تصميم وتنفيذ الأتمتة الصناعية القائمة على GSM 

الهدف الرئيسي لتصميم وتنفيذ نظام أمان للأتمتة الصناعية يرتبط على نظام “GSM” مرن وفعال من حيث التكلفة وقوي، وهناك حاجة إلى نظام الأتمتة الصناعية القائم على “GSM” لضمان راحة الركاب وسلامتهم، حيث يعمل هذا النظام على كشف السرقة وتسريب الغازات الضارة والدخان الناتج عن الحريق وبعد اكتشاف نشاط مشبوه، كما يقوم بإرسال رسالة إنذار إلى رقم المالك وكذلك أفراد الأمن.

ما هي الأتمتة الصناعية أو التحكم العددي؟

الأتمتة الصناعية أو التحكم العددي: هو استخدام أنظمة التحكم مثل أجهزة الكمبيوتر للتحكم في الآلات والعمليات الصناعية، ممّا يقلل من الحاجة إلى القوى العاملة، ويحتاج تشغيل والتحكم في المعدات والعمليات الصناعية الحديثة إلى الكثير من المستشعرات لمراقبة العديد من معلمات الأنظمة.

• “GSM” هي اختصار لـ “Global System for Mobile Communications”.

كيفية تصميم وتنفيذ الأتمتة الصناعية القائمة على GSM:

يتكون النظام من مودم “GSM” متحكم دقيق ومستشعرات متنوعة ومرحلات وذاكرة وشاشة “LCD” حيث إذا أراد المستعمل التحكم في النظام من مكان بعيد، فيجب إرسال أمر “SMS” من هاتفه المحمول المسجل يدل على تشغيل الجهاز، كما يتلقى مودم “GSM” المشمل مع وحدة التحكم الدقيقة أمر المستخدم، ووفقاً للرسالة المستلمة سيعمل “Microcontroller” بتفعيل أو إيقاف تفعيل المرحلات.

يتكون النظام بشكل أولي من ثلاثة مكونات “GSM MODEM” ودائرة الواجهة التي تحتوي على أجهزة الاستشعار المختلفة المستخدمة.

1- هندسة النظام:

يُظهر الرسم التخطيطي لدائرة الواجهة وتوصيلات مصدر الطاقة الرئيسي في الرسم التخطيطي التالي حيث يتصل “GSM” بالمستخدم، وكذلك مركز الشرطة ورجال الإطفاء عبر الشبكة الخلوية المتنقلة ووظيفة “GSM MODEM” هي الاتصال عن بعد بين المستخدم، ومن خلال الهاتف المحمول ووحدة التحكم من خلال معيار الاتصال التسلسلي “RS232”.

تتأكد وحدة التحكم الدقيقة باستمرار من مخرجات أجهزة الاستشعار المتنوعة وترسل الرسائل عبر شبكة “GSM” في حالة الطوارئ، والمتحكم الدقيق مرتبط بأجهزة مختلفة، مثل كاشف الدخان وكاشف الحركة ومستشعر الأشعة تحت الحمراء و”LDR” من خلال المرحلات، كما تم إنشاء دائرة عرض تحتوي على متحكم مبرمج ومودم “GSM” بواسطة المنفذ التسلسلي للمودم “serial port”، وكذلك أجهزة الاستشعار كأجهزة إدخال وتلك المتصلة بالمتحكم الدقيق والمرحلات.

• “LCD” هي اختصار لـ “Liquid Crystal Display”.

• “SMS” هي اختصار لـ “Short Message Service”.

2- وحدة امدادات الطاقة:

تعطي وحدة الإمداد بالطاقة جهدين للتيار المستمر هي “5 فولت” و”12 فولت” لاستعمالات متنوعة وللحصول على مصدر طاقة “5 فولت” و”12 فولت” من دائرة واحدة، كما تستسلم أنابيب التيار المتردد عن طريق محول تنحى “T1” مصححاً بواسطة مقوم الجسر “B1” ويتم ترشيحه بواسطة مكثف التنعيم “C1” للحصول على مستوى جهد ثابت للتيار المستمر، ويستعمل منظم الجهد “IC 7805” للحصول على “5V DC”، ويستعمل منظم الجهد “IC 7812” للحصول على “12V DC”.

• “DC” هي اختصار لـ “Direct Current”.

• “IC” هي اختصار لـ “Integrated circuit”.

3- متحكم AT89S52:

متحكم “AT89S52”: هو عبارة عن متحكم دقيق “CMOS” في “8 بت” منخفض الطاقة وعالي الأداء مع “8 كيلو بايت” من ذاكرة فلاش أي في ذاكرة النظام القابلة للبرمجة، وتم تصنيعه بواسطة “Atmel” بتقنية ذاكرة غير متطايرة عالية الكثافة ومتوافق مع مجموعة التعليمات القياسية “80c51″ و”pinout”.

الهدف الرئيسي لوحدة التحكم الدقيقة “8051” في نظام أمان الأتمتة الصناعية المعتمد على “GSM” هو برمجة وحدة التحكم الدقيقة بأسلوب يبحث دائماً عن المدخلات من المستشعرات، وإذا انفصل الميكروكونترولر عن طريق إشارة من أي من أجهزة الاستشعار، فسوف يقدم أوامر من خلال “GSM MODAM” إلى الهاتف المحمول للمستعمل عن طريق إرسال رسالة نصية قصيرة.

شاشة “LCD” متصلة بالمتحكم الدقيق لإظهار حالة “MODEM” وحالة المستشعر، وعلى سبيل المثال إذا كان المتحكم الدقيق يعمل على تهيئة “MODEM”، وإذا كان هناك أي حال فقد فشل “MODEM” في التهيئة ولا يعرف المستعمل ما يحدث في النظام، لذلك يتم استخدام شاشة “LCD” لعرض الحالة.

• “CMOS” هي اختصار لـ “Complementary Metal Oxide Semiconductor”.

4- مودم GSM:

يتم استخدام مودم “GSM” أو “GPRS SIM900A” يعمل على ترددات “900 ميجاهرتز” أو “1800ميجاهرتز” ويأتي المودم مع واجهة “RS232″، والتي توفر لك الربط بجهاز كمبيوتر وكذلك متحكم دقيق بشريحة “RS232 MAX232″، كما يتم جعل سرعة البث بالباود من “9600-115200” بواسطة أمر “AT”، وباستعمال هذا المودم يمكن إجراء مكالمات صوتية ورسائل نصية قصيرة وقراءة الرسائل القصيرة وحضور المكالمات الواردة والإنترنت واسطة أمر “AT” بسيط.

سمات مودم GSM:

• ثنائي النطاق “GSM / GPRS” له تردد “900/1800” ميجاهرتز.

• معدل الباود شكلي.

• حامل بطاقة “SIM”.

• شاشة “LED” مدمجة لحالة الشبكة.

• يتم استعمال بروتوكولات “TCP / IP” قوية تحمل في داخلها عوامل لنقل بيانات الإنترنت عبر “GPRS”.

ملاحظة:“GPRS” هي اختصار لـ “General Packet Radio Service” و”SIM” هي اختصار لـ “Subscriber Identity Module”.

ملاحظة:“TCP / IP” هي اختصار لـ “Transmission Control Protocol/ Internet Protocol”.

ملاحظة:“LED” هي اختصار لـ “Light-Emitting Diode”.

5- كابل “RS232”:

كابل “RS-232”: هو كابل اتصال يستخدم بشكل شائع لنقل واستقبال البيانات التسلسلية بين جهازين كما يوفر الاتصال بين “MODEM” والمتحكم الدقيق.

6- جهاز استشعار الدخان:

جهاز كشف الدخان: هو جهاز استشعار الدخان الذي يشير إلى الحريق، وأجهزة كشف الدخان مفيدة جداً في المنازل والمكاتب والمدارس والصناعات، كما يكتشف مستشعر “MQ-2” وجود غاز ودخان قابل للاحتراق بتركيزات من “300 إلى 10000 جزء في المليون”، ويمكن توصيل هذا بسهولة بالمتحكم الدقيق وعندما يكتشف الدخان أي دخان أو حريق، فإنّه يرسل إشارات إلى وحدة التحكم الدقيقة، ثم يرسل “MC” رسالة قصيرة إلى هاتف المستخدم المحمول.

7- مقاوم يعتمد على الضوء “LDR”:

جهاز “LDR”: هو جهاز له مقاومة متغيرة تتغير مع شدة الضوء التي تسقط عليه، كما تسمح هذه الميزة باستخدامها في تطبيقات استشعار الضوء، ويمكن استخدام هذا المستشعر لغرض تشغيل أو إطفاء الأضواء.

أهمية الأتمتة:

• يمكن أن تحسن الأتمتة الإنتاجية والجودة، ومن أجل الحصول على هذه الفوائد من الضروري تثقيف العمال حول الآلات، ويجب على الشركات التفكير في أهدافها من الأتمتة قبل دمج أي آلة.

• نظراً لأنّ تقنية أتمتة المصانع أصبحت أكثر قدرة وأكثر وظيفية وانتشاراً في كل مكان، فإنّ معناها وغرضها يأخذان العديد من التفسيرات.

• توفر أتمتة المصانع معلومات متزايدة عن المنتج والعملية وتحسن جودة المنتج.

• تُستخدم التكنولوجيا بعدة طرق ولأغراض عديدة مختلفة لدرجة أنّه يكاد يكون من المستحيل الحصول على تعريف واحد يتضمن جميع الحلول التي يوفرها أتمتة المصنع.

• يمكن تكوين قوالب البيانات المختلفة الخاصة بها لتلبية احتياجات المعلومات الإدارية والتنفيذية.

• يقدم بيانات في الوقت الفعلي من شأنها أن تساعد في القيام بشيء ما بالمعلومات واتخاذ قرار مناسب.

• أظهرت مراقبة النظام أنّ تكاليف الوحدة تباينت بنسبة تصل إلى “50%” على مدار النوبات الثلاث اليومية.

• أدى توفير التدريب المناسب للمشغلين إلى زيادة الإنتاجية وتكلفة وحدة أكثر اتساقاً.

• تعد إمكانات أتمتة المصانع متعددة الأوجه وتوفر إجابات للأسئلة المطروحة عليها.

• نظراً لوجود عدد أقل من المكونات الميكانيكية، يمكن للشركة المصنعة للمعدات الأصلية توصيل المطبعة بتكلفة أولية أقل للطابعة أو الناشر.

• إنّ زيادة الإنتاجية هي النداء الواضح لمصنّع المعدات الأصلية، يجب على المستخدمين النهائيين التعامل مع قائمة متزايدة من فرص أتمتة المصانع، وهو ما يمثل تحدياً لتنفيذ أتمتة المصانع الناجحة.

• يمكن أن يؤدي أيضاً إلى تقليل انقطاع التيار الكهربائي في المصنع وتحسين وقت التشغيل.