مراحل اجرای پروژه های اتوماسیون صنعتی – بخش اول

مراحل اجرای پروژه های اتوماسیون صنعتی-بخش اول

                                      

وقتی صحبت از اتوماسیون صنعتی , PLC , ربات و ابزاردقیق به میان می آید دو نگرش در ذهن افراد تداعی می گردد , اول راحتی و دوم پیچیدگی . راحتی از آن نظر که اتوماسیون صنعتی قادر خواهد بود قدرتی به شما بدهد که برای بتوانید هر سیستمی را هر چند بزرگ براحتی کنترل نمایید . نگرانی از انجام فعالیت ها و اولویت های دستگاه مورد نظر , حتی خرابی آن هم نداشته باشید , یعنی حتی خود دستگاه اعلام کند که چه زمان خراب خواهد شد و برای تعمیر آن چه باید کرد .

حدود 10 سال پیش مقاله ای در مجله دوست داشتنی صنعت هوشمند در خصوص پیشرفت تکنولژی می خواندم که نوشته بود , در آینده زمانی که تعداد نیروهای تکنسین ( تعمیر و نگهداری ) بیش از کارگران خطوط تولید باشد و چراغ های سالن تولیدی اکثر مواقع خاموش باشد ( همه چیز رباتیک شده باشد ) آنگاه تکنولژی بسیار پیشرفت کرده است .

اما بحث دوم , پیچیدگی است . اگر می خواهیم سیستمی با این قابلیت داشته باشیم باید قبل از آن پیچیدگی های لازم را بررسی و برنامه نویسی نماییم . پیچیدگی های سیستم های اتوماسیون صنعتی با آگاهی به دانش هایی همچون , برنامه نویسی PLC, برنامه نویسی HMI , آشنایی با المان ها و سنسورهای ابزاردقیق می تواند بسیار سهل و آسان مرتفع گردد.از مهمترین آیتم های رفع و حل  پیچیدگی های سیستم های اتوماسیون صنعتی داشتن تجربه بالای یک PLC Man است .برو به ادامه مطلب

حال در سه بخش مراحل اجرای پروژه های اتوماسیون صنعتی را تشریح می نماییم .    

 

مراحل اجرای پروژه های اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون صنعتی در یک کارخانه یا یک فرآیند صنعتی می تواند شامل مراحل مختلفی باشد. از جمله طراحی ، تامین کالا ، برنامه نویسی ، راه اندازی و …

در این مقاله می خواهیم تجربه 20 ساله خودمون رو در زمینه انجام پروژه های اتوماسیون صنعتی به اشتراک بگذاریم. جامعه هدف اتوماسیون صنعتی تمامی صنایع هستند و نمی توان صنعتی را نام برد که نیازمند اتوماسیون صنعتی نباشد. در واقع بقا و ثبات یک صنعت نیازمند پیاده سازی و ارتقا سیستم های اتوماسیون صنعتی در آن کارخانه می باشد.

          

یک پروژه اتوماسیون صنعتی از صفر تا صد شامل 36 مرحله است. سعی کرده ایم این 36 مرحله با دیدگاه کاملا عملیاتی و منطبق بر استاندارد های روز تبیین نماییم. مراحلی که نتیجه طراحی و اجرای چند صد پروژه اتوماسیون صنعتی میباشد.

 

اولین مرحله در انجام پروژه های اتوماسیون صنعتی، دریافت درخواست مشتری است. چرا که نیاز باید وجود داشته باشد تا بتوان با راه حل مناسب مهندسی آن نیاز را مرتفع ساخت. قبل از این مرحله، مراحل بازاریابی و جذب مشتری وجود دارد که با توجه به اینکه تمرکز این مقاله بر روی خدمات فنی و مهندسی می باشد لذا از ذکر مرحله بازاریابی صرف نظر شده است.

بگذارید ابتدا گستره مشتریان را با هم بررسی کنیم. میدانیم که تمامی صنایع نیازمند اتوماسیون صنعتی هستند. اما اگر بخواهیم تعدادی از آن ها را نام ببریم می توانیم به لیست ذیل اشاره داشته باشیم:

• صنایع نفت و گاز و پتروشیمی
• صنایع غذایی
• صنایع داروئی
• صنایع خودرو سازی
• صنایع بسته بندی
• و …

مشتری (کارفرما) درخواست خود را به شرکت های ارائه دهنده خدمات اتوماسیون صنعتی (پیمانکار) ارائه می دهد که با روش های مختلفی امکان پذیر است.

• تماس تلفنی
• شرکت در نمایشگاه
• ثبت درخواست در سایت
• جلسه حضوری
• اعلام مناقصات

2) مشاوره و ارزیابی های اولیه

در این مرحله کارفرما و پیمانکار با هم لینک شده اند و می بایست یک سری اطلاعات اولیه از پروژه مد نظر کارفرما به دست پیمانکار برسد. پیمانکار نیز بر اساس دانش و تجربه خود سعی میکند که کارفرما را برای رسیدن به هدف خود راهنمایی کند.

فرض کنید که یک کارخانه نخریسی نیازمند سیستمی است که بتواند کشش نخ را رول های کششی خود کنترل نماید.

هدف کارفرما چیست؟ من نیازمند تولید نخ با کیفیت هستم. من نیازمند کاهش حداکثری ضایعات و پاره شدگی نخ هستم. من نیازمند حداقل یک تن نخ در روز هستم. من نیازمند سیستمی هستم که انرژی مصرفی کارخانه من را تا حد امکان کاهش دهد.

مشاوره و راهنمایی پیمانکار چیست؟ شما می بایست برای حرکت رول های کششی از سروموتور استفاده کنید. شما می بایست یک سیستم کنترل مرکزی توسط PLC ها داشته باشید. شما میبایست سیستم مانیتورینگ از طریق یک کامپیوتر صنعتی به عنوان سرور و 3 عدد HMI داشته باشید.

             

در قالب مثال فوق ملاحظه گردید یک پیمانکار باتجربه می تواند ابزارهای نرم افزاری و سخت افزاری به کارفرمای خود پیشنهاد کند تا دغدغه ها و نیازهای فرآیندی کارفرما را مرتفع سازد. در راس این ابزارها، دانش و تجربه مهندسی در طراحی یک سیستم کنترل یکپارچه و کارآمد است که نیاز نهایی کارفرما را پوشش می دهد.

البته قبل از اینکه پیمانکار اتوماسیون صنعتی بتواند مشاوره دقیقی را ارائه دهد می بایست اطلاعات مفیدی را از فرآیند یا کارخانه در دست داشته باشد. این اطلاعات را می بایست کارفرما قبل از مشاوره و برآوردی به پیمانکار تحویل دهد. مستندات و مدارک اولیه پروژه همین اطلاعات نام برده هستند که در ذیل بخشی از آن ها معرفی شده اند:

• نقشه فلو پروسه Flow Diagram (PFD)
• نقشه های P&ID
• لیست موتورها
• لیست سنسورها و ابزاردقیق
• لیست شیرها و عملگرها
• و

                      

3)  بازدید حضوری

پس از آن که اطلاعات و مستندات اولیه از فرآیند به دست پیمانکار رسید نوبت آن است که پیمانکار به صورت حضوری از خط تولید و ماشین آلات بازدید داشته باشد. چرا که هر چقدر مستندات به صورت مرتب و شفاف باشد و نیز هر چقدر که کارفرما توانسته باشد نیاز خود را توصیف کرده باشد.

ولی باز هم پیمانکار قبل از هر اقدام عملی برای انجام پروژه می بایست کارشناسان فنی خود را به محل کارخانه اعزام کرده و بازدید به عمل می‌آورد و اطلاعات میدانی را جمع آوری کند. چراکه یک پیمانکار اتوماسیون صنعتی بر حسب تجربه ، زاویه دید خاص خودش را خواهد داشت.

 

4) طراحی معماری سیستم کنترل و ارائه پیشنهاد فنی

در این مرحله به نقطه ای رسیده‌ایم که اطلاعات کافی فنی و محیطی از فرآیند و کارخانه را داریم. بنابراین پیمانکار (شرکت فنی و مهندسی) می تواند یک پیشنهاد فنی مناسب با نیاز کارفرما ارائه کند. پارامترهایی که در انتخاب قطعات و معماری سیستم کنترل موثر است:

• نوع فرآیند و روند کاری آن
• درخواست و نیاز کارفرما
• تجربه فنی پیمانکار
• موجودی بازار داخلی
• امکان واردات قطعات
• و …

معماری سیستم کنترل بیانگر نوع و تعداد قطعات اتوماسیون صنعتی ، نحوه ارتباط آن ها با هم ، نوع و تعداد شبکه های صنعتی و … می باشد. در پیشنهاد فنی مد نظر به غیر از معماری سیستم کنترل ، نحوه ارتباط سیستم کنترل با عملگرهای فرآیند مثل موتورها ، ولوها ، ابزاردقیق نیز ذکر می گردد.

                   

کارفرما با مطالعه پیشنهاد فنی می تواند دیدگاه بهتری نسبت به سیستم اتوماسیون مورد نیاز خود بدست آورد. با نظر کارفرما می تواند این پیشنهاد فنی مورد ویرایش قرار بگیرد و یا اینکه نسخه اولیه آن به تایید ایشان برسد و می توان به مرحله بعدی قدم گذاشت. لذا تایید کارفرما در این مرحله می بایست لحاظ گردد.

5) ارائه برنامه زمان‌بندی و پیشنهاد مالی

تعامل بین کارفرما و پیمانکار در این مرحله بدین صورت خواهد بود که بر حسب ضرورت کارفرما و نیز میزان مشغله پیمانکار ، یک برنامه زمانی مشخص و دقیق جهت شروع پروژه و برنامه ریزی مراحل بعدی پروژه مورد تصویب طرفین قرار میگیرد. اما قبل از آن می بایست طرفین بر روی مسائل مالی پروژه توافق کنند. مبلغ یک پروژه اتوماسیون صنعتی شامل موارد ذیل می باشد:

• هزینه قطعات مثل : PLC ، ماژول ها ، تابلو کنترل و قدرت ، قطعات low voltage ، لوازم مونتاژ تابلو ، درایو و سافت استارت ، HMI و …
• هزینه برنامه نویسی سیستم کنترل و مانیتورینگ
• هزینه مونتاژ تابلوهای کنترل و قدرت (MCC ، Incoming و…)
• هزینه طراحی و مستندسازی
• هزینه حمل و نقل
• هزینه آموزش
• هزینه FAT
• هزینه SAT
• هزینه راه اندازی پروژه

6) عقد قرارداد و دریافت پیش پرداخت

قرارداد میان کارفرما و پیمانکار بیانگر تمام جزییات فنی و نیز حقوقی است که از شروع پروژه تا پایان آن می بایست ملاک عمل طرفین قرار گیرد. ار مهمترین مواردی که در یک قرارداد پروژه ذکر می گردد موارد ذیل می باشد :

• مشخصات کامل طرفین معامله
• مبلغ پروژه
• نحوه ی پرداخت
• تضمین هایی که پیمانکار می بایست نزد کارفرما بگذارد
• شرح وظایف طرفین
• شرح و مفاد پروژه
• نحوه‌ی داوری در زمان ایجاد اختلاف
• شرایط فسخ قرارداد
• تاریخ شروع و پایان پروژه
• و …

پرداخت پیش پرداخت توافق شده توسط کارفرما به منزله شروع رسمی قرارداد خواهد بود و از آن پس عملیات اجرایی پروژه آغاز خواهد شد.

          

 

7) دریافت لاجیک سیستم کنترل از کارفرما

هر فرآیندی برای اینکه روند خود را به درستی انجام دهد نیازمند منطق و قانونی برای اجرا می باشد. این منطق مشخص کننده نقطه شروع و نقطه پایان فرآیند است. مشخص کننده عملکرد هر کدام از عملگرها می باشد. فیدبک سنسورها چگونه بر روی عمل موتورها ، ولوها ، بازوهای هیدرولیک و پنیوماتیک و … اثر میگذارد تا اینکه فرآیند مد نظر به خوبی و به درستی کار خود را انجام دهد.

به مجموعه شرح وظایف اجزای فرآیند و نیز ارتباطات آن ها که در انتها روند صفر تا صد پروسه را تبیین می کند، لاجیک یا منطق سیستم کنترل گفته می شود.

معمولا کارفرما در مجموعه خود مهندسین مسلط به فرآیند خود را دارد که بتوانند لاجیک مدنظر را بنویسند. و یا اینکه پیمانکار ماشین ساز به عنوان سازنده دستگاه ها و ماشین آلات فرآیند، لاجیک را در اختیار کارفرما قرار می دهد. حالت سومی نیز وجود دارد بدین صورت که پیمانکار اتوماسیون با توجه به تجربه خود در زمینه راه اندزای و اتوماسیون فرآیندهای مشابه، کارفرما را در نوشتن متن لاجیک کمک میکند. البته لازم به ذکر است نوشتن لاجیک در شرح وظایف پیمانکار نمی باشد و تایید کارفرما بر لاجیک استخراج شده به منظور ادامه اجرای پروژه توسط پیمانکار، الزامی می باشد.

لاجیک فرآیند را چه کسی تهیه می کند؟

• کارفرما و مهندسین وی
• پیمانکار ماشین ساز
• پیمانکار اتوماسیون (در وظیفه اش نیست)

8) طراحی و ارائه طرح تفصیلی سیستم کنترل

پس از تهیه لاجیک و تایید کارفرما ، نوبت آن می رسد که پیمانکار طرح پیشنهادی سیستم کنترل را با توجه به تمام جزییات جمع آوری شده، تکمیل کند و به تفصیل، طرح نهایی را تکمیل کرده و مبنای اجرای پروژه قرار دهد.

9) تهیه و طراحی مستندات پروژه

قبل از هر اقدامی می بایست مستندات پروژه به طور دقیق طراحی و تهیه گردد. این مستندات مبنای تمامی طراحی های بعدی خواهد بود. در واقع در این مرحله یک پل ارتباطی میان اطلاعات و مستندات تحویلی کارفرما با تمامی طراحی های بعدی پیمانکار برقرار خواهد شد. مستندات مد نظر شامل اطلاعات استخراج شده از مستندات کارفرما می باشد که به صورت منظم و استاندارد جمع آوری می گردد. از جمله این مستندات می توان به موارد ذیل اشاره نمود.

• لیست ورودی خروجی های پروسه IO List
• لیست موتورها Motor List
• لیست ولوها Valve List
• لیست کابل ها Cable List
• منطق فرآیند Process Logic
• لیست تجهیزات ابزادقیق Instrument List
• لیست قطعات مورد نیاز پروژه MTO

مبنای تمامی طراحی های این مرحله و تهیه مستندات، نقشه فلو پروسه (PFD) می باشد که در مرحله 2 توسط کارفرما به پیمانکار تحویل شده است.

10) طراحی تابلوهای مورد نیاز پروژه

تابلوهای برق به عنوان مرکز پویا و قلب تپنده برق یک کارخانه محسوب میشود. همانطور که میدانیم تابلوهای برق برای یک کارخانه شامل چند دسته و مدل می شوند. از برق ورودی بعد از ترانس 20 کیلو ولت گرفته تا ترمینال های 24 ولت تغذیه سنسورها همگی جزو طراحی تابلوهای برق فرآیند قرار می گیرند.

دسته بندی انواع تابلوهای برق یک کارخانه

• تابلوهای ورودی برق Incoming Panels
• تابلوهای کنترل PLC Panels
• تابلوهای مارشالینگ Marshaling Panels
• تابلوهای توزیع مصرف کننده های سه فاز و تکفاز Distributer Panels
• تابلوهای اصلاح ضریب توان یا بانک خازن Capacitor Panels
• تابلوهای توزیع روشنایی Lighting Panels
• تابلوهای قدرت موتورها MCC Panels
• و …

بر اساس مستندات بند قبلی، می بایست نقشه الکتریکی فرآیند طراحی گردد. نقشه های الکتریکی تابلو برق ها در بردارنده تمام ارتباطات و مدارهای الکتریکی از صفرتا صد یک کارخانه می باشد. به عنوان مثال نحوه‌ی ارتباط الکتریکی سنسورها با ماژول های ورودی دیجیتال و آنالوگ، و یا نحوه ی تامین تغذیه سه فاز موتورهای الکتریکی از شینه های سه فاز گرفته تا سر تخته کلم موتور. این نقشه ها از طریق نرم‌افزارهای eplan، AutoCad  و یا AutoCad Electrical  طراحی میشود.

      

در این مرحله می بایست تابلوهای مورد نیاز پروسه را طراحی نماییم. این تابلو ها در دو نوع سلولی ایستاده و دیواری معمولا استفاده می شوند که البته مدل دیواری فقط در پروسه های کوچک استفاده می گردد. طراحی تابلوها از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است چراکه یک طراحی صحیح و مهندسی می تواند از افزایش ایمنی تابلوها و نیز طول عمر آن ها نقش بسزایی داشته باشد. طراحی چیدمان و layout تابلوهای برق معمولا بوسیله نرم افزار AutoCad انجام میشود.

طراحی تابلو کنترل (Panel Layout) شامل چه مواردی است

• چیدمان قطعات اتوماسیون
• چیدمان قطعات قدرت
• جانمایی مقره ها و شین ها
• چیدمان و اندازه داکت کشی ها
• چیدمان ترمینال های فرمان و قدرت
• چیدمان دقیق سینی ها و درب تابلو
• و …