تعد أنظمة التحكم في الأتمتة الصناعية جزءًا لا غنى عنه في الإنتاج الصناعي الحديث. إنهم يستخدمون العديد من أجهزة الاستشعار والمحركات ووحدات التحكم والأجهزة الأخرى لتحقيق المراقبة في الوقت الفعلي والتحكم التلقائي والإدارة الأمثل لعمليات الإنتاج. مع التقدم التكنولوجي المستمر، أصبحت أنواع أنظمة التحكم في الأتمتة الصناعية متنوعة ومتطورة بشكل متزايد. ستقدم هذه المقالة نظرة عامة مفصلة عن عدة أنواع رئيسية من أنظمة التحكم في الأتمتة الصناعية، بما في ذلك أنظمة التحكم المركزية، وأنظمة التحكم الموزعة، وأنظمة التحكم في ناقل المجال، وأنظمة التحكم في Ethernet الصناعية، وأنظمة التحكم في وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، وأنظمة التصنيع المتكاملة بالكمبيوتر (CIMS).
1. أنظمة التحكم المركزية
نظام التحكم المركزي هو نظام تحكم يقوم بتجميع كافة أجهزة التحكم داخل غرفة تحكم واحدة. الميزة الأساسية لهذا النظام هي سهولة إدارته وصيانته، لأنه يتيح المعالجة المركزية لإشارات وبيانات التحكم المختلفة. يتكون نظام التحكم المركزي عادة من المكونات التالية:
1.1 المراقب المالي:وحدة التحكم هي جوهر نظام التحكم المركزي، وهي مسؤولة عن استقبال إشارات الاستشعار ومعالجة البيانات واتخاذ القرارات ثم إرسال تعليمات التحكم إلى المحركات.
1.2 محطة المشغل:تعمل محطة المشغل كواجهة بين المشغلين ونظام التحكم، بما في ذلك عادةً أجهزة مثل شاشات العرض ولوحات المفاتيح وأجهزة الماوس. يمكن للمشغلين مراقبة عمليات الإنتاج، وضبط معلمات التحكم، وعرض معلومات الإنذار من خلال محطة المشغل.
1.3 أجهزة الاستشعار والمحركات:أجهزة الاستشعار هي المسؤولة عن جمع الكميات الفيزيائية المختلفة أثناء عملية الإنتاج، مثل درجة الحرارة والضغط والتدفق، وتحويل هذه الإشارات إلى إشارات كهربائية لإرسالها إلى جهاز التحكم. وتقوم المحركات بدورها بضبط عملية الإنتاج وفقًا لتعليمات وحدة التحكم، مثل فتح أو إغلاق الصمامات وتنظيم سرعة المحرك.
1.4 شبكة اتصالات البيانات:تعمل شبكة اتصالات البيانات كحلقة وصل تربط بين وحدات التحكم ومحطات المشغلين وأجهزة الاستشعار والمحركات المسؤولة عن نقل إشارات وبيانات التحكم المختلفة.
2. نظام التحكم الموزع
نظام التحكم الموزع هو نظام تحكم يقوم بتوزيع أجهزة التحكم عبر مراحل الإنتاج المختلفة. وتتمثل المزايا الأساسية لهذا النظام في تعزيز موثوقية النظام ومرونته، مما يتيح تحكمًا مخصصًا مصممًا خصيصًا لمراحل الإنتاج المختلفة. يتكون نظام التحكم الموزع عادة من المكونات التالية:
2.1 عقد التحكم:عقد التحكم هي الوحدات الأساسية لنظام التحكم الموزع، المسؤولة عن معالجة مهام التحكم في العقد الخاصة بها. تتضمن كل عقدة تحكم عادةً معالجًا دقيقًا وواجهات الإدخال/الإخراج وواجهات الاتصال.
2.2 شبكات الاتصالات:تعمل شبكات الاتصالات كحلقة وصل بين عقد التحكم المسؤولة عن نقل إشارات التحكم والبيانات. تشمل شبكات الاتصالات الشائعة ناقل المجال والإيثرنت الصناعي.
2.3 أجهزة واجهة الإنسان والآلة:تعمل أجهزة الواجهة بين الإنسان والآلة كواجهة بين المشغلين ونظام التحكم، ويمكن أن تشمل شاشات اللمس، ولوحات المفاتيح، وأجهزة الماوس، وما إلى ذلك.
2.4 قاعدة البيانات والخادم:يتم استخدام قاعدة البيانات والخادم لتخزين وإدارة البيانات المختلفة من عملية الإنتاج، مثل حالة المعدات وبيانات الإنتاج ومعلومات الإنذار وما إلى ذلك.
3. نظام التحكم في Fieldbus
نظام التحكم في ناقل المجال هو نظام تحكم موزع يعتمد على تقنية ناقل المجال. ناقل المجال عبارة عن شبكة اتصالات تستخدم لتوصيل الأجهزة الميدانية (مثل أجهزة الاستشعار والمحركات وعقد التحكم وما إلى ذلك)، وتتميز بأداء عالٍ في الوقت الفعلي وموثوقية وفعالية من حيث التكلفة. تتضمن تقنيات ناقل المجال الشائعة Profibus وModbus وCAN.
3.1 الأجهزة الميدانية:الأجهزة الميدانية هي الوحدات الأساسية لنظام التحكم في ناقل المجال، بما في ذلك أجهزة الاستشعار والمحركات وعقد التحكم.
3.2 واجهة ناقل المجال:واجهة ناقل المجال هي جهاز يربط الأجهزة الميدانية بناقل المجال، وهو المسؤول عن تحويل إشارات جهاز المجال إلى إشارات ناقل المجال.
3.3 شبكة ناقل المجال:شبكة ناقل المجال هي شبكة اتصالات تربط بين الأجهزة الميدانية المختلفة، المسؤولة عن نقل إشارات التحكم والبيانات.
3.4 وحدات التحكم ومحطات المشغلين:تشبه وحدات التحكم ومحطات المشغل أنظمة التحكم الموزعة، وهي مسؤولة عن معالجة مهام التحكم والتفاعل بين الإنسان والآلة.
4. نظام التحكم بالإيثرنت الصناعي
نظام التحكم في Ethernet الصناعي هو نظام تحكم موزع يعتمد على تقنية Ethernet. إيثرنت هي تقنية اتصالات تستخدم على نطاق واسع في شبكات الكمبيوتر، وتتميز بمعدلات نقل عالية وعرض نطاق ترددي كبير وتوافق جيد. يتكون نظام التحكم في Ethernet الصناعي عادةً من المكونات التالية:
4.1 أجهزة إيثرنت الصناعية:تشتمل أجهزة Ethernet الصناعية على محولات Ethernet الصناعية ومحولات Ethernet الصناعية وواجهات Ethernet الصناعية.
4.2 عقد التحكم والأجهزة الميدانية:تشبه عقد التحكم والأجهزة الميدانية تلك الموجودة في نظام التحكم الموزع، وهي المسؤولة عن معالجة مهام التحكم وجمع بيانات الإنتاج.
4.3 شبكة اتصالات إيثرنت:شبكة اتصالات Ethernet هي شبكة اتصالات تربط جميع عقد التحكم والأجهزة الميدانية، المسؤولة عن نقل إشارات التحكم والبيانات.
4.4 وحدات التحكم ومحطات المشغلين:تشبه وحدات التحكم ومحطات المشغل أنظمة التحكم الموزعة، وهي مسؤولة عن معالجة مهام التحكم والتفاعل بين الإنسان والآلة.
5. نظام التحكم بالتحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC).
وحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) هي جهاز كمبيوتر مصمم خصيصًا لتطبيقات التحكم الصناعية. تتميز PLCs بالبرمجة المرنة، والموثوقية العالية، وسهولة التوسع، وتستخدم على نطاق واسع في مختلف أنظمة التحكم في الأتمتة الصناعية. يتكون نظام التحكم PLC عادة من المكونات التالية:
5.1 بلك:إن PLC هو جوهر نظام التحكم PLC، وهو مسؤول عن استقبال إشارات الاستشعار ومعالجة البيانات واتخاذ القرارات ثم إرسال أوامر التحكم إلى المحركات.
5.2 وحدات الإدخال/الإخراج:وحدات الإدخال/الإخراج هي الأجهزة التي تربط PLC بالأجهزة الميدانية، وتكون مسؤولة عن تحويل إشارات المستشعر إلى إشارات يمكن التعرف عليها بواسطة PLC، أو تحويل أوامر التحكم الخاصة بـ PLC إلى إشارات يمكن التعرف عليها بواسطة المحركات.