برای تمام عملیات مربوط به فرآیندهای صنعتی، کل سیستم باید به درستی کنترل شود تا عملیات اقتصادی تر، کارآمدتر و قابل اعتمادتر به دست آید. از این رو برای اندازه گیری کمیت های فیزیکی مانند دما، فشار و غیره از دستگاه هایی استفاده می شود که به آنها ابزار دقیق می گویند. اتوماسیون صنعتی و ابزار دقیق صنعتی برای کنترل عملیات مختلف در صنایع مورد نیاز است.
ابزار دقیق چیست؟
فرآیندی که در آن مجموعه ای از ابزارهای مختلف الکتریکی، اندازه گیری و کنترل به هم پیوسته اندازه گیری، تجزیه و تحلیل و کنترل کمیت های فیزیکی الکتریکی و غیر الکتریکی را انجام می دهد، ابزار دقیق نامیده می شود. آموزش ابزار دقیق به انواع مختلفی مانند ابزار دقیق الکتریکی، ابزار دقیق صنعتی، ابزار دقیق الکترونیکی، ابزار دقیق مکانیکی و غیره طبقه بندی می شود.
ابزار دقیق صنعتی یک رشته اساسی در صنعت فرآیند و کارخانه های تولید است. احتمالاً کمتر از اتوماسیون صنعتی شناخته شده است، اما تکنسین ها و مهندسان فقط در این زمینه متخصص هستند.
انواع طبقه بندی ابزار دقیق
به طور خلاصه، ابزار دقیق صنعتی به یک حوزه چند رشته ای اشاره دارد که نیاز به دانش الکترونیک الکتریکی، شیمی، مکانیک میکروکنترلرها و ریزپردازنده ها، زبان نرم افزار، کنترل فرآیند دارد. همچنین مانند اصول پنوماتیک و هیدرولیک و مبانی پروتکل های صنعتی ارتباطات شبکه.
ابزار دقیق بیشتر به انواع مختلفی طبقه بندی می شوند، مانند
- ابزار دقیق برق
- ابزار دقیق صنعتی
- ابزار دقیق الکترونیکی
- ابزار دقیق مکانیکی
ابزار دقیق صنعتی
فرآیند اندازه گیری و کنترل مقادیر مختلف در صنایع با استفاده از ابزارآلات مختلف صنعتی را ابزار دقیق صنعتی می نامند. برای کنترل هر کمیت، در درجه اول باید آن کمیت خاص اندازه گیری شود. کمیت های رایج مورد استفاده در صنایع که برای اندازه گیری در نظر گرفته می شوند عبارتند از فشار سیال، دبی سیال، دمای دستگاه، حجم سیال، حرکت یا موقعیت یا ابعاد فیزیکی یا شتاب دستگاه، جریان الکتریکی، ولتاژ الکتریکی و مقاومت الکتریکی.
بنابراین، پس از اندازه‌گیری مقدار مورد نظر، مقادیر اندازه‌گیری شده برای نشان دادن یا محاسبات یا هدف کنترلی با عملکرد دستی یا خودکار ارسال میشوند. در یک عملیات کنترل خودکار، مقدار را می توان با استفاده از سیگنال کنترلی ارسال شده توسط کامپیوتر به دستگاه های کنترل کننده ارسال کرد.
به طور کلی وسایل کنترلی عبارتند از الکتروموتور، شیر کنترل و بخاری برقی. این وسایل ابزار دقیق و کنترل با استفاده از سیستم فیزیکی فرایند به دستگاه های اندازه گیری متصل می شوند.
بسیاری از صنایع برای سهولت عملیات برای این منظور بصورت خودکار عمل میکنند که برای این کار میکروکنترلر و ریزپردازنده برای سوئیچینگ قابل برنامه ریزی مورد نیاز است. به عنوان مثال، در بسیاری از صنایع، برنامه زمان بندی توان صنعتی با استفاده از سیستم های تعبیه شده بصورت اتوماتیک عمل میکند.
ابزار دقیق صنعتی را علم اندازه گیری و کنترل سیستم های خودکار می دانند از کاربرد های می توان به سیستم های کنترل موتورهای خودرو تا ترموستات های خانگی، خلبان های خودکار هواپیما، تولید دارو، نیروگاه ها، نفت و گاز، پالایشگاه ها و غیره اشاره کرد.
اولین گام در عملکرد ابزار دقیق صنعتی همانطور که قبلاً اشاره کردیم اندازه گیری است. بنابراین اگر نتوانیم پارامتر فرآیند را اندازه گیری کنیم، تلاش برای کنترل آن بی معنی است. مهمترین پارامترهایی که در صنایع به عنوان ورودی اندازه گیری میشوند شامل موارد زیر میشود
- جریان سیال
- فشار سیال
- دمای یک جسم
- حجم مایع ذخیره شده در تانک ذخیره سازی
- غلظت شیمیایی (pH، رسانایی و غیره)
- لرزش، جابجایی، حرکت یا شتاب ماشین
- ولتاژ، جریان یا مقاومت الکتریکی و غیره
هنگامی که مقدار مورد نظر را اندازه گیری می کنیم، معمولاً سیگنالی را که این مقدار را نشان می دهد به یک سیستم PLC/DCS ارسال می کنیم که بصورت دستی یا خودکار انجام می شود.
به طور کلی، دستگاه های کنترل شیر کنترلی یا موتور الکتریکی هستند.
ساختار ابزار دقیق صنعتی
یک سیستم ابزار دقیق صنعتی عمدتاً شامل حسگرها یا مبدل‌ها یا دستگاه‌های ورودی، کنترل‌کننده‌ها یا پردازنده‌ها، فرستنده‌ها و محرک‌ها یا دستگاه‌های خروجی است.
ابزار دقیق ورودی برای اندازه گیری، تنظیم مقادیر فیزیکی مانند جریان، سطح، فشار، دما و غیره استفاده می شود. ابزار دقیق خروجی شامل تجهیزات کنترلی مانند شیرها، رگولاتورها، قطع کننده مدار و رله می باشد. این ابزار برای کنترل متغیر خروجی مورد نظر، ارائه قابلیت های کنترل از راه دور یا خودکار به عنوان وسایل یا عناصر کنترل نهایی در نظر گرفته می شوند.
نمونه ای کاربردی از ابزار دقیق صنعتی ترموستات آبفشان برقی نمونه ای از یک سیستم اندازه گیری و کنترل است که در آن دمای آب “فرایند” تحت کنترل قرار میگیرد.
، کویل بخاری برای افزایش دما به آب گرما اضافه می کند. آب ورودی از مخزن بالای سر، گرما را از آبفشان استخراج می کند تا دما را کاهش دهد. وظیفه این سیستم کنترل این است که دمای آب را در سطح مطلوبی نگه دارد. و این توسط یک ترموستات که دو عملگر حسگر و کنترلی دارد انجام می پذیرد
ویژگی های ابزار دقیق صنعتی
ویژگی‌های ابزار دقیق صنعتی در کاربردهای صنعتی و آموزش تاسیسات بر اساس حسگرها، مبدل‌ها یا دستگاه‌های ورودی، کنترل‌کننده‌ها، پردازنده‌ها، فرستنده‌ها و محرک‌ها (دستگاه‌های خروجی) آن است.
ابزار دقیق ورودی برای اندازه گیری، تنظیم کمیت های فیزیکی مانند جریان، سطح، فشار، دما و غیره استفاده می شود.
ابزار دقیق خروجی شامل وسایل کنترلی مانند شیرها، رگولاتورها، سوئیچ ها و رله ها می باشد. اینها برای کنترل متغیر خروجی مورد نظر، ارائه قابلیت‌های کنترل از راه دور یا خودکار در نظر گرفته شده‌اند
هدف از ابزار دقیق صنعتی
فرآیند اندازه گیری و کنترل مقادیر مختلف در فرآیندهای تولید با استفاده از ابزارهای مختلف یا عناصر صنعتی به عنوان ابزار دقیق صنعتی تعریف می شود.
برای کنترل هر کمیت، در درجه اول باید آن کمیت خاص را اندازه گیری کرد. پس از اندازه‌گیری مقدار مورد نظر، مقادیر اندازه‌گیری شده برای نشان دادن، محاسبه یا کنترل، چه با عملکرد دستی یا خودکار ارسال میشوند.
در یک عملیات کنترل خودکار، مقدار را می توان با استفاده از سیگنال کنترل ارسال شده توسط CPU به دستگاه های کنترل کنترل کرد.
در عمل، سنسورها داده‌های میدانی مختلف مانند جریان، فشار، جابجایی، ارتعاشات و غیره را می‌خوانند و به سیستم‌های کنترلی منتقل میکنند که این کمیت‌های متغیر را تنظیم میکنند.
در صنعت، کنترل معمولاً توسط کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) یا سیستم های کنترل توزیع شده (DCS).
انجام می شود.
برای شرکت در دوره آموزش جوشکاری حرفه ای در نوین پارسیان کلیک کنید
عناصر اصلی ابزار دقیق صنعتی
حسگرها
سنسورهای زیادی به عنوان دستگاه ورودی در ابزار دقیق و برنامه های کنترل الکترونیکی بلادرنگ استفاده می شوند، اما سنسورهای پرکاربرد شامل سنسور دما، سنسور فشار، سنسور نوری الکترونیکی، سنسور جریان، سنسور سطح، سنسور سرعت، مولد پالس سیم پیچ القایی، مانومتر، پیرومتر نوری، صفحه روزنه، ترمیستور، ترموکوپل، سنسور تصویر، سنسور موقعیت و جابجایی و غیره.
حسگر دما
سنسور دما برای تشخیص تغییرات دمای یک دستگاه یا ماشین یا سیستم خاص استفاده می شود و به گونه ای که در صورت تغییر در حدود دما به کنترل کننده ها سیگنال می دهد. انواع مختلفی مانند ترمیستور، ترموستات، ترموکوپل و غیره وجود دارد که حسگر خاصی بر اساس کاربرد مورد استفاده قرار می گیرد.
سنسور فشار
سنسور فشار به عنوان یک مبدل عمل می کند و برای اندازه گیری فشار مایعات یا گازها استفاده می شود و فشار را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کند.
بنابراین، فرآیند مشخصی که قرار است به شیوه‌ای خاص کار کند، به یک حسگر خاص متصل میشود تا هرگونه تغییر در عملیات را شناسایی کند، خروجی را حس کرده و آن را به کنترل‌کننده‌ها منتقل کند تا فرآیند را به روشی از پیش تعریف‌شده کنترل یا نظارت کنند.
کنترل کننده ها
اکثر کنترل‌کننده‌ها یا شیرها معمولاً با استفاده از سیستم‌های مکانیکی یا الکترونیک جامد اجرا میشوند. اما کنترل‌کننده‌های صنعتی اخیر سیستم‌های کنترل صنعتی به رایانه‌ها وابسته هستند که اجرای الگوریتم‌های کنترل پیچیده را نسبت به استفاده از یک سیستم مکانیکی آسان میکند.
اکثر کنترل کننده ها یا شیرها معمولاً با استفاده از سیستم های مکانیکی یا الکترونیکی اجرا می شوند. اما کنترل‌کننده‌های صنعتی اخیر در سیستم‌های مورد استفاده در صنعت به رایانه‌ها متکی هستند. از این رو، پیاده سازی الگوریتم های کنترل پیچیده را آسان تر می کند.
پرکاربردترین سیستم های کنترل در ابزار دقیق صنعتی شامل موارد زیر می شود
- PLC (کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی)
- DCS (سیستم های کنترل توزیع شده)
- SCADA (سیستم کنترل نظارت و جمع آوری داده ها)
کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC)
کنترلر منطقی برنامه پذیر یک کامپیوتر دیجیتال است که اغلب در چندین صنعت و ماشین آلات برای اتوماسیون فرآیندهای الکترومکانیکی صنعتی استفاده می شود. این یک سیستم زمان واقعی است که برای تولید خروجی در زمان محدود به عنوان پاسخ به تغییرات در شرایط ورودی استفاده می شود. سیستم های کنترل رله عمومی با PLC ها جایگزین می شوند.
ابزار یا ماشین آلات صنعتی مانند موتورهای الکتریکی، سیلندرهای پنوماتیک یا هیدرولیک، شیر برقی و غیره را می توان با استفاده از PLC به کار انداخت.
کنترل نظارتی و جمع آوری داده ها (SCADA)
صنایع شامل تجهیزات و ابزارهایی هستند که در مکان های دور قرار می گیرند، اینها را می توان با استفاده از SCADA از راه دور کنترل کرد. این یک نوع سیستم کنترل صنعتی است که در آن سیستم نظارتی با سیستم جمع آوری داده برای به دست آوردن اطلاعات در مورد ابزارهای راه دور یا تجهیزات با سیگنال های رمزگذاری شده از طریق کانال های ارتباطی مختلف مانند ارتباطات بی سیم برای انتقال داده ها به صفحه کنترل ترکیب می شود.
سیستم کنترل توزیع شده (DCS)
در صنایع، عناصر کنترل در یک مکان مرکزی و همچنین در مکان های توزیع شده در سراسر صنعت قرار دارند. بنابراین، برای کنترل این زیرسیستم‌های توزیع‌شده، یک سیستم کنترل لازم است تا در مکان‌های توزیع‌شده به نام سیستم‌های کنترل توزیع‌شده عمل کند. DCS برای اتوماسیون فرآیندها در فرآیندهای مختلف با استفاده از سیستم کنترل کامپیوتری استفاده می شود.
برای نظارت و کنترل فرآیندهای مختلف در صنایعی مانند نیروگاه های هسته ای، سیستم مدیریت آب، پالایشگاه های نفت، کارخانه های شیمیایی، صنایع پتروشیمی و غیره استفاده می شود.
عملگرها
عملگر برای کنترل مکانیسم یا سیستم بر اساس سیگنال داده شده به آن با تبدیل سیگنال الکتریکی به عمل قدرتمند استفاده می شود. سیگنال خروجی کنترلرها یا سیستم های کنترل مانند DCS یا SCADA یا PLC های مورد استفاده در ابزار دقیق صنعتی برای کنترل محرک ها استفاده می شود. محرک ها انواع مختلفی دارند که عبارتند از: محرک هیدرولیک، محرک پنوماتیک، محرک الکتریکی و محرک مکانیکی.
عملگرها عموماً توسط جریان الکتریکی، فشار پنوماتیک فشار سیال کار می کنند و این انرژی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود. این ابزار دقیق برای کنترل دستگاه های خروجی مانند رله، شیرها، موتورها، رله ها، کنتاکتورها، چراغ های اضطراری و غیره استفاده می شوند.
عملگر برای کنترل مکانیسم یا سیستم بر اساس سیگنالی که به آن داده می شود با تبدیل سیگنال الکتریکی به یک کنش قدرت بزرگ استفاده می شود. سیگنال خروجی از کنترل کننده ها یا سیستم های کنترلی مانند DCS، SCADA یا PLC که در ابزار دقیق صنعتی استفاده می شود برای کنترل محرک ها استفاده می شود.
عملگرها عموماً توسط جریان الکتریکی، فشار سیال، فشار پنوماتیک کنترل می شوند و این انرژی به انرژی یا توان مکانیکی تبدیل می شود.
کنتاکتور
کنتاکتور یک دستگاه کنترل الکترومکانیکی است که برای ایجاد یا قطع اتصال بین بار و منبع تغذیه استفاده می شود. استفاده از کنتاکتور مشابه رله است. اما دستگاهی که برای کاربردهای با جریان بالاتر استفاده می شود به عنوان کنتاکتور و دستگاهی که برای کاربردهای جریان کمتر استفاده می شود به عنوان رله شناخته می شود.
یک کنتاکتور بر حسب کاربرد و بار، چندین کنتاکت دارد. به طور کلی، این ابزار معمولاً تماس باز (NO) هستند. و از این رو با قطع شدن سیم پیچ کنتاکتور، بار قطع می شود. اما کنتاکتور می تواند برای برنامه های باز و بسته معمولی طراحی شود. رایج ترین کاربرد کنتاکتور در استارت است که برای روشن و خاموش کردن تجهیزاتی مانند موتور، ترانسفورماتور و غیره استفاده می شود.
کنتاکتور یک کلید کنترل شده الکتریکی است که برای سوئیچ کردن مدار قدرت استفاده می شود، شبیه به یک رله به جز با درجه جریان بالاتر. یک کنتاکتور توسط مداری کنترل می شود که سطح توان بسیار کمتری نسبت به مدار سوئیچ دارد. کنتاکتورها اغلب برای موتورهای 150 اسب بخار استفاده می شوند.
شیرآلات
وسیله ای است که برای کنترل، تنظیم جریان سیالات با ایجاد انسداد باز یا بسته یا جزئی راه ها یا لوله ها استفاده می شود. جریان مایعات یا گازها در صنایع را می توان با استفاده از دریچه هایی که به صورت دستی با استفاده از دسته یا پدال یا چرخ کنترل می شوند و با توجه به تغییرات فشار، دبی و دما به صورت خودکار هدایت می شوند، کنترل می شود.
شیرآلات مورد استفاده در صنعت بسته به صنعت هدف و کاربرد آن تنوع بالایی دارند ک هر کدام مکانیزم و کارکرد به خصوص خود را دارد. در زیر به تعدادی از انواع شیر آلات متداولی که در ابزار دقیق از آنها استفاده میشود اشاره میکنیم:
- شیرآلات دستی یا اپراتوری
- شیرآلات اتوماتیک یا خودکار
- شیر پنوماتیک
- شیر با اکچیتور برقی
- شیر با اکچیوتور هیدرولیک
- شیر سلونوئیدی برقی
- شیر دروازه ای
- شیر گوه ای
- شیر توپی
- شیر پروانه ای
تکنسین ابزار دقیق صنعتی چه کار می کند؟
تکنسین ابزار دقیق صنعتی به طور حرفه ای در زمینه های مهندسی الکترونیک و یا مهندسی صنایع آموزش دیده است. در نتیجه آنها باید پایه محکمی در ، برق و الکترونیک داشته باشند. به عنوان مثال، دانستن نحوه عملکرد یک مانیتور ارتعاش و همچنین دانستن نحوه کار با ابزارهای اندازه گیری (ولت متر، آمپرمتر، و اسیلوسکوپ و غیره).
به طور خلاصه، آنها در تأسیسات کارخانه تولید برای تأیید و کالیبراسیون سنسورها (فشار، دما، رطوبت، سرعت سنج، چرخش و سرعت)، فرستنده‌ها و آشکارسازهای آنها (فشار، دما و رطوبت) کار میکنند.
آنها علاوه بر اینکه کنترل، تعمیر و یا تعویض دستگاه ها و راه اندازی ابزار اندازه گیری را بر عهده دارند انطباق نصب را با رعایت استانداردهای موجود و مقررات جاری قبل و در حین تولید فرآیند بررسی می کنند.
به طور مشابه، آنها تأیید و تعمیر ابزار اندازه‌گیری، حسگرها و کنترل‌کننده‌ها را با روش‌های کیفی تعریف‌شده با مشخصات سازنده یا استانداردهای فعلی انجام می‌دهند.
مشخصات تکنسین ها یا مهندسان ابزار دقیق می تواند بسیار متنوع باشد. یک مهندس می تواند در تعمیر و نگهداری کار کند که در آنجا مسئولیت تعمیر و نگهداری سیستم کنترل و ابزارهای میدانی را بر عهده خواهد داشت. همچنین مهندس ابزار دقیق می تواند در طراحی کار کند، در این صورت کالیبراسیون سنسورها، نظارت بر نصب، برنامه ریزی سیستم کنترل و … را بر عهده خواهد داشت.
