چشم انداز صنعتی امروز با نوسانات بی سابقه، عدم قطعیت، پیچیدگی و ابهام مشخص می شود. در نتیجه، برای داراییها و افراد مهمتر میشود که با هزینههای کمتر و با ایمنی بیشتر کار کنند. در این زمینه، فناوری سنجش و پیشرفت های آن نقش کلیدی در رقابتی و کارآمد نگه داشتن عملیات صنعتی ایفا می کند.
فناوری سنجش و کاربردهای مختلف آن با توجه به نیازهای فناوری و کسب و کار در حال تکامل است. حسگرها را می توان برای تشخیص انواع ویژگی های فیزیکی از فاصله تا گرما و فشار استفاده کرد. محصولات امروزی از حسگرها برای حس کردن همه چیز در اطراف خود استفاده می کنند. آنها توانایی بسیار دقیق، مصرف برق کمتر، و ارزان بودن نصب و نگهداری را دارند. ثابت شده است که حسگرها بخش مهمی از ایجاد ارزش جدید برای فرآیندهای آنها و مشاغل مرتبط هستند.
1. فناوری سنجش چیست؟ چه ارتباطی با سنسورها دارد؟
محدوده سنسورها بسیار گسترده است و انواع مختلفی دارد، اما اساساً سنسور وسیله ای است که کمیت مشخصه یک جسم اندازه گیری را تشخیص می دهد و آن کمیت را به سیگنال قابل خواندن تبدیل می کند که بر روی دستگاه نمایش داده می شود. به طور خلاصه، سنجش فناوری است که از حسگرها برای به دست آوردن اطلاعات با شناسایی یک کمیت مشخصه فیزیکی، شیمیایی یا بیولوژیکی و تبدیل آن به سیگنال قابل خواندن استفاده می کند.
در واقع، طیف گسترده ای از سنسورها برای رفع هر نیاز صنعتی در دسترس هستند. برای برنامههای کاربردی{1} و صنعتی حساس، حسگرها میتوانند به بهبود فرآیندها کمک کنند و حفاظت بینظیر از دارایی را ارائه دهند. این حسگرها نظارت{3}در زمان واقعی، از جمله شناسایی و گزارش مورد نیاز فرآیند را ارائه میکنند. داده های نظارت و جمع آوری شده توسط حسگرها برای کنترل و تجزیه و تحلیل ارسال می شود و هر گونه ناهنجاری در ویژگی های خاص توسط سنسورهایی که سیگنال های الکتریکی را ارسال می کنند گزارش می شود. به این ترتیب، حسگرها می توانند کارایی فرآیند و کیفیت محصول را بهبود بخشند و در عین حال اطمینان حاصل کنند که فرآیند مطابق با بهترین شیوه ها است.
2. درک حس ماشینی از حواس انسان
در اصل، هر ماده یا وسیله ای که توانایی تشخیص ویژگی های انتزاعی، ناملموس یا فیزیکی را داشته باشد، حسگر است. ما توسط حسگرهایی احاطه شدهایم که با موفقیت بسیاری از دستگاهها و فرآیندهایی را که با موفقیت در اطراف ما کار میکنند اندازهگیری و شناسایی میکنند.
در واقع، عملکرد طبیعی بدن انسان به پنج اندام حسی - چشم، گوش، بینی، زبان و پوست بستگی دارد. عملکرد حواس بدن (ارگان های حسی) به وضوح تعریف شده است - آنها اطلاعاتی را در مورد محیط خارجی به دست می آورند و برای پردازش به مغز منتقل می کنند. سپس مغز بدن را به سمت اقدامات بعدی هدایت می کند. عملکرد صحیح اندام های حسی برای ایمنی و سلامت بدن انسان ضروری است.
در طول سال ها، بسیاری از حسگرهای تخصصی ساخته شده اند که می توانند طیف وسیعی از خواص فیزیکی یا شیمیایی را تشخیص دهند.
حسگرهای فیزیکی نقش مهمی در بینایی، شنوایی و لمس، حس کردن و تبدیل کمیت های فیزیکی مانند نور، امواج صوتی، فشار و دما به سیگنال های الکتریکی دارند.
حسگرهای شیمیایی در طعم و بو نقش دارند. بسته به وجود، غلظت و ترکیب مواد شیمیایی مختلف، سیگنال های الکتریکی را تبدیل و تشخیص می دهد.
حسگرهای زیستی بخشی از حسگرهای شیمیایی در نظر گرفته میشوند، اما از خواص بیولوژیکی استفاده میکنند که سیگنالهای الکتریکی و نوری را برای تشخیص حالتها یا مواد منتشر میکنند.
سنسورهای بسیار حساسی وجود دارند که می توانند دوزهای مغناطیسی و تشعشعی را که توسط حواس انسان قابل تشخیص نیستند، تشخیص دهند.
حسگرها در کاربردهای صنعتی مانند اندام های حسی بدن انسان نقش حیاتی ایفا می کنند. صنایع فرآیندی دارای خوشههای بزرگی از ماشینها یا سیستمها و دستگاههای متصل به هم هستند که برای عملکرد مناسب به حسگرها وابسته هستند. حسگرهای شبکه شده در جریان فرآیند به طور مداوم سیگنال های الکتریکی هر گونه تغییر در محیط فیزیکی را شناسایی، اندازه گیری و ارسال می کنند. سیگنال های الکتریکی به یک سیستم کنترل (کامپیوتر) منتقل می شوند که داده ها را پردازش کرده و فرآیند را بیشتر هدایت می کند.
همانطور که جامعه به پیشرفت خود ادامه می دهد، جریان های فرآیند و مکانیسم های کنترل تغییر کرده اند. در واقع، ماشینهای مدرن اکنون گزینههای بسیار حساس و بهطور گستردهای برای رابطهای ماشین{1} برای کنترل و نظارت دارند. فناوری سنجش آنقدر خودکار است که میتوان خواستهها و نیات انسان را انتخاب کرد و روند را به پیش برد.
بنابراین، همانطور که اندام های حسی بدن انسان وظایف مختلفی را بر عهده دارند و عنصری کلیدی در عملکرد صحیح زندگی هستند، حسگرها نیز با بررسی مداوم پارامترهای مختلف فرآیند برای عملکرد مداوم، همان نقش را در صنعت ایفا می کنند.
3. استفاده صنعتی از سنسورها
اساساً فرآیندهای صنعتی مراحل فیزیکی، شیمیایی، الکتریکی یا مکانیکی هستند که منجر به تولید محصولات میشوند. صنایع فرآیندی بسیار توسعه یافته دارای فرآیندهای-به خوبی تعریف شده و مستند هستند. برای جلوگیری از تغییرات ناخواسته اجزا و شرایط تولید ناپایدار، اندازه گیری مداوم و کنترل دقیق وضعیت هر فرآیند تولید بسیار مهم است. همچنین برای موفقیت فرآیند به حداکثر رساندن عملکرد زیرساخت با نظارت بر وضعیت تجهیزات و تاسیسات تولید و انجام مدیریت نگهداری بهینه مهم است. به همین دلیل است که سنسورها و ابزارهای صنعتی برای نظارت بر فرآیند و نظارت بر دارایی ها طراحی شده اند.
(1) نظارت بر فرآیند
سنسورهای نظارت بر فرآیند برای نظارت بر وضعیت محصولات و فرآیندها در یک کارخانه استفاده می شود. این حسگرها که در فرآیند تولید قرار می گیرند، به طور مداوم وضعیت جسم مورد آزمایش را تشخیص داده و آن را به عنوان داده های فرآیند به واحد کنترل منتقل می کنند. سپس واحد کنترل سیگنال ارسالی را با مقدار هدف مقایسه می کند، تفاوت را به یک متغیر کنترل شده تبدیل می کند، آن را خروجی می دهد و سپس آن را به حالت اندازه گیری تغییر می دهد. با تکرار این چرخه، "کنترل بازخورد" برای حفظ شی مورد نظارت در یک حالت کنترل شده پایدار انجام می شود.
این حسگرها به ورودی دادههای پیوسته و در زمان واقعی-و پاسخ{1}}با سرعت بالا نیاز دارند. این حسگرهای قابل اعتماد فرآیند را در زمان واقعی تنظیم میکنند تا نقاط کور را از بین ببرند، که منجر به تولید با کیفیت بالا و عملکرد بهینه کارخانه میشود.
(2) نظارت بر دارایی
حسگرهای نظارت بر دارایی نقش حیاتی در نظارت بر تجهیزات کارخانه ایفا می کنند. داده هایی که آنها بازیابی و ارسال می کنند، مبنای تجزیه و تحلیل و هشدارها را تشکیل می دهد. با تجزیه و تحلیل داده های خروجی حسگر، می توان سلامت تجهیزات کارخانه را تشخیص داد. این تشخیص سپس برای مدیریت هشدار، تعمیر و نگهداری پیشبینیکننده تجهیزات و گشتهای تعمیر و نگهداری مؤثرتر استفاده میشود. حسگرهای بسیار پاسخگو می توانند به جلوگیری از حوادث کارخانه، افزایش زمان کارکرد فرآیند و بهبود عمر تجهیزات کمک کنند.
همانطور که اتوماسیون فرآیند تکامل مییابد، فناوری سنجش نیز پیشرفت میکند و در نتیجه دستگاههای سنجش شبکه قویتر و بهتری ایجاد میکند. سنسورها در شرکت ها در طیف گسترده ای از صنایع از جمله نفت، گاز، پتروشیمی، شیمیایی، برق، خمیر و کاغذ، داروسازی، مواد غذایی، فولاد، تصفیه آب و فاضلاب و فلزات به کار گرفته شده اند. پیشرفت در صنعت راه را برای دسته بندی حسگرهای تخصصی هموار کرده است. با تسریع انتقال به دیجیتالی شدن، نیاز به اتوماسیون بیشتر فرآیند، افزایش قابلیتهای تشخیص ناهنجاری و عملکردهای تعمیر و نگهداری پیشبینیکننده باعث پذیرش بیسابقه فناوریهای سنجش شده است.