ابزار دقیق

امروزه اهمیت ابزار دقیق در صنعت بر کسی پوشیده نیست. این نوع تجهیزات جایگاه مهمی در صنعت و پروژه های صنعتی پیدا کرده اند. به گونه ای که حتی نمی توان وجود یکی را بدون دیگری تصور کرد. اما ابزار دقیق چیست؟ و چه کاربردی در صنعت دارد؟

اگر بخواهیم تعریف ساده ای از ابزار دقیق یا Instrumentation داشته باشیم، باید بگوییم این نوع تجهیزات در حقیقت همان ابزار و تجهیزاتی هستند که در صنعت برای نظارت، اندازه گیری و کنترل به کار می روند. به نوعی می توان گفت این نوع ابزار طراحی و تولید می شوند تا تکنسین ها و متخصصین بتوانند از آنها در اتوماسیون فرآیندهای صنعتی استفاده کنند.

با کمک ابزار دقیق است که دستگاه های مختلف، نصب، نگهداری و کالیبره می شوند. عملکرد این نوع تجهیزات بسیار دقیق و با کمترین خطای ممکن است. این میزان دقت منجر به حفظ ایمنی افراد و تجهیزات می شود. ضمن اینکه کیفیت محصولی که قرار است تولید شود در بالاترین حد ممکن خواهد بود و این امر موجب افزایش سود در کسب و کار خواهد شد.
اهمیت و جایگاه ابزار دقیق را بشناسیم

ابزار دقیق چیست؟

وقت آن شده است که بدانیم اهمیت و جایگاه آن در صنعت در چه حد و اندازه ای است. اولین نکته ای که شاید بتوان در این زمینه گفت آن است که ابزار دقیق، هسته اصلی فرآیند کنترل در صنعت است. هر صنعت دارای متغیرهای متعددی است؛ دما، جریان، سطح، فشار، فاصله و غیره همگی متغیرهایی هستند که می توان آنها را به صورت همزمان دریافت و حس کرد.
نکته مهم اندازه گیری همزمان و کنترل آنهاست. این متغیرها می توانند به یکدیگر وابسته باشند و بنابراین باید در یک واحد پردازش شوند. بنابراین به یک سیستم پیچیده و کارآمد برای کنترل و نظارت کامل نیاز دارند.
اهمیت ابزار دقیق وقتی روشن تر می شود که بدانیم استفاده صحیح از ابزار و تجهیزات مناسب می تواند ایمنی محیط عملیات را افزایش دهد، نرخ تولید را بالا ببرد و در عین حال هزینه های تولید را کاهش دهد. همچنین با بهبود کیفیت محصول تولید شده، باعث بهبود کسب و کار خواهد شد. در واقع استفاده از ابزار دقیق اهمیت فوق العاده ای در هر نوع صنعت و تولید دارد، زیرا می تواند تضمین کند که محصول در شرایطی مناسب تولید شده و در شرایطی صحیح نگهداری می شود.

تاریخ استفاده از ابزار دقیق به دوران بسیار قدیم باز می گردد. برخی حتی معتقدند استفاده از این نوع ابزار، البته از نوع ابتدایی و ساده آنها، از دوران پیش از مسیح شروع شده است. به مرور، همراه با پیشرفت علم و گسترده شدن فناوری های مختلف، طراحی این نوع تجهیزات نیز پیچیده تر شده و به این ترتیب کاربرد آنها نیز اهمیت بیشتری پیدا کرد.
نکته اینجاست که با پیشرفت فناوری ها، امکان دارد آنچه امروز به عنوان ابزار دقیق و سنسورهای هوشمند و حساس می شناسیم، در آینده ای نزدیک از کار افتاده شده و ابزار و تجهیزات جدید جایگزین آنها شوند.

وظیفه ابزار دقیق چیست؟

در یک نگاه کلی می توان گفت که Instrumentation یا همان ابزار دقیق سه وظیفه اصلی را بر عهده دارند که عبارتند از اندازه گیری، کنترل و مشاهده. تجهیزاتی که وظیفه ای مثل اندازه گیری و یا مشاهده را بر عهده دارند، به بررسی مقدار کمی می پردازند. برای مثال اندازه گیری فشار، دما، جریان، نیرو، سرعت، ارتفاع مایعات، لرزش و غیره بر عهده این بخش از ابزار دقیق است.
اما تجهیزاتی که وظیفه کنترل را بر عهده دارند، بسیار دقیق تر می باشند. با پیشرفت فناوری های موجود در جهان، کنترل ابزار دقیق حتی به صورت اتوماتیک عمل می کنند. ترانزیستورها و انواع کارت های الکترونیکی از این دست تجهیزات هستند که با دقت عمل بالا و عملکرد اتوماتیک خود، موجب کمتر شدن دخالت انسان در بخش کنترل شدند.

آیا می دانید مهندسی ابزار دقیق و کنترل چیست ؟

مهندس ابزار دقیق و کنترل (ICE) فرد متخصصی است که در شاخه ای از مهندسی تحصیل کرده است تا به وسیله ابزار و تجهیزاتی که در اختیار خواهد داشت، به اندازه گیری و کنترل متغیرهای فرآیند بپردازد. همچنین بخشی از کار وی بررسی و اجرای سیستم هایی است که به نوعی به استفاده از ابزار دقیق گره خورده اند.
به طور کلی مهندسی ابزار دقیق و کنترل شامل دو شاخه اصلی است. یکی از آنها مهندسی ابزار دقیق است که طی آموزش ابزار دقیق، فرد می تواند با نحوه مشاهده، اندازه گیری و کنترل انواع متغیرهای فرآیند در حین تولید محصول مورد نظر آشنا شود. دیگری نیز مهندسی کنترل است که با نام مهندسی سیستم های کنترل نیز شناخته می شود.
فرد در این شاخه از علم مهندسی نظریات و روش های کنترل را برای طراحی سیستم ها و عملکرد مطلوب آنها فرا می گیرد. در واقع به نوعی می توان گفت که مهندس ابزار دقیق و کنترل، همان فردی است که مسئولیت تحقیق، طراحی و توسعه دستگاه ها و سیستم های کنترل را در انواع تاسیسات و کارخانه ها بر عهده دارد. نکته مهم آن است که این رشته در کشور ما، رشته نوپایی است که بازار کار بسیار مناسبی دارد.
برخی اصطلاحات رایج ابزار دقیق و کنترل را بشناسیم .

اکنون که تا حدودی با تعریف ابزار دقیق و اهمیت آن آشنا شده ایم، بهتر است تا برخی اصطلاحات رایج این حوزه را نیز بشناسیم. دقت داشته باشید که این اصطلاحات اهمیت فوق العاده ای در عملکرد کنترل ابزار دقیق ایفا می کنند. ضمن اینکه اصطلاحاتی که برای این نوع تجهیزات و یا هنگام استفاده از آنها به کار می روند، بسیار بیشتر از آن چیزی هستند که ما در این نوشته به آنها اشاره می کنیم.
حلقه جاری (Current Loop)

این اصطلاح در مواردی استفاده می شود که باید از راه دور از طریق یک جفت رسانا، دستگاهی را کنترل کرد. حلقه جاری آنالوگ معمول در ابزار دقیق کنترل فرآیندهای صنعتی بین 4 – 20 میلی آمپر و 5 – 10 میلی آمپر می باشد.
کالیبره کردن (Calibrate)

این اصطلاح در ابزار دقیق به معنای آن است که مقدار صحیح هر مقیاس را از طریق اندازه گیری و یا مقایسه با مقدار استاندارد تعیین کنند.

کنترل
پیکربندی کردن (Configure)

وقتی که ابزار دقیق و کنترل موجود، مدل پیشرفته ای از سیستم های کامپیوتری باشد، از اصطلاح پیکربندی کردن برای تنظیم برنامه یا سیستم استفاده می شود.
سیستم کنترل توزیع شده یا DCS (distributed control system)

در مهندسی کنترل ابزار دقیق از اصطلاح سیستم کنترل توزیع شده زمانی استفاده می کنند که قصد داشته باشند مسئولیت دستگاه های تاسیسات یا کارخانه را به چند قسمت تقسیم کنند. در چنین حالتی مسئولیت هر قسمت بر عهده یک کنترل کننده یا پردازنده است. همه این قسمت ها در کل و با یکدیگر موجودیت واحدی را شکل می دهند که می توانند از طریق ایستگاه های گوناگون با یکدیگر در ارتباط باشند.
باس (Bus)

باس در واقع نوعی اصطلاح است که برای نشان دادن خطوطی موازی انتقال سیگنال به کار می رود. کار باس آن است که سیگنال ها را میان دستگاه ها، سیستم ها و قطعات جابجا کند. بد نیست بدانید که در دنیای ابزار دقیق در اغلب مواقع کامپیوترها را با ساختار باس آنها معرفی می کنند.
فیلد باس (Fieldbus)

فیلد باس در واقع نوعی لینک ارتباطی دو طرفه دیجیتال است که میان دستگاه ها و ابزار دقیق و کنترل هوشمند برقرار می باشد. به نوعی می توان گفت که فیلد باس به عنوان یک شبکه محلی (LAN) عمل می کند. به وسیله فیلد باس می توان فرآیندهای موجود را به صورت کاملا پیشرفته کنترل کرد. ورودی و خروجی دستگاه ها را مدیریت نمود و یا سرعت برنامه های اتوماسیون کارخانه ها را افزایش داد. در حقیقت می توان گفت که فیلد باس به عنوان نوعی پروتکل ارتباطی عمل می کند.

تجهیزات
هارت (HART)

هارت اصطلاح بسیار جالبی در زمینه کنترل ابزار دقیق است. این اصطلاح مخفف عبارت Highway Addressable Remote Terminal می باشد و در واقع نشان دهنده نوعی ارتباط دیجیتالی است. هارت به عنوان نوعی پروتکل ارتباطی دیجیتال به ابزار کنترل امکان می دهد که با فرآیندهای آنالوگ مبتنی بر ریزپردازنده های هوشمند ارتباط برقرار کرده و آنها را کنترل کنند.
پروفی باس (Profibus)

پروفی باس نیز اصطلاحی مثل فیلد باس بوده و در واقعی نوعی پروتکل ارتباطی را معرفی می کند.
متغیر کنترل ابزار دقیق (Control variable)
متغیر کنترل نوعی متغیری است که می توان به وسیله ابزار کنترل دقیق آن را دستکاری کرد. جریان، سطح و ارتفاع، فشار و دما از جمله این نوع متغیر می باشند.
تناوب و بسامد (Frequency)

این اصطلاح به تعداد چرخه هایی اشاره دارد
که توسط یک کمیت دوره ای در واحد زمان تکمیل می شوند.
ورودی / خروجی (Input / output)
ورودی / خروجی که با صورت I / O هم نشان داده می شود، عبارت است هر نوع ابزار دقیق و تجهیزاتی که می توانند اطلاعات و داده هایی را به سیستم رایانه ای منتقل کنند.
خروجی آنالوگ (Analog Output)

خروجی آنالوگ نیز از آن دسته اصطلاحاتی است که هنگام کار با انواع ابزار دقیق باید با آن آشنا باشید. این اصطلاح سیگنال ولتاژ یا جریانی را نشان می دهد که به نوعی یک تابع پیوسته از پارامتری است که اندازه گرفته شده است.

حساسیت تجهیزات
صفر مطلق (Absolute Zero)

در هنگام استفاده از ابزار دقیق احتمال برخورد با اصطلاح صفر مطلق زیاد است. این اصطلاح در واقع به دمایی اشاره می کند در آن میزان انرژی حرارتی به حداقل ممکن رسیده است. این دما به صورت صفر کلوین نیز بیان می شود.
دقت (Accuracy)

یکی از رایج ترین اصطلاحات در علم ابزار دقیق و کنترل، اصطلاح Accuracy است که می توانیم در فارسی آن را «دقت» ترجمه کنیم. این اصطلاح زمانی به کار می رود که دستگاه اندازه گیری عدد یا نشانه ای را نمایش دهد که بسیار به مقدار واقعی و کمی آنچه اندازه گیری می شود، نزدیک می باشد.
جریان متناوب (Alternating current)

جریان متناوب یا AC نیز اصطلاحی است که در هنگام استفاده از ابزار دقیق برای جریان الکتریکی به کار می رود. این اصطلاح نشانگر جریانی است که به صورت منظم جهت خود را در فاصله ای تعیین شده معکوس می نماید.
آمپر (Ampere) و آمپرمتر (Ammeter)

این دو اصطلاح نیز برای جریان الکتریکی به کار می روند. آمپرمتر عبارت از آن ابزار دقیق است که برای اندازه گرفتن جریان الکتریسیته به کار می رود. آمپر نیز واحد این اندازه گیری است.
تنظیم کردن (Tuning)

عمل تنظیم کردن در حین کار با ابزار دقیق، به عملی گفته می شود که طی آن پارامترهای مورد نظر تنظیم می شوند. این کار برای بهینه سازی نوعی فرآیند خاص انجام می شود و اهمیت فوق العاده ای در کنترل فرآیند مورد نظر دارد.

آشنایی با برخی از انواع تجهیزات ابزار دقیق

ابزار دقیق دارای تجهیزات متعدد و گوناگونی است. به صورت کلی می توان این نوع تجهیزات را به پنج گروه اصلی تقسیم کرد. گروه اول ابزارهای دستی هستند. این نوع ابزارها بسیار ساده می باشند و در دسترس همگان هستند. انواع انبرها، چاقوها، نوارها، پیچ گوشتی ها، سوکت ها، پتک ها و چکش ها، آچارها، چراغ قوه ها، مشعل ها، مته ها، واشرها، ابزار لحیم کاری، آهن رباها، کلیدها و حتی آینه ها زیرمجموعه این گروه قرار می گیرند.
گروه بعدی ابزار دقیق برقی می باشند. اره ها، آسیاب ها، دریل ها، کمپرسورها، آچارهای برقی، مته های برقی، ژنراتورها، ماشین های حرارتی، ماشین های فشار و غیره بخشی از اعضای این گروه می باشند.
گروه سوم از ابزار دقیق، گروه ابزارهای الکترونیک و تجهیزات تست و آزمایش هستند. آنالیزورها، فشارسنج ها، سیستم های کامپیوتری، جعبه مقاومت و جعبه شکست، تست کننده های نقطه شبنم، کالیبراتورها، فرکانس شمارها، مولدهای فرکانس، هیدرومترها، دوربین ها و دماسنج های مادون قرمز، انواع ترازوهای آزمایشگاهی، قدرت سنج های لیزری، میکروسکوپ های نوری، مولدهای سیگنال، دماسنج ها، تسترهای ولتاژ، اشعه سنج ها، سرعت سنج ها و غیره در این گروه قرار می گیرند.
گروه چهارم شامل ابزار دقیق و تجهیزات دسترسی و نگهداری تجهیزات و بالابری و حمل و نقل می شوند. از جمله زیرمجموعه های این گروه می توان به سکوهای کاری، جرثقیل ها، کابین های بالابر، نردبان های برقی، داربسته های پیش ساخته و غیره اشاره نمود.

حفظ امنیت و دقت
و در نهایت گروه آخر ابزار دقیق شامل تجهیزات حفاظت فردی و ایمنی می شوند. دوش های شیمیایی، انواع روپوش های معمولی، یک بار مصرف و یا نسوز، محافظ گوش، کپسول های آتش نشانی، جعبه کمک های اولیه، عینک و کلاه ایمنی و دستکش ها، لباس های ضد آتش، انواع ماسک ها، دستگاه های تنفسی، رادیومترها و غیره بخشی از این گروه می باشند.
البته باید توجه داشته باشید که روش های دیگری نیز برای تقسیم بندی انواع تجهیزات ابزار دقیق وجود دارند. ما در اینجا سعی کردیم ساده ترین و در عین حال کاربردی ترین روش دسته بندی را معرفی کنیم. به طور کلی هرچه فناوری مربوط به ابزار دقیق گسترده تر و پیشرفته تر می شود، تجهیزات آن نیز بیشتر می شوند.
در حال حاضر شرکت ها و کارخانه های متعددی در سرتاسر جهان مشغول طراحی، تولید و عرضه این نوع تجهیزات می باشند. در ادامه برخی از انواع این تجهیزات مهم صنعتی را به اختصار معرفی خواهیم کرد.
ترموکوپل (Thermocouple)

ترموکوپل ها نوعی از ابزار دقیق هستند که از آنها برای تبدیل انرژی گرمایی به انرژی الکتریکی استفاده می کنند.
حمام دما (Temperature Bath)

یکی از انواع تجهیزات کنترل ابزار دقیق، حمام دما می باشد. این وسیله به گونه ای طراحی شده است که می تواند حجم مشخصی از یک ماده را در دمای ثابتی نگه دارد. این کار به صورتی انجام می گیرد که اگر جسم دیگری با ماده مورد نظر در تماس حرارتی قرار بگیرد، آن هم در همان دمای تعیین شده نگه داشته می شود.

کنترل ابزار دقیق
مبدل (Transducer)

مبدل یکی از انواع تجهیزات ابزار کنترل است که می تواند انرژی یا جریان مورد نظر را به یک شکل دریافت کند و به شکلی دیگر تبدیل نماید. البته باید توجه داشته باشید که اگر مبدل به همراه سنسور به کار رود، می تواند پارامترهایی که سنسورها اندازه گیری کرده اند را به سیگنال الکتریکی تبدیل کند. به این ترتیب می توان پارامتر مورد نظر را به شکل داده در شبکه ارتباطی منتقل کرد.
مبدل آنالوگ به دیجیتال (Analog-to-Digital Converter) در ابزار دقیق

یکی از انواع ابزار دقیق و تجهیزاتی که هنگام کار با جریان های الکتریکی با آن سروکار خواهید داشت، مبدل آنالوگ به دیجیتال است. این مبدل که برخی اوقات با نام های A/D یا ADC هم شناخته می شود نوعی دستگاه یا مدار اندازه گیری است. کار اصلی این دستگاه آن است که در ورودی یا خروجی مورد نظر، عدد باینری را ارائه کند که با سطح سیگنال آنالوگ همخوانی داشته باشد.
سنسورها (Sensors)

واقعیت این است که شاید بتوان گفت در دنیای امروز که فناوری های مختلف رشد بسیار داشته اند، سنسورها یا همان سنسورها نقش فوق العاده مهمی در علم ابزار دقیق ایفا می کنند. به صورت معمول از این نوع تجهیزات برای اندازه گیری پارامترهای مختلف و اطلاعات دقیق و لحظه ای آنها استفاده می کنند. این اطلاعات به کنترل و مدیریت دستگاه ها و عملکرد آنها کمک شایانی می کنند.
نکته مهم آن است که هر سنسور بسته به نوع عملکردی که دارد، می تواند خروجی متفاوتی داشته باشد. مهم آن است که بدانیم سنسور مورد نظر کجا و برای چه به کار رفته است و چه نوع عملکردی باید از خود نشان دهد. سنسورها و سنسورهای ابزار دقیق را می توان برای انواع پارامترهای فیزیکی و یا شیمیایی به کار گرفت.
سنسورهای فعال و غیر فعال ابزار دقیق

پیش از این نیز به اهمیت سنسورها در ابزار دقیق اشاره کردیم. سنسورها در واقع نوعی از مبدل هستند که می توانند متغیرهای فیزیکی را به سیگنال تبدیل کنند. آنها نوعی از انرژی را دریافت می کنند و سپس آن را به صورت دیگری از انرژی تبدیل می نمایند. به طور کلی می توان سنسورها را بر اساس نحوه تعامل با محیط مورد نظر و نحوه اندازه گیری، به دو دسته کلی تقسیم کرد؛ یکی سنسورهای غیر فعال و دیگری سنسورهای فعال.
سنسورهای غیر فعال طی عملکرد خود هیچ نوع انرژی را به فرآیند اندازه گیری خود اضافه نمی کنند. البته این احتمال وجود دارد که در حین عملکرد خود انرژی را حذف کنند. ترموکوپل نوعی از سنسورهای غیر فعال است که می تواند دمای فیزیکی را به سیگنال ولتاژ تبدیل کند. در چنین حالتی گرادیان دما در محیط یک ولتاژ ترموالکتریک تولید می کند که می تواند به سیگنال تبدیل شود.

کالیبراسیون
نمونه دیگری از انواع سنسورهای غیر فعال، فشارسنج است. فشارسنج حین عملکرد خود، بر روی سیستم مکانیکی مورد نظر که می تواند مثلا دیافراگم باشد، نیرویی وارد می کند تا به این ترتیب نیروی فشار به جابجایی تبدیل شود. در چنین حالتی می توان آن را به عنوان سیگنال متغیر به کار گرفت. مثلا اگر جابجایی دیافراگم را در نظر بگیرید، متوجه خواهید شد که می توان از طریق یک سیستم چرخ دنده مکانیکی این جابجایی را تبدیل به جابجایی نوک نشانگری کرد که روی نمایشگر فشارسنج وجود دارد.
اما سنسورهای فعال عملکردی متفاوت دارند. این نوع سنسورها به محیط اندازه گیری انرژی اضافه می کنند و این کار را هم به عنوان بخشی از فرآیند اندازه گیری انجام می دهند. برای مثال می توان به سیستم رادار یا سیستم سونار اشاره کرد. در این سیستم فاصله سنسور تا شیء مورد نظر با استفاده از ارسال فعال یک موج رادیویی (رادار) و یا یک موج صوتی (سونار) اندازه گیری می شود. این امواج به شیء مورد نظر برخورد کرده و فاصله را منعکس می کنند تا سنسور فعال بتواند آن را اندازه گیری کند.
انتقال دهنده (Transmitter)

وقتی یک مبدل سیگنال الکتریکی را ایجاد می کند، آن را برای انتقال دهنده ابزار دقیق ارسال می کند. این دستگاه سیگنالی را که دریافت کرده است تقویت می کند. به این ترتیب می توان سیگنال را برای فاصله های طولانی نیز ارسال کرد. این کار باعث می شود که کیفیت سیگنال تغییری نکند و البته سیگنال ها بدون هرگونه تداخل با یکدیگر منتقل و جابجا شوند.
فلومتر (Flow Meter)

یکی از مهم ترین تجهیزاتی که می توان در زمینه ابزار دقیق معرفی کرد، فلومتر است. فلومتر را می توان در هر نوع محیط صنعتی که با سیالات در ارتباط باشد، به کار گرفت. اهمیت این وسیله زمانی زیاد می تواند که قرار باشد مقدار سیالی را اندازه گیری کرد که مدام در حال عبور از خطوط لوله است.
اصلی ترین وظیفه فلومترها اندازه گیری حجم، سرعت یا جرم سیال است. اما بسته به نوع طراحی و دقتی که دارند می توانند سایر ویژگی های سیال مثل دما، ویسکوزیته، جریان، فشار و غیره را نیز محاسبه نمایند.
فشارسنج (Pressure Gauge)

یکی از پرکاربردترین و رایج ترین تجهیزات ابزار دقیق فشارسنج ها می باشند. از این نوع دستگاه ها برای اندازه گیری فشار و نمایش مقدار آن استفاده می کنند. به طور کلی فشارسنج ها اهمیت و نقش مهمی در انواع فرآیندهای صنعتی دارند. چه این فرآیندها ساده باشند و چه پیشرفته و پیچیده به هر حال استفاده از فشارسنج ها بسیار رایج می باشد.
البته باید دقت داشت که چون فشارسنج در زمره تجهیزات بسیار قدرتمند ابزار دقیق هستند، از آنها فقط برای اندازه گیری فشار استفاده نمی شود. بلکه در مدل های پیشرفته تر پارامترهایی مثل ارتفاع مخزن و یا سطح مایع نیز به وسیله همین تجهیزات اندازه گیری می شوند. در حال حاضر فشارسنج ها در دو مدل آنالوگ و دیجیتال ارائه می شوند.

مدیریت و کنترل ابزار
فشارسنج آنالوگ یکی از انواع ساده ابزار دقیق است که استفاده از آن تاریخچه ای طولانی دارد. برای اینکه بتوان از آن بیشترین استفاده ممکن را برد، باید نکاتی مثل قطر صفحه نمایش، دقت فشارسنج، جنس آن، مدل آن از نظر افقی یا عمودی بودن و غیره را در نظر گرفت. فشارسنج های دیجیتال مدل های پیشرفته ای از فشارسنج های آنالوگ می باشند که دارای سنسور بسیار حساسی می باشند. دقت این نوع فشارسنج بسیار بالاست و امکانات فوق العاده ای را ارائه می کند.
برای استفاده صحیح از این نوع ابزار دقیق باید دقت دستگاه، مدل نصب و راه اندازی آن، نحوه کالیبره شده و غیره را در نظر گرفت.
سطح سنج (Level Meter)

کاربرد ابزار دقیق در کارخانه ها و تاسیسات

سطح سنج یکی از دیگر از تجهیزات مهم ابزار دقیق است که در صنعت کاربرد فراوان دارد. گستردگی سطح استفاده از این وسیله در حدی است که انواع مختلفی از آن برای استفاده در صنایع مختلف طراحی شده اند. برای مثال می توان به سطح سنج گاما، سطح سنج التراسونیک، سطح سنج دیاپازونی، سطح سنج مغناطیسی، سطح سطح رادار، سطح سنج هیدرواستاتیک و غیره اشاره کرد.
هر کدام از این تجهیزات دارای ویژگی های خاصی می باشند و از آنها در صنایع و تاسیسات گوناگونی استفاده می کنند. سطح سنج التراسونیک نوعی دستگاه غیر تماسی است که از صوت برای اندازه گیری سطح استفاده می کند. بنابراین به راحتی می توان از آن در مخازن شیمیایی استفاده کرد تا خطر خوردگی یا احتراق را کاهش داد.
سطح سنج گاما نیز غیر تماسی است و برای اندازه گیری سطح ماده مورد نظر از امواج گاما استفاده می کند. این نوع سطح سنج مثلا در مخازن رادیواکتیو کاربرد بسیار بالایی دارد.
سطح سنج دیاپازونی برخلاف دو مدل گفته شده، از انواع ابزار دقیق تماسی است. این نوع وسیله هنگام برخورد با سطح ماده مورد نظر، دچار ارتعاش شده و به این ترتیب می توان سطح مورد نظر را اندازه گیری کرد.
مدل مغناطیسی از آهنربا برای اندازه گیری سطح استفاده می کند. معمولا از این نوع ابزار دقیق در انواع مخازن شیمیایی و یا مخازن آب استفاده می کنند.

آنالیزورهای گاز (Gas Analyzers)
آنالیزورهای گاز از جمله تجهیزات حیاتی ابزار دقیق در صنایع مختلف هستند. استفاده از این نوع تجهیزات می توانند باعث افزایش راندمان، کاهش انتشار گاز CO2 در محیط، افزایش ایمنی و کیفیت محصور شوند. این نوع آنالیزورها نیز دارای انواع مختلفی هستند. برای مثال می توان به طیف سنج لیزر دیود، آنالیزور اکسیژن، خلوص هیدروژن، مادون قرمز و غیره اشاره کرد.
آشنایی با ویژگی های مهم تجهیزات ابزار دقیق

ابزار دقیق و کنترل باید دارای ویژگی های متعددی باشد تا بتوان در بخش صنعت و تاسیسات از آن استفاده کرد. در واقع از آنجا که کاربرد اصلی ابزار دقیق در محیط های صنعتی و پرخطر است، در طراحی آنها این نکته در نظر گرفته می شود. بنابراین محفظه و بدنه این دستگاه ها و تجهیزات در برابر خوردگی، رطوبت، اکسیداسیون در دمای بالا و خواص خزشی کاملا مقاوم بوده و دارای استحکام کافی می باشند.
اما اگر بخواهیم به مسئله اندازه گیری و کنترل بپردازیم، در اغلب موارد نیاز به داشتن یک مدل مفهومی داریم تا بتوانیم از آن در فرآیند اندازه گیری استفاده کنیم. به طور کلی در تعریف نظری و تئوریک ابزار دقیق، ابزار وسیله ای است که به وسیله آن میتوانیم متغیر فیزیکی مورد نظر خود را به صورت مناسبی اندازه گیری کنیم.
برای اینکه اندازه گیری در سطح گسترده و منسجم داشته باشیم، باید از سیستم استانداردی از واحدها استفاده کنیم. این در واقع همان ویژگی ابزار دقیق است که آن را با حالتی استاندارد مقایسه کرده و مطمئن می شویم که نیازهای ما را به صورت دقیق برآورده می کند.
ساده ترین ابزار دقیق موجود در جهان، خط کش است که می تواند طول یک جسم را به صورت واحدهای گوناگونی از اندازه گیری، مثل متر، اینچ، سانتی متر، میلی متر و غیره نشان دهد. این ساده ترین ابزار جهان، دارای اصلی ترین ویژگی یک ابزار، یعنی کالیبراسیون می باشد. در ادامه برخی از ویژگی های اصلی و مهم ابزار دقیق و کنترل را معرفی و بررسی می کنیم.
کالیبراسیون یکی از تجهیزات ابزار دقیق

یکی دیگر از ویژگی های بسیار مهم ابزار دقیق، کالیبراسیون می باشد. هر سنسور دارای یک متغیر فیزیکی اندازه گیری شده به عنوان ورودی و یک سیگنال به عنوان خروجی است. رابطه میان این دو با عنوان کالیبراسیون شناخته می شود. معمولا سنسور و یا کل سیستم ابزار دقیق مورد نظر نظر در هنگام دریافت یک متغیر ورودی فیزیکی به سیستم و ثبت سیگنال خروجی کالیبره می شود.
نکته مهم آن است که داده های به دست آمده را می توان بر روی یک منحنی کالیبراسیون نشان داد و حساسیت دستگاه و ابزار دقیق مورد نظر نیز با شیب همین منحنی تعیین خواهد شد. اگر مقدار متغیر فیزیکی بزرگتر از شیب مناسب باشد، سنسور ضمن انتقال میزان محدودی سیگنال خروجی، حساسیت کمتری از خود نشان می دهد. به چنین حالتی اشباع گفته می شود. در صورت بروز آن، دیگر نمی توان از سنسور برای اندازه گیری سایر ورودی های فیزیکی استفاده کرد.
مواردی وجود دارند که سنسور به حدی اشباع شده است که توان پاسخ گویی به مقادیر اندک متغیرهای فیزیکی ورودی را نیز ندارد. توجه داشته باشید که تفاوت میان کوچک ترین ورودی فیزیکی و بزرگ ترین آنها را محدوده دینامیکی دستگاه و ابزار دقیق تعیین می کند. این تفاوت را باید بتوان به صورتی که قابل اطمینان باشد، به وسیله یک ابزار دقیق اندازه گیری نمود.

ورودی های اصلاح کننده و مداخله گر در ابزار دقیق
یکی دیگر از ویژگی های اصلی هر ابزار دقیق، وجود ورودی های مداخله گر و یا ورودی های اصلاح کننده است. توجه داشته باشید که در برخی موارد، خروجی سنسور تحت تاثیر متغیرهای فیزیکی قرار می گیرد که غیر از متغیرهای فیزیکی اندازه گیری شده هستند. در چنین حالتی ورودی سنسور نوعی ورودی مداخله گر است و نیاز به یک ورودی اصلاح کننده یا تغییر دهنده می باشد.
در حین ورود متغیر مداخله گر، سنسور به صورت اتوماتیک به همان صورتی این متغیر را می پذیرد که متغیر اندازه گیری شده را پذیرفته بود. این امر موجب ایجاد نوعی ترکیب خطی می شود که نتیجه آن سیگنال خروجی می شود که ترکیبی از متغیر فیزیکی اندازه گیری شده و متغیر فیزیکی مداخله گر است. یک مثال روشن در این خصوص ارتعاش ساختاری در سیستم اندازه گیری یک نیروست.
در چنین حالتی ورودی اصلاح کننده عملکرد سنسور و یا سیستم اندازه گیری را تغییر داده و اصلاح می کند. این امر باعث می شود که رابطه میان ورودی / خروجی دستگاه و کالیبراسیون آن تغییر پیدا کند.
ورود متغیر فیزیکی اصلاح کننده موجب ایجاد تغییر در شیب منحنی کالیبراسیون می شود. یک مثال بسیار متداول در این خصوص، ورودی اصلاح کننده دماست. به همین دلیل است که بسیاری از دستگاه ها در دماهای مشخصی کالیبره می شوند.
دقت و خطا در ابزار دقیق ، مهمترین ویژگی

شاید بتوان به جرات ادعا کرد که مهم ترین ویژگی و مشخصه هر ابزار دقیق، دقت آن می باشد. دقت هر ابزار به صورت میزان تفاوتی تعریف می شود که میان مقدار واقعی متغیر و میزان اندازه گیری شده آن به وسیله ابزار وجود دارد. هر چقدر این میزان تفاوت کمتر باشد، ابزار دقیق تر و حساس تر می باشد.
به صورت معمول، میزان واقعی هر متغیر با استفاده از واحدهای استاندارد مطلق و یا واحدهای توافق شده تعریف می شود. برای هر اندازه گیری هم به صورت خاص میزان خطایی در نظر گرفته می شود. مقداری از این خطا، خطای سیستماتیک ( بایاس) و مقداری دیگر خطای تصادفی (نویز) نامیده می شود.
خطای سیستماتیک معمولا موجب انحراف در اندازه گیری می شود، اما میزان دقت و خطای هر ابزار دقیق به وسیله خطای تصادفی یا نویز تعریف می شود. در واقع این خطای تصادفی است که به عنوان معیار اصلی برای دقت اندازه گیری در نظر گرفته می شود.

عوامل بروز خطای سیستماتیک (Bias) در ابزار دقیق
عوامل متعددی وجود دارند که می توانند منجر به بروز خطای سیستماتیک در ابزار دقیق و کنترل شوند. دسته اول، عواملی هستند که باعث ایجاد تغییر در عکس العمل ورودی – خروجی سنسور می شوند. این امر باعث ایجاد اشتباه در امر کالیبراسیون می گردد. این تغییر به وسیله ورودی های مداخله گر و یا اصلاح کننده رخ می دهد.
برای مثال فرض کنید که دما به عنوان یک ورودی اصلاح کننده عمل کند. در چنین حالتی اگر سنسور در دمایی غیر از دمای کالیبره شده مورد استفاده قرار بگیرد، دچار خطای سیستماتیک خواهد شد. البته باید توجه داشت که در بسیاری از مواقع اگر بتوان منبع خطای سیستماتیک را تشخیص داد، در این مثال دما، می توان آن را با کمک سایر روش های اصلاح کننده، تصحیح کرد.
عوامل دیگری نیز وجود دارند که می توانند باعث موجب تغییر در کالیبراسیون سنسور ابزار دقیق و در نتیجه موجب بروز خطای سیستماتیک شوند. مثلا کهنه شدن قطعات می تواند باعث ایجاد تغییر در عکس العمل سنسور و عمل کالیبراسیون شود. همچنین آسیب دیدن سنسور هم می تواند موجب خطای سیستماتیک گردد.
برای اینکه بتوان از بروز خطای سیستماتیک در چنین حالتی جلوگیری کرد، کافی است قطعات کهنه شده را تعویض کرد. همچنین در دوره های منظم باید سنسور ابزار دقیق مورد نظر را کالیبره نمود.
از جمله دیگر عواملی که می تواند باعث بروز خطای سیستماتیک در عملکرد ابزار دقیق شود، فرآیند اندازه گیری است. در واقع خود فرآیند اندازه گیری هم می تواند باعث ایجاد تغییر و انحراف در مقدار دقیق اندازه گیری مورد نظر شود. معمولا این عامل، به عنوان یک عامل تهاجمی در نظر گرفته و تعریف می شود و البته یکی از نگرانی های اصلی در بروز خطاهای سیستماتیک در ابزار دقیق می باشد.
همیشه بین ابزار دقیق که دستگاه اندازه گیری است و مقدار اندازه گیری نوعی کنش و واکنش وجود دارد. با این حال در بسیاری از موارد می توان سطح این کنش و واکنش را به میزان بسیار زیادی کاهش داد. مثلا در سیستم های الکترونیکی می توان میزان تخلیه انرژی ابزار دقیق را به کمک بالا بردن امپدانس ورودی تا حد زیادی کمتر نمود.

استفاده از ابزار مدرن
بد نیست با یک نمونه از عوامل تهاجمی که باعث بروز خطای سیستماتیک می شوند هم آشنا شوید. اگر برای اندازه گرفتن حجم اندکی از یک سیال سرد، از دماسنج بزرگ گرم شده ای استفاده کنیم، دچار خطای سیستماتیک به خاطر عامل تهاجمی خواهیم شد. چون در چنین حالتی گرما از دماسنج بزرگ به سیال منتقل شده و آن را گرم می کند. بنابراین دقت دماسنج به عنوان ابزار دقیق زیر سوال خواهد رفت.
از طرف دیگر، ممکن است خطای سیستماتیک در مسیر تبدیل متغیر به سیگنال رخ دهند. اگر سیگنال خروجی به نحوی اصلاح شود، مقدار متغیر اندازه گیری شده با مقدار متغیر جهت دار شده، متفاوت خواهد بود. در مسیرهایی سیگنال های فیزیکی، مثل سیستم های مکانیکی که برای انتقال و یا جابجایی نیرو به کار می روند، اصطکاک می تواند یکی از دلایل تغییر در متغیر سیگنال باشد.
در مدارهای الکتریکی هم مقاومت یا تضعیف (attenuation) نیز می توانند به عنوان اصلاح کننده سیگنال عمل کرده و موجب بروز خطای سیستماتیک شوند.
آخرین عاملی که می توان به عنوان عامل بروز خطاهای سیستماتیک یا بایاس معرفی کرد، عامل انسانی است. در بسیاری از مواقع فرد ناظر که مقدار اندازه گیری شده به وسیله ابزار دقیق را می خواند، دچار اشتباه می شود. معروف ترین و رایج ترین نوع خطای انسانی، خطای دید است. در این نوع خطا فرد ناظر از یک زاویه اشتباه، عددی را مشاهده و می خواند. اما از آنجایی که در زاویه صحیح علامت نشانگر رقم دیگری را نشان می دهد، خطای سیستماتیک رخ می دهد.
عوامل بروز خطای تصادفی (Noise)

شاید بتوان خطاهای سیستماتیک ابزار دقیق را به روشی حذف و اصلاح کرد، اما خطاهایی که به صورت تصادفی رخ داده و اصطلاحا به آنها نویز گرفته می شود را نمی توان حذف کرد. این نوع خطا در واقع عبارت از سیگنالی است که هیچ نوع داده و اطلاعات مفیدی را با خود حمل نمی کند.
اگر ابزار دقیق دچار خطای تصادفی زیادی باشد و این خطا مدام تکرار شود، با عنوان توزیع گوسی از آن یاد می شود. با فرض اینکه خطای سیستماتیکی وجود ندارد، توزیع گوسی بر روی مقدار واقعی متمرکز می شود. بنابراین می توان با استفاده از میانگین همه اندازه گیری های انجام شده، به تخمین مناسبی از مقدار واقعی دست یافت.
معمولا دقت اندازه گیری ابزار دقیق را با انحراف (های) معیاری تعیین می کنند که بر روی نمودار، عرض گاوسی را نشان می دهد. با توجه به تعداد زیاد اندازه گیری ها، معمولا 68 درصد از اندازه گیری در حد ±1s از میانگین قرار می گیرند. در حالی که 95 درصد آنها در حد ±2s و 99.77% در حد ±3s از میانگین خواهند بود.

اهمیت نظارت
هر چقدر که انحراف معیار کمتر باشد، دقت ابزار دقیق بیشتر می باشد. کاملا متداول است که در برخی ابزارها، هنگام ارائه گزارش دقت یک ابزار دقیق به مقدار ±2s اشاره شود. با این حال در مواردی مثل مسیریابی، گزارشی که ارائه می شود شامل مقدار ±3s می باشد که در واقع حد عدم قطعیت احتمالی در اندازه گیری و دقت ابزار دقیق را نشان می دهد.
عوامل زیادی وجود دارند که موجب بروز خطای تصادفی شده و در نتیجه دقت ابزار دقیق را کاهش می دهند. شاید بتوان گفت اولین عامل تکرارپذیری خود ابزار دقیق است. مثلا اگر قرار است ارتفاع یک سطح ناهموار مورد اندازه گیری قرار گیرد، مقدار اندازه گیری شده بستگی به محلی دارد که اندازه گیری در آنجا انجام می شود. اندازه گیری های مکرر، تصادفی بودن سطح ناهمواری را نشان می دهند.
نویزی که به خاطر بروز خطای تصادفی ایجاد می شود را می توان در هر مرحله از فرآیند اندازه گیری به وسیله ابزار دقیق شناسایی و معرفی کرد. در برخی مواقع ورودی های مداخله گر باعث ایجاد نویز می شوند. برخی از این ورودی ها مربوط به خارج از دستگاه هستند. نمونه این نوع خطای تصادفی نویز پس زمینه است که به وسیله میکروفون ها دریافت می شود.
برخی دیگر از ورودی ها پس از ورود به دستگاه و سنسور موجب ایجاد نویز و خطای تصادفی می شوند. برای مثال می توان به نویزهای حرارتی که در یک مبدل حساس مثل سنسور مادون قرمز وجود دارند، اشاره کرد. حرکت تصادفی الکترون ها به خاطر دمای موجود به صورت سیگنال های ولتاژ ظاهر می شوند. به نظر می رسد این امر به خاطر حساسیت بالای دستگاه باشد.
دقت داشته باشید که در مورد ابزار دقیق بسیار حساس، مثل موج یاب های مادون قرمز، بسیار متداول است که برای رساندن میزان نویز به حداقل، عمل سرد کردن موج یاب انجام بگیرد.
مسیر انتقال سیگنال میان مبدل و آمپلی فایر نیز می تواند همیشه در معرض بروز خطای نویز باشد. یکی از نمونه های مشهور در این زمینه تداخل 60 هرتز از شبکه برق در ایالات متحده آمریکاست. اگر مسیر انتقال به خوبی محل نگهداری انرژی نباشد و یا اینکه اگر به صورت سهوی یک حلقه بزرگ الکتریکی موجب شود که سیم کشی به صورت آنتن عمل کند، خطای نویز در مسیر انتقال رخ می دهد.

کالیبره کردن تجهیزات
نکته بسیار مهم آن است که در هنگام عبور از آمپلی فایر، خطای نویز همراه شده با سیگنال نیز تقویت خواهد شد. در نتیجه هنگام تجزیه و تحلیل نویز، رقم مورد نظر مربوط به سطح نویز ترکیبی نیست، بلکه در واقع نسبت سیگنال به نویز (SNR) می باشد که باید آن را به عنوان نسبت توان سیگنال به توان نویز ترکیبی تعریف کرد. معمولا SNR را به صورت واحد دسی بل گزارش می کنند.
در حالت ایده آل SNR بسیار بیشتر از 1 دسی بل می باشد. با این حال گاهی می توان سیگنالی را به دست آورد که سطح نویز در آن بسیار بالا باشد. در چنین حالتی باید ویژگی های سیگنال شناخته شده باشند و قدرت پردازش کافی در دسترس باشد. توانایی انسان برای شنیدن صدا در محیطی که صداها در آن بسیار بلند هستند، نمونه ای از این نوع قابلیت پردازش سیگنال می باشد.

معرفی ترکیب سنسورهای ابزار دقیق

یکی دیگر از ویژگی هایی که می توان برای ابزار دقیق معرفی کرد، ترکیب سنسورها در این نوع تجهیزات است. در چنین حالتی از دو یا چند سنسور برای مشاهده محیط و اندازه گیری استفاده می کنند. سپس سیگنال های خروجی به دست آمده از این سنسورها را با هم ترکیب کرده و به این ترتیب به یک اندازه گیری پیشرفته واحد دست خواهند یافت. دقت داشته باشید که معمولا فرآیند ترکیب سیگنال های خروجی به وسیله یک پردازنده انجام می گیرد.
فرآیند ترکیب امکان اندازه گیری پدیده هایی را به وجود می آورد که در هر روشی غیر از این، اندازه گیری آنها ممکن نبود. بنابراین می توان اهمیت ترکیب سنسورها را متوجه شد.
ساده ترین نمونه در این خصوص، جبران حرارتی مبدلی است که وظیفه اندازه گیری دما را بر عهده دارد و از آن برای تصحیح کردن خروجی مبدل استفاده می کنند. به این ترتیب می تواند تاثیرات دما بر روی کالیبراسیون مبدل را اصلاح نماید.
البته ترکیب سنسورهای ابزار دقیق کاربردهای پیچیده تری دارند. شاید بتوان گفت یکی از پیچیده ترین نمونه ها روشی است که برای ساخت مصنوعی تصاویر (image synthesis) به کار می رود که در آن تصاویر دریافتی به وسیله رادار، سیگنال های نوری و مادون قرمز را به صورت یک تصویر پیشرفته ترکیب می کنند.

کاربرد در صنایع نفت و گاز
یک نکته مهم در ابزار دقیق

در اغلب موارد می توان با استفاده از توان محاسباتی، دقت اندازه گیری هایی که با کیفیت پایین انجام گرفته اند را تشخیص داده و آنها را با کمک تکنیک های تخمین زدن بهبود بخشید. این روش ها بسیار متعدد می باشند. از روش های ساده ای مثل میانگین گرفتن ساده یا فیلترگذاری برای حذف خطاهای نوسانی تصادفی گرفته تا تکنیک های پیچیده ای مثل روش های فیلتر Wiener یا Kalman و یا تکنیک های تخمین مبتنی بر مدل در زمره این روش ها قرار می گیرند.
دقت داشته باشید که در بسیار از مواقع امکان کاهش هزینه های محاسبات به همراه افزایش قابلیت ها، موجب می شوند که کارخانه ها و یا مدیران تاسیسات استفاده از ابزار دقیقی را ترجیح دهند که عملکرد پایینی دارند ولی می توان همراه با آنها از تکنیک های پیچیده تخمین استفاده کرد.
کنترل کننده های ابزار دقیق را بررسی کنیم

کنترل کننده ها بخش بسیار مهمی در ابزار دقیق می باشند. این نوع وسیله ها باعث شدند که عوامل انسانی و خطاهای ناشی از عملکرد آنها از صنعت کنار گذاشته شوند و عصر جدیدی در کنترل صنایع و تاسیسات به وجود آید. کامپیوترهای صنعتی PLC اولین گروه از کنترل کننده ها بودند.
وظیفه اصلی این نوع کامپیوترها کنترل واحدها و انجام تغییرات مورد نیاز بود. اما در حال حاضر انواع کنترل کننده های بسیار پیشرفته تر وارد عرصه تجهیزات ابزار دقیق شده اند. از جمله آنها می توان به سیستم کنترل کننده توزیع پذیر یا DCS و سیستم کنترل کننده فازی یا FCD را نام برد.
سیستم کنترل کننده توزیع پذیر (DCS)

سیستم کنترل کننده توزیع پذیر در واقع سیستمی شامل کامپیوترها، کنترل کننده ها و سنسورهایی است که به یکدیگر مرتبط بوده و در کارخانه توزیع شده اند. این نوع سیستم از جمله هوشمندترین سیستم ها و تجهیزات ابزار دقیق است که برای کنترل فرآیند دستگاه های مختلف و تولید، در کارخانه ها و مراکز تاسیساتی به کار برده می شود.
سیستم کنترل کننده توزیع پذیر مفهوم بسیار نوینی در دنیای کنترل صنعتی بود که از اواسط دهه 70 میلادی به جهان معرفی شد. تا پیش از ظهور این نوع سیستم، سیستم های کنترل دیجیتال با یک مشکل اساسی روبرو بودند. مشکل این بود که کامپیوتری که همزمان در حال انجام چند عملکرد کنترلی بود، به صورت ناگهانی متوقف می شد و این امر منجر به فاجعه می شد.
اما سیستم جدید DCS این مشکل را از بین برد. این کار با توزیع کاملا کنترل شده داده ها به کامپیوترهای کنترل کننده در قسمت های مختلف حل شد. این این کامپیوترها فقط اطلاعات را با یکدیگر به اشتراک می گذاشتند و هر کدام به وسیله صفحه های نمایش اپراتورها به یکدیگر متصل بودند.

اهمیت و جایگاه ابزار
در واقع با توزیع واحد پردازش کنترل در همه گره های موجود در سیستم، قابلیت اطمینان کل سیستم بیشتر می شود. ضمن اینکه احتمال از کار افتادن یک پردازنده نیز کمتر خواهد شد. هر سیستم کنترل کننده توزیع پذیر دارای چهار سطح اساسی است. مهم ترین سطح، قسمت کامپیوتر مرکزی است که برنامه ریزی و زمان بندی تولید بر عهده این سطح می باشد.
سطح مهمی بعدی سطحی است که به کنترل تولید می پردازد و شامل چند سیستم کامپیوتری می شود. سطح سوم سطحی است که بر عملکرد دستگاه های کارخانه و فرآیند تولید نظارت می کند. سطح چهارم نیز سطح کنترل مستقیم است.به این سطح، سطح پردازنده هم گفته می شود. انواع ماژول های پیشرفته و پردازنده های الکترونیکی در این قسمت قرار دارند.
البته باید توجه داشت که در بخشی از کل سیستم کنترل کننده توزیع پذیر، سطحی وجود دارد که به آن سطح میدانی گفته می شود و انواع اجزای کنترلی نهایی در این قسمت قرار می گیرند. این اجزا شامل انواع دریچه ها، سنسورها، فرستنده ها، سوئیچ ها و غیره می شوند.
نکته جالب در مورد پردازنده های سیستم کنترل کننده توزیع پذیر نحوه برنامه ریزی آنهاست. در واقع این نوع پردازنده ها به گونه ای تنظیم و برنامه ریزی می شوند که بتوانند به صورت دائمی بر روی اجزای اضافی سیستم خودآزمایی هایی انجام دهند. این کار باعث می شود در صورت خراب شدن هر کدام قطعات، از وجود و در دسترس بودن قطعه یدکی مطمئن باشید.
تفاوت میان سیستم های PLC و DCS در کنترل ابزار دقیق

وقتی پای کنترل ابزار دقیق و سیستم های کنترل کننده صنعتی و اتوماسیون به میان می آید، اصلی ترین سوال این است که تفاوت میان سیستم های PLC و DCS چیست؟
اگر خیلی خلاصه و به زبان ساده بخواهیم بیان کنیم، تفاوت اصلی آنها در این است که PLC دستگاه ها را به صورت جداگانه و تک تک کنترل می کند، در حالی که DCS به گونه ای طراحی شده است که می تواند به صورت همزمان چند دستگاه را تحت کنترل خود داشته باشد.
نکته اینجاست که PLC ها دارای سیستم عامل بسیار ساده ای می باشند. آنها عملکرد نسبتا سریعی دارند و می توانند وظایف خود را به موقع انجام دهند. دلیل این امر هم آن است که هیچ برنامه دیگری در پس زمینه وجود ندارد که نیازمند توجه این سیستم باشد. از طرف این نوع سیستم ابزار دقیق عملکرد سریعی دارد چون در نزدیکی دستگاهی قرار دارند که باید آن را کنترل کنند.

کاربرد در صنایع معدن
نکته مهم دیگر آن است که PLC ها برای کنترل فقط یک دستگاه طراحی شده اند. در نتیجه همه توان و توجه خود را بر روی همان دستگاه متمرکز می کنند و می توانند فرآیندهای تولید دستگاه را به راحتی عملیاتی کنند. کاملا مشخص است که در این زمینه تفاوت عمده ای با DCS ها دارند که به صورت همزمان با چندین دستگاه سروکار دارند.
از طرف دیگر، PLC ها سیستم هایی به شدت انعطاف پذیر هستند و می توان آنها را مطابق با نیازهای خاص سفارشی سازی کرد. در حالی که این امر در مورد DCS ها تقریبا غیرممکن است. سیستم های PLC ساده هستند، از کدهای زبانی ساده استفاده می کنند و میدان عملکرد آنها محدود و اندک است. کدهای زبانی که این نوع سیستم ها ایجاد می کنند در مقایسه با کدهای زبانی که سیستم های DCS ایجاد می کنند، بسیار کوچک و محدود هستند.
DCS ها به گونه ای طراحی شده اند که بتوانند از زبان های برنامه نویسی سطح بالایی مثل CFC برای برنامه نویسی و صدور فرمان های نظارتی خود بهره بگیرند. در حالی که PLC چنین توانایی را ندارد.
البته باید توجه داشت که همین امر یکی از بزرگ ترین نقطه ضعف های DCS هاست. چون زبان های سطح بالا بعد از مدون شدن، کدهای زیادی تولید می کنند. این امر باعث می شد که CPU تحت فشار زیادی قرار بگیرد و در نتیجه در پاسخ به ورودی های مهم دچار تاخیر شود.
تفاوت های این دو سیستم کنترل ابزار دقیق محدود به این موارد نمی شوند. سیستم های کنترل کننده آنها هم تفاوت های زیادی با یکدیگر دارند. دلیل این امر هم آن است که تقریبا هیچ نوع رابطه ای بین محیط برنامه نویسی و محیط کنترل کننده وجود ندارد. هر کدام از این دو محیط برای ایجاد و توسعه خود نیازمند زمان خاصی هستند.
علاوه بر این ها سیستم کنترل کننده DCS نسبت به سیستم کنترل کننده PLC دارای تفاوت های زیادی است. سیستم DCS دارای یک بسته نرم افزاری یکپارچه است که در آن مجموعه ای قوی از امکانات نظارتی وجود دارد. توابع کنترل در محیط برنامه نویسی قرار گرفته اند و گرافیک مربوط به هر محیط به صورت خودکار به صفحه HMI افزوده می شود.
در واقع سیستم های کنترل کننده به گونه ای عمل می کنند که باعث صرفه جویی در وقت می شود.

سیستم های DCS
در نهایت به درستی می توان ادعا کرد که اساسی ترین تفاوت میان دو سیستم کنترل کننده PLC و DCS نحوه طراحی آنهاست. در واقع سیستم های PLC طراحی شده اند تا بتوان از آنها برای جایگزینی کنترل های مبتنی بر رله و تجهیزات آنالوگ و کنترل یک دستگاه استفاده کرد. در حالی که DCS ها برای کنترل کل کارخانه، ساختمان و یا کنترل فرآیندهای گسترده و مرتبط به یکدیگر طراحی شده اند.

آشنایی با کاربردهای ابزار دقیق
همانطور که بارها اشاره کردیم، سنسورها و دستگاه های ابزار دقیق کاربردهای متعدد و بسیار زیادی در بخش های صنعتی دارند. از این دستگاه ها و تجهیزات برای نظارت بر وضعیت، پایش جریان، جمع آوری داده ها و به طور کلی برای کنترل و مدیریت فرآیند مورد نظر استفاده می شود.
داده هایی که از طریق این نوع ابزار به دست می آیند اهمیت فوق العاده حیاتی در بهینه سازی سیستم های مجزا و یا کل سیستم ها دارند. این داده ها مانع بروز اشکال و خرابی در عملکرد و دستگاه های کارخانه ها و تاسیسات صنعتی می شوند.
معمولا عمر مفید تجهیزات، سنسورها و دستگاه های ابزار دقیق و کنترل طولانی است، به همین دلیل استفاده از آنها کاملا مقرون به صرفه نیز می باشد. ضمن اینکه به خاطر نوع طراحی این نوع دستگاه ها و تجهیزات می توان آنها را در محیط های تهاجمی مثل انواع کارخانه های سیمان، پتروشیمی، نیروگاه های تولید برق، کوره های عملیات حرارتی، کارخانه های تولید فولاد، نیروگاه های هسته ای و غیره به کار برد.
دقت داشته باشید که این دستگاه ها بسته به کاربردی که دارند امکان انجام عملیات اندازه گیری در محیط هایی با دمای بسیار زیاد و یا کم را نیز دارند.
به طور کلی باید اذعان داشت که تقریبا هر نوع صنعتی که دست به کار تولید محصولات تکرارشونده است، در فرآیند صنعتی خود نیازمند ابزار دقیق و تجهیزات کنترل می باشد. از این جمله می توان به صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، تصفیه فاضلاب، ساخت و ساز و تولید غذا و نوشیدنی های خوراکی، صنعت لاستیک سازی، سیمان، انواع صنایع غذایی، دارویی و غیره اشاره نمود. اجازه دهید به اختصار برخی از این کاربردها را بررسی کنیم.

کاربرد ابزار دقیق و کنترل در صنعت نیروگاه ها
به جرات می توان مدعی شد که ابزار دقیق به بخش جدایی ناپذیر و حیاتی نیروگاه ها تبدیل شده است. سیستم های مدرن و پیشرفته ای که در حد بسیار زیادی در دسترس بوده و دارای قابلیت اطمینان بالایی می باشند، جایگاه فوق العاده ای در عملکرد هر نیروگاه خواهند داشت. انعطاف پذیر بودن، نگهداری آسان و کارایی بالا از دیگر ویژگی های مهم این نوع تجهیزات برای نیروگاه های هسته ای، نیروگاه های برق و به طور کلی نیروگاه های تولید انرژی می باشند.
زنجیره عملکرد تجهیزات ابزار دقیق با استفاده از سنسورهایی شروع می شود که می توانند مقادیر مورد نظر را تشخیص داده و آنها را اندازه گیری کنند. دستگاه های کنترل کننده به عنوان بخشی از این سیستم داده های به دست آمده را دریافت کرده و آن را بر اساس استراتژی کنترلی مورد نظر خود فعال می کنند.
در جایی که لازم باشد، این تجهیزات نسبت به عناصر فعال کننده نهایی عکس العمل نشان می دهند تا به این ترتیب اگر قسمتی از فرآیند دچار آسیب شده باشد، آن را اصلاح کرده و تغییر دهند.
این حلقه عملیاتی بارها و بارها در فرآیند تولید در نیروگاه ها تکرار می شود. این تکرار از طریق طرح های ارتباطی پیچیده و چند سطحی انجام می گیرد. دستگاه های میدانی هوشمند، از جمله سنسورها و محرک ها به منظور ساده سازی و بهبود فرآیند کنترل همچنان به توسعه ادامه می دهند.
در نیروگاه ها هم از سیستم کنترل کننده توزیع شده یعنی DCS استفاده می شود و هم از سیستم کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی یعنی PLC. علاوه بر اینکه سخت افزارها و نرم افزارهای مبتنی بر عملکرد کامپیوترهای شخصی نیز در قسمت کنترل نیز به کار می روند.
هرچقدر توسعه کامپیوترهای شخصی سرعت بیشتری پیدا کرده و قدرت آنها افزایش پیدا می کند، بیشتر انتظار می رود که کنترل بر مبنای این نوع سیستم ها تبدیل به پلتفرمی قدرتمند و توسعه یافته تر شود.
کاربرد ابزار دقیق در صنایع نفت و گاز

صنایع نفتی از جمله مهم ترین صنایعی هستند که از سنسورها و دستگاه ها و تجهیزات ابزار دقیق استفاده می کنند. تجهیزات به کار رفته برای این صنایع در بخش های کنترل و نظارت بر شرایط مختلفی از جمله دما، فشار و سطوح سیالات در تاسیسات فرآوری، پالایشگاه های نفت، کارخانه های پتروشیمی، خطوط لوله نفت و گاز و نیز عملیات توزیع در این صنایع به کار برده می شوند.

کاربرد در آزمایشگاه ها و صنایع
رایج ترین کاربردهای ابزار دقیق در صنعت نفت و گاز نظارت بر گازهای قابل اشتعال و احتراق در مناطق تولید و ذخیره و نیز نظارت بر انتشار انواع گازهای گلخانه ای بر کنترل آلودگی هوا می باشد. همچنین از این نوع تجهیزات برای کنترل و نظارت بر جریان در سیستم توزیع استفاده می کنند.
به طور کلی در دو قسمت اساسی از ابزار دقیق برای کنترل و نظارت استفاده می شود؛ قسمت ورودی و قسمت خروجی. ابزار دقیق به کار رفته در قسمت ورودی برای نظارت یا اندازه گیری دما، جریان، سطح فشار، سطح ارتفاع سیالات به کار می روند.
این تجهیزات در لوله های حمل و نقل و مخازن استفاده می شوند. در حالی که در قسمت خروجی از کنترل ها و هشدارها استفاده می کنند. کنترل ابزار دقیق مقادیر خروجی را نشان می دهند و زنگ های هشدار در موقعیت هایی که به صورت بالقوه خطرناک هستند، اعلام هشدار و خطر می کنند.
مهم ترین تجهیزات ابزار دقیق که برای صنعت نفت و گاز به کار می روند، شامل سنسورها، مبدل ها و فرستنده ها می باشند. سنسورها خواص فیزیکی جامدات، سیالات و یا گازها را اندازه می گیرند. دقت داشته باشید که این کار در صنعت نفت و گاز به صورت مداوم انجام می گیرد تا بتوان گازهای موجود را شناسایی کرده و بر سطح و مقدار انتشار آنها نظارت و کنترل داشت.
مبدل ها نیز برای آن به کار می روند که هر نوع تغییر در دما، فشار، جریان و یا سطح را به سیگنال الکتریکی تبدیل کنند. این سیگنال برای دستگاه فرستنده ارسال خواهد شد. فرستنده نیز همان دستگاهی است که به عنوان رابط بین سنسورها و ابزار دقیق مرتبط با آنها، مثل سنسورهای اندازه گیری سطح، سنسورهای جریان سنج و سنسورهای فشارسنج عمل می کند. فرستنده باید سیگنال های دیجیتال مناسب را به سیستم کنترل اصلی ارسال کند.
نکات مهم درباره انتخاب ابزار دقیق برای صنایع نفت و گاز

واقعیت این است که هنگام انتخاب ابزار دقیق برای هر صنعتی، از جمله صنعت نفت و گاز، باید نکات و معیارهای مهمی را در نظر گرفت. اولین نکته مربوط به شرایط عملیاتی است. شرایط محیطی که قرار است عملیات مورد نظر در آن انجام بگیرد اهمیت فوق العاده ای در انتخاب ابزار دقیق مناسب دارد.
برخی از سنسورها در صورتی که در معرض گرمای بیش از حد، مواد شیمیایی و یا مواد محترقه قرار بگیرند، به شدت آسیب می بینند. حتی ممکن است این شرایط بر روی قابلیت اطمینان سنسورها اثرگذار باشد. بنابراین باید تجهیزات مورد نظر خود را با توجه به شرایط عملیاتی و محیطی انتخاب کرد.
از طرف دیگر هنگام انتخاب هر نوع تجهیزات برای کنترل و نظارت و اندازه گیری، باید مشخصه های مورد نیاز خود را در نظر داشت. میزان حساسیت سنسور، محدوده عملکرد سنسور، دقت آن، حتی نوع صفحه نمایش و وضوح آن نیز می توانند بر روی انتخاب تجهیزات مناسب اثرگذار باشند.
نکته مهم دیگر مربوط به تعمیر و نگهداری تجهیزات است. واقعیت این است که باید بدانید آیا نگهداری ابزار دقیق و کنترل مورد نظرتان کار راحتی است یا نه. باید بدانید هر چند وقت یک بار باید ابزار را بررسی و یا کالیبراسیون کنید تا دقت و حساسیت آن همواره قابل اعتماد باشد.
بهتر است در صورت امکان ابزارها و تجهیزاتی انتخاب شوند که نگهداری از آنها کار راحتی باشد. ضمن اینکه در صورت نیاز به خدمات نگهداری مثل کالیبراسیون و یا خدمات تعمیر، بهتر است مطمئن شوید که امکان انجام این کار در محل وجود دارد.
یکی دیگر از ویژگی ها و نکات بسیار مهم که نباید از آن غفلت کرد، میزان قابلیت اطمینان و دوام و عمر مفید دستگاه است. ابزار دقیق مورد نظر برای استفاده در صنایع نفت و گاز باید به اندازه کافی با دوام باشند تا بتوان آنها را بارها مورد استفاده قرار داد. مسلما استفاده از محصولات و تجهیزاتی که پس از یک یا دو بار استفاده دچار اشکال شده و از کار می افتند، چندان صرفه اقتصادی ندارد.

در نهایت اینکه در هنگام انتخاب تجهیزات مناسب خود، باید عنصر تاثیر ابزار مورد نظر خود بر روی فرآیندها را نیز در نظر گرفت. در واقع باید مطمئن شد که ابزار دقیق و تجهیزاتی که برای استفاده در محیط عملیاتی مورد نظر صنایع نفت و گاز انتخاب می شوند می توانند بر کنترل جریان و یا فرآیندهای مختلف تاثیر بگذارند یا خیر. اگر پاسخ مثبت است باید بدانید این تاثیر چگونه و تا چه حد و اندازه ای است.
کاربرد ابزار دقیق در صنعت نفت و گاز برای بهبود ایمنی

صنایع نفت و گاز از جمله صنایع مهم و حیاتی در زندگی روزمره بشریت هستند که البته در صورت عدم دقت و حفظ امنیت خطرهایی را نیز برای وی به وجود می آورند. این صنایع با مواد خطرناکی سروکار دارند و در فرآیندهای خود دست به کار فرآوری این مواد می شوند. این مواد خطرناک می توانند منجر به بروز انفجار و هر گونه حادثه فاجعه آمیزی شوند و در نتیجه ایمنی انسان و محیط زیست را به خطر اندازند.

سیستم PLC
استفاده از ابزار دقیق، امکان نظارت و کنترل و مدیریت بر روی عملیات و فرآیندهای مختلف این صنایع را به وجود می آورد که همگی برای حفظ ایمنی انسان و محیط زیست و رعایت مقررات در این زمینه ضروری می باشند. هنگامی که تجهیزات پردازش پتروشیمی در سیستم های اتوماسیون ادغام می شوند، به تولید کنندگان کمک می کنند که با ارائه داده های مربوط به کارآیی فرآیند و کیفیت محصول، بهره وری و ثبات محصول و نیز ایمنی آن را افزایش دهند.
کاربرد ابزار دقیق در صنعت معدن

ابزار دقیق در صنعت معدن می توانند در زمان واقعی امکان استفاده و کنترل تجهیزات مختلفی از جمله انواع سنگ شکن ها، آسیاب ها، پمپ ها، سلول های فلوتاسیون و پاک کننده را فراهم کنند.
همچنین از این نوع ابزار برای نظارت بر روی سطح پرشدگی انواع وسایل حمل و نقل، سیلوها و مخازن ذخیره مواد معدنی استفاده می کنند. برخی از ابزارهای دقیقی که در صنعت معدن کاربرد زیادی دارند عبارتند از انواع ابزارهای تعیین سطح، ابزارهای اندازه گیری فشار، دما، کنترل اتوماسیون و غیره.
برای انجام عملیات کنترل معدن از انواع مختلفی از تجهیزات استفاده می شود. این تجهیزات در شکل های مختلف و با استفاده از رابط های گوناگون به کار گرفته می شوند. البته استفاده از چنین حجم وسیعی از تجهیزات می تواند در صنعت بزرگ و گسترده ای چون صنعت معدن و مواد معدنی دردسرساز شود، اما ابزار دقیق در کنترل و مدیریت همه تجهیزات و عملیات و فرآیندها به کمک مدیران صنایع می آیند.
استفاده از ابزار دقیق موجب می شود که عملیات استخراج خودکار به صورت گسترده ای افزایش پیدا کند و اپراتورها می توانند فرآیندهای متعددی مثل خرد کردن سنگ ها و آسیاب کردن آنها را تحت کنترل خود داشته باشند. ضمن اینکه می توان به راحتی بر روی عملیات فلوتاسیون، تغلیظ و بارگیری نظار داشت.
با خودکار شدن فرآیندها عملیات استخراج از معادن بهبود پیدا کرده و کارایی تک تک فرآیندها بیشتر خواهد شد. میزان نظارت بر روی کیفیت محصول نهایی و تجزیه و تحلیل و کنترل فرآیندها نیز افزایش پیدا خواهد کرد. همچنین میزان ضایعات و آلودگی مواد خام کمتر شده و در نهایت اینکه ایمنی محیط کار به صورت مناسبی فراهم خواهد شد.
نکته مهم دیگر در مورد کاربرد ابزار دقیق در صنعت معدن جمع آوری داده هاست. سنسورها و دستگاه ها و تجهیزات مورد نظر می توانند داده های لازم را کسب کرده و به استخراج آنها بپردازند. شتاب سنج ها، قطب نماها، سنسورهای صوتی و تصویری، سنسورهای نوری، سنسورهای دما و فشار و غیره همگی می توانند اطلاعات و داده های لازم را تهیه کنند.
این داده ها به آزمایشگاه های معتبر صنایع معدن سپرده می شوند تا با بررسی و تحقیق بر روی آنها به نکاتی درباره نحوه استخراج مواد معدنی خام از معادن دست یابند. ضمن اینکه امکان دستیابی به اطلاعات جدید درباره سایر معادن موجود در منطقه، نحوه استخراج آنها و یا خطرات موجود در این زمینه نیز وجود خواهد داشت.

کاربرد ابزار دقیق در صنایع غذایی

صنایع غذایی موظف هستند برای حفظ کیفیت مواد غذایی و جلوگیری از آلودگی های ناشی از آنها که می توانند باعث به خطر انداختن سلامت و ایمنی مصرف کنندگان شوند، دستورالعمل ها و مقررات سختگیرانه ای را رعایت کنند. از آنجایی که رعایت ایمنی مواد غذایی بسیار حیاتی می باشد، کوچک ترین مسائل هم می توانند بر روی ایمنی آنها اثرگذار باشند و به این ترتیب کیفیت و سلامت آنها را به خطر بیندازند.
استفاده از ابزار دقیق و تجهیزات آن می تواند در این زمینه و جلوگیری از بروز مشکلات تاثیر بسیار زیادی داشته باشد. تجهیزات و دستگاه هایی که حساسیت فوق العاده بالایی دارند بر روی فرآیندهای تولید، تهیه، بسته بندی و عرضه محصولات نظارت می کنند. همچنین هر مرحله از فرآیندهای صنایع غذایی و کیفیت نهایی محصولات به صورت کامل کنترل می شود.
از جمله مواردی که می توان از ابزار دقیق در صنایع غذایی استفاده کرد، نظارت و کنترل و اندازه گیری فرآیند پخت گوشت، شیرینی و هر نوع غذای آماده است. دمای مورد نیاز برای پخت، میزان پخته شده غذا، نحوه انجام آن و غیره همگی تحت نظارت و کنترل خواهند بود.
از طرف دیگر می توان از تجهیزات تصویری دیجیتال ابزار دقیق برای شناسایی و طبقه بندی مواد غذایی استفاده کرد. میزان رطوبت در مواد را اندازه گیری کرده و آن را مطابق با زمان لازم برای استفاده محصول تنظیم نمود. نظارت و کنترل دمای لازم برای پاستوریزه کردن موادی مثل شیر و سایر محصولات لبنی و بسته بندی آنها نیز از دیگر حوزه هایی است که از ابزار دقیق در صنایع غذایی استفاده می شود.