التحكم الصناعي والأتمتة

في التصنيع الحديث والمصانع الذكية، تُعد أنظمة التحكم الصناعي والأتمتة بمثابة "الدماغ" و"الجهاز العصبي" للعملية الإنتاجية بأكملها. وتشمل هذه الأنظمة وحدات التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC)، والحاسوبات الصناعية، ووحدات تحكم الروبوتات، وأجهزة الدفع ذات التردد المتغير، ومشغلات السيرفو، ومصادر الطاقة الصناعية، وأجهزة الاستشعار، والمشغلات، مسؤول عن المراقبة الفعلية، والتحكم الدقيق، وتبادل البيانات على طول خطوط الإنتاج. مع تطور الصناعة 4.0 والتصنيع الذكي، زاد دمج المعدات والكثافة الطاقية بشكل كبير، مما أدى إلى ازدياد الأحمال الحرارية على المكونات الإلكترونية وأبرز أهمية حاسمة لتصميم إدارة الحرارة.

تُصبح وحدات السيرفو الحديثة، وسائقي التردد المتغير، ووحدات الطاقة أكثر إحكاماً باستمرار، في الوقت الذي تستمر فيه ترددات التبديل والقدرة الناتجة في الازدياد. ويؤدي ذلك إلى زيادة في توليد الحرارة لكل وحدة حجم، مما يستدعي استخدام مشتتات حرارة أكثر كفاءة. وغالباً ما تنطوي البيئات الصناعية على الغبار وضباب الزيت والرطوبة وحتى الغازات المسببة للتآكل. ويجب أن تمتلك مشتتات الحرارة مقاومة قوية للتآكل وقدرة على منع الانسداد، مع سهولة الصيانة والتنظيف. كما توجد متطلبات للتشغيل المستمر؛ فكثير من خطوط الإنتاج تعمل على مدار السنة طوال اليوم. ويجب أن تضمن أنظمة التبريد الاستقرار على المدى الطويل لمنع حدوث إيقاف تشغيل ناتج عن ارتفاع درجة الحرارة، والذي قد يؤدي إلى خسائر اقتصادية كبيرة. بالإضافة إلى قيود المساحة المخصصة للتثبيت؛ إذ توفر الخزانات الصناعية مساحة داخلية محدودة، مما يستدعي تصاميم مشتتات حرارة مدمجة تُحسّن كفاءة تبادل الحرارة ضمن أحجام ضيقة، مع مراعاة تنظيم تدفق الهواء والتوافق الكهرومغناطيسي.

أثناء التصميم الحراري، يستخدم المهندسون عادةً أدوات المحاكاة الحرارية لنمذجة المكونات الإلكترونية ومُشتتات الحرارة. ويُحسّن هذا هندسة الشفاه والمسافات بينها ومسارات تدفق الهواء، بهدف القضاء على المناطق الميتة وتقليل ضوضاء المروحة إلى أدنى حد. وتعتمد المعالجات السطحية بشكل رئيسي على الأكسدة الكهربائية أو الطلاءات الموصلة حرارياً لتحسين مقاومة التآكل والتبديد الإشعاعي للحرارة. وفي بعض المعدات عالية المستوى، يتم دمج أنظمة تحكم ذكية في درجة الحرارة لمراقبة درجات حرارة المكونات في الوقت الفعلي وتعديل سرعة المراوح، وبالتالي تحقيق وفورات في الطاقة وتمديد عمر التشغيل.