یک سیستم اتوماسیون صنعتی بزرگ را در نظر بگیرید. در چنین سیستمی تجهیزات بسیار متنوعی به کار می‌رود. بعضی از آن‌ها وظیفه کنترل عملکرد پروسه را بر عهده دارند، برخی دیگر مانند سنسورها اندازه‌گیری متغیرها و ارسال لحظه‌ای آن‌ها به کنترلر را انجام می‌دهند و عملگرها نیز فرمان‌های کنترلی را به پروسه اعمال می‌کنند. ماهیت این تجهیزات و نیز جایگاه آن‌ها در شبکه با هم یکسان نیست؛ بنابراین، برای ایجاد ارتباط میان تجهیزات یک شبکه صنعتی باید از روش‌ها و استانداردهای متفاوتی استفاده کرد. برای تفکیک تجهیزات اتوماسیون صنعتی آن‌ها را به سطوح مختلفی دسته‌بندی می‌کنند. هر یک از این سطوح، مطابق استاندارد مخصوص خود با هم شبکه می‌شوند و سپس با استفاده از تجهیزات واسط با سطوح دیگر تبادل اطلاعات می‌کنند. مشهورترین سطح‌بندی سیستم‌های اتوماسیون یک سیستم پنج‌سطحی است که به آن اصطلاحاً «هرم اتوماسیون» گفته می‌شود. . در دوره‌های اتوماسیون ماهر شامل دوره اتوماسیون صنعتی، دوره اتوماسیون زیمنس می‌توانید دانش دانش خود را در سطوح فنی اتوماسیون تا حد یک متخصص افزایش دهید. در این مقاله، هرم اتوماسیون صنعتی را معرفی کرده و سطوح مختلف آن را شرح می‌دهیم. با ماهر همراه باشید
برای ثبت نام در دوره اتوماسیون صنعتی زیمنس روی لینک زیر کلیک کنید
هرم اتوماسیون صنعتی چیست؟
تجهیزات به کار رفته در یک شبکه اتوماسیون صنعتی در قالب یک سلسله‌مراتب پنج‌سطحی به نام «هرم اتوماسیون» دسته‌بندی می‌شوند. تفکیک وسایل در شبکه اتوماسیون باعث ساده‌تر شدن شبکه، کارایی موثرتر آن و کاهش هزینه اجرای شبکه می‌شود. طبق هرم اتوماسیون، سطوح پنجگانه تجهیزات یک شبکه صنعتی، شامل موارد زیر است.
- سطح فیلد (Field Level)
- سطح کنترل (Control Level)
- سطح سرپرستی و نظارت (Supervisory Level)
- سطح برنامه‌ریزی (Planning Level)
- سطح مدیریت (Management Level)
آشنایی با سطوح هرم اتوماسیون صنعتی
هر کس که در زمینه اتوماسیون صنعتی فعال است، باید با هرم اتوماسیون صنعتی آشنا باشد و تجهیزات هر سطح را به طور کامل بشناسد. در ادامه، هر یک از سطوح سلسله‌مراتب تجهیزات در شبکه‌های صنعتی را شرح می‌دهیم.
سطح فیلد (Field level)
سطح فیلد (میدان) پایین‌ترین سطح هرم اتوماسیون به شمار می‌رود. تجهیزات سطح فیلد شامل حسگرها، عملگرها و دستگاه‌های اندازه‌گیری هستند که داده‌های اولیه را از پروسه اندازه‌گیری و جمع‌آوری می‌کنند. این تجهیزات به صورت فیزیکی با پروسه تماس دارند. نظارت بر عملکرد پروسه و اعمال فرمان‌های کنترلی، وظیفه این تجهیزات است. از جمله آن‌ها می‌توان موتورهای الکتریکی، عملگرهای هیدرولیک و پنوماتیک، سنسورهای مجاورتی (پروکسیمیتی) و انواع سوئیچ را برشمرد. در شکل ۲ بعضی از تجهیزات سطح فیلد را مشاهده می‌کنید.
سطح کنترل (Control level)
دومین سطح هرم اتوماسیون صنعتی، سطح کنترل است. کنترل‌کننده‌هایی مانند PLC ،CNC و کنترل‌کننده‌های دیجیتال مانند دستگاه کنترل PID از جمله اجزای سطح کنترل هستند. این کنترل‌کننده‌ها اطلاعات پروسه را از تجهیزات سطح فیلد دریافت می‌کنند و بر اساس برنامه کنترلی تعیین‌شده به عملگرها فرمان می‌دهند. این تجهیزات کنترلی اطلاعات ورودی/خروجی‌های خود را از طریق شبکه با سطوح بالاتر اتوماسیون به اشتراک می‌گذارند.
کنترل‌کننده Proportional-Integral-Derivative) PID) یک الگوریتم کنترل حلقه بسته است که در سیستم‌های کنترل صنعتی به طور گسترده‌ای استفاده می‌شود. این کنترلر با کمک سه ترم تناسبی، انتگرال‌گیر و مشتق‌گیر، کاری می‌کند که یک متغیر، مثلا دما را روی یک مقدار تعیین‌شده به نام ست‌پوینت تثبیت می‌کند.
برای آشنایی دقیق با کنترل PID می‌توانید مقاله زیر را در وبسایت ماهر مطالعه کنید.
سطح سرپرستی و نظارت (Supervisory Level)
سطح سوم هرم اتوماسیون صنعتی، سطح سرپرستی و نظارت است. تجهیزاتی که در این سطح قرار می‌گیرند، وظیفه نظارت بر عملکرد سیستم کنترلی را بر عهده دارد. مهمترین اجزای سطح سوپروایزری HMI و SCADA هستند.
HMI یک نمایشگر است که امکان ارتباط گرافیکی با پروسه صنعتی را به کاربر می‌دهد. این تجهیز به PLCها متصل می‌شود و وضعیت متغیرهای اندازه‌گیری‌شده توسط سنسورها را از طریق PLC دریافت کرده و نمایش می‌دهد.
در مقاله زیر به صورت مفصل HMI و کاربرد آن را شرح داده‌ایم.
در اتوماسیون پروسه‌های صنعتی بسیار وسیع از یک سیستم مانیتورینگ یکپارچه به نام SCADA استفاده می‌شود. اسکادا مخفف Supervisory Control and Data Acquisition است و همان‌طور که از نام آن پیداست، کار نظارت، ثبت و جمع‌آوری اطلاعات پروسه را بر عهده دارد. هر سیستم SCADA از تعدادی HMI و PLC تشکیل شده که از طریق پروتکل‌های شبکه به صورت فراگیر با هم در ارتباط هستند و صحت عملکرد تجهیزات و آلارم‌های شبکه را توسط یک نرم‌افزار مدیریت اتوماسیون، نظارت می‌کند.
از پروسه‌هایی که در آن‌ها از SCADA استفاده می‌شود، می‌توان نیروگاه‌های بزرگ برق، پالایشگاه‌ها و کارخانه‌های پتروشیمی را نام برد.
سطح برنامه‌ریزی (Planning Level)
چهارمین سطح هرم اتوماسیون سطح برنامه‌ریزی است. در این سطح از سیستم‌های مدیریت کامپیوتری به نام MES استفاده می‌شود. MES یا همان «سیستم اجرایی تولید» (Manufacturing Execution System) است که کل پروسه تولید از تامین مواد خام تا زمان رسیدن به محصول نهایی در یک کارخانه را مدیریت می‌کنند.
این سیستم به مدیران کارخانه‌های تولیدی امکان می‌دهد که فرایند سفارشات، کنترل، تولید، مستندسازی، حمل و نقل و تحویل کالا را به صورت پیوسته رصد کنند و تصمیم‌های مدیریتی لازم برای بهبود فرایند تولید را بر اساس داده‌های واقعی و دقیق و با استفاده از یک نرم‌افزار مدیریت جامع اعمال کنند. تجهیزات مدیریتی در سطح برنامه‌ریزی، کامپیوترهای مدیریت تولید هستند.
سطح مدیریت (Management Level)
در راس هرم، بالاترین سطح اتوماسیون قرار دارد که سطح «مدیریت» نامیده می‌شود. به این سطح، اصطلاحاً «سطح اطلاعات» (Information Level) نیز گفته می‌شود. در سطح مدیریت، سیستمی تحت عنوان «برنامه‌ریزی منابع سازمانی» (Enterprise Resource Planning) یا ERP تعریف می‌شود.
در سطح مدیریت هرم اتوماسیون، کامپیوترهایی قرار دارند که به مدیران یک پروسه صنعتی اجازه کنترل و پایش هر چه در کارخانه انجام می‌شود مانند فروش، خرید، دستمزدها، منابع انسانی، بهره‌وری و بسیاری فرایندهای دیگر را می‌دهند. این سطح از اتوماسیون کمتر به مسائل فنی می‌پردازد و بیشتر متمرکز بر مسائل تجاری و مالی است. ویژگی یکپارچه بودن ERP بهره‌وری و شفافیت یک سازمان را افزایش می‌دهد و باعث می‌شود که همه چیز دقیقا در جای خود قرار داشته باشد.
با توجه به تفاوت‌های اساسی تجهیزات در هر سطح از اتوماسیون صنعتی برای هر یک از این سطوح باید از استانداردهای نرم‌افزاری و سخت‌افزاری متناسب با نیازهای هر یک برای ایجاد ارتباط بین آن‌ها استفاده کرد. این استاندارد‌ها در قالب پروتکل‌های صنعتی استاندارد تعریف می‌شوند. و برای هر سطح باید پروتکل متناسب با نیاز آن به‌کار گرفته شود.
در مقاله شبکه‌های صنعتی می‌توانید با پروتکل‌های پرکاربرد صنعتی و کاربرد آن‌ها آشنا شوید.
جمع‌بندی
هرم اتوماسیون صنعتی، تجهیزات شبکه در یک محیط صنعتی را در پنج سطح تعریف می‌کند. در پایین‌ترین سطح هرم، تجهیزات «فیلد» قرار دارند که شامل انواع سنسور، عملگر و سوئیچ هستند. در سطح بعدی که به آن سطح «کنترل» می‌گویند، کنترلرهای لوپ‌های کنترلی داخلی شبکه قرار دارند. بعضی از PLCهای محلی و کنترلرهای دیجیتال از جمله تجهیزات سطح کنترل هستند. در سطح «سرپرستی و نظارت» از نمایشگرهای دیجیتال، HMI و سیستم SCADA برای مانیتورینگ و کنترل ماشین‌آلات درون شبکه استفاده می‌شود. سطح «برنامه‌ریزی» مخصوص کارخانه‌های بزرگ است. در این سطح از پلتفرم‌های نرم‌افزاری برای مدیریت فراگیر فرایند تولید استفاده می‌شود. بالاترین سطح هرم نیز سطح «مدیریت» است که در پروسه‌های بزرگ اجرا می‌شود. در این سطح، از طریق جمع‌آوری اطلاعات عملکرد پروسه، فرایندهای تقاضا، منابع انسانی، حمل و نقل، پایش بازار، محاسبات مالی و بسیاری مسائل دیگر کنترل و تصمیم‌گیری می‌شود. در دوره‌های اتوماسیون ماهر شامل دوره اتوماسیون صنعتی، دوره اتوماسیون زیمنس می‌توانید دانش دانش خود را در سطوح فنی اتوماسیون تا حد یک متخصص افزایش دهید. همچنین آکادمی ماهر در صدد تولید یک دوره ابزار‌دقیق پیشرفته است که به زودی در اختیار شما قرار خواهد گرفت.
منابع
https://www.realpars.com/blog/automation-pyramid
https://www.youtube.com/watch?reload=9&v=GIJ3CnaFxiI
