اتوماسیون مبتنی بر بورد توسعه‌ای آردوینو
امروزه مباحث مربوط به اتوماسیون صنعتی، خانه‌های هوشمند، سیستم‌های امنیتی رشد چشمگیری داشته است. با توجه به پیشرفت روزافزون تکنولوژی سنسورها و بوردهای الکترونیکی همراه با کاهش هزینه‌ها و حجم این سیستم‌ها، امکان بهره‌برداری هر چه بیشتر از تکنولوژی هوشمندسازی برای عموم فراهم شده است. همزمان با این کاهش قیمت و حجم و ارتقا درجه هوشمندی این سیستم‌ها، سهولت راه‌اندازی و استفاده از این ابزار هوشمندسازی افزایش یافته است. از جمله تجهیزات نوپا که مسیر تجاری‌سازی و نمونه‌سازی سریع ایده‌های نوع‌آورانه را هموار کرده است، بورد آردوینو می‌باشد. برای پیاده‌سازی ایده‌های نوع‌آورانه در زمینه مرتبط با الکترونیک، به جای صرف وقت زیاد برای طراحی مدار و برنامه‌نویسی بوردهای میکروکنترلر با زبان‌های نسبتا پیچیده مانند اسمبلی، بیسیک و C++، می‌توان از این بورد توسعه‌ای با نرم‌افزار اختصاصی آن استفاده کرد. این بورد علاوه بر دارا بودن زبان ساده برنامه‌نویسی بر پایه C/C++ و دارا بودن نرم‌افزار IDE اختصاصی، دارای کتابخانه‌های گسترده نرم‌افزاری در فضای مجازی و پروژه‌های متنوع در دسترس عموم کاربران اینترنتی می‌باشد که انجام پروژه‌های الکترونیکی را بسیار آسان و سریع می‌سازد.
اتوماسیون صنعتی یا Industrial Automation، در واقع بهره‌گیری از رایانه‌ها به جای نیروی انسانی به منظور کنترل فرآیندها و دستگاه‌های صنعتی می‌باشد. اتوماسیون صنعتی فراتر از مکانیزه کردن می‌باشد. مکانیزه کردن یک فرآیند صنعتی، به منظور تسهیل انجام فرآیند مشخص توسط نیروی انسانی و با بهره‌گیری از تجهیزات مکانیکی و الکترونیکی می‌باشد.
امروزه كاربرد اتوماسيون صنعتي و ابزار دقيق در صنايع و پروسه‌هاي مختلف صنعتي به وفور به چشم مي‌خورد. كنترل پروسه و سيستمهاي اندازه‌گيري پيچيده‌اي كه در صنايعي همچون نفت، گاز، پتروشيمي، صنايع شيميايي، صنايع غذايي، صنايع خودرو سازي و غيره بكار مي آيد نيازمند ابزارالات بسيار دقيق و حساس مي‌باشند . پيشرفت‌هاي تكنيكي اخير در كنترل فرآيند و اندازه‌گيري پارامترهاي مختلف صنعتي از قبيل فشار، دما، جريان و موارد مشابه، باعث افزايش كيفيت محصولات و كاهش هزينه‌هاي توليد گرديده است .
نمايان ترين و شناخته‌شده‌ترين بخش اتوماسيون صنعتي ربات‌هاي صنعتي هستند.
برخی از مزایای اتوماسیون صنعتی از این قبیل هستند:
• تکرارپذیری فعالیت‌ها و فرآیندها
• افزایش کیفیت محصولات تولیدی
• افزایش سرعت تولید
• کنترل کیفیت دقیق‌تر و سریع‌تر
• کاهش پسماندهای تولید
• برهم کنش بهتر با سیستم‌های بازرگانی
• افزایش بهره‌وری واحدهای صنعتی
• بالا بردن ضریب ایمنی برای نیروی انسانی و کاستن از فشارهای روحی و جسمی
در حال حاضر ارتقاء سطح كيفي محصولات توليدي در صنايع مختلف و در كنار آن افزايش كمي توليد، هدف اصلي هر واحد صنعتي مي‌باشد و مديران صنايع نيز به اين مهم واقف بوده و تمام سعي خود را در جهت نيل به اين هدف متمركز نموده اند .
لازمه افزايش كيفيت و كميت يك محصول، استفاده از ماشين آلات پيشرفته و اتوماتيك مي‌باشد. ماشين آلاتي كه بيشتر مراحل كاري آنها به طور خودكار صورت گرفته و اتكاي آن به عوامل انساني كمتر باشد. چنين ماشين آلاتي جهت كاركرد صحيح خود نياز به يك بخش فرمان خودكار دارند كه معمولا از يك سيستم كنترل قابل برنامه‌ريزي (به عنوان مثال PLC يا مدار منطقي قابل برنامه ريزي و یا میکروکنترلر) در اين بخش استفاده مي‌گردد. بخش كنترل قابل برنامه‌ريزي مطابق با الگوريتم كاري ماشين، برنامه‌ريزي شده و مي‌تواند متناسب با شرايط لحظه‌اي به عملگرهاي دستگاه فرمان داده و در نهايت ماشين را كنترل كند .
همانطور كه گفته شد بخش كنترل در هر سيستم صنعتي باید متناسب با شرايط لحظه‌اي به عملگرها فرمان دهد؛ بنابراين در يك ماشين يا بطور كلي در يك فرآيند صنعتي بخش اول يك چرخه كنترلي، برداشت اطلاعات از فرآیند مي‌باشد.
جمع‌آوري اطلاعات در فرآيندهاي صنعتي با استفاده از سنسورها يا حسگرها صورت مي‌گيرد. اين حسگرها به منزله چشم و گوش سيستم كنترلي عمل مي‌كنند. امروزه در بسياري از ماشين‌آلات صنعتي استفاده از سنسورها امري متداول مي‌باشد تا جايي كه عملكرد خودكار ماشين را مي‌توان با تعداد سنسورهاي موجود در آن درجه بندي كرد. وجود سنسورهاي مختلف در فرآيند اتوماسيون به اندازه‌اي مهم مي‌باشد كه بدون سنسور هيچ فرآيند خودكاري شكل نمي‌گيرد؛ بنابراين سنسورها يكي از اجزاي لاينفك سيستمهاي اتوماسيون صنعتي مي‌باشند.
در گذشته نه چندان دور بسياري از تابلوهاي فرمان ماشين‌آلات صنعتي، براي كنترل پروسه‌هاي توليد از رله‌هاي الكترومكانيكي يا سيستمهاي پنوماتيكي استفاده مي‌كردند و اغلب با تركيب رله‌هاي متعدد و اتصال آنها به يكديگر منطق كنترل ايجاد مي‌گرديد. در بيشتر ماشين‌آلات صنعتي، سيستمهاي تاخيري و شمارنده‌ها نيز استفاده مي‌گرديد و با اضافه شدن تعدادي Timer و شمارنده به تابلوهاي كنترل، حجم و زمان مونتاژ آن افزايش مي‌يافت.
اشكال فوق با در نظر گرفتن استهلاك و هزينه بالاي خود و همچنين عدم امكان تغيير در عملكرد سيستم، باعث گرديد تا از دهه ۸۰ ميلادي به بعد اكثر تابلوهاي فرمان با سيستمهاي كنترلي قابل برنامه ريزي جديد يعني PLC جايگزين گردند. در حال حاضر PLC يكي از اجزاي اصلي و مهم در پروژه هاي اتوماسيون مي‌باشد كه توسط كمپاني‌هاي متعدد و در تنوع زياد توليد و عرضه مي‌گردد. بطور خلاصه علی‌رغم مزایای PLC، این سیستم دارای معایبی نیز در مقایسه با میکروکنترلرها می‌باشد، که شامل موارد زیر می‌باشد:
• گران بودن سیستم‌های PLC نسبت به تجهیزات الکترونیکی با قابلیت مشابه
• محدودیت حجم و عدم قابلیت استفاده در پروژه ها و ابعاد کوچک
• هزینه سنگین پشتیبانی، به‌روزرسانی و عیب‌یابی
• در صورت عدم (قطع) پشتیبانی شرکت سازنده PLC، جایگزینی و به روزرسانی سریع و بهینه سیستم جدید سخت‌افزاری و نرم‌افزاری PLC، بسیار کار مشکلی خواهد بود.
بسته به حجم و پیچیدگی پروژه و با توجه به مزایا و معایب PLC در مورد استفاده یا عدم استفاده از PLC های موجود در بازار (از جمله PLC های ساخت شرکت زیمنس)، تصمیم گرفته می‌شود.
از جمله جایگزین‌های PLC موجود در صنعت، بردهای توسعه‌ای مانند آردوینو می‌باشند که مهمترین مزیت آنها نسبت به PLC، قیمت بسیار پایین آن می‌باشد که پارامتر بسیار مهمی است.
در سیستم‌های با پیچیدگی کمتر، جایگزینی کامپیوترهای کوچک نظیر آردوینو به صرفه است و موجب کاهش چشمگیر قیمت آن سیستم‌ها خواهد شد. از جمله این سیستم‌ها، پرینترهای دیجیتال صنعتی می‌باشند که آردوینو مزیت‌های خاصی را برای این سیستم به همراه داشته است.
به طور کلی امروزه استفاده از برد توسعه‌ای آردوینو با توجه به وسعت استفاده و وجود انواع راهنماهای پیاده‌سازی و پروژه‌های آماده، برای ورود به دنیای اتوماسیون و پیاده‌سازی ایده‌ها و نمونه‌سازی سریع به شدت مورد توجه قرار دارد.
اتوماسیون صنعتی یا Industrial Automation، در واقع بهره‌گیری از رایانه‌ها به جای نیروی انسانی به منظور کنترل فرآیندها و دستگاه‌های صنعتی می‌باشد. اتوماسیون صنعتی فراتر از مکانیزه کردن می‌باشد. مکانیزه کردن یک فرآیند صنعتی، به منظور تسهیل انجام فرآیند مشخص توسط نیروی انسانی و با بهره‌گیری از تجهیزات مکانیکی و الکترونیکی می‌باشد.
امروزه كاربرد اتوماسيون صنعتي و ابزار دقيق در صنايع و پروسه‌هاي مختلف صنعتي به وفور به چشم مي‌خورد. كنترل پروسه و سيستمهاي اندازه‌گيري پيچيده‌اي كه در صنايعي همچون نفت، گاز، پتروشيمي، صنايع شيميايي، صنايع غذايي، صنايع خودرو سازي و غيره بكار مي آيد نيازمند ابزارالات بسيار دقيق و حساس مي‌باشند . پيشرفت‌هاي تكنيكي اخير در كنترل فرآيند و اندازه‌گيري پارامترهاي مختلف صنعتي از قبيل فشار، دما، جريان و موارد مشابه، باعث افزايش كيفيت محصولات و كاهش هزينه‌هاي توليد گرديده است .
نمايان ترين و شناخته‌شده‌ترين بخش اتوماسيون صنعتي ربات‌هاي صنعتي هستند.
برخی از مزایای اتوماسیون صنعتی از این قبیل هستند:
• تکرارپذیری فعالیت‌ها و فرآیندها
• افزایش کیفیت محصولات تولیدی
• افزایش سرعت تولید
• کنترل کیفیت دقیق‌تر و سریع‌تر
• کاهش پسماندهای تولید
• برهم کنش بهتر با سیستم‌های بازرگانی
• افزایش بهره‌وری واحدهای صنعتی
• بالا بردن ضریب ایمنی برای نیروی انسانی و کاستن از فشارهای روحی و جسمی
در حال حاضر ارتقاء سطح كيفي محصولات توليدي در صنايع مختلف و در كنار آن افزايش كمي توليد، هدف اصلي هر واحد صنعتي مي‌باشد و مديران صنايع نيز به اين مهم واقف بوده و تمام سعي خود را در جهت نيل به اين هدف متمركز نموده اند .
لازمه افزايش كيفيت و كميت يك محصول، استفاده از ماشين آلات پيشرفته و اتوماتيك مي‌باشد. ماشين آلاتي كه بيشتر مراحل كاري آنها به طور خودكار صورت گرفته و اتكاي آن به عوامل انساني كمتر باشد. چنين ماشين آلاتي جهت كاركرد صحيح خود نياز به يك بخش فرمان خودكار دارند كه معمولا از يك سيستم كنترل قابل برنامه‌ريزي (به عنوان مثال PLC يا مدار منطقي قابل برنامه ريزي و یا میکروکنترلر) در اين بخش استفاده مي‌گردد. بخش كنترل قابل برنامه‌ريزي مطابق با الگوريتم كاري ماشين، برنامه‌ريزي شده و مي‌تواند متناسب با شرايط لحظه‌اي به عملگرهاي دستگاه فرمان داده و در نهايت ماشين را كنترل كند .
همانطور كه گفته شد بخش كنترل در هر سيستم صنعتي باید متناسب با شرايط لحظه‌اي به عملگرها فرمان دهد؛ بنابراين در يك ماشين يا بطور كلي در يك فرآيند صنعتي بخش اول يك چرخه كنترلي، برداشت اطلاعات از فرآیند مي‌باشد.
جمع‌آوري اطلاعات در فرآيندهاي صنعتي با استفاده از سنسورها يا حسگرها صورت مي‌گيرد. اين حسگرها به منزله چشم و گوش سيستم كنترلي عمل مي‌كنند. امروزه در بسياري از ماشين‌آلات صنعتي استفاده از سنسورها امري متداول مي‌باشد تا جايي كه عملكرد خودكار ماشين را مي‌توان با تعداد سنسورهاي موجود در آن درجه بندي كرد. وجود سنسورهاي مختلف در فرآيند اتوماسيون به اندازه‌اي مهم مي‌باشد كه بدون سنسور هيچ فرآيند خودكاري شكل نمي‌گيرد؛ بنابراين سنسورها يكي از اجزاي لاينفك سيستمهاي اتوماسيون صنعتي مي‌باشند.
در گذشته نه چندان دور بسياري از تابلوهاي فرمان ماشين‌آلات صنعتي، براي كنترل پروسه‌هاي توليد از رله‌هاي الكترومكانيكي يا سيستمهاي پنوماتيكي استفاده مي‌كردند و اغلب با تركيب رله‌هاي متعدد و اتصال آنها به يكديگر منطق كنترل ايجاد مي‌گرديد. در بيشتر ماشين‌آلات صنعتي، سيستمهاي تاخيري و شمارنده‌ها نيز استفاده مي‌گرديد و با اضافه شدن تعدادي Timer و شمارنده به تابلوهاي كنترل، حجم و زمان مونتاژ آن افزايش مي‌يافت.
اشكال فوق با در نظر گرفتن استهلاك و هزينه بالاي خود و همچنين عدم امكان تغيير در عملكرد سيستم، باعث گرديد تا از دهه ۸۰ ميلادي به بعد اكثر تابلوهاي فرمان با سيستمهاي كنترلي قابل برنامه ريزي جديد يعني PLC جايگزين گردند. در حال حاضر PLC يكي از اجزاي اصلي و مهم در پروژه هاي اتوماسيون مي‌باشد كه توسط كمپاني‌هاي متعدد و در تنوع زياد توليد و عرضه مي‌گردد. بطور خلاصه علی‌رغم مزایای PLC، این سیستم دارای معایبی نیز در مقایسه با میکروکنترلرها می‌باشد، که شامل موارد زیر می‌باشد:
• گران بودن سیستم‌های PLC نسبت به تجهیزات الکترونیکی با قابلیت مشابه
• محدودیت حجم و عدم قابلیت استفاده در پروژه ها و ابعاد کوچک
• هزینه سنگین پشتیبانی، به‌روزرسانی و عیب‌یابی
• در صورت عدم (قطع) پشتیبانی شرکت سازنده PLC، جایگزینی و به روزرسانی سریع و بهینه سیستم جدید سخت‌افزاری و نرم‌افزاری PLC، بسیار کار مشکلی خواهد بود.
بسته به حجم و پیچیدگی پروژه و با توجه به مزایا و معایب PLC در مورد استفاده یا عدم استفاده از PLC های موجود در بازار (از جمله PLC های ساخت شرکت زیمنس)، تصمیم گرفته می‌شود.
از جمله جایگزین‌های PLC موجود در صنعت، بردهای توسعه‌ای مانند آردوینو می‌باشند که مهمترین مزیت آنها نسبت به PLC، قیمت بسیار پایین آن می‌باشد که پارامتر بسیار مهمی است.
در سیستم‌های با پیچیدگی کمتر، جایگزینی کامپیوترهای کوچک نظیر آردوینو به صرفه است و موجب کاهش چشمگیر قیمت آن سیستم‌ها خواهد شد. از جمله این سیستم‌ها، پرینترهای دیجیتال صنعتی می‌باشند که آردوینو مزیت‌های خاصی را برای این سیستم به همراه داشته است.
به طور کلی امروزه استفاده از برد توسعه‌ای آردوینو با توجه به وسعت استفاده و وجود انواع راهنماهای پیاده‌سازی و پروژه‌های آماده، برای ورود به دنیای اتوماسیون و پیاده‌سازی ایده‌ها و نمونه‌سازی سریع به شدت مورد توجه قرار دارد.
