مقدمه
استراتژی تولید فعلی سیستم های ساخت را بر حسب سنسورها ،محرکها ، افکتورها ، کنترلی ها و حلقه های کنترلی تعریف می کند . سنسورها وسیله برای جمع آوری اطلاعات از عملیات تولید و فرایند های در حال انجام هستند .
دراکثر موارد، سنسورها برای تبدیل یک تحریک فیزیکی به یک سیگنال الکتریکی مورداستفاده قرار می گیرند که این سیگنال توسط سیستم تولیدآنالیز شده وتصمیماتی برای هدایت عملیات گرفته می شود .
محرکها ، یک سیگنال الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل می کند . یک محرک از طریق یک افکتور برروی محصول یا تجهیزات عمل می کند . افکتورها به عنوان یک بازو هسته که عمل مکانیکی مطلوب را انجام می دهند. کنترلی ها نوعی کامپیوترهسته که اطلاعات را از سنسورها و برای ریزی داخلی نشان دریافت کرده و برای اعمال روی تجهیزات تولید به کار می گیرند کنترلی ها و فرمانهای الکترونیکی ایجاد می کنند که یک سیگنال الکتریکی را به یک عمل مکانیکی تبدیل کند
محرکها ، افکتورها و کنترلها به یک حلقه کنترلی وصل می شوند. در حلقه های کنترلی با قابلیت محدود ، اطلاعات کمی جمع آوری شده .
تصمیمات کمی گرفته می شود وعمل محدودی را نتیجه می دهد . در موارد دیگر تجهیزا ت تولید هوشمند با تعداد زیادی ازانواع سنسورها وبه کار گیری افکتورها ومحرکهای متعدد ، برای نائل آمدن به بازه وسیعی از عملکرد خود کار استفاده می شوند.
هدف سنسور ها ، بازرسی کار در حال انجام ، مانیتور کردن تداخل کاربا تجهیزات تولید ، و بازید خود به خودی تولید توسط کامپیوتر های سیستم تولید است هدف محرک و افکتور ، انتقال کار مطابق فرایند های تعریف شده سیستم تولید است.
عمل کنترلی ، اعمال کنترل کاملا خودکار، نیم خودکار و دستی با درجات متغیر بر روی فرایند ها است .
در یک نمونه کاملا خودکار مثل تولید به کمک کامپیوتر ، کنترلی کاملا سازگار است و به صورت حلقه بسته برای فراهم آوردن عملیات خودکار عمل می کند .
در موارد دیگر ، فعالیت انسانی نیز در گیر حلقه کنترل می شود .
برای اینکه روشهایی را که خواص فیزیکی سیستم تولید از طریق آن بر پارامترهای مرتبط با سیستم تولید اثر می کنند بشناسیم ، برای اینکه انواع خواص سیستم تولید فیزیکی که برای بیان پارامترهای عملی مطلوب مورد نیاز است.
را تعیین کنیم ، باید تکنولوزیهای موجود برای سیستمهای تولید را که ازاتوماسیون و تجمع تا درجات گوناگون استفاده می کنند ، بدانیم .
دستگاهای با کمترین میزان اتوماتیک بودن برای همه کارها از کنترل اپراتور بهره می گیرد . هر عملی که توسط دستگاه انجام می شود به طور انفرادی توسط اپراتور هدایت می شود . تجهیزات دستی ، بیشترین استفاده را زا قابلیت انسانی می برند . مشاهدات چشمی با استفاده از دوربینهای و میکروسکوپها بهتر
می شوند و عملی که در حال انجام است نیز با افکتورها بهینه تر می شود .
اتصال بین اطلاعات سنسوری ( از دوربینها و میکروسکوپها ) وملکردهای نتیجه با قرار دادن یک اپراتور در حلقه کامل می شود.
این نوع سیستمهای به طور واضح با نوع سنسورهای مورد استفاده ،ارتباط آنها با اپراتورانسانی ، نوع افکتورهایی که می توانند همراه با اپراتور انسانی استفاده شوند ، و قابلیتهای اپراتور محدود می شوند تجهیزات تولید که برای استراتزی دستی طراحی می شوند باید با قابلیتهای انسانی مطابقت داشته باشند در کار برد های صنعتی تداخل کاری تجهیزات با انسان ، به شدت مهم است.
متاسفانه اغلب طراحی تجهیزات به صورت حلقه کنترلی سنسور – اپراتور – محرک افکتور بهینه نمی شود .
یک سیستم تولید می تواند با جایگزینی قسمتی از حلقه کنترل با کامپیوتر به صورت نیمه اتوماتیک در آید . این نوع نیازی های جدید سیستم تولید را براورد می کند به خصوص امروز سنسور ها باید اطلاعات ورود پیوسته ای برای هر دو کامپیوتر و اپراتور فراهم کنند .
انواع مناسبی از اطلاعات باید برای هر کدام از این حلقه های کنترل فراهم شوند .
سیستمهای تولید نیمه اتوماتیک باید درجه کمی از قابلیت کنترل توسط کامپیوتر را داشته باشند .
مشکل واضح در طراحی چنین سیستمهایی ، مدیریت بهینه فعالیتهایی است که توسط کامپیوتر و اپراتور کنترل می شوند . کامپیوتر باید تشخیص دهید که چه موقع به کمک اپراتور نیاز است و اپراتور نیز باید بداند که چه عملکردهایی مناسب است تا با کامپیوتر کنترل شوند . تعامل اپراتور ماشین جزئی از عملیات نرمال است . مفهوم دیگری در تولید ، سیستمهای تولید تمام اتوماتیک است که تمام فرایند ها در اینجا ، کاملأ توسط کامپیوتر کنترل می شوند .
عملیات باید به صورت حلقه بسته بین سنیورها ، محرکهای افکتورها باشد . سیستم تولید باید قادر باشد که خودش عملکردش و تصمیمات مورد نیاز عملیاتش را کنترل کند .
برای اتوماسیون موثرتر باید زمان مابین مداخله های اپراتور در مقایسه با زمان ما بین تنظیمات تولید بزرگتر باشد .
MTOI = ( Tn t1 + t2 + t 3 + t 4 +............ + Tn )
زمان تنظیم = T
تنظیم اولیه = i
تعداد تنظیمات = n
فرایند ها باید به ندرت خراب شوند ؛ اپراتور فقط موقعی که چنین آسیبهایی رخ
می دهد دخالت خواهد کرد .در چنین سیستمی ، کار اپراتور فقط اطمینان از روند مناسب کار و پاسخ به مشکلات سیستم است .
در اکثر نمونه های امروزی سنسورها آنالوگ هستند (اطلاعات خروجی پیوسته) و حلقه های کنترلی از کامپیوترهای دیجیتالی استفاده می کنند بنابراین یک مبدل آنالوگ به دیجیتال بین پردازنده و حلقه کنترل دیجتالی لازم است .
201 سنسورها در تولید
انواع زیادی از سنسور در طول چندین سال اخیر توسعه یافته اند به خصوص آنها که برای کنترل فرایند صنعتی مصارف نظامی ، پزشکی اتوماسیون و الکترونیک هوایی هستند . انواع مختلفی از سنسورها هم اکنون توسط کمپانی تجاری تولید
می شوند .
در دهه های پیشرو ، سنسورهای کنترل فرایند نقش موثری را در بهتر کردن بهره وری مرغوبیت و کمیت در تولید بازی می کنند . پارامترهای اصلی که باید در کارخانه های صنعتی اندازه گیری و کنترل شوند دما، جابجایی ، نیرو فشار، سطح سیال و جریان می باشند ، به علاوه وجود آشکار سازهایی برای نشتی گازها و سیالات قابل احتراق یا قابل انفجار برای جلوگیری از حادثه بسیارمهم است .
سنسورهای فیبر نوری معمولا به دو گروه تقسیم می شوند :
(1 ) سنسورهای داخلی ( 2 ) سنسورهای خارجی
اگر چه سنسورهای داخلی در اکثر موارد دارای حساسیت بالاتری هستند ، اما تقریبا همه سنسورهایی که در حال حاضر برای کنترل فرایند استفاده می شوند به نوع خارجی تعلق دارند .
سنسورهای نوع خارجی ، منابع نوری مانند LED ها رابه کار می گیرند که قابلیت اطمینان بالاتر ، عمر بیشتر و هزینه کمتری نسبت به لیزری نیمه هادی دارند آنها همچنین سازگار با فیبرهای چند حالته هستند که وقتی با منبعهای نوری جفت
می شوند راندمان بالا تری فراهم می کنند و به اغتشاشات حرارتی و مکانیکی خارجی حساسیت کمتری دارند .
حضور اجسام با قطع کردن ستون نور سنسور ، آشکار می گردد . قطع کننده های فیبرنوری ، سنسورهایی هستند که عمل اصلی آنها آشکار سازی اجسام متحرک است .
آنها به دو نوع طبقه بندی می شوند : انعکاسی و انتقالی
در سنسور نوع انعکاسی : اگر جسمی در مقابل سنسور قرار گرفته باشد ، نور ساطع شده از فیبر ، به همان فیبرمنعکس می شود .
در سنسور نوع انتقالی نور انتقالی نور ساطع شده از فیبر ورودی توسط جسم قطع شده و نتیجه اش عدم دریافت نور درفیبر خروجی می باشد که در سمت مقابل قرار داده شده است .قطع کننده های موانع معمولی ، فیبرهای پلاستیکی هسته درشت و کم هزینه را به خاطر فاصله انتقال کوتاه به کار گیرند .
حداقل اندازه قابل شناسایی جسم معمولأ به خاطر شعاع هسته فیبر و ستون نوری به مقدار یک میلیمتر محدود شده است . بازه دمای کاری سنسورهای تجاری موجود بین 40- تا 70+ درجه سانتیگراد است .
سنسورهای فیبر نوری در صنعت به طریق مختلف به کار گرفته می شوند.
به عنوان مثال :
برای شناسایی تعداد و تاریخهای انقضا برای مثال در صنایع غذایی و دارویی .
تشخیص اختلاف رنگ ، برای مثال ، اجسام رنگی روی یک تسمه نقاله
تشخیص خرابی ، برای مثال اتصالهای سیمی از بین رفته در قطعات الکترونیک.
شمارش تکه های مجزا ، برای مثال ، بطری ها و قوطی .
تشخیص حضور وعدم حضور،برای مثال بسته بندی در صنایع غذایی و دارویی .
سنسورهای فیبر نوری برای مانیتور کردن متغییر فرایند مثل دما ، فشار ، جریان ، و سطح مایع به دو گروه تقسیم می گردند :
نوع OFF که در آن فرستنده بین فیبرها در حالت غیر فعال قرار گرفته است . بنابراین این سنسور تشخیص سطح بالا و پایین را با متناظر کردن حالات ON و OFF فراهم می نمایند .
نوع ON که درآن فرسنده از گپ در حالت غیر فعال به داخل کشیده می شود .
در هر دو نوع ، فرسنده طوری تنظیم شده است که حتی اگر کاملأ بسته باشد ، مقدار کمی از نور رامنتقل کند .
این نور منتقل شده برای مانیتور کردن پیوستگی کابل در مورد خرابی ها به کارگرفته می شودو حالتی میانه را فراهم می کند . سنسورهای تجاری موجود فیبرهای با قطر هسته 200 میکرومتر را به کار می گیرند .
202 . سنسورهای دمادر کنترل فرایند
دمایکی از مهمترین پارامترهایی است که تقریبا در همه کارخانه های صنعتی باید کنترل شود چون مستقیما خواص مواد و کیفیت تولید را تحت تاثیر قرار می دهد .
در سالهای اخیرسنسورهای دمایی مختلفی برای استفاده درمحیطهایی الکتریکی و شیمیایی توسعه یافته اند . این سنسورهای موجود به دو گروه تقسیم بندی می شوند:
1 ) سنسورهای دما پایین با بازه دمایی 100- تا 400 +درجه سانتیگراد که از مواد حسگر ویزه مانند فسفور ها نیمه هادیهاو کریستالهای مایع استفاده می کنند.
2 ) سنسورهای دما بالا با بازه دمایی 500 تا 2000 درجه سانتیگراد که براساس تشعشع جسم سیاه کار می کنند .