کنترل و ابزار دقیق: مقدمه

سلام به دوستان گلم. درسته که Sisoog یه سایت بی نظیر در زمینه الکترونیک و برنامه‌نویسی هست، اما برای تنوع بد نیست گاهی اوقات به موضوعات دیگه هم پرداخته بشه. از اونجایی که من هفت سالی می‌شه که در صنعت کابل سازی و سیمان مشغول هستم، اندک تجربه‌ای در زمینه کنترل، برق صنعتی و همین‌طور ابزار دقیق و اتوماسیون کسب کردم و تصمیم گرفتم چیزهایی که تو این سال‌ها یاد گرفتم رو به اشتراک بزارم.

برای شروع یه تاریخچه‌ای از روند شکل‌گیری و تکامل کنترل صنعتی آماده کردم که تقدیمتون می‌کنم اگه کم کاستی داره حتماً من رو راهنمایی کنید.

انقلاب صنعتی

با وقوع انقلاب صنعتی (استفاده از ماشین به جای نیروی انسانی) در اواخر قرن 17 میلادی در بریتانیا و سپس گسترش آن در کشورهای دیگر، کارگاه‌های محلی کوچک جای خود را به کارخانه‌­ها و صنایع بزرگ دادند. تا آن زمان تمام وسایل و محصولات توسط دست و یا با استفاده از ابزار بسته شده به حیوانات تهیه می­شد. چرخش وسایل نقلیه، آسیاهای غلتکی و … توسط حیوانات و یا نیروی آب انجام می‌شد. هم زمان با رشد چشمگیر صنایع نیاز به سیستم‌های پیشرفته و ابزار دقیق غیر قابل انکار بود. بدون شک تکمیل، بهینه‌سازی و اختراع نوع تجاری ماشین بخار نیوکامن توسط جیمز وات اساس شکل‌گیری جهشی عظیم در صنعت بود، ورود این اختراع ارزشمند به صنعت سرعت و قدرت را به طور اعجاب‌انگیزی افزایش داد.

متیو بولتون

مهم‌ترین عیب ماشین بخار این بود که اگر میزان سوخت احتراق آن از ظرفیت موتور بالاتر می­رفت موجب از کنترل خارج شدن سرعت ماشین و نهایتاً انفجار و از هم پاشیدگی می‌شد. با اختراع گاورنر فلای بال (flyball governor) توسط شریک جیمز وات (James Watt) یعنی آقای متیو بولتن (Matthew Boulton)، از افسارگسیختگی موتور در هنگام افزایش سوخت جلوگیری شد. این اختراع به صورت جدی یکی از اولین استفاده‌ها از مفهوم کنترل و فیدبک در آن دوران بود. عملکرد گاورنر فلای بال رو به طور خلاصه اگه بخوام توضیح بدم، این هست که با افزایش سوخت سرعت بالا رفته و دو گوی در حال چرخش به خاطر نیروی گریز از مرکز از یکدیگر فاصله می‌گیرند، که نتیجه این عمل باعث تغییر وضعیت اهرم متصل به دمپر مجرای سوخت می‌شود، تغییر زاویه دمپر کاهش میزان سوخت ورودی به ماشین و نهایتاً کاهش سرعت ماشین را در پی خواهد داشت.

دستگاه گاورنر فلای بال اختراع آقای متیو بولتن

رشد کنترل و ابزار دقیق

اما در سال‌های آغازین قرن 20 با افزایش تنش میان دولت‌های نیرومند، سیاره آبی ما در آستانه جنگ و خون‌ریزی قرار گرفت. جنگ‌های جهانی علی‌رغم خانمان‌سوز بودن تأثیر به سزایی در رشد مهندسی برق و کنترل داشتند، نیاز شدید دولت‌ها به ساخت تجهیزات پیشرفته نظامی و ترابری، تهیه غذا و مایحتاج سربازان درگیر در جبهه‌های جنگ تنها با داشتن صنعتی مدرن و نیرومند برطرف می‌شد. در این سال‌ها سیستم‌های کنترلی پنوماتیک به صورت فراوان به کار گرفته می‌شد، مفهوم کنترلر PID و روش زیگلز-نیکولز برای تنظیم پارامترهای آن، ساخت اولین فلومترها و ترانسیمترهای فشار از جمله مواردی بودند که در این زمان در صنایع استفاده می‌شدند، با پایان جنگ جهانی دوم، علوم و فنونی که بیشتر آن‌ها به منظور مقاصد نظامی حمایت شده بودند روند تکاملی خود را به خصوص در صنایع هوافضا و رادار حفظ کردند.

اختراع ترانزیستور در سال 1947 و چند سال بعد از آن مدارات مجتمع که با ژرمانیوم و سیلیکون ساخته شدند انقلاب دیگری در علم الکترونیک به راه انداختند.

اختراع ترانزیستور

دهه ۵۰ و ۶۰ میلادی کنترل‌کننده‌های الکترونیکی جای سیستم‌های پنوماتیکی را گرفتند و استانداردهای جدیدی برای انتقال سیگنال‌ها از ادوات و تجهیزات به سمت کنترل‌کننده‌ها تدوین شد.

دهه ۷۰ فرصت بسیار مناسبی برای صنایع فراهم آمد تا با استفاده از قابلیت‌های خیره‌کننده ریزپردازنده‌ها و مدارات مجتمع برای افزایش راندمان محصولات و کالاهای خود استفاده کنند. سیستم کنترل مستقیم دیجیتال DDC به همراه صفحه نمایشگر رابط کاربر اولین سیستم کنترلی بود که در این سال‌ها با استفاده از مدارات مجتمع در صنایع به کار گرفته می‌شد. ساخت اولین کنترل­کننده منطقی برنامه پذیر PLC انقلاب دیگری در صنعت به پا کرد، بردهای الکترونیکی، مدارات فرمان رله کنتاکتوری و پنوماتیکی که هزینه تعمیرات و نگهداری بالایی داشتند به سرعت جای خود را به PLC ها دادند. در این دوران سیستم‌های کنترل توزیع شده DCS، در صنایع حساسی مانند نفت و پتروشیمی به کار گرفته شدند. سال‌های ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ PLC با سرعت بالاتری همه‌گیر شد. در این سال‌ها با معرفی پروتکل‌های مختلف شبکه‌های صنعتی، حجم سیم‌کشی‌ها در صنایع و سرعت انتقال داده بین تجهیزات اندازه‌گیری و کنترل‌کننده‌های مرکزی به شدت کاهش یافت. ابزار دقیق‌تری برای اندازه‌گیری پارامترهای مختلف طراحی و ساخته شد. تئوری و روش‌های کنترل تلفیقی گوناگونی با استفاده از منطق فازی و عصبی برای کنترل ربات‌ها و فرآیندهای صنعتی معرفی شدند.

خب تموم شد این خیلی خلاصه بود (مخصوصاً آخراش) ان شاءالله در جلسات بعدی یک سیستم کنترل رو به طور کامل با هم دیگه بررسی می‌کنیم.