Thiết bị tự động hóa là gì? Phân loại và ứng dụng trong công nghiệp

Tự động hóa đóng vai trò then chốt trong sự phát triển của nền công nghiệp hiện đại, mang lại khả năng gia tăng năng suất và tối ưu hóa chi phí cho các doanh nghiệp. Việc ứng dụng các thiết bị tự động hóa trong sản xuất đang trở thành xu hướng tất yếu. 

Vậy thiết bị tự động hóa là gì và bao gồm những loại hình nào? Bài viết sau đây của DACO sẽ cung cấp thông tin chi tiết về chủ đề này.

Thiết bị tự động hóa là gì?

Thiết bị tự động hóa là các loại máy móc, công cụ được thiết kế và lập trình để thực hiện các tác vụ một cách tự động, dựa trên sự điều khiển và giám sát (trực tiếp hoặc gián tiếp) của con người. Mục đích chính là nâng cao hiệu suất làm việc, tăng năng suất và giảm thiểu sự can thiệp của con người trong các quy trình lặp đi lặp lại, nguy hiểm hoặc đòi hỏi độ chính xác cao.

Thiết bị tự động hóa được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm cơ khí, chế tạo, xây dựng, điện tử, thực phẩm và đồ uống. Các lợi ích cốt lõi của việc triển khai tự động hóa bao gồm: 

• Thúc đẩy năng suất và hiệu quả sản xuất
• Tiết kiệm chi phí nhân công và chi phí hoạt động
• Tăng cường chất lượng và độ tin cậy của sản phẩm
• Cải thiện môi trường làm việc, đảm bảo an toàn cho công nhân

Thiết bị tự động hóa: Những chức năng thiết yếu

Thiết bị tự động hóa trong sản xuất ngày càng đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất công nghiệp đến giao thông vận tải. Chức năng chính của chúng là thực hiện các nhiệm vụ một cách tự động, giúp con người giảm thiểu sức lao động và nâng cao hiệu quả công việc. Cụ thể, các thiết bị này đảm nhận những chức năng sau:

Tự động hóa quy trình sản xuất

Nhờ khả năng thực hiện chính xác và nhanh chóng các tác vụ lặp đi lặp lại, thiết bị tự động hóa giúp nâng cao năng suất và hạn chế tối đa sai sót. Không chỉ vậy, chúng còn đảm bảo sự ổn định và hiệu quả cho các quy trình sản xuất phức tạp thông qua khả năng điều khiển và giám sát chặt chẽ.

Truyền tải và xử lý dữ liệu

Nhiều thiết bị có khả năng thu thập, truyền tải và xử lý dữ liệu, giúp giám sát và điều khiển hoạt động của hệ thống từ xa. Điều này cho phép người vận hành có thể theo dõi và điều chỉnh các thông số hoạt động một cách linh hoạt.

Tương tác người-máy

Các thiết bị tự động hóa đóng vai trò là giao diện giữa con người và máy móc, giúp con người có thể điều khiển và tương tác với máy móc một cách dễ dàng.

Ví dụ, các hệ thống điều khiển tự động có thể hiển thị thông tin về trạng thái hoạt động của máy móc và cho phép người vận hành đưa ra các lệnh điều khiển.

Tối ưu chi phí, sử dụng hiệu quả tài nguyên

Tự động hóa giúp giảm thiểu chi phí lao động, chi phí nguyên vật liệu và chi phí năng lượng. Các thiết bị tự động hóa có thể hoạt động liên tục và hiệu quả, giảm thiểu lãng phí và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên.

Đảm bảo an toàn

Trong những môi trường làm việc nguy hiểm, thiết bị tự động hóa trong sản xuất có thể thay thế con người thực hiện các nhiệm vụ, giảm thiểu nguy cơ tai nạn lao động.

Ví dụ như các Robot hàn, trong các môi trường độc hại.

Ngoài ra, tự động hóa còn được thực hiện thông qua nhiều phương thức khác nhau, bao gồm cơ khí, thủy lực, khí nén, điện, điện tử và máy tính, cho phép ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Các loại thiết bị tự động hóa trong sản xuất công nghiệp phổ biến

Trong môi trường sản xuất công nghiệp hiện đại, thiết bị tự động hóa đóng vai trò then chốt để nâng cao năng suất, chất lượng và hiệu quả. Một số loại thiết bị tự động hóa tiêu biểu thường được sử dụng bao gồm:

Robot công nghiệp

Robot công nghiệp là những cỗ máy tự động được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy với khả năng hoạt động liên tục 24/7 giúp tối ưu hóa hiệu suất sản xuất. Đặc biệt, robot công nghiệp vô cùng hữu ích trong các môi trường làm việc khắc nghiệt, độc hại hoặc nguy hiểm, nơi con người khó hoặc không thể làm việc.

Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu cho robot công nghiệp có thể khá cao, nhưng hiệu quả mà chúng mang lại thường giúp nhà máy thu hồi vốn chỉ trong vòng 6 tháng. Robot công nghiệp có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất khác nhau, bao gồm hàn, xử lý vật liệu, lắp ráp, xếp dỡ hàng hóa và sơn.

>>>Xem thêm: Tìm hiểu về robot công nghiệp và ứng dụng trong sản xuất

Bộ điều khiển PLC

PLC, viết tắt của Programmable Logic Controller, là thiết bị điện tử có khả năng lập trình để thực hiện các thuật toán điều khiển logic. Cấu tạo của PLC gồm ba phần chính:

• Bộ nhớ: Lưu trữ chương trình điều khiển, có thể mở rộng để đáp ứng nhu cầu phức tạp.
• Bộ xử lý: Thực thi các lệnh điều khiển và giao tiếp với các module đầu vào/đầu ra.
• Module đầu vào/đầu ra: Kết nối với các cảm biến và thiết bị chấp hành, cho phép PLC tương tác với thế giới bên ngoài.

PLC có nhiều biến thể khác nhau, được phân biệt bởi các đặc tính kỹ thuật như số lượng đầu vào/đầu ra, dung lượng bộ nhớ, tốc độ xử lý và khả năng giao tiếp. Sự đa dạng này cho phép lựa chọn PLC phù hợp với từng ứng dụng cụ thể.

PLC đóng vai trò then chốt trong tự động hóa công nghiệp, được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như dây chuyền sản xuất, hệ thống xử lý nước thải và các máy móc công nghiệp tốc độ cao.

Cảm biến

Cảm biến (sensor) là thiết bị điện tử có khả năng đo lường và chuyển đổi các thông số vật lý như áp suất, tốc độ, nhiệt độ, ánh sáng và các yếu tố môi trường khác thành tín hiệu điện. Tín hiệu này được truyền đến bộ điều khiển hoặc phần mềm để xử lý và phân tích.

Cảm biến hiện đại được chế tạo từ các đầu dò có tính chất điện tử thay đổi theo sự biến đổi của môi trường. Cấu tạo cơ bản của một cảm biến thường bao gồm các phần tử mạch điện tử.

Cảm biến có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau, bao gồm cảm biến thụ động, cảm biến chủ động, cảm biến kỹ thuật số, cảm biến analog. Tuy nhiên, cách phân loại phổ biến nhất là dựa trên loại tín hiệu đo được, bao gồm cảm biến quang, cảm biến tiệm cận, cảm biến hồng ngoại, cảm biến áp suất và cảm biến nhiệt độ.

Trong sản xuất công nghiệp, cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thiết bị và đảm bảo chất lượng sản phẩm. Ví dụ, chúng được sử dụng để ngắt mạch điện khi quá tải, quá nhiệt hoặc độ ẩm cao, ngăn ngừa hư hỏng thiết bị. Trong ngành sản xuất ô tô, cảm biến được ứng dụng trong nhiều công đoạn khác nhau, từ phát hiện khuyết tật trên thân xe, kiểm tra vị trí linh kiện trên băng tải, nhận biết vị trí động cơ đến kiểm tra chất lượng sơn

Hệ thống Băng tải & Vận chuyển Tự động

Hệ thống băng tải và AGV đảm nhận việc vận chuyển nguyên vật liệu và sản phẩm trong nhà máy. Băng tải (con lăn, xích, đứng…) di chuyển hàng hóa liên tục trên các tuyến đường cố định. Xe tự hành (AGV) vận chuyển hàng hóa linh hoạt hơn theo các tuyến đường được lập trình, không cần người lái, tăng hiệu quả logistics nội bộ. 

Màn hình HMI

Màn hình HMI (Human Machine Interface – Giao diện Người-Máy) là thiết bị đóng vai trò trung tâm trong việc tương tác giữa con người và máy móc. Chúng cung cấp một giao diện trực quan, cho phép người vận hành dễ dàng theo dõi và điều khiển các quá trình tự động hóa. Nhờ thiết kế thân thiện, người dùng có thể nhanh chóng nắm bắt thông tin và thực hiện các thao tác điều khiển một cách hiệu quả.

Hệ thống SCADA

Hệ thống SCADA cho phép giám sát toàn bộ quá trình sản xuất từ xa. SCADA thu thập dữ liệu về hoạt động của thiết bị, thông số sản xuất, và cung cấp giao diện trực quan để người vận hành theo dõi, điều khiển. SCADA cũng hỗ trợ phân tích dữ liệu và tạo báo cáo, giúp tối ưu hóa quy trình.

Biến tần 

Biến tần điều khiển tốc độ động cơ điện bằng cách thay đổi tần số dòng điện. Việc sử dụng VFD giúp tiết kiệm năng lượng, tăng tuổi thọ động cơ và cải thiện hiệu suất hoạt động của các thiết bị sử dụng động cơ điện như máy bơm, quạt và máy nén khí trong hệ thống sản xuất.

Van điều khiển 

Van điều khiển tự động có chức năng điều chỉnh, kiểm soát dòng chảy của các lưu chất (lỏng, khí, hơi) trong các hệ thống đường ống của nhà máy. Van được điều khiển bằng các tín hiệu điện, khí nén hoặc thủy lực, đảm bảo quá trình được vận hành ổn định.

Ưu điểm và hạn chế của ứng dụng thiết bị tự động hóa

Ứng dụng thiết bị tự động hóa trong sản xuất mang lại nhiều lợi ích vượt trội cho các doanh nghiệp, nhưng cũng đi kèm với một số thách thức nhất định. 

Ưu điểm

Giảm chi phí vận hành

Các thiết bị này giúp doanh nghiệp giảm đáng kể chi phí liên quan đến nhân công, bao gồm lương, thưởng, phúc lợi, bảo hiểm, và các chi phí quản lý nhân sự khác. Mặc dù có chi phí đầu tư ban đầu, về lâu dài, tự động hóa thường mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.

Năng suất cao hơn

Máy móc có thể hoạt động liên tục 24/7, không bị giới hạn bởi thời gian làm việc, ngày nghỉ, hay các yếu tố về sức khỏe, tinh thần như con người. Điều này giúp tăng đáng kể sản lượng và đáp ứng nhanh chóng nhu cầu thị trường.

Chất lượng sản phẩm đồng nhất

Thiết bị tự động hóa thực hiện các thao tác với độ chính xác cao và lặp lại, giảm thiểu sai sót do yếu tố con người. Kết quả là sản phẩm đầu ra có chất lượng đồng đều, ổn định, đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật khắt khe.

Tính linh hoạt cao hơn

Việc thay đổi quy trình sản xuất với hệ thống tự động hóa thường đơn giản hơn so với việc đào tạo lại nhân công. Chỉ cần thay đổi chương trình điều khiển (ví dụ: lập trình lại PLC hoặc robot), hệ thống có thể nhanh chóng thích ứng với các sản phẩm mới hoặc yêu cầu thay đổi.

Tăng độ an toàn

Robot và các thiết bị tự động hóa khác giúp bảo vệ con người khỏi những công việc nguy hiểm và môi trường làm việc khắc nghiệt. Thay vì con người phải tiếp xúc với nhiệt độ cao, hóa chất, phóng xạ, hay làm việc ở độ cao hoặc dưới nước, robot và các thiết bị tự động có thể đảm nhận những nhiệm vụ này, từ đó bảo vệ sức khỏe và tính mạng cho người lao động.

>>>Cobot là gì? Robot cộng tác – “Cánh tay phải” đắc lực của con người

Cải thiện điều kiện làm việc

Tự động hóa giúp loại bỏ các công việc lặp đi lặp lại, nhàm chán, hoặc đòi hỏi sức lực lớn, cho phép người lao động tập trung vào các công việc có giá trị cao hơn, đòi hỏi kỹ năng và tư duy sáng tạo.

Cạnh tranh tốt hơn

Với những ưu điểm về chất lượng, chi phí, tự động hóa giúp tăng khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp.

Nhược điểm

Chi phí đầu tư ban đầu cao

Chi phí đầu tư ban đầu cao là một thách thức đáng kể, đặc biệt đối với các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Khoản đầu tư lớn vào thiết bị, lắp đặt, tích hợp và đào tạo nhân sự có thể vượt quá khả năng tài chính của nhiều doanh nghiệp. Do đó, việc hoạch định tài chính cẩn thận và nguồn vốn dự phòng là rất cần thiết.

Ứng dụng thiết thực của thiết bị tự động hóa là gì?

Thiết bị tự động hóa có ứng dụng rộng rãi và đa dạng, tác động đến nhiều lĩnh vực trong đời sống và sản xuất. Một số ứng dụng tiêu biểu bao gồm:

Tự động hóa trong sản xuất công nghiệp

Trong công nghiệp, tự động hóa đã thay đổi căn bản quy trình sản xuất. Các dây chuyền sản xuất, từ lắp ráp đến đóng gói, được tự động hóa hoàn toàn, tăng năng suất và giảm thời gian. Hệ thống tự động kiểm soát chất lượng sản phẩm thông qua cảm biến và xử lý dữ liệu, đảm bảo chỉ sản phẩm đạt chuẩn mới được xuất xưởng. Tự động hóa cũng giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng bằng cách tự động tắt thiết bị khi không hoạt động và điều chỉnh các thông số vận hành.

>>>Xem thêm: Tự động hóa là gì? Tất tần tật những điều bạn cần biết

Trong giao thông và vận tải

Hệ thống tự động hóa được triển khai trong quản lý giao thông đô thị, giúp điều khiển tín hiệu đèn giao thông và tối ưu hóa luồng xe, từ đó giảm thiểu ùn tắc và thời gian di chuyển. Trong lĩnh vực vận tải, các giải pháp tự động hóa giúp quản lý và giám sát các dự án, từ theo dõi vị trí phương tiện đến quản lý lịch trình vận chuyển, đảm bảo hoạt động vận tải hiệu quả và đúng thời hạn.

Trong đời sống hàng ngày

Thiết bị tự động hóa được tích hợp trong nhà thông minh, cho phép người dùng điều khiển các thiết bị gia dụng và hệ thống chiếu sáng, nhiệt độ từ xa thông qua điện thoại hoặc máy tính. Các thiết bị gia dụng tự động như máy giặt, tủ lạnh thông minh cũng giúp tiết kiệm thời gian và công sức cho người dùng thông qua khả năng tự động điều chỉnh chế độ hoạt động.

Trong y tế

Công nghệ tự động hóa được ứng dụng trong thiết bị y tế, giúp theo dõi và điều khiển các thiết bị như máy đo huyết áp, máy đo đường huyết và thiết bị xạ trị, hỗ trợ theo dõi tình trạng bệnh nhân một cách chính xác và hiệu quả. Ngoài ra, các hệ thống quản lý dữ liệu bệnh nhân tự động hóa giúp lưu trữ và xử lý thông tin bệnh nhân một cách an toàn và chính xác, hỗ trợ bác sĩ đưa ra quyết định điều trị tối ưu.

Tương lai của thiết bị tự động hóa: Các xu hướng chính

Ngành công nghiệp tự động hóa đang chứng kiến những bước tiến vượt bậc, được thúc đẩy bởi sự phát triển của công nghệ và nhu cầu ngày càng cao về hiệu quả, linh hoạt và bền vững. Những xu hướng đáng chú ý nhất hiện nay là:

Tăng cường kết nối và khả năng di động

Thiết bị tự động hóa đang ngày càng được tích hợp với Internet vạn vật (IoT), cho phép chúng kết nối và giao tiếp với nhau qua mạng. Điều này tạo điều kiện cho việc theo dõi và điều khiển từ xa, mở ra khả năng quản lý linh hoạt hơn. Ứng dụng di động cũng đóng vai trò quan trọng, cho phép người dùng giám sát và điều khiển thiết bị từ mọi nơi, tăng tính tiện lợi và hiệu quả.

Tích hợp trí tuệ nhân tạo

Trí tuệ nhân tạo (AI) đang được ứng dụng rộng rãi trong thiết bị tự động hóa, mang lại khả năng học hỏi và đưa ra quyết định thông minh. Các hệ thống tự động hóa có thể phân tích dữ liệu, nhận diện mẫu và dự đoán xu hướng, từ đó tối ưu hóa hoạt động và tăng hiệu suất. Điều này giúp các thiết bị trở nên linh hoạt và thích ứng hơn với các tình huống thay đổi.

Chú trọng vào tính bền vững

Xu hướng phát triển thiết bị tự động hóa ngày càng chú trọng đến tính bền vững và thân thiện với môi trường. Các giải pháp tự động hóa được thiết kế để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và tài nguyên, giảm thiểu lãng phí và tác động tiêu cực đến môi trường. Điều này phản ánh cam kết của ngành công nghiệp đối với việc phát triển bền vững và bảo vệ môi trường.

Có thể thấy, thiết bị tự động hóa mang đến những lợi ích to lớn cho ngành công nghiệp, giúp các doanh nghiệp nâng cao năng suất, tối ưu hóa chi phí và tăng cường khả năng cạnh tranh.  

Bài viết này hy vọng đã mang đến thông tin giá trị. Hãy liên hệ DACO ngay để được tư vấn chi tiết và tìm hiểu giải pháp tự động hóa phù hợp cho bạn!