مع استمرار توسع نطاقات الإنتاج وتقدم تقنيات الإنتاج، هناك طلب متزايد على مستويات أعلى من الأتمتة في عمليات الإنتاج. وبالتالي، خضعت الأدوات الصناعية لعملية تطوير من العدم إلى الوجود، ومن البساطة إلى التعقيد، ومن وظيفة واحدة-إلى إمكانيات-وظيفة متعددة. منذ أقدم أجهزة القياس والعرض في الموقع-لدرجة الحرارة (على سبيل المثال، مقاييس الحرارة الزجاجية)، والضغط (على سبيل المثال،-مقاييس الضغط الأنبوبية)، والتدفق (على سبيل المثال، أجهزة قياس تدفق الدوار الزجاجي)، ومستوى السائل (على سبيل المثال، مقاييس مستوى الأنبوب الزجاجي)، بالإضافة إلى أجهزة التحكم البسيطة في الموقع-، تطورت الصناعة تدريجيًا نحو العمل عن بعد قدرات النقل والعرض المركزي والتحكم عن بعد. بالإضافة إلى التنوع المتزايد لعناصر الكشف وأدوات قياس المعلمات المختلفة، كان تطوير أدوات التحكم في العمليات سريعًا، حيث تطورت من أدوات تجميع الوحدات الهوائية، وأدوات تجميع الوحدات الكهربائية، وأجهزة التحكم الإلكترونية المتكاملة إلى أنظمة التحكم الصناعية بالكمبيوتر.
تتنوع أدوات الأتمتة الصناعية، وبناءً على عملية الحصول على المعلومات ونقلها وانعكاسها ومعالجتها، يتم تصنيفها إلى خمسة أنواع رئيسية: (1) أدوات الكشف؛ (2) أدوات العرض؛ (3) أدوات التحكم؛ (4) المحركات. (5) أجهزة المراقبة والتحكم المركزية.
أدوات الكشف
أثناء عمليات الإنتاج، تتغير درجة الحرارة والضغط ومعدل التدفق والمستوى والكميات الفيزيائية الأخرى للوسيط في مواقع مختلفة في المعدات وخطوط الأنابيب بسرعة وتتغير باستمرار. وتستخدم أدوات الكشف لقياس قيم هذه الكميات الفيزيائية في كل لحظة.
بناءً على معلمات العملية المختلفة التي يتم قياسها، يمكن تصنيف أدوات الكشف إلى الأنواع التالية:
1. أدوات درجة الحرارة:تشتمل أدوات قياس درجة الحرارة شائعة الاستخدام على موازين الحرارة الزجاجية، ومقاييس الحرارة ثنائية المعدن، ومقاييس الضغط -من النوع (البئر الحراري)، ومفاتيح درجة الحرارة، والمزدوجات الحرارية، والثرمستورات، بالإضافة إلى أجهزة قياس درجة الحرارة الإشعاعية-من النوع المرتفع-مثل أجهزة قياس درجة الحرارة البصرية العالية-وقياس الألوان الكهروضوئي ارتفاع-مقياس درجة الحرارة.
2. أدوات الضغط:تستخدم أدوات قياس الضغط للكشف عن الضغط والفراغ وفرق الضغط. بناءً على مبادئ عملها، يمكن تصنيفها إلى: أجهزة قياس الضغط المرنة (مقسمة أيضًا إلى أجهزة قياس ضغط أنبوب بوردون، وأجهزة قياس ضغط الحجاب الحاجز، وأجهزة قياس ضغط الكبسولة، ومفاتيح الضغط، وما إلى ذلك)؛ أجهزة قياس الضغط من نوع المستشعر - (مثل أجهزة قياس الضغط المقاومة والسعوية والحثية وHall-)؛ أجهزة قياس ضغط عمود السائل (مثل أنبوب U-، والأنبوب المستقيم، وأجهزة قياس ضغط الأنبوب المائل)؛ ومقاييس ضغط المكبس، وهي دقيقة للغاية وتستخدم عادةً لمعايرة مقاييس الضغط القياسية.
3. عدادات التدفق:تأتي أدوات قياس التدفق في مجموعة واسعة، وأكثرها استخدامًا حاليًا هي تلك التي تتكون من جهاز اختناق وجهاز إرسال تدفق الضغط التفاضلي. تشتمل أجهزة الاختناق شائعة الاستخدام على ألواح الفتحات والفوهات وأنابيب الفنتوري. تشمل عدادات التدفق الأخرى شائعة الاستخدام عدادات المياه، ومقاييس التدفق الدوار، ومقاييس تدفق التروس الإهليلجية، ومقاييس التدفق المستهدفة، ومقاييس التدفق الكهرومغناطيسي، ومقاييس التدفق الدوامي، ومقاييس التدفق Annubar، ومقاييس التدفق الجماعي.
4. عدادات المستوى:تقيس أجهزة قياس المستوى في المقام الأول مستوى السائل لوسط معين أو السطح البيني بين سائلين بكثافات مختلفة داخل الأبراج أو الخزانات أو الحاويات، بالإضافة إلى مستوى المواد الصلبة. مقاييس مستوى السائل الأكثر شيوعًا هي مقاييس مستوى السائل ذات الأنبوب الزجاجي ومقاييس مستوى السائل ذات اللوحة الزجاجية. تشتمل الأنواع الأخرى على مقاييس مستوى السائل ذات الضغط التفاضلي ومقاييس مستوى السائل من نوع الطفو - (مثل مقاييس مستوى السائل ذات الكرة العائمة، ومفاتيح مستوى السائل، ومقاييس مستوى السائل في الأسطوانة العائمة، ومقاييس مستوى السائل في العوامة، ومقاييس مستوى السائل ذات الأشرطة الفولاذية، وأدوات وزن مستوى السائل في الخزان). للكشف عن مستوى المواد الصلبة، توجد مقاييس مستوى مقاومة، ومقاييس مستوى سعوية، ومفاتيح مستوى، ومقاييس مستوى نوع الوزن -، ومقاييس مستوى نوع الشوكة-، ومقاييس مستوى فوق صوتي، ومقاييس مستوى إشعاعي.
5. أدوات تحليل المكونات:تُستخدم أدوات تحليل المكونات لتحديد تكوين وسائط المعالجة وقياس تركيز مكون معين (أو مكونات متعددة حتى التركيب بأكمله). بناءً على مبادئ عملها، يمكن تصنيفها إلى محللات كهروكيميائية (مثل أجهزة قياس التوصيل، وأجهزة قياس الأس الهيدروجيني الصناعية، ومحللات الزركونيا، وما إلى ذلك)، والمحللات الحرارية (مثل محللات التوصيل الحراري، والمحللات الكيميائية الحرارية، ومحللات الأشعة تحت الحمراء)، والمحللات المغناطيسية، ومقاييس الألوان الضوئية، ومقاييس الطيف الكتلي، وأجهزة تحليل الغاز الصناعية.
عند تثبيت أجهزة تحليل المكونات عبر الإنترنت، من الضروري عمومًا-معالجة العينات مسبقًا للتأكد من أن حالتها ودرجة حرارتها وضغطها ومعدل تدفقها والمعلمات الأخرى تلبي المتطلبات التشغيلية لأجهزة التحليل. لذلك، يجب تكوين نظام الأنابيب الذي يتكون من مكونات مثل المرشحات، ومجمعات الغبار، وأوعية التجفيف، والمبردات، ومقاييس الدوران، وأختام المياه، والصمامات، والأنابيب لإجراء معالجة مسبقة عامة - للعينات. بالنسبة لبعض الوسائط الخاصة (مثل عينات غاز المداخن، وعينات الغاز ذات درجة الحرارة العالية-مثل غاز الفرن، وعينات تحليل الزيت الثقيل، وعينات المكونات المسببة للتآكل، وعينات المراقبة البيئية)، يكون نظام المعالجة المسبقة لأخذ العينات-أكثر شمولاً. يُشار إلى أنظمة المعالجة المسبقة- هذه في شكلها النهائي باسم أجهزة المعالجة المسبقة لأخذ العينات-.
بالإضافة إلى ذلك، فإن بعض أدوات قياس الخصائص الفيزيائية، مثل أجهزة قياس الرطوبة، وأجهزة قياس الرطوبة، وأجهزة قياس الكثافة، وأجهزة قياس التركيز، وأجهزة قياس التعكر، وأجهزة قياس اللزوجة، غالبًا ما يتم تصنيفها ضمن أدوات تحليل المكونات.
6. أدوات الكمية الميكانيكية:تشتمل أدوات الكمية الميكانيكية شائعة الاستخدام في الصناعة على أجهزة قياس السمك، وكاشفات التمدد الحراري، وكاشفات التوتر، وكاشفات الانحراف، وأجهزة الكشف عن اهتزاز العمود، وإزاحة العمود، وسرعة الدوران في الآلات الدوارة (مثل ضواغط التوربينات البخارية الكبيرة)، بالإضافة إلى أجهزة الوزن (مثل موازين الحزام الإلكترونية، وأجهزة كشف انحراف الحزام وانزلاقه، وأدوات عرض الوزن، وتعبئة الوزن الأجهزة).
أدوات العرض
تُستخدم هذه الأدوات جنبًا إلى جنب مع أدوات الكشف للإشارة إلى أو تسجيل القيم اللحظية للمعلمات المقاسة. تشمل الأمثلة -مؤشرات الملف المتحركة مثل أجهزة قياس النسبة وأجهزة قياس الميليفولت، وأجهزة العرض الرقمية، ومقاييس فرق الجهد الإلكترونية وجسور التوازن الإلكترونية (والتي يمكن دمجها مع منظمات كهربائية أو هوائية لتكوين أدوات مركبة) للإشارة إلى درجة الحرارة أو تسجيلها، بالإضافة إلى أجهزة من النوع -التراكمي مع وظيفة تراكم التدفق.
أدوات التحكم
لا تتلقى أدوات التحكم إشارات القياس من أجهزة الكشف عن العمليات وأجهزة الإرسال للعرض فحسب، بل تصدر أيضًا إشارات تحكم لتنظيم تشغيل المحركات (آليات المشغل وصمامات التحكم)، وبالتالي تشكيل -نظام تحكم في الحلقة المغلقة.
يمكن تصنيف أدوات التحكم على نطاق واسع إلى نوعين بناءً على نوع الإشارة: أدوات التحكم التناظرية وأدوات التحكم الرقمية.
1. تشتمل أدوات التحكم التناظرية على -الأدوات المثبتة على القاعدة، وأدوات تجميع الوحدات (الهوائية، والكهربائية)، والأدوات المجمعة.
(1) يتم تقسيم أدوات تجميع الوحدات إلى وحدات مختلفة بناءً على وظائفها في نظام التحكم. توجد كل أداة وحدة بشكل مستقل ويمكن دمجها بشكل تعسفي في أنظمة كشف وتنظيم مختلفة حسب الحاجة، مما يوفر تكوينًا مرنًا ومريحًا للنظام. يستخدم نقل الإشارة بين الوحدات إشارة قياسية موحدة (تُعرف أيضًا باسم الإشارة التناظرية). تم استخدام أدوات تجميع الوحدات على نطاق واسع من الخمسينيات إلى أوائل السبعينيات، وهي تمثل أدوات موزعة وظيفيًا حقًا، مما يعني أنه يتم استخدام أداة واحدة لأداء وظيفة مطلوبة محددة.
تجدر الإشارة إلى أن وحدات الإرسال في أدوات تجميع الوحدات (باستثناء أجهزة إرسال درجة الحرارة) تنتمي وظيفيًا إلى فئة أدوات الكشف.
يتم تصنيف أدوات تجميع الوحدات أيضًا إلى أدوات تجميع الوحدات الهوائية وأدوات تجميع الوحدات الكهربائية بناءً على مصدر طاقة العمل الخاص بها:
أدوات الجمع بين الوحدات الهوائية:تطورت أدوات تجميع الوحدات الهوائية من الأدوات الهوائية الأصلية. تستخدم هذه الأجهزة الهواء المضغوط عند 0.14 ميجا باسكال كمصدر للطاقة العاملة، وتستخدم الهواء المضغوط عند ضغط يتراوح من 0.02 إلى 0.1 ميجا باسكال كإشارة موحدة. نظرًا لأن كلا من طاقة العمل ونقل الإشارة يستخدمان الهواء المضغوط، فإن أدوات الوحدة الهوائية تمتلك بطبيعتها خصائص مقاومة للانفجار- عند تطبيقها في منشآت تكرير البترول وإنتاج المواد الكيميائية. ومع ذلك، فإن عيبها هو أن مسافات نقل الإشارات الهوائية تقتصر عمومًا على 150 مترًا؛ عندما تتجاوز مسافات الإرسال هذا الحد، يحدث تأخير في انتشار الإشارة، مما يؤثر على حساسية العرض والتنظيم. تشتمل أدوات تجميع الوحدات الهوائية على أدوات الوحدة التالية:
أ. تشتمل وحدات الإرسال (أي أجهزة الإرسال) على أجهزة إرسال الضغط، وأجهزة إرسال الضغط التفاضلي، وأجهزة إرسال التدفق من النوع -الهدف، وأجهزة إرسال التدفق ذات لوحة الفتحة المدمجة-، وأجهزة إرسال الضغط التفاضلي (المستوى) ذات الشفة المفردة (أو المزدوجة)، وأجهزة إرسال مستوى التعويم الداخلية (أو الخارجية)، وأجهزة إرسال درجة الحرارة، من بين وحدات أخرى.
ب. عرض أدوات الوحدة مثل مؤشرات الشريط الملون، والمؤشرات الشريطية، ومؤشرات الإبر المتعددة-، ومسجلات المؤشرات، وأجهزة القياس.
ج. تتضمن أدوات وحدة التحكم وحدات التحكم في المؤشرات، وأجهزة التحكم في السجلات، وأجهزة التحكم المتتالية، وأجهزة التحكم التناسبية (التكاملية والمشتقة).
د. أدوات الوحدات الحسابية مثل المضافات والمضاعفات وآلات حاسبة النسب.
ه. أدوات وحدة نقطة الضبط، مثل وحدات التحكم في نقطة الضبط ووحدات التحكم في نقطة الضبط لبرنامج الوقت.
و. أدوات الوحدات المساعدة، مثل المحركات الهوائية (نوع -) ومشغلات المفاتيح اليدوية/التلقائية ومحددات القيمة العالية (المنخفضة) والمرحلات والمفاتيح والمحددات وأجهزة التحكم في النسب وموزعات الأحمال وصمامات تنظيم مرشح التدفق - العالي.
أدوات الجمع بين الوحدات الكهربائية:تستخدم أدوات تجميع الوحدات الكهربائية طاقة التيار المستمر كمصدر للطاقة التشغيلية. وقد مرت هذه الأجهزة بثلاث مراحل تطويرية بسبب تحديث مكوناتها الإلكترونية الأساسية: النوع الأول (دوائر الأنابيب المفرغة)، والنوع الثاني (دوائر الترانزستور)، والنوع الثالث (الدوائر المتكاملة الخطية). حاليًا، تم التخلص التدريجي من النوعين الأول والثاني ولم يعدا قيد الاستخدام. لا يزال النوع الثالث مطبقًا على نطاق واسع في منشآت تكرير البترول وإنتاج المواد الكيميائية. تشير أدوات تجميع الوحدات الكهربائية التي تمت مناقشتها هنا حصريًا إلى النوع III. يتم تشغيل الأدوات الكهربائية من النوع III بواسطة مصدر تيار مستمر 24 فولت. يستخدم نقل الإشارة بين الأجهزة الفردية في غرفة التحكم إشارات الجهد الكهربي DC 1–5V، بينما يستخدم الاتصال بين أدوات غرفة التحكم وأجهزة الإرسال المثبتة في الميدان، وصمامات التحكم، والمشغلات إشارات التيار DC 4–20 مللي أمبير. لتلبية متطلبات - مقاومة الانفجارات المختلفة، يتم تصنيف أجهزة الإرسال-المثبتة ميدانيًا ووحدات الإدخال/الإخراج المتصلة بغرفة التحكم (حافظات السلامة، وحواجز الأمان) أيضًا إلى نوع مقاوم للانفجار- ونوع آمن جوهريًا. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لاحتياجات تطوير تكنولوجيا التحكم بالكمبيوتر الصناعية، تم تطوير أدوات الوحدات الذكية المعتمدة على المعالجات الدقيقة في السنوات الأخيرة، لتصبح فئة جديدة من أدوات الوحدات الكهربائية.
تشتمل أدوات تجميع الوحدات الكهربائية على الوحدات التالية:
أ. تشتمل وحدات الإرسال (أي أجهزة الإرسال) على أجهزة إرسال الضغط، وأجهزة إرسال الضغط التفاضلي، وأجهزة إرسال التدفق من النوع -الهدف، وأجهزة إرسال التدفق ذات لوحة الفتحة المدمجة-، وأجهزة إرسال الضغط التفاضلي (المستوى) ذات الشفة المفردة (أو المزدوجة)، وأجهزة إرسال مستوى التعويم الداخلية (أو الخارجية)، وأجهزة إرسال درجة الحرارة (أو فرق درجة الحرارة)، وأجهزة إرسال الضغط الذكية، والضغط التفاضلي الذكي. أجهزة الإرسال ، من بين أمور أخرى.
ب. تتضمن أدوات وحدة العرض مؤشرات إبرة مفردة (أو مزدوجة)، ومؤشرات شريطية ملونة، وأجهزة إنذار ذات إبرة مفردة (أو مزدوجة)، ومسجلات قلم مفردة (أو مزدوجة)، ومسجلات مؤشرات متعددة -، وتكاملات متناسبة (أو جذر تربيعي)، وما إلى ذلك.
ج. تشتمل أدوات وحدة التحكم على وحدات التحكم في المؤشرات، ووحدات التحكم الاحتياطية SPC/DDC، ووحدات التحكم في تتبع موضع الصمامات المتعددة-القنوات، ووحدات التحكم في الوظائف- الخاصة، وأجهزة التكامل، وأجهزة التفاضل، وما إلى ذلك.
د. تشتمل أدوات وحدة الحساب على أدوات الجمع، والمضاعفات، والمقسمات، والآلات الحاسبة ذات الجذر التربيعي، وما إلى ذلك.
ه. تشتمل أدوات وحدة التحويل على محولات الإشارة الحالية، ومحولات النبض/الجهد، ومحولات التردد/التيار، ومحولات المعاوقة، ومحولات الوظائف، والمحولات الكهربائية/الهوائية، والمحولات الهوائية/الكهربائية، إلخ.
و. تشتمل أدوات وحدة Setpoint على وحدات تحكم نقطة ضبط التيار الثابت، ووحدات تحكم نقطة ضبط النسبة، ووحدات تحكم نقطة ضبط المعدل، ووحدات تحكم نقطة ضبط الإنذار، ووحدات تحكم نقطة ضبط برنامج المعلمة، ووحدات تحكم نقطة ضبط برنامج الوقت، وما إلى ذلك.
ز. تشتمل أدوات الوحدة المساعدة على المحركات الكهربائية (النوع D-)، ومشغلات DDC، وحوامل الأمان، وحواجز الأمان، والموزعين، وصناديق الجهد، ومحددات الإشارة، والعوازل، والعاكسات، والمصاعد، ومخمدات الإشارة، وعاكسات الإشارة، ومحددات الإشارة، ومعدل-محددات التغيير، من بين أشياء أخرى.
(2) أداة التحكم المتكاملة المعيارية
هذه سلسلة جديدة في تطوير أدوات التحكم في العمليات، والمعروفة أيضًا باسم جهاز التحكم المتكامل المعياري. إنها تعتمد هيكل تجميع معياري، مما يتيح التكوين المرن والمريح لأنظمة التحكم في العمليات. يستخدم النظام داخليًا نظام إشارة جهد تيار مستمر 0-10 فولت ويمكنه استقبال إشارات هوائية وكهربائية مختلفة (بما في ذلك التيار والجهد والاتصالات والنبضات والتردد والتشفير) من أدوات الكشف الميداني وعناصر الكشف.
تشتمل أجهزة التحكم المتكاملة المعيارية على الأدوات والمكونات التالية:
أ. مكونات الإدخال/الإخراج: مكونات تحويل الإدخال، مكونات تحويل الإخراج، مكونات تحويل النبض، مكونات تحويل mV/V، مكونات تحويل P/E، مكونات محرك الطاقة التراكمية، إلخ.
ب. مكونات معالجة الإشارة: مكونات التخزين المؤقت للإشارة، مكونات التخزين المؤقت للمرحل، مكونات توليد الإشارة (مكونات توليد الميل، مكونات التوقيت، إلخ)، مكونات الحساب التناظري (مكونات الضرب/القسمة، مكونات الجذر التربيعي، مكونات الإضافة، مكونات الوظيفة، المكونات المحددة، مكونات اختيار الإشارة، إلخ)، مكونات التراكم، مكونات الإنذار، والمكونات المنطقية.
ج. مكونات التنظيم: مكونات PID (المكونات المتناسبة والتكاملية والمشتقة)، ومكونات التعويض الديناميكي، ومكونات التتبع، ومكونات واجهة الإخراج المتعددة-، ومكونات التحكم المرئي في الصوت-.
د. المكونات المساعدة والمكونات الأخرى: مكونات توزيع الطاقة، مكونات توزيع الإشارة، مكونات التبديل، مكونات نقطة الضبط، مكونات التتابع، ومكونات المراقبة.
ه. أدوات العرض والتشغيل: مؤشرات مؤشر مفردة (مزدوجة)، ومسجلات قلم مفردة (مزدوجة)، وثلاثة (أربعة) مسجلات أقلام، ومسجلات الاتجاه، وأجهزة التحكم المحمولة، ووحدات عرض التحكم والتشغيل.
(3) أدوات تنظيم مثبتة على القاعدة-.
أثناء تطوير أدوات الأتمتة الصناعية من الكشف والعرض المحلي إلى التحكم المركزي، ظهر نوع من الأدوات التي تدمج وظائف القياس والعرض والتنظيم. إننا نشير إلى هذا على أنه أداة تنظيم مثبتة على القاعدة- أو ببساطة أداة مثبتة على القاعدة-. تتضمن الأمثلة منظمات الإشارة والتسجيل المزودة بمنظمات تعمل بالهواء المضغوط وبعض المنظمات المحلية ذات وظائف تنظيمية فردية (مثل منظمات درجة الحرارة، ومنظمات الضغط، ومنظمات الضغط التفاضلي، ومنظمات التدفق). يتم تصنيف أدوات التنظيم المثبتة بقاعدة - أيضًا إلى أنواع تعمل بالهواء المضغوط وأنواع كهربائية بناءً على مصدر الطاقة الخاص بها.
تعد الهيئات التنظيمية-ذاتية التشغيل أيضًا أحد أنواع أدوات التنظيم المحلية. تم تسميتها لاعتمادها على الوسط المُقاس كمصدر للطاقة، وبالتالي تُسمى أيضًا منظمات التأثير المباشر-. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لتكاملها مع صمامات التحكم الخاصة بها، يُشار إلى المنظمات-ذاتية الفعل أيضًا بصمامات التحكم ذاتية الفعل-. تتضمن المنظمات الشائعة التي يتم تشغيلها ذاتيًا-منظمات درجة الحرارة التي يتم تشغيلها ذاتيًا-، ومنظمات الضغط التي يتم تشغيلها ذاتيًا-، ومنظمات التدفق التي يتم تشغيلها ذاتيًا-.
2. أدوات التحكم الرقمية
تشمل أدوات التحكم الرقمية أنظمة التحكم الموزعة (DCS)، وأجهزة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، وأجهزة كمبيوتر التحكم الصناعية (IPC)، وأنظمة التحكم في السلامة (FSC).
في ستينيات القرن العشرين، ومع الطبيعة-الواسعة النطاق والمعقدة لعمليات الإنتاج الصناعي، كانت أنظمة التحكم في الأتمتة الصناعية مطلوبة للتعامل مع كميات كبيرة من البيانات، وإجراء تحكم حسابي متقدم، وتسهيل اتصالات المعلومات، وتحقيق العرض والتشغيل المركزيين، وتعزيز دقة التحكم. ولم تعد الأدوات التناظرية التقليدية قادرة على تلبية هذه المتطلبات، مما أدى إلى اعتماد أنظمة التحكم بالكمبيوتر، مما أدى إلى تحسين مستوى التحكم الشامل في عمليات الإنتاج. ومع ذلك، عندما أصبحت وظائف التحكم مركزية للغاية، أصبحت مخاطر الحوادث أيضًا شديدة التركيز. إذا حدث خلل في نظام التحكم بالكمبيوتر، فإن التحكم والمراقبة والتشغيل سيصبح مستحيلاً، مما يسبب اضطرابات كبيرة في الإنتاج وربما يؤدي إلى حوادث كبيرة.
بعد سبعينيات القرن العشرين، ومع ظهور-الدوائر المتكاملة والمعالجات الدقيقة واسعة النطاق، والتطورات الإضافية في تكنولوجيا التحكم، وتكنولوجيا العرض، وتكنولوجيا الكمبيوتر، وتكنولوجيا الاتصالات، تم تطوير أنظمة جديدة للتحكم في العمليات تعتمد على المعالجات الدقيقة وأجهزة الكمبيوتر الصغيرة، مثل نظام التحكم الموزع (DCS). ترث DCS مزايا الأدوات التناظرية التقليدية وأنظمة التحكم المعتمدة على الكمبيوتر-. مع الحفاظ على العرض والتشغيل المركزيين، بالإضافة إلى الإدارة المركزية، فإنها تعمل على إضفاء اللامركزية على سلطة التحكم، وبالتالي تعزيز سلامة وموثوقية نظام التحكم. وذلك لأن DCS يقوم بتوزيع المعالجات الدقيقة وفقًا لوظائف التحكم أو مناطق التحكم. يمكن لكل محطة تحكم مجهزة بمعالج دقيق التحكم في عدة إلى عشرات الحلقات، ومن خلال الجمع بين محطات التحكم المتعددة، يمكن التحكم في عملية الإنتاج بأكملها، وبالتالي تحقيق التحكم اللامركزي وتشتيت المخاطر. وبناءً على ذلك، يتم نقل كمية كبيرة من المعلومات عبر كابلات نقل البيانات إلى محطة العرض والتشغيل المعتمدة على المعالج الدقيق بغرفة التحكم المركزية -CRT، حيث يتم تركيز هذه المعلومات للعرض أو التسجيل. وفي الوقت نفسه، وبالاشتراك مع أجهزة كمبيوتر المستوى الأعلى{10} (أجهزة كمبيوتر إدارة العمليات وأجهزة كمبيوتر إدارة الإنتاج)، تخضع عملية الإنتاج لمراقبة وإدارة مركزية.
يمكن لأنظمة التحكم الموزعة تحقيق التحكم المستمر، والتحكم في الدُفعات (المتقطعة)، والتحكم المتسلسل، والحصول على البيانات ومعالجتها، والتحكم المتقدم، ودمج الإدارة التشغيلية بشكل وثيق مع عملية الإنتاج. تتمتع أنظمة التحكم الموزعة أيضًا بوظائف التشخيص الذاتي-، مما يتيح فحص أجهزة وبرامج النظام. عند اكتشاف الخلل، يصدرون إنذارات مسموعة ومرئية ويعرضون موقع الخلل.
يتكون نظام التحكم الموزع عادةً من محطات التحكم الميدانية ومحطات عرض وتشغيل CRT وشبكات الاتصالات والأجهزة الطرفية مثل الطابعات.
وفي تطورها اللاحق، أصبحت وظائف اتصالات التحكم لأنظمة التحكم الموزعة منقحة وموحدة بشكل متزايد. بناءً على التركيز على وظائف التحكم الخاصة بها، تم فصل وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLCs) عن أنظمة التحكم الموزعة (DCS)، والتي ركزت في المقام الأول على التحكم في الحلقة. كان الغرض الأصلي من أجهزة PLC هو استبدال أنظمة الإنذار المتشابكة التقليدية-المعتمدة على المرحلات. إشارات الإدخال والإخراج الخاصة بها كلها عبارة عن إشارات تبديل، وتستخدم برمجة البرامج لتنفيذ وظائف مثل المنطق والتسلسل والتوقيت والعد والحساب، مما يجعلها مناسبة للأنظمة المتشابكة الأكثر تعقيدًا. السمة الرئيسية للـ PLCs هي "قابليتها للبرمجة"؛ مجرد تغيير البرنامج يمكن أن يغير نظام التحكم. إن موثوقيتها ومرونتها وسرعتها التشغيلية وتعقيد مخططات التحكم الخاصة بها تفوق بكثير تلك الموجودة في دوائر الترحيل.
لقد تطورت PLCs بسرعة، مما أدى إلى تعزيز وظائف التحكم التناظرية، والقدرات الحسابية، وحتى دمج شاشات الرسوم البيانية الديناميكية CRT، وإدارة قواعد البيانات، وإنشاء الملفات. وفي الوقت نفسه، اعتمدت أنظمة DCS الميزات التقنية لـ PLC، مما يعزز وظائف المعالجة والتحكم التسلسلي. يؤدي هذا التداخل الوظيفي بين النظامين إلى تضييق الفجوة بين DCS وPLC، مما يجعل حدودهما غير واضحة بشكل متزايد. مع استمرار تطور أنظمة التحكم الموزعة، لا سيما فيما يتعلق بتصغير النظام والتصميمات الصغيرة-، وأجهزة الإرسال الميدانية الذكية، والحافلات الميدانية القياسية، وشبكات الاتصالات القياسية، والتكامل المتبادل بين DCS وPLC، ودمج أجهزة الكمبيوتر وأجهزة الكمبيوتر الشخصية في أنظمة DCS، ومواصلة تحسين برامج النظام، ستصبح أنظمة التحكم الموزعة قابلة للتكيف بشكل متزايد مع متطلبات التحكم في العمليات المختلفة وتحقيق تقنية واقتصادية أفضل فوائد.
إن Fieldbus (FCS) عبارة عن ناقل بيانات اتصال رقمي، تسلسلي، متعدد{0}}النقاط، ثنائي الاتجاه يتم تثبيته بين أجهزة موقع الإنتاج وأجهزة التحكم التلقائي في غرفة التحكم. مفهومها الأساسي هو أن محطات التحكم والمنظمات الذكية والأجهزة الأخرى في غرفة التحكم لم تعد بحاجة إلى الاتصال بالأدوات الميدانية (مثل أجهزة الإرسال وصمامات التحكم والمفاتيح) عبر قنوات الإدخال/الإخراج (I/O) الخاصة بها، ولكن بدلاً من ذلك قم بتوصيلها بقناة H2 عالية السرعة- لناقل المجال عبر الواجهات التسلسلية الخاصة بها، ثم قم بتوصيلها بناقل المجال H1 عبر جسر H2/H1، تمكين الاتصال بين الأدوات الميدانية H1 وH2 لمراقبة عملية الإنتاج والكشف عنها.
نظرًا لأن ناقل المجال هو شبكة الاتصالات ذات المستوى الأدنى- التي تربط الأجهزة الميدانية (المعدات الميدانية والأدوات الميدانية)، ويدمج التحكم الميداني ووظائف الاتصال الميداني، فإن عقد شبكة اتصالات ناقل المجال عبارة عن أجهزة إرسال ذكية (بما في ذلك درجة الحرارة والضغط والتدفق والمستوى ومحللات العمليات وما إلى ذلك) ومشغلات ذكية.
يتم تصنيف أجهزة الكمبيوتر الصناعية إلى أجهزة التحكم الآلي الأساسية وأجهزة الكمبيوتر الإدارية بناءً على وظائف التحكم والإدارة الخاصة بها. ومن بين هذه الأجهزة، تشكل أجهزة التشغيل الآلي الأساسية المستوى الأول من التحكم متعدد المستويات{{1}، بما في ذلك أنظمة التحكم الموزعة (DCS)، ووحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، وأجهزة التحكم الرقمي المباشر (DDC)، وأنظمة التحكم في ناقل المجال (FCS). تعمل أجهزة كمبيوتر إدارة العمليات كأجهزة -عالية المستوى لأجهزة التشغيل الآلي الأساسية، وتنتمي إلى المستوى الثاني من التحكم متعدد-المستويات؛ تنطبق أجهزة كمبيوتر إدارة الإنتاج على المستويات من الثالث إلى الخامس من التحكم متعدد المستويات-.
المحركات
المحركات، المعروفة أيضًا باسم صمامات التحكم، تتكون من جزأين: آلية المحرك والصمام. بناءً على مصدر الطاقة لآلية المحرك، يتم تصنيفها إلى أربع فئات رئيسية: صمامات التحكم الهوائية، وصمامات التحكم الكهربائية، وصمامات التحكم الهيدروليكية، وصمامات التحكم الهجينة. تنقسم صمامات التحكم الهوائية أيضًا إلى صمامات تحكم من النوع الغشائي -، وصمامات تحكم من النوع المكبس -، وصمامات تحكم طويلة الشوط - بناءً على شكل آلية التشغيل الخاصة بها.
أجهزة المراقبة والتحكم المركزية
تستخدم أجهزة المراقبة المركزية عناصر الكشف أو أجهزة الاستشعار لعرض المتغيرات المقاسة أو إشارات اتصال الإنذار مركزيًا؛ تتحكم أجهزة التحكم المركزية في المحركات وفقًا-لبرامج محددة مسبقًا باستخدام سلسلة من الإشارات المتغيرة المقاسة. تشمل أجهزة المراقبة والتحكم المركزية أجهزة الحصول على البيانات المختلفة، وأجهزة إنذار الإشارة، وأجهزة كشف السلامة، وأجهزة التلفزيون الصناعية وأجهزة التحكم عن بعد، وأجهزة التحكم التسلسلية. يتم تصنيف أجهزة المراقبة والتحكم المركزية عمومًا إلى الفئات التالية:
1. تشتمل أجهزة مراقبة السلامة على أجهزة الكشف عن الغازات القابلة للاشتعال والإنذار بها، وأجهزة الكشف عن الغازات السامة والإنذار بها، وأجهزة مراقبة اللهب، وأجهزة الإشعال التلقائي، وأجهزة حماية سلامة الاحتراق، وأجهزة كشف تسرب الزيت، وأجهزة كشف المقاومة العالية-، وما إلى ذلك.
2. تتكون أنظمة التلفزيون الصناعية من الكاميرات ومعداتها المساعدة (مثل الإضاءة، وأجهزة التطهير، وأجهزة التبريد، والأقراص الدوارة الآلية)، وشاشات العرض، والمعدات المساعدة (مثل وحدات التحكم، والموزعين، والمعوضات، والمفاتيح).
3. أجهزة التحكم عن بعد تستقبل إشارات الإدخال المتغيرة، وتقوم بمعالجة المعلومات، وعرض الإنذارات على الشاشات، وإشارات التحكم في الإخراج إلى نهاية التحكم.
4. تشتمل أجهزة إنذار الإشارة على أجهزة إنذار الإشارة الوامضة، وأجهزة الإنذار الوامضة الذكية، وأنظمة إنذار دائرة التتابع، وأنواع أخرى من أجهزة إنذار الإشارة.
5. أجهزة التحكم التسلسلية تشمل أنظمة حماية التعشيق التتابعي، أجهزة المراقبة المنطقية، أجهزة التحكم التسلسلي، وأجهزة التحكم التسلسلية الذكية.
6. تشتمل أجهزة إنذار جمع البيانات وكشف الدوريات على أجهزة جمع البيانات وأجهزة إنذار كشف الدوريات.
معدات التحكم الآلي الأخرى
تتضمن هذه الفئة من المعدات في المقام الأول أنواعًا مختلفة من لوحات الأجهزة (نوع القناة-نوع الخزانة-نوع الإطار-نوع اللوحة-نوعها)، وصناديق الأجهزة، ووحدات التحكم، وصناديق العزل (الحماية)، وصناديق إمداد الطاقة، وما إلى ذلك.
مواد الأتمتة
تشير مواد التشغيل الآلي إلى المواد المطلوبة لتركيب الأجهزة، والتي تتنوع في النوع، مثل -أنابيب توصيل الضغط (أنابيب الفولاذ غير الملحومة، وأنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ، وأنابيب الضغط العالي-)، وأنابيب إمداد الهواء (أنابيب الصلب المجلفن، والأنابيب النحاسية)، وأنابيب إشارة الهواء (أنابيب النحاس، وأنابيب الكابلات النحاسية، وأنابيب كابلات النايلون، وصناديق التوصيل)، والأنابيب الكهربائية المواد (أنابيب الصلب الملحومة، والأنابيب الفولاذية المجلفنة)، والصمامات، والشفاه، والتجهيزات في أنظمة الأنابيب المختلفة، ومواد المعدات الكهربائية للتشغيل الآلي (الكابلات، والأسلاك، وصناديق التوصيل، والمعدات الكهربائية، والمكونات)، وصواني كابلات الأجهزة، وفولاذ الزوايا، وفولاذ القنوات، والمواد الفولاذية الهيكلية الأخرى المستخدمة في تصنيع أقواس ودعامات معدات الأجهزة، والمواد العازلة لتتبع الحرارة، والمقاومة للتآكل- مواد الطلاء، الخ.