سیستم مانیتورینگ و کنترل صنعتی
طراحی یک سیستم مانیتورینگ، ابعاد مختلفی دارد که در این مقاله، به آنها جهت راهنمایی سفارش میپردازیم.
بخش های مختلف
ورودی ها
معمولا ورودی ها سنسورهایی هستند که داده ها را به پردازنده مرکزی ارسال میکنند.
دما و رطوبت
مانیتورینگ دما و رطوبت ممکن است به دلایل مختلف مورد اهمیت قرار گیرد.
- حفظ شرایط بهینه
برخی فرایندها و فعالیت‌ها نیازمند شرایط خاص دما و رطوبتی هستند. کنترل دما و رطوبت به صورت دقیق میتواند به حفظ شرایط بهینه در محیط‌های مختلف کمک کند.
- حفظ امنیت و سلامت
در برخی بخش‌ها و صنایع، مانند صنایع غذایی، دارویی و آزمایشگاهی، کنترل دما و رطوبت برای حفظ امنیت و سلامت محصولات بسیار حائز اهمیت است.
- جلوگیری از خسارت و ضرر
در برخی محیط‌ها و صنایع، تغییرات ناخواسته دما و رطوبت ممکن است خطرات و خسارات جدی را به همراه داشته باشد.
- بهبود مصرف انرژی
گاهی اوقات با تنظیم دما و رطوبت، مصرف انرژی میتواند به حداقل برسد و منجر به کاهش هزینه ها در بلند مدت گردد.
- حفظ سیستم ها از زنگ زدگی
دما و رطوبت باعث ایجاد زنگ زدگی و تخریب برخی سیستم ها و ادوات فلزی میشود که باید کنترل شود.
سنسورهای مختلف با دقت های مختلف، برای اندازه گیری دما و فشار به کار گرفته میشود از جمله AHT15، AM2315C و SHTC3.
فشار
اندازه گیری فشار سیالات در کنترل فرایندها، امنیت سیستم و مطابقت با استانداردها مورد استفاده قرار میگیرد.
در مانیتورینگ و کنترل، سنسورهای مختلفی برای اندازه گیری فشار مایعات به کار گرفته میشود.
برخی واحدهای اندازه گیری فشار:
- پاسکال (Pascal)
- بار (Bar)
- میلیمتر جیوه (mmHg)
- تور (Torr)
- مگاپاسکال (MPa)
- فوت آب (ftH2O)
- اینچ آب (inH2O)
- میلیبار (mbar)
نمایش جریان سیالات در سیستم مانیتورینگ
در موارد مختلفی ممکن است اندازه‌گیری جریان سیالات اهمیت داشته باشد. وظیفه مانیتورینگ نیز، نمایش لحظه ای جریان سیالات خواهد بود.
- اندازه‌گیری جریان آب در شبکه‌های تامین آب و صنایع آبیاری.
- اندازه‌گیری جریان هوا در سیستم‌های تهویه مطبوع و تهویه صنعتی.
- اندازه‌گیری جریان سوخت در مراکز سوخت‌رسانی مانند پمپ بنزین و گاز.
- اندازه‌گیری جریان گازها در صنایع نفت و گاز و سیستم‌های توزیع گاز.
- اندازه‌گیری جریان خون در پزشکی و بیوتکنولوژی.
- اندازه‌گیری جریان مواد شیمیایی در صنایع پتروشیمی و فرآوری مواد.
- اندازه‌گیری جریان آب در مراکز آب‌شیرین‌کن و تصفیه‌آب.
- اندازه‌گیری جریان گاز و گازوئیل در نیروگاه‌ها.
سطح سیالات در مخازن
اندازه گیری سطح مایعات مخازن در صنایع مختلف از اهمیت بالایی برخوردار است.
اهمیت اندازه گیری سطح مایعات در سیستم مانیتورینگ:
- کنترل و نظارت
- رعایت استانداردها
- ایمنی و پیشگیری از حوادث
- بهینه سازی مصرف
انواع روش های اندازه گیری سطح مایعات:
- روش راداری
- آلتراسونیک
- لودسل
- اندازه گیری فشار
- شناورها
- فشار تفاضلی
سرعت دستگاههای دوار
سرعت دستگاههای دوار به دلایل مختلف ممکن است بسیار مورد اهمیت باشد. رایج ترین مثال آن دور موتور اتوموبیل است که نباید از حدی بالاتر رود.
دلایل اندازه گیری سرعت دستگاههای دوار:
- کنترل و نظارت بر عملکرد موتور.
- بهینه‌سازی کارایی موتور.
- رعایت محدودیت‌ها و استانداردها.
- تشخیص خرابی و نقص.
- ایمنی و جلوگیری از حوادث.
روشهای اندازه گیری:
- نوری(لیزری)
- فرکانسی(تبدیل دور موتور به تغییر پلاریته)
- ولتاژ(تبدیل دور موتور به سطح ولتاژ)
- مکانیکی
خاموش-روشن بودن بخش ها و دستگاهها
نمایش روشن یا خاموش بودن بخشهای مختلف یک سیستم بزرگ در مانیتورینگ اهمیت بالایی دارد.
همچنین دستور روشن و خاموش شدن قسمتهای مختلف نیز حائز اهمیت است که میتواند به صورت دستور الکترونیکی از راه دور انجام پذیرد.
نمایش میزان مصرف برق در سیستم مانیتورینگ
نمایش و کنترل میزان مصرف برق از جهات مختلف اهمیت بالایی دارد که در ادامه به برخی از آنها اشاره شده است.
- کاهش هزینه عملیاتی
- کاهش آلودگی هوا و محیط زیست
- افزایش پایداری و جلوگیری از خاموشی در فصول پرمصرف انرژی
- جلوگیری از افت ولتاژ برق
میزان شارژ باتری ها
باتریها ادواتی هستند که در مواقع اضطراری خاموشی یا نیاز به مصرف انرژی بیشتر، وارد شبکه برق میشوند.
باتری ها باید در زمانی که نیازی با آنها نیست شارژ شده تا در مواقع لازم به کار گرفته شوند. از این رو نمایش میزان شارژ آنها بسیار مهم خواهد بود.
سطح آلودگی هوا
سطح آلودگی هوا برای کارکنان از جهات مختلف اهمیت بالایی دارد مانند:
- سلامتی و بهداشت
- بهره وری عملکردی
- رضایت و رفاه
- هزینه نیروی انسانی
نمایش در سیستم های مانیتورینگ و کنترل
انواع نمایشگر
- LCD
- LED
- صفحه نمایش لمسی(Touchscreen که LCD یا LED هستند، با قابلیت کلیک روی صفحه)
- پروژکتوری، برای نمایش در ابعاد بزرگتر
- نمایشگرهای دیجیتال (کاراکتری)
نمایش بصری
نمودار:
در سیستم مانیتورینگ تغییرات یک متغیر معمولا به صورت یک نمودار بر حسب زمان نمایش داده میشود.
جداول عددی:
مقادیر به صورت عدد نمایش داده میشوند و اگر خارج از محدوده باشند قرمز میشوند.
گزارش لحظه ای:
گزارش لحظه ای معمولا به صورت عقربه ای یا ستونی مانیتور میشوند.
پردازنده سیستم مانیتورینگ
طبیعی است هرچقدر حجم پردازش و الگوریتم پیچیده تر باشد، نیاز به استفاده از پردازنده ی قوی تری خواهد بود.
به ویژه برای نمایش، نیاز به کارت گرافیک و پردازنده های مناسب این امر است که به صورت خاص تهیه گردد.
معمولا اگر حجم پردازش داده زیاد باشد، از پردازنده های FPGA در آن پروژه استفاده میشود.
نرم‌افزار مانیتورینگ
طراحی نرم افزار به عوامل مختلفی مربوط میشود:
- سرعت اجرا
- رابط کاربری
- رابط گرافیکی
- نیازمندیهای کارفرما
واحدهای ارتباطی سیستم مانیتورینگ
یک سیستم از بخش های مختلفی تشکیل شده است که با یکدیگر در ارتباط هستند. سنسورها به سخت افزار اولیه متصل هستند.
سخت افزار اولیه به سخت افزارهای ثانویه تا کامپیوترهای مرکزی و نرم افزار نهایی. ارتباط میتواند از نوع کابلی یا بیسیم باشد.
انواع ارتباطهای ممکن برای سیستم مانیتورینگ:
- RF (Radio Frequency)
- بلوتوث (Bluetooth)
- NFC (Near Field Communication)
- پیامک
- اینفرارد (Infrared)
- USB
- سریال (Serial) مانند UART
- اتصال شبکه مانند شبکه اینترنت یا اترنت
- فیبر نوری (Fiber Optics)
- کابل کواکسیال (Coaxial Cable)
ذخیره‌سازی داده در سیستم مانیتورینگ
گاهی اوقات علاوه بر نمایش مقادیر نیاز به ذخیره سازی نیز هست. ذخیره سازی بسته به نوع و مقدار داده میتواند در هارد، کارت حافظه یا فلش مموری صورت گیرد.