نظام التشغيل والتطبيقات الخاصة بآلة التحكم الصناعية، بالإضافة إلى بيانات وسجلات الإنتاج وغيرها من المعلومات.
بطاقة الرسومات:تُستخدم بطاقة الرسومات للتحكم في عرض الشاشة لعرض الصورة والمعلومات النصية التي تتم معالجتها بواسطة الكمبيوتر.
بطاقة واجهة الإدخال/الإخراج:يتم تكوين الكمبيوتر الصناعي بشكل عام بمجموعة متنوعة من واجهات الاتصال، بما في ذلك المنفذ التسلسلي (RS232/RS485)، وواجهة Ethernet، وواجهة USB، وما إلى ذلك، وهي مناسبة للاتصال بالمعدات الموجودة في الموقع ونقل البيانات.
إمدادات الطاقة الصناعية:عادةً ما يكون لتصميم مصدر الطاقة لآلة التحكم الصناعي دور احتياطي زائد عن الحاجة لمنع الطلب على الطاقة الناتج عن نهاية التشغيل.
الهيكل:يأخذ تصميم هيكل الكمبيوتر الصناعي في الاعتبار عوامل مثل مقاومة-السقوط، ومقاومة-الاهتزاز، ويمكن أن تكون في بعض بيئة -الحمل العالي، والضغط العالي- من أجل التشغيل الفعال، مما يؤدي إلى تحسين عمر خدمة المعدات بشكل ملحوظ.
ثالثا. مبدأ عمل الحاسوب الصناعي
يمكن فهم مبدأ عمل الكمبيوتر الصناعي ببساطة على أنه ثلاث عمليات لجمع البيانات ومعالجتها وتشغيلها وتصديرها.
جمع البيانات:الكمبيوتر الصناعي من خلال عدد من أجهزة الاستشعار والمعدات، وتحويل المعلمات الخارجية (مثل درجة الحرارة والرطوبة والضغط وما إلى ذلك) إلى إشارات رقمية لجمع -الوقت الحقيقي.
معالجة البيانات:تقوم ICPC بمعالجة المعلومات التي تم جمعها وفقًا لنظام التحكم المدمج وتقوم بإنشاء رموز التحكم.
تصدير العملية:يعتمد رمز التحكم على نقل واجهة الإخراج لتنفيذ المعدات، مثل المحركات وصمامات البوابة والمضخات وما إلى ذلك، للتحكم الآلي في العمليات الصناعية.
رابعا. الفئات الرئيسية لوحدات التحكم الصناعية
يمكن تقسيم الكمبيوتر الصناعي وفقًا لمتطلبات التطبيق وبيئات التثبيت المختلفة إلى الفئات الرئيسية التالية:
آلة التحكم الصناعية المدمجة:عادةً ما تكون آلة التحكم الصناعية المدمجة عبارة عن أجهزة كمبيوتر وبرامج ونظام تشغيل وبرامج تطبيقية مدمجة معًا لتشكل نظام كمبيوتر مدمج ومخصص. وتتميز عادةً بالحجم الصغير، واستهلاك الطاقة المنخفض، والموثوقية العالية، وما إلى ذلك. وهي مناسبة لسيناريوهات التطبيقات ذات متطلبات المساحة الصارمة ومتطلبات الوقت الحقيقي- العالية.
أجهزة الكمبيوتر المكتبية الصناعية:تشبه أجهزة الكمبيوتر المكتبية الصناعية أجهزة الكمبيوتر المكتبية التجارية العادية، ولكنها تستخدم أجهزة ومكونات ذات جودة أعلى-من الدرجة الصناعية-لزيادة مقاومة التداخل والمتانة. عادةً ما تتمتع بأداء أعلى وقابلية للتوسع لأنظمة التحكم في الأتمتة الصناعية المعقدة.
وحدات التحكم الصناعية المثبتة على حامل-:عادةً ما يتم تركيب وحدات التحكم الصناعية -المثبتة على حامل في خزانات قياسية مقاس 19-بوصة وتكون متكاملة وقابلة للتطوير بشكل كبير. وعادةً ما يتم استخدامها في أنظمة الأتمتة الصناعية واسعة النطاق، مثل مراكز البيانات وأنظمة التحكم في حركة المرور وما إلى ذلك.
DIN-وحدات التحكم الصناعية للسكك الحديدية:عادةً ما يتم تثبيت وحدات التحكم الصناعية للسكك الحديدية DIN- على قضبان DIN وتتميز بصغر حجمها وسهولة تركيبها. يتم استخدامها عادةً لمهام المراقبة والتحكم في المواقع الصناعية.
اللوحات المدمجة:اللوحات المدمجة هي لوحات أم مصممة خصيصًا للكمبيوتر والتي تُستخدم عادةً في الأنظمة المدمجة. فهي متكاملة ومرنة للغاية ويمكن تخصيصها وفقًا لمتطلبات التطبيق.
أجهزة الكمبيوتر اللوحية الصناعية:تجمع أجهزة الكمبيوتر اللوحية الصناعية بين ميزات أجهزة الكمبيوتر اللوحية ووحدات التحكم الصناعية مع شاشات تعمل باللمس و-معالجات عالية الأداء و-سعة تخزين عالية. يتم استخدامها عادةً في سيناريوهات التطبيقات التي تتطلب تفاعلًا بشريًا-مع الكمبيوتر وتحكمًا معقدًا.
وحدات التحكم الصناعية للتطبيقات الخاصة:وحدات التحكم الصناعية للتطبيقات الخاصة هي وحدات تحكم صناعية يتم تخصيصها وفقًا لسيناريوهات واحتياجات التطبيق المحددة. وعادة ما يكون لها وظائف وميزات فريدة لتلبية احتياجات بيئات صناعية محددة.
خامسا: مجالات تطبيق وحدات التحكم الصناعية
تُستخدم وحدات التحكم الصناعية على نطاق واسع في الأتمتة الصناعية والتصنيع الذكي وإنترنت الأشياء والعديد من الصناعات الأخرى، وأصبحت قوة مهمة في تعزيز التنمية الصناعية.
تصنيع:في الصناعة التحويلية، يتم استخدام وحدات التحكم الصناعية للتحكم في حالة تشغيل خطوط الإنتاج والمعدات الإشرافية، وجمع البيانات والإرشادات، ولضمان التشغيل بكفاءة وفعالية لعملية الإنتاج. من خلال التعاون النشط مع PLC، جنبًا إلى جنب مع الروبوتات والمعدات الأخرى، يمكن لوحدات التحكم الصناعية إنجاز إدارة دقيقة للإنتاج، وتركيب المواد، والتحذير من فشل المعدات ومهام أخرى.
حركة المرور على الطرق السريعة:في مجال النقل، يتم استخدام آلة التحكم الصناعية على نطاق واسع في التحكم في إشارات المرور، ونظام المراقبة، وتحليل حالة الطريق، وإدارة حركة المرور الذكية وما إلى ذلك. واستنادًا إلى المعالجة السريعة للبيانات والتحكم في الوقت الفعلي-، يمكن لوحدات التحكم الصناعية تحقيق جدولة تدفق حركة المرور، وتقليل معدل حوادث المرور، وتحسين كفاءة وسلامة النقل الحضري.
إدارة الطاقة:في صناعات الطاقة الكهربائية والبترول والغاز الطبيعي وصناعات الطاقة الأخرى، وأجهزة الكمبيوتر الصناعية لإنتاج الطاقة والنقل والتخزين وغيرها من البيانات المراقبة في الوقت الفعلي -والتحكم عن بعد والتحذير من الأخطاء. وفقًا لنظام التحكم بالكمبيوتر الصناعي، يمكن لصناعة الطاقة تحقيق الإدارة التلقائية للمعدات وتحسين استخدام الطاقة ومنع الهدر.
التخزين الآلي:في نظام التخزين الآلي، تُستخدم آلة التحكم الصناعية بشكل شائع في إدارة تخزين البضائع، داخل وخارج عمليات المستودعات، والتعامل مع الروبوت الآلي وغيرها من الأعمال. من خلال المطابقة الوثيقة لآلة تحديد الرمز الشريطي، وRFID، والروبوتات المتكاملة وغيرها من المعدات، يمكن للكمبيوتر الصناعي تحقيق الإدارة التلقائية، وتقليل تكاليف العمالة، وتحسين كفاءة العمل.
سادسا. اتجاه التطوير المستقبلي لآلة التحكم الصناعية
مع التطور السريع للعلوم والتكنولوجيا، تتطور وحدات التحكم الصناعية أيضًا، وتدريجيًا نحو جوانب تطوير أكثر كفاءة وأكثر ذكاءً وأكثر مرونة.
الجمع مع إنترنت الأشياء:مع تعميم تقنية إنترنت الأشياء (IoT)، ستولي وحدات التحكم الصناعية المزيد من الاهتمام للدمج مع إنترنت الأشياء. واستنادًا إلى شبكات الاستشعار والمنصات السحابية وتحليل البيانات وغيرها من التقنيات، فإن وحدات التحكم الصناعية قادرة على جمع وتحليل الكثير من البيانات الصناعية في الوقت الفعلي لتحسين مستوى التصنيع الذكي.
تطبيق الذكاء الاصطناعي:إن تطبيق الذكاء الاصطناعي (AI) في آلات التحكم الصناعية سوف يلعب دورًا مهمًا، خاصة في استخراج البيانات والصيانة التنبؤية والجوانب الأخرى. إن إدخال خوارزميات الذكاء الاصطناعي يسهل على ICM ليس فقط التعامل مع ديناميكيات الوقت-الحقيقي، ولكن أيضًا اتخاذ قرارات ذكية لزيادة تحسين عملية الإنتاج وتوفير التكاليف.
مقدمة لحوسبة الحافة:حوسبة الحافة هي بنية حوسبة موزعة تقود مستوى القياس إلى حافة الشبكة. تلعب وحدات التحكم الصناعية دورًا مهمًا في هذا الاتجاه، استنادًا إلى-معالجة بيانات الموقع وتحليلها، مما يؤدي إلى تقليل التأخير في نقل البيانات وتحسين سرعة الاستجابة. يمكن للحوسبة المتطورة أيضًا تحسين كفاءة معالجة البيانات، وتقليل ضغط النطاق الترددي للشبكة، وتعزيز جهاز التحكم الصناعي في أسرع وقت ممكن للتكيف مع -بيئة العمل المتغيرة باستمرار.
التكامل والتصميم المعياري:مع تنوع اللوائح الصناعية، فإن مستقبل آلة التحكم الصناعية سوف يولي المزيد من الاهتمام للتكامل والنموذجية. لا يمكن لهذا التصميم توفير التكاليف فحسب، بل أيضًا وفقًا للاحتياجات المختلفة للعملاء لتنفيذ التكوين المرن.
تحسين الأداء والكفاءة:مع استمرار التحسن في التلاعب الصناعي بالأتمتة على أداء وكفاءة احتياجات الحوسبة، سيجد مستقبل آلة التحكم الصناعية توازنًا أفضل في خصائص الكفاءة. من خلال اختيار معالجات أكثر تقدمًا وتقنية إدارة البطارية، لا تستطيع آلة التحكم الصناعية حل البيانات ذات الحجم الأكبر- فحسب، بل يمكنها أيضًا توفير الموارد والاستهلاك وتقليل التأثير على البيئة.
تطبيق تكنولوجيا الشبكة-عالية السرعة:ومع تطور تكنولوجيا الشبكات عالية السرعة-مثل 5G وWi{2}}Fi 6، سيتم تحسين قدرة الشبكات ومعدل نقل البيانات لوحدات التحكم الصناعية بشكل كبير.
التصميم الأخضر:مع تحسين الوعي العالمي بحماية البيئة، ستتحرك آلة التحكم الصناعية نحو الجانب الأخضر من التنمية. في المستقبل، سيستهلك الكمبيوتر الصناعي قدرًا أكبر من توفير الطاقة-وتصميمًا صديقًا للبيئة لتقليل التلوث البيئي واستهلاك الطاقة.
سابعا. ملخص
باعتباره الجهاز الرئيسي للتحكم في الأتمتة الصناعية، فإن أهمية الكمبيوتر الصناعي-أمر بديهي. مع التقدم التكنولوجي المستمر، سيكون استخدام وحدات التحكم الصناعية في مختلف الصناعات أكثر اتساعًا، وسيستمر تحسين أدائها وهيكلها. بالنسبة للمؤسسات، سيكون اختيار وحدات التحكم الصناعية عالية الأداء-المستقرة بمثابة خطوة مهمة في تحسين الإنتاجية وتوفير التكاليف وإجراء التصنيع الذكي. في التطوير المستقبلي، لن تستمر آلة التحكم الصناعية في كونها التحكم الصناعي في "العصب الدماغي" فحسب، بل أيضًا مع إنترنت الأشياء والذكاء الاصطناعي و5G وغيرها من التقنيات المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بتعزيز أتمتة التلاعب الصناعي إلى مستوى أعلى.
من خلال التحليل الشامل أعلاه لوحدات التحكم الصناعية، يمكننا أن نرى أن وحدات التحكم الصناعية ليست فقط المعدات الأساسية لأنظمة التحكم في الأتمتة الصناعية، ولكنها أيضًا قوة مهمة للتنمية الصناعية. في المستقبل، ستستمر وحدات التحكم الصناعية في لعب مزاياها، وعمق تكامل التقنيات الناشئة، لتطوير الأتمتة الصناعية لضخ حيوية جديدة.
تمت ترجمته باستخدام DeepL.com (نسخة مجانية)