التحديات والحلول التي تواجه تصميم الزئبق في البيئات الصناعية العالية التمرين

التحديات والحلول التي تواجه تصميم شركة HMI في البيئات الصناعية الرفيعة المستوى

إن تصميم عمليات " ملاحين " للبيئات الصناعية ذات التمرين العالي يتطلب نهجا صارما في مجال الهندسة وعلوم المواد وتكامل بروتوكولات الأمان، وهذه البيئات، المشتركة في توليد الطاقة، وصهر المعادن، وصنع الزجاج، والتجهيز الكيميائي، وتعرض معدات الوصل إلى الإجهاد الحراري الشديد، والملوثات الجسيمية، وغالبا ما تؤدي إلى حدوث اضطرابات في تصميم " HMI " ،

تحديد البيئات الصناعية الرفيعة المستوى

وفي مطاحن الفولاذ، يمكن أن تتجاوز درجات الحرارة المحيطة بمناطق الفرن 60 درجة مئوية (140 درجة مئوية) بينما تُحمّل الحرارة المحلية من المعادن الرطبة درجات حرارة سطحية على معدات قريبة تفوق بكثير 100 درجة مئوية، وتُنتج عن التعقد الزجاجي، وتُحدث عوامل التغليف التراكمي التراكمي التراكمي التراكمي 24 ساعة، بالإضافة إلى ذلك.

التحديات الرئيسية في تصميم HMI للبيئات العالية الأداء

تدهور العنصر وعدم التعرض الحراري

وقد تُقيَّم المكونات الإلكترونية القياسية في العادة لدرجات حرارة التشغيل بين درجة حرارة صفر درجة مئوية و50 درجة مئوية. ففوق هذا النطاق، تبدأ المقاطع شبه الموصلية في التجربــة المتسارعة، ويمكن أن يحدث المجرى الحراري عندما يتجاوز توليد الحرارة الداخلية قدرة الرقاقة على تبديد الحرارة، وتجفففف المكثفات وتشق المفاصل نتيجة للتوسع المتباين، وتصبح درجة الحرارة السائلة غير قابلة للقراء.

وثمة طريقة أخرى للفشل دون المستوى، وإن كانت حاسمة، هي التدوير الحراري ]، وتشمل العديد من العمليات الصناعية عمليات الدفع التي ترتفع فيها درجات الحرارة وتهبط مراراً، وتشدد كل دورة على وجود وصلات وضغوطات، مما يتسبب في حدوث آثار صغيرة في لوحات الدوائر وإلغاء طبقات العرض.() وتعاني هذه الظواهر من التخلف الشديد في البيئة.

مضيقا السلامة والإرغونومي

وعندما تتجاوز درجات الحرارة المحيطة ما هو آمن للتواصل البشري (تتجاوز عادة 43 درجة مئوية بالنسبة لليد المنغومة)، لا يمكن للمشغلين أن يلمسوا مركباً عالياً بأمان، بل إن الوصول إلى لوحة التحكم التي تُقام بالقرب من مصدر حراري قد يعرّض الأفراد إلى الحرارة المشعّة التي يمكن أن تسبب حروقاً أو ضغطاً حرارياً أو تقلل وظيفة معرفية، وفي الحالات القصوى، لا يمكن أن تصبح منطقة الهشّة بدرجة كافية لإحد من مخاطر الاتصال.

القدرة على التحمل والتوقعات

وكثيرا ما تكون درجات الحرارة المرتفعة مصحوبة بإضاءة شديدة، لا سيما قرب الأفران أو في المنشآت الخارجية حيث يضيف ضوء الشمس حمولة حرارية، وتعاني العروض القياسية مع لوحات الضوء الخلفي المصممة للاستخدام الداخلي من الغسيل في ظل هذه الظروف، ويمكن أن تسبب الحرارة المتوسطة طبقة البلورة السائلة إلى الانتقال إلى حالة زجاجية (السود المتقلب) أو تنتج مواد مؤثرة.

الاتساق ونزاهة البيانات

كما أن مقصورة الاتصالات الصناعية - مثل Ethernet، RS-485، أو في الحقل - تواجه أيضا تحديات حرارية، ويمكن أن تصبح العزلة قابلة للرش إذا تجاوزت مادة السترة درجة حرارتها المحددة، وقد تتوسع أجهزة الاتصال وتفقد ضغط الاتصال، وفي النظم اللاسلكية، تؤثر درجات الحرارة العالية على أداء الوحدات اللاسلكية ويمكن أن تخفض ناتج أجهزة الإرسال عن التآكل الحراري في أجهزة الإرسال.

الحلول الهندسية للنظم العالية التأشيرات

عمليات الإغلاق المجمَّعة وإدارة الحرارة

والحل الأكثر مباشرة هو عزل الأجهزة الإلكترونية الحساسة من مصدر الحرارة باستخدام أجهزة الكشف المصممة خصيصاً، وهذه الأجهزة عادة ما تكون مصنوعة من الفولاذ غير القابل للصدأ أو الألومين المزود بالمسحوق، وتحتوي على حاجز حراري هوائي - وكثيراً ما يكون تصميمها ذو جدران مزدوجة مع فجوات أو تلف رغوة.

وعندما تكون الطرق السلبية غير كافية، يصبح التبريد النشط ضروريا، ويمكن لمبردات كهرباء (Peltier) أن تعمم التبريد من خلال نظام مغلق، وأن تنقل الحرارة من داخل الضميمة إلى موقع بعيد، غير أن أجهزة التبريد الحرارية نفسها تولد حرارة على الجانب الساخن، مما يتطلب تفكك حراري مناسب، وبالنسبة للبيئات القصوى - مثل ما يتجاوز مباشرة ضغطاً في الفرن.

وثمة نهج بديل يتمثل في استخدام لوحات مجهزة بالبريد ] حيث يُلحق طبق بارد مباشرة بخلفية العرض، ويدخل البرودة من مبرد نائي ويمتص الحرارة من خلال السطح المتصاعد، وهذه الطريقة فعالة للغاية ولكنها تتطلب تصميما دقيقا لتجنب التكثيف داخل الضواحي (التي يمكن منعها عن طريق الحفاظ على درجة الحرارة الداخلية فوق السطح).

Remote and Distributed HMI Architectures

وربما تكون أكثر الاستراتيجيات فعالية للحرارة القصوى هي إزالة المشغل البشري من المنطقة الساخنة تماماً، ففي هيكل HMI ، تقع واجهة التحكم المادي في غرفة التحكم التي تخضع للسيطرة على المناخ أو في كشك خارجي يُبعد عن مصادر الحرارة، ويمكن ربط وصلات بين الواجهة البعيدة والآلات على المستوى الميداني (استخدام الوصلات الصناعية الاصطناعية ذات السعة الوعية).

وكثيرا ما تدعم نظم الرقابة الصناعية الحديثة زبون/تشكيلات الألواح السماكة ، وتدير محطة المشغل بروتوكولا مكتبيا قائما على شبكة الإنترنت أو عن بعد (مثل شركة VNC أو RDP) إلى خادم يقوم بتشغيل منطق شركة HMI، ويمكن وضع الخادم في منطقة مكيفة، بينما تقوم محطة طرف العميل - وهي محطة اتصال إلكترونية مجهزة بالشبكة.

كما أن البنايات الرادعة تحسن السلامة: يمكن للمشغلين أن يرصدوا العمليات ويتفاعلوا معها بينما يبتعدوا عن التعرض الحراري أو الآلات المتحركة أو المخاطر الكيميائية، ويفضل كثير من مديري النبات هذا النهج للمناطق ذات التمرين العالي، ويحتفظون باللوحات المحلية للمساندة أو التجاوز اليدوي فقط.

تكنولوجيات الاختبار المتقدمة لظروف هش

(أ) إذا كان العرض المحلي غير قابل للإبطال، فإن اختيار تكنولوجيا العرض أمر حاسم. Industrial-TFT-LCDs() يمكن أن يُقيَّم بالنسبة لمدى درجات الحرارة الممتدة (التي تتراوح بين 20 و80 درجة مئوية) ويمكن لهذه الأفرقة أن تستخدم مواد بلورة سائلة متخصصة ذات نقاط تصفية أعلى، بما يكفل بقاء الشاشة قابلة للقراءتها حتى عندما تكون ماء(ب)

For applications involving intense radiation heat, amorphous silicon (a-Si) or polysilicon (LTPS) TFTs are more stable than older technologies. Some manufacturers offer ]heat-reappant glass[Fhit:3] that has a high strainactive expansion

كما أن أساليب التعبئة ضرورية: فالربط البصري بالزجاج الخفي يقلل من التأملات الداخلية ويمنع التكثيف بين الطبقات، مما يحسن إمكانية القراءة تحت ضوء شديد من الضوء، وتتوفر الآن المعاطف المضادة للزراعة ذات الصبغة المزدوجة الغرض - ويقلل من الجليد من الضوء الواضح بينما يعكس وجود ما يقرب من الحمراء (لخفض التدفئة) - في المرافق التي يجب أن تمتثل لمعايير السلامة (مثل المتعهدين).

أجهزة الإنتاج والتفاعل مع المستعملين

وفي بيئات عالية التمرين، قد يكون من الأفضل إجراء فحوصات تقليدية باستخدام تكنولوجيا اللمسات المقاومة على اللمسات السائبة لأن الشاشات المقاومة أقل تأثرا بالتغيرات الناجمة عن الحرارة في الأسطح، غير أن الشاشات المقاومة تعتمد على طبقة عالية المرونة يمكن أن تتحلل بمرور الوقت تحت الحرارة المطولة.

وبالنسبة للمناطق الشديدة الحرارة، يمكن التفاعل غير المتصل بالمواجهة باستخدام التعرف على البادرة أو أجهزة الاستشعار القريبة أن تزيل الحاجة إلى لمس السطح الساخن.

وثمة خيار قوي آخر يتمثل في استخدام أجهزة الدفع والأجهزة التجريبية ] مع ملاجئ بلاستيكية حرارية ووصلات مزودة بالذهب، وكثيرا ما تختبر منتجات من صناعات موثوقة من أجل استمرار التشغيل عند درجة حرارة 70 درجة مئوية.

التلقائية والتكامل في مجال السلامة

والحد من الحاجة إلى التدخل اليدوي في المناطق الساخنة أكثر أماناً في جوهره. ] ينبغي أن تُدير مراقبة العمليات المحسوبة باستخدام مركبات PLCs أو نظم DCS أو الأجهزة الميدانية الذكية معظم العمليات الروتينية، وعندما يكون مطلوباً، ينبغي أن تكون سمات الإنذار واضحة مثل إغلاق أجهزة الإنذار التي تُحدث فيها الضوضاءة [LFudT].

(أ) أن تنفيذ التصميم البشري ] لأماكن العمل العالية التمرين يتطلب تصميم تدفق العمل في منطقة هونغ كونغ الإدارية الخاصة بحيث يتمكن المشغلون من أداء المهام بكفاءة دون أن يسرعوا، ويمكن لقطع البيانات الآلية أن يقلل الوقت الذي يتعين على المشغل أن يقضيه قرب العملية الساخنة، مثلاً بدلاً من قراءة رقم يدوي، يمكن للمشغل أن يسجل اتجاهات درجات الحرارة ويحذر المشغل من المجرى.

ويمكن للكاميرات الحرارية المدمجة في منطقة الهوتوكتين أن توفر في شكل مسافات بصرية من درجات الحرارة السطحية على المعدات، وتساعد المشغلين على تحديد البقع الساخنة من مسافة آمنة، مع وجود كاميرات بعيدة في منطقة الأمعاء، يمكن للمشغل أن يفتش فرناً من محطة مراقبة، ويدعم العديد من النظم الحديثة التابعة للمؤسسة هذا الإدماج.

أفضل الممارسات في مجال التنفيذ والصيانة

اختيار المواد واختبارها

وعند تحديد مركب HMI للاستخدام العالي التمرين، التحقق من أن جميع المكونات - ليس العرض فحسب - تُقيَّم للمحيط المتوقع، ويشمل ذلك إمدادات الطاقة (التي كثيرا ما تكون قد ارتفعت إلى 50 درجة مئوية)، والكابلات الداخلية، والوصلات، والأختام. UL و]

الصيانة الوقائية والتنبؤات

وحتى مصانع التهوية المزدحمة تتطلب إجراء فحص منتظم، وينبغي أن يتضمن جدول الصيانة التصوير الحراري للضميمة لضمان عدم إعاقة مراوح التبريد أو مصارف الحرارة، وينبغي رصد درجة الحرارة الداخلية وتسجيلها من خلال التشخيصات الخاصة بشركة HMI (تعرض الألواح الصناعية السائلة على متن السفينة أجهزة الاستشعار من درجة الحرارة) ويمكن تنفيذ الصيانة الافتراضية باستخدام التعلم الآلاتي في بيانات درجات الحرارة، مثلاً، وجود اتجاه تدريجي نحو أعلى في الداخل.

النماذج الحرارية ومحاكاة التصميم

وخلال مرحلة التصميم، يمكن أن تتنبأ ديناميات السوائل الحاسوبية بكيفية تدفق الحرارة حول مسرد داخله، مما يتيح للمهندسين أن يفضوا إلى وضع التهوية، وموقع المروحة، والعزل، كما أن محاكاة التحميل بالطاقة الشمسية والحرارة الإشعاعية من المعدات المتاخمة تضمن أن تكون القدرة على التبريد كافية، وأن تكون هذه النماذج توفر تعديلات ميدانية باهظة فيما بعد.

دراسة حالة: HMI Upgrade in a Steel rolling Mill

وقد حل محل مطحن من الصلب في الغرب الأوسط محل محطات المشغل القديمة التي بها أجهزة كشف جديدة من الصلب غير القابل للصدأ تبلغ من العمر ٦٦١ درجة، تحتوي على عرضات عالية الدقة من ٢١ بوصة، وكانت درجات الحرارة المحيطة بالقرب من المشغل تتجاوز في كثير من الأحيان ٥٥ درجة مئوية.

الاتجاهات المستقبلية في تصميمات شركة HMI

Emerging technologies promise further improvements. Silicon carbide (SiC) electronics) can operate at junction temperatures exceeding 200 °C, potentially allowing sensor interface to be placed directly on hot equipment. ]Flexible hybrid electronics

خاتمة

إن تصميم تكنولوجيات الطاقة الارتجاعية في البيئات الصناعية ذات التمرين العالي يتطلب نهجا منهجيا يعالج التدهور الحراري للالكترونيات، وسلامة المشغلين، وقابلية القراءة، وسلامة البيانات، إذ أن الجمع بين تصميمات الضبط القوي، والهيكلات النائية، وتكنولوجيات العرض المتقدمة، والتشغيل الآلي المدروس، يمكن للمهندسين أن يخلقوا وصلات بينية دائمة وآمنة على السواء، ومع أن التحديات كبيرة، فإن الحلول المتاحة اليوم - من خلال عمليات الصيانة المكيفية إلى حد كبير