قیمت، یکی از اولین مواردی است که مدیران سیستم ها هنگام انتخاب تجهیزات و دستگاه های صنعتی به آن توجه می کنند. این مسئله کاملا طبیعی است که هر مجموعه بخواهد هزینه های راه اندازی و اجرای پروژه را مدیریت نماید؛ اما آیا ارزان تر بودن یک تجهیز همیشه باعث صرفه جویی در هزینه ها می شود؟
در نظر بگیرید در یک خط تولید، موتور الکتریکی باید نوار نقاله را به حرکت در آورد. عملکرد این موتور صنعتی وابسته به تجهیزات اتوماسیون و کنترلی مانند اینورتر، پی ال سی، رله، کنتاکتور و … است. در صورتی که یکی از اجزای سیستم به درستی انتخاب نشده باشد یا نتواند عملکرد مورد نیاز پروژه را ارائه دهد، ممکن است فرایند تولیدات با اختلال رو به رو شود و یا حتی خط تولید در زمان طولانی متوقف گردد. در این شرایط، هزینه صرفا مربوط به تعویض و جایگزینی تجهیز نیست بلکه توقف خط تولید ممکن است خسارات بسیار زیادی را به همراه داشته باشد.
براساس گزارش منتشر شده از سوی برند ABB به عنوان کمپانی مطرح تولید کننده تجهیزات اتوماسیون و برق صنعتی، در سال 2025 میلادی در یک نظر سنجی از 3600 تصمیم گیرنده صنعتی، 83 درصد پاسخ دهندگان اعلام کرده اند که توقف برنامه ریزی نشده و ناگهانی خط تولید دست کم 10 هزار دلار در ساعت برای صنایع هزینه اضافی ایجاد می کند. هر چند این رقم در صنایع مختلف متفاوت است اما بیان می کند که هزینه توقف تولید می تواند بسیار بیشتر از اختلاف قیمت اولیه تجهیز باشد.
بنابراین می توان گفت، سطح اطمینان تجهیزات، عمر کاری آن ها که توسط برندها مشخص می شود در کنار تداوم تولید تا چه اندازه اهمیت دارد. به همین منظور، هنگام انتخاب تجهیزات صنعتی باید سوالی مهم تر از قیمت مطرح شود، آیا تجهیزات انتخاب شده می توانند در شرایط کاری مورد نظر پروژه و سیستم در کنار هم عملکردی مطمئن و سازگار با نیاز داشته باشند؟
ناهماهنگی تجهیزات صنعتی؛ وقتی قیمت پایین، گران تمام می شود!
در یک سیستم اتوماسیون صنعتی، هر تجهیز وظیفه مشخصی بر عهده دارد و عملکرد درست آن باید در کنار دیگر اجزا بررسی شود. به طور مثال، در یک خط تولید مجهز به کانوایر، PLC وظیفه کنترل و هماهنگ سازی مراحل مختلف فرایند را برعهده دارد. سنسورها اطلاعات مربوط به وضعیت محصولات را به سیستم کنترل ارسال می کنند و اینورتر(VFD) نیز با تنظیم فرکانس و ولتاژ خروجی، سرعت و عملکرد موتور الکتریکی را متناسب با نیاز سیستم کنترل می کند. در کنار این تجهیزات، کنتاکتور و رله ها به عنوان تجهیز کنترلی برای قطع و وصل مدارهای قدرت و همچنین کلیدهای حفاظتی مانند کلید مینیاتوری، کلید حرارتی، کلید اتوماتیک و هوایی برای کاهش خطای اضافه جریان و اتصال کوتاه به کار می روند. در چنین ساختاری، انتخاب درست هر تجهیز به تنهایی کافی نیست و لازم است سازگاری آن ها با دیگر تجهیزات بررسی شود. برای نمونه، اینورتری که توان اسمی آن با توان موتور مطابقت دارد، صرفا برای هر کاربردی قابل استفاده نیست. بلکه نوع بار، گشتاور مورد نیاز در زمان راه اندازی Starting Torque، مدت زمان شتاب گیری Acceleration Time، زمان کاهش سرعت Deceleration Time، تعداد دفعات روشن و خاموش شدن و شرایط دمایی محیط می توانند بر انتخاب دستگاه کنترل کننده دور موتور تاثیر بگذارند. این عوامل در کاربری های سنگین که به گشتاور راه اندازی بالا نیاز دارند، اهمیت بیشتری دارد. یا مثلا انتخاب کنتاکتور باید بر اساس جریان عملیاتی متناسب با دسته عملکردی(AC-1/AC-3/AC-4)، ولتاژ کاری و چرخه قطع و وصل صورت گیرد. در واقع کنتاکتور به تنهایی حفاظت کاملی در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه را فراهم نمی کند و باید برای حفاظت سیستم از کلیدهای حفاظتی ایمن و مناسب استفاده شود.
علاوه بر این، هماهنگی در بخش کنترل و ارتباطات اهمیت بسیار زیادی دارد. اگر PLC و درایو از نظر پروتکل های ارتباطی مانند EtherCAT ،PROFINET و Modbus، تنظیمات شبکه یا نحوه تبادل دیتا با هم سازگار و هماهنگ نباشند، ممکن است راه اندازی سیستم پیچیده تر شده و با دشواری همراه باشد. بنابراین در پروژه هایی که چندین تجهیز از برندهای مختلف استفاده می شوند، سازگاری اجزا باید قبل از خرید به طور کامل ارزیابی شود.
در صورتی که انتخاب صرفا از روی قیمت باشد و به سازگاری و عملکرد تجهیزات در کنار هم توجه نشود، هزینه های نهایی سیستم از قیمت اولیه تجهیزات بالاتر می رود.
از پروژه های کوچک تا خط تولید سنگین؛ کدام برند را انتخاب کنیم؟
در بازارهای اتوماسیون صنعتی، برندهای متعددی با سبد محصولات کامل و سطح قیمت متفاوت فعالیت دارند. زیمنس، اشنایدر و ABB به عنوان برندهای اروپایی شناخته شده، به تولید انواع اینورتر(درایو فرکانس متغیر)، پی ال سی، رله کنترل فاز، HMI، کنتاکتور و تجهیزات حفاظتی می پردازند. در مقابل برندهایی با قیمت نسبتا اقتصادی تر مانند LS، دلتا، چینت، پارس فانال جزء شرکت های میان رده هستند. قیمت تجهیزات هر برند بر اساس قطعات به کار رفته در ساخت، رعایت استانداردهای بین المللی IEC ،UL و همچنین قابلیت های پیشرفته آن ها توسط کمپانی سازنده مشخص می شود. اصلی ترین موضوع در انتخاب دقیق، در نظر گرفتن نیاز و نوع پروژه است. مثلا جنس تیغه های قدرت، کنتاکتور اشنایدر (در بعضی مدل ها) از ترکیب نقره و اکسید قلع است، نقره به دلیل رسانایی الکتریکی بالا، ماده کاربردی برای ساخت این قطعه به حساب می آید و ترکیب آن با نیکل و قلع مقاومت آن را بالا می برد همچنین بدنه تجهیزات این برند از جنس پلیمر بوده که در برابر گرما ذوب نمی شود. در مقابل بعضی از برندهای ایرانی در ساخت بدنه تجهیزات از باکالیت استفاده می کنند که ممکن است در اثر حرارت شدید ناشی از اتصال کوتاه، کربنی و تخریب شود و با کاهش مقاومت عایقی احتمال نشتی جریان و ایجاد قوس الکتریکی را افزایش دهد. نکته اصلی این مسئله است که؛ شاید با انتخاب یک تجهیز اقتصادی و یا به اصطلاح میان رده در پروژه های کوچک تا حد زیادی راندمان سیستم حفظ شود و بتوانید در هزینه ها صرفه جویی نمایید. اما این موضوع برای پروژه های سنگین مانند خطوط تولید بسته بندی، صنایع غذایی، سیستم های روشنایی صنعتی و… صدق نمی کند و ممکن است هر اختلالی در عملکرد تجهیزات منجر به بروز خطاها و صدمات سنگین به کاربری شود و خسارت های زیادی در پی داشته باشد.
تجهیزات حفاظتی؛ آخرین سد دفاعی در برابر خسارت های سنگین
در کنار انتخاب تجهیزات اتوماسیون صنعتی، توجه به تجهیزات حفاظتی در افزایش ایمنی سیستم های الکتریکی نقش بسیار مهمی دارد. تجهیزاتی مانند کلیدهای مینیاتوری MCB، کلیدهای اتوماتیک کمپکت MCCB، کلید هوایی ACB با توجه به ساختار و ویژگی های فنی، وظیفه حفاظت از مدارهای الکتریکی را برعهده دارند. انتخاب غیر اصولی این کلیدها می تواند باعث بروز خطاهای الکتریکی شود و به تجهیزات داخل تابلو برق صدمات جدی وارد نماید. به طور مثال، در زمان بروز اتصال کوتاه، ممکن است جریان عبوری از مدار در مدت کوتاهی به چند برابر جریان اسمی برسد. در صورتی که قدرت قطع کلید حفاظتی کافی نباشد، ممکن است نتواند جریان برق را قطع کند و باعث ایجاد قوس الکتریکی شدید، تخریب کلید و آسیب به تجهیزات شود و همچنین در شرایط خاص، خطر آتش سوزی و برق گرفتگی را افزایش دهد. اهمیت این موضوع در استانداردهای جهانی مورد توجه قرار گرفته است. به طوری که؛ استاندارد IEC 60947-2 الزامات مربوط به مدار فشار ضعیف را در شرایط خطای اتصال کوتاه و اضافه بار و تست های مربوط به قدرت قطع مشخص می کند. بنابراین در زمان انتخاب کلیدهای حفاظتی علاوه بر جریان اسمی، باید به قدرت قطع، شرایط نصب و استانداردهای جهانی ساخت آن که توسط برند رعایت شده است، توجه نمایید.
قدرت قطع کلیدهای حفاظتی؛ عدد بزرگتر همیشه به معنای حفاظت بهتر نیست!
همان طور که قبل تر بیان کردیم، یکی از فاکتورهای مهم در انتخاب کلید حفاظتی، ظرفیت قطع اتصال کوتاه است؛ متغیری که نشان می دهد کلید در صورت وقوع اتصال کوتاه تا چه میزان می تواند جریان خطا را قطع کند. اما مشخصات فنی کلیدها که روی بدنه تجهیز یا کاتالوگ درج شده است به تنهایی معیار دقیقی نیست. دو پارامتر مهم در این زمینه، ظرفیت قطع نهایی اتصال کوتاه Icu و ظرفیت قطع سرویس Ics هستند که؛ مطابق استاندارد IEC 60947-2 تعریف می شوند. در واقع Icu به حداکثر جریان اتصال کوتاهی اشاره دارد که کلید در شرایط تست استاندارد قادر به قطع آن است؛ اما بعد از تست، ممکن است تجهیز حفاظتی مثل کلید اتوماتیک، برای ادامه کار به بررسی، تعمیر یا تعویض نیاز داشته باشد. در مقابل، Ics که ظرفیت قطع سرویس است، نشان می دهد کلید در تست مربوطه، بعد از قطع جریان خطا تا چه مقدار قابلیت ادامه سرویس را حفظ می کند. نسبت این دو پارامتر با ضریب اعلام شده برند سازنده مشخص می شود و مقدار Ics می تواند درصدی از Icu یا برابر آن باشد. به عنوان مثال، اگر دو کلید اتوماتیک هر دو قدرت قطع نهایی به مقدار 36 کیلو آمپر داشته باشند، اما مقدار (قدرت قطع سرویس) Ics یکی 18 کیلو آمپر و دیگر 36 کیلو آمپر باشد، از لحاظ ظرفیت قطع سرویس یکسان نیستند. هر چند که انتخاب نهایی به جریان اتصال کوتاه در محل نصب، مشخصات شبکه برق، هماهنگی حفاظتی و موقعیت پروژه بستگی دارد. در نتیجه نمی توان تنها بر اساس این دو عدد، یک کلید را در هر کاربردی استفاده کرد.
نکته مهم: ظرفیت قطع کلید باید با شرایط واقعی شبکه هماهنگ باشد. یعنی انتخاب کلیدی با قدرت قطع کمتر از جریان اتصال کوتاه ناگهانی، می تواند عملکرد ایمن سیستم را به خطر بیندازد. از سوی دیگر، انتخاب تجهیزی با قابلیت های بیشتر از نیاز پروژه، بدون بررسی پارامترهای دیگر، به معنای انتخاب بهینه نیست. در پروژه های حساس، بررسی دفترچه راهنمای محصول(اطلاعات فنی)، گزارش تست معتبر برای مدل و محدوده جریان مورد نظر، بخشی از فرایند انتخاب استاندارد کلیدهای حفاظت کننده است.
واحد حفاظتی و قطعات یدکی؛ هزینه هایی که در فاکتور دیده نمی شود
در بعضی از کلیدهای حفاظتی مثل کلید کامپکت، تفاوت میان مدل ها فقط به جریان اسمی یا قدرت قطع محدود نمی شود، بلکه مکانیزم حفاظتی Trip Unit نیز می تواند بر عملکرد و امکانات کلید تاثیر بگذارد. مکانیزم های حرارتی-مغناطیسی معمولا حفاظت اضافه بار و اتصال کوتاه را فراهم می کنند، در حالی که مدل های پیشرفته تر ممکن است قابلیت تنظیم دقیق تر و تاخیرهای حفاظتی، امکانات اندازه گیری و ارتباطات صنعتی را ارائه دهند. اگر بخواهیم از برندهای مختلف در این خصوص مثال بزنیم، می توان گفت در کلیدهای اتوماتیک اشنایدر، واحدهای حفاظتی Micrologic با توجه به مدل، قابلیت های متفاوتی دارند. Micrologic 2 حفاظت اضافه بار و اتصال کوتاه آنی (LI)، مدل Micrologic 5 حفاظت اتصال کوتاه با تاخیر کوتاه و آنی و اضافه بار (LSI) و Micrologic 6 حفاظت LSIG با حفاظت در برابر خطای زمین ارائه می شود. بعضی مدل های سری 3VA زیمنس، از واحد حفاظت برقی ETU برخوردار هستند. البته در برخی از مدل های رده بالای کلید حفاظتی برند چینت و LS نیز حفاظت LSI وجود دارد. هر چند که باید امکانات دقیق، پروتکل های ارتباطی و امکانات قابل تنظیم با توجه به کدفنی مدل مورد نظر بررسی شود و صرف عبارت تریپ الکترونیکی به معنای بهره مندی از قابلیت های حفاظتی نیست. انتخاب تجهیز حفاظتی باید با بررسی جریان های خطا انجام شود تا در زمان بروز آن، فقط بخش معیوب از مدار جدا گردد و دیگر قسمت های سیستم به درستی کار کنند. لازم به ذکر است، در تجهیزاتی که قرار است مداوم و طولانی مدت در تابلو برق استفاده شوند، دسترسی به قطعات یدکی مهم است. در بعضی از برندهای اقتصادی، توقف تولید یا تغییر مدل ممکن است تامین قطعه جایگزین را با محدودیت همراه کند و نیاز به صرف هزینه بیشتر برای تامین قطعه یا جایگزینی تجهیز دیگر باشد.
نتیجه گیری
در انتخاب تجهیزات صنعتی، قیمت پایین همیشه به معنای صرفه جویی نیست؛ زیرا انتخاب اشتباه می تواند هزینه های تعمیر و تعویض را افزایش دهد و به تجهیزات آسیب برساند. بنابراین، با بررسی نیازهای پروژه، مقایسه مشخصات فنی برندهای مختلف و انتخاب تجهیزات استاندارد و سازگار با سیستم، می توان از هزینه های اضافی جلوگیری کرد و عملکرد دقیق و ایمن صنایع را حفظ نمود.
