تعمیر و نگهداری اتوماسیون صنعتی یکی از مهمترین ارکان تضمین تداوم تولید در صنایع مدرن محسوب میشود. امروزه بخش عمدهای از فرآیندهای صنعتی توسط سیستمهای کنترلی پیشرفته مدیریت میشوند و هرگونه اختلال در این سیستمها میتواند منجر به توقف کامل تولید، کاهش کیفیت محصول و افزایش ریسکهای ایمنی شود. به همین دلیل، سازمانهای پیشرو نگاه خود را از «تعمیر بعد از خرابی» به «مدیریت هوشمند نگهداری» تغییر دادهاند.
در بسیاری از پروژههای صنعتی، سیستمهای DCS و PLC بهصورت یکپارچه عمل میکنند و زیرساخت شبکه صنعتی، سرورها، ابزار دقیق و تجهیزات فیلدی را به هم متصل مینمایند. بنابراین نگهداری این سیستمها صرفاً محدود به یک کنترلر یا نرمافزار نیست، بلکه شامل یک اکوسیستم کامل از تجهیزات سختافزاری و نرمافزاری میشود.
تعمیر و نگهداری اتوماسیون صنعتی
در عصر رقابت شدید صنعتی، توقف تولید (Downtime) دیگر تنها یک وقفه ساده نیست؛ بلکه یک بحران مالی است که میتواند زنجیره تأمین یک مجموعه را فلج کند. سیستمهای اتوماسیون صنعتی، ترکیبی پیچیده از سختافزارهای حساس و نرمافزارهای دقیق هستند که در محیطهای خشن کارگاهی فعالیت میکنند. نگهداری صحیح از این تجهیزات، هنری است که میان «هزینه کردن برای بقا» و «سرمایهگذاری برای پیشرفت» تعادل ایجاد میکند. در این مقاله، ابعاد پنهان و استراتژیهای عملیاتی نگهداری از این سیستمها را بررسی میکنیم.
بسیاری از مجموعههای صنعتی زمانی به فکر تعمیرات میافتند که دود از تابلوی برق بلند شده باشد. اما حقیقت این است که هزینه تعویض یک کارت ورودی/خروجی (I/O) در زمان خرابی ناگهانی، چندین برابر هزینه بازدیدهای دورهای است. نگهداری پیشگیرانه به شما اجازه میدهد تا پیش از آنکه فرسودگی قطعات مکانیکی یا نوسانات پنهان الکتریکی به سیستم آسیب بزند، آنها را شناسایی کنید.
علاوه بر بحث مالی، پایداری کیفیت محصول نیز مستقیماً به سلامت اتوماسیون وابسته است. یک سنسور که به دلیل کثیفی یا کالیبره نبودن، تلورانس اشتباهی را به PLC ارسال میکند، میتواند باعث تولید هزاران محصول ضایعاتی شود. بنابراین، نگهداری اصولی، ضامن کیفیت برند و اعتبار شما در بازار است.
انتخاب استراتژی درست، به حساسیت خط تولید و بودجه شما بستگی دارد. ما معمولاً با سه رویکرد اصلی مواجه هستیم که هر کدام ادبیات فنی خاص خود را دارند:
در این روش که با نام «کار تا خرابی» نیز شناخته میشود، هیچ اقدامی صورت نمیگیرد تا زمانی که سیستم متوقف شود. اگرچه این روش در کوتاهمدت هزینهای برای بازرسی ندارد، اما در بلندمدت مخربترین رویکرد است. این روش تنها برای قطعاتی توجیه دارد که خرابی آنها باعث توقف کل خط نمیشود و دسترسی به قطعه یدکی آنها آنی و ارزان است.
این رویکرد سنتی اما مطمئن، بر پایه تقویم استوار است. در این مدل، فرقی نمیکند تجهیزات در چه وضعیتی هستند؛ در بازههای زمانی مشخص (مثلاً هر ۶ ماه)، تمام تابلوها بادگیری میشوند، فنها چک میگردند و باتریهای داخلی تعویض میشوند. این کار ریسک خرابیهای ناشی از محیط (گرد و غبار و حرارت) را تا ۹۰٪ کاهش میدهد، هرچند ممکن است گاهی قطعاتی را که هنوز عمر مفید دارند، بیهوده تعویض کنید.
این قلهی تکنولوژی در نگهداری است. در این روش با استفاده از پایش وضعیت (Condition Monitoring)، وضعیت سلامت دستگاه در لحظه بررسی میشود. برای مثال، با آنالیز ارتعاشات یک الکتروموتور یا تصویربرداری حرارتی (ترموگرافی) از تابلو برق، میتوان پیشبینی کرد که یک اتصال در حال ذوب شدن است یا بلبرینگ موتور در حال خرد شدن است. این روش هزینهی اولیه بالایی برای نصب سنسورها دارد، اما بیشترین بهرهوری را نصیب کارخانه میکند.
برای اینکه یک سیستم اتوماسیون به درستی کار کند، باید به سه لایه اصلی آن توجه ویژهای داشت:
PLC مغز متفکر سیستم است. مهمترین دشمن این بخش، نوسانات ریز ولتاژ و حرارت است. در بازدیدهای دورهای، حتماً دمای کاری ماژولها را با دماسنج لیزری چک کنید. همچنین، تجمع گرد و غبار روی شیارهای تهویه میتواند باعث کاهش سرعت پردازش یا ریست شدن ناگهانی CPU شود. از طرفی، باتریهای بکآپ که وظیفه حفظ برنامه در هنگام قطعی برق را دارند، عمر محدودی دارند و باید پیش از اتمام، تعویض گردند تا فاجعهی «پاک شدن برنامه» رخ ندهد.
بخش سیست های کنترل
در صنایع تولیدی و ماشینسازی، PLC مغز متفکر خطوط تولید است. خرابی یک PLC میتواند کل خط را متوقف کند. پروژههایی که برای نمونه با نرمافزار TIA Portal توسعه داده میشوند، معمولاً شامل ساختارهای پیچیده کنترلی، شبکههای Profinet و ارتباط با HMI و درایوها هستند.
نگهداری PLC تنها به بررسی سختافزار محدود نمیشود. باید از پروژههای برنامهنویسی Backup منظم تهیه شود، نسخه Firmware کنترلرها بررسی گردد و لاگهای خطا بهصورت دورهای تحلیل شوند. در بسیاری از موارد، مشکلات ناشی از نویز الکتریکی، دمای بالا در تابلو یا ضعف در منبع تغذیه هستند که در صورت عدم رسیدگی میتوانند به خرابی کامل CPU منجر شوند.
همچنین بررسی ارتباطات شبکهای در سیستمهای مبتنی بر TIA Portal اهمیت بالایی دارد. قطعیهای لحظهای شبکه ممکن است باعث بروز خطاهای متناوب و دشوار در عیبیابی شوند. به همین دلیل پایش مستمر وضعیت شبکه بخشی جداییناپذیر از نگهداری PLC است.
صفحات لمسی HMI به دلیل تماس مداوم با دست اپراتورهای محیطهای صنعتی، بسیار آسیبپذیر هستند. استفاده از پوششهای محافظ و تمیز کردن آنها با حلالهای غیراسیدی الزامی است. همچنین در بخش نرمافزاری، باید لاگهای (Log) خطا بررسی شوند تا اگر ارتباط بین HMI و PLC به دلیل نویز یا ضعف کابل شبکه دچار کندی شده است، پیش از قطع کامل اصلاح گردد.
اینورترها (VFD) به دلیل سوئیچینگهای فرکانس بالا، گرمای زیادی تولید میکنند. سلامت فنهای خنککننده در اینورترها باید به صورت ماهیانه بررسی شود. در مورد سنسورها نیز، لرزشهای مداوم دستگاه میتواند باعث شل شدن براکتها و خروج از کالیبراسیون شود. یک سنسور چشمی که کمی از زاویه اصلی خود خارج شده، میتواند باعث خطاهای مکرر و توقفهای بیدلیل در خط بستهبندی شود.
بزرگترین اشتباه در نگهداری اتوماسیون، نداشتن مستندات بهروز است. تصور کنید تکنسین اصلی شما از مجموعه جدا شده و سیستم دچار خطا میشود؛ اگر نقشههای تابلو برق (EPLAN) و کدهای برنامه بهروزرسانی شده در دسترس نباشند، عیبیابی ممکن است روزها طول بکشد.
داشتن یک «شناسنامه تجهیزات» که در آن تاریخ آخرین بازدید، قطعات تعویض شده و تغییرات نرمافزاری ثبت شده باشد، سرعت عیبیابی را به شدت بالا میبرد. همچنین، داشتن چندین نسخه پشتیبان از برنامه PLC و تنظیمات پارامترهای اینورتر روی فضاهای ذخیرهسازی مختلف، ارزانترین و حیاتیترین نوع نگهداری است که متأسفانه اغلب نادیده گرفته میشود.
سیستمهای کنترل توزیعشده یا DCS در صنایع بزرگ مانند نفت، گاز، پتروشیمی و نیروگاهی نقش حیاتی دارند. این سیستمها هزاران سیگنال آنالوگ و دیجیتال را مدیریت میکنند و کوچکترین اختلال در آنها میتواند پیامدهای گستردهای داشته باشد.
برای مثال، در پلتفرمهایی مانند ABB Ability System 800xA و PCS 7 ساختار سیستم بهصورت Redundant طراحی میشود تا قابلیت اطمینان افزایش یابد. اما حتی سیستمهای Redundant نیز بدون نگهداری منظم دچار افت عملکرد میشوند.
نگهداری اصولی DCS شامل بررسی سلامت سرورها، مانیتورینگ وضعیت شبکه کنترل، تحلیل آلارمهای پرتکرار، بررسی بار پردازشی کنترلرها و تست سیستمهای پشتیبانگیری است. بسیاری از خرابیهای جدی با علائم کوچک و هشدارهای اولیه آغاز میشوند؛ اگر این علائم بهدرستی تحلیل شوند، میتوان از توقفهای پرهزینه جلوگیری کرد.
تعمیر و نگهداری سیستمهای DCS صنایع فرآیندی
یکی از خدمات کلیدی در تعمیر و نگهداری اتوماسیون صنعتی، انجام Loop Check یا چک لوپ است. این فرآیند به بررسی کامل مسیر سیگنال از ابزار دقیق در فیلد تا کنترلر و نهایتاً نمایش در HMI یا DCS میپردازد.
در پروژههای بزرگ، هزاران لوپ کنترلی وجود دارد و هرگونه اشتباه در سیمکشی، کالیبراسیون یا کانفیگ نرمافزاری میتواند باعث نمایش اشتباه داده یا عملکرد نادرست تجهیزات شود. انجام دقیق Loop Check در زمان راهاندازی و همچنین در دورههای نگهداری سالیانه، از بروز خطاهای پنهان جلوگیری میکند.
علاوه بر بررسی صحت اندازهگیری، در چک لوپ فرمانهای کنترلی نیز تست میشوند؛ به عنوان مثال ارسال فرمان باز و بسته شدن به یک Control Valve یا استارت یک موتور. این تستها تضمین میکنند که سیستم در شرایط واقعی عملیاتی بدون خطا عمل خواهد کرد.
رویکردهای سنتی نگهداری که صرفاً بر تعمیر بعد از خرابی تمرکز داشتند، امروزه جای خود را به مدلهای پیشگیرانه و پیشبینانه دادهاند. در نگهداری پیشگیرانه، تجهیزات بر اساس برنامه زمانبندی مشخص سرویس میشوند تا از خرابی جلوگیری شود.
در نگهداری پیشبینانه، دادههای عملیاتی سیستمهای DCS تحلیل میشوند تا روندهای غیرعادی شناسایی گردد. برای مثال افزایش تدریجی دمای یک ماژول یا افزایش نرخ خطای ارتباطی میتواند نشانه خرابی قریبالوقوع باشد. تحلیل این دادهها امکان برنامهریزی تعمیرات قبل از وقوع توقف را فراهم میکند.
این رویکرد هوشمندانه باعث کاهش چشمگیر Downtime و افزایش بهرهوری تجهیزات میشود.
شبکه صنعتی حلقه اتصال بین PLC، DCS، سرورها و تجهیزات فیلدی است. بسیاری از مشکلات عملیاتی در واقع ناشی از اختلال در سوئیچها، فیبر نوری یا تنظیمات نادرست شبکه هستند.
بررسی دورهای وضعیت ترافیک شبکه، تحلیل Packet Loss، تست تجهیزات ارتباطی و پایش منبع تغذیه سوئیچها از اقدامات ضروری در برنامه نگهداری محسوب میشود. در سیستمهای بزرگ، یک اختلال کوچک در شبکه میتواند کل ساختار کنترلی را تحت تأثیر قرار دهد.
اجرای برنامه ساختارمند تعمیر و نگهداری مزایای متعددی برای سازمان به همراه دارد. کاهش توقفات ناخواسته، افزایش عمر مفید تجهیزات، کاهش هزینههای اضطراری و افزایش ایمنی صنعتی تنها بخشی از این مزایا هستند.
علاوه بر آن، نگهداری اصولی باعث بهبود راندمان انرژی و افزایش بهرهوری فرآیند میشود. تحلیل دادههای عملکردی سیستمهای DCS و PLC میتواند نقاط ضعف فرآیند را شناسایی کرده و زمینه بهینهسازی مستمر را فراهم کند.
شامل نگهداری سیستمهای DCS، PLC، شبکههای صنعتی، انجام Loop Check، تهیه نسخه پشتیبان از پروژهها، بروزرسانی نرمافزار و عیبیابی تخصصی میشود.
زیرا خرابی در سیستمهای کنترلی میتواند باعث توقف کامل تولید و ایجاد خسارتهای سنگین مالی و ایمنی شود.
در زمان راهاندازی اولیه پروژه و همچنین در دورههای نگهداری سالیانه یا پس از اعمال تغییرات در سیستم.
