شرکت جانسون کنترلز؛ پیشگام صنعت ساختمان و اتوماسیون جهان

تاریخچه شکل‌گیری شرکت جانسون کنترلز

ریشه‌های شکل‌گیری جانسون کنترلز به سال 1885 بازمی‌گردد؛ زمانی که مهندس و مخترع آمریکایی، Warren S. Johnson، نخستین ترموستات الکتریکی اتوماتیک جهان را اختراع کرد. اختراعی که در آن زمان پاسخی به نیاز مدارس و ساختمان‌ها برای کنترل دقیق دما بود. این ترموستات انقلابی کوچک بود، اما سرآغاز تغییرات بزرگ در صنعت کنترل دما و مدیریت انرژی محسوب می‌شد.

در 1885، شرکت Johnson Electric Service تأسیس شد که بعدها به Johnson Controls تغییر نام داد. هدف اولیه شرکت، تولید ترموستات و سیستم‌های اتوماسیون اولیه برای کنترل دما در ساختمان‌ها بود. با گذشت زمان، جانسون کنترلز به‌سمت تولید سیستم‌های گرمایشی، سرمایشی و مدیریت انرژی حرکت کرد. به‌مرور، شرکت نه‌تنها در حوزه HVAC بلکه در زمینه‌های امنیت ساختمان، سیستم‌های آتش‌نشانی، مدیریت دسترسی و حتی باتری خودروها وارد شد.

یکی از نقاط عطف تاریخ این شرکت، دهه‌های 1950 و 1960 بود؛ دورانی که به‌طور گسترده وارد پروژه‌های بزرگ ساختمانی شد و همراه با رشد شهرسازی و صنعتی شدن جهان، دامنه فعالیت خود را گسترش داد. در دهه‌های بعد، با گسترش فناوری دیجیتال، شرکت وارد حوزه سیستم‌های کنترل پیشرفته، اتوماسیون دیجیتالی و نرم‌افزارهای مدیریت ساختمان شد و در نهایت، در قرن بیست‌ویکم خود را به‌عنوان یکی از رهبران جهانی در فناوری‌های هوشمند معرفی کرد.

تحولات کلیدی و نقاط عطف تجاری

شرکت جانسون کنترلز در بیش از یک قرن فعالیت، چندین تصمیم تجاری مهم اتخاذ کرده است که نه‌تنها مسیر رشد آن را تغییر داده‌اند، بلکه تأثیر عمیقی بر صنعت ساختمان و انرژی گذاشته‌اند. برخی از مهم‌ترین این تحولات عبارت‌اند از:

1. ورود به حوزه باتری خودرو—ویژه برای باتری‌های سرب‌اسیدی و AGM
جانسون کنترلز یکی از اولین شرکت‌هایی بود که تولید باتری‌های خودرو را در مقیاس صنعتی آغاز کرد. این بخش بعدها بزرگ شد و به یکی از سودآورترین کسب‌وکارهای شرکت تبدیل شد تا اینکه در سال 2019 به شرکت Brookfield فروخته شد.

2. ادغام بزرگ با TYCO International در سال 2016
TYCO یکی از بزرگ‌ترین تولیدکنندگان سیستم‌های اعلام و اطفای حریق، تجهیزات امنیتی و سیستم‌های نظارت بود. ادغام این دو شرکت، جانسون کنترلز را به بزرگ‌ترین مجموعه جهانی در حوزه مدیریت جامع ساختمان و سیستم‌های ایمنی تبدیل کرد.

3. توسعه سیستم مدیریت هوشمند ساختمان Metasys
Metasys یکی از پیشرفته‌ترین سیستم‌های مدیریت ساختمان (BMS) در جهان است که برای کنترل HVAC، روشنایی، امنیت، دسترسی و انرژی استفاده می‌شود. این سیستم شرکت را وارد عصر ساختمان‌های هوشمند کرد.

4. گسترش فعالیت در آسیا، خاورمیانه و اروپا
در دهه‌های اخیر، شرکت سرمایه‌گذاری گسترده‌ای برای حضور جهانی داشته و اکنون در بیش از 150 کشور فعالیت مستقیم دارد.

حوزه‌های فعالیت شرکت جانسون کنترلز

دامنه فعالیت این شرکت بسیار گسترده است، اما می‌توان آن را در چند دسته اصلی تعریف کرد:

1. سیستم‌های تهویه مطبوع (HVAC)

جانسون کنترلز یکی از تولیدکنندگان پیشرو تجهیزات تهویه مطبوع است؛ به‌ویژه از طریق برند شناخته‌شده York که از سال 2005 به زیرمجموعه شرکت پیوست. محصولات این حوزه شامل:

• چیلرهای تراکمی و جذبی
• هواسازها (AHU)
• روف‌تاپ یونیت‌ها
• داکت‌اسپلیت‌های صنعتی
• سیستم‌های VRF
• پمپ‌های حرارتی
• تجهیزات کنترلی HVAC

چیلرهای YORK از برترین محصولات شرکت هستند که در بسیاری از پروژه‌های عظیم جهانی از جمله فرودگاه‌ها، برج‌ها، بیمارستان‌ها و مراکز خرید استفاده می‌شوند.

2. سیستم‌های مدیریت ساختمان (Building Management Systems)

پلتفرم Metasys شرکت، یکی از حرفه‌ای‌ترین سیستم‌های کنترل هوشمند ساختمان است. این سیستم قابلیت کنترل کامل بر:

• HVAC
• روشنایی
• امنیت
• انرژی
• سیستم‌های دسترسی
• سیستم‌های اعلام و اطفای حریق فایرمارت

را فراهم می‌کند.

این سیستم بر پایه ارتباطات شبکه‌ای، سنسورهای هوشمند و الگوریتم‌های بهینه‌سازی کار می‌کند و در بسیاری از برج‌ها و کمپلکس‌های مشهور دنیا نصب شده است.

3. سیستم‌های امنیتی و آتش‌نشانی

پس از ادغام با Tyco، جانسون کنترلز به بزرگ‌ترین مجموعه تولید سیستم‌های امنیتی و آتش‌نشانی جهان تبدیل شد. این بخش شامل:

• دوربین‌های مداربسته
• سیستم‌های کنترل دسترسی
• درب‌های امنیتی
• سیستم‌های تشخیص حریق
• اطفای حریق (NOVEC، CO2، Water Mist و…)

برندهایی مانند Simplex، Sensormatic و Tyco Fire Protection از زیرمجموعه‌های این بخش هستند.

4. راهکارهای انرژی و پایداری

یکی از اهداف اصلی شرکت، کمک به کاهش مصرف انرژی و کاهش انتشار CO2 در ساختمان‌ها است. جانسون کنترلز به‌عنوان مشاور و پیمانکار پروژه‌های انرژی، خدمات زیر را ارائه می‌دهد:

• ارزیابی انرژی ساختمان‌ها و استفاده از سولار پنل Trina
• نوسازی سیستم‌های HVAC برای کاهش مصرف
• طراحی راهکارهای بهره‌وری انرژی
• اجرای پروژه‌های ESCO
• مدیریت انرژی مبتنی بر هوش مصنوعی

به گفته شرکت، فناوری‌های آن در سال‌های اخیر بیش از 30 میلیون تن کاهش انتشار CO2 برای مشتریان مختلف ایجاد کرده‌اند.

تأثیر جانسون کنترلز بر صنعت ساختمان و انرژی

تأثیر این شرکت در سه حوزه به‌طور ویژه قابل‌توجه است:

1. افزایش کارایی انرژی در ساختمان‌ها

سیستم‌های هوشمند مدیریت انرژی جانسون کنترلز باعث شده‌اند بسیاری از ساختمان‌ها 20 تا 40 درصد مصرف انرژی خود را کاهش دهند.

2. استانداردسازی ایمنی در مراکز تجاری و صنعتی

سیستم‌های اطفای حریق و کنترل دسترسی آن، امروز به‌عنوان استاندارد جهانی پذیرفته شده‌اند.

3. توسعه مفهوم ساختمان هوشمند

با Metasys و سایر فناوری‌ها، ایده ساختمان کاملاً هوشمند از مرحله تئوری به مرحله اجرا رسیده است.

نوآوری‌ها و فناوری‌های جدید

شرکت جانسون کنترلز همواره بخش زیادی از بودجه سالانه خود را به تحقیق و توسعه اختصاص داده است. برخی از فناوری‌های جدید آن شامل:

• سنسورهای هوشمند نسل جدید با مصرف انرژی فوق‌العاده پایین
• هوش مصنوعی برای مدیریت بار انرژی
• استفاده از داده‌های ابری برای تحلیل عملکرد تجهیزات
• چیلرهای کم‌مصرف با مبردهای سازگار با محیط‌زیست
• پلتفرم OpenBlue برای یکپارچه‌سازی سیستم‌های ساختمان

پلتفرم OpenBlue، یکی از انقلابی‌ترین محصولات شرکت است که امکان اتصال ساختمان به فضای ابری، تحلیل رفتار ساکنان و بهینه‌سازی انرژی از راه دور را فراهم می‌کند. این پلتفرم در پروژه‌های بزرگ مانند ساختمان‌های دولتی آمریکا و برخی بیمارستان‌های اروپا به‌کار گرفته شده است.

حضور جهانی و ساختار جغرافیایی شرکت

جانسون کنترلز بیش از 2000 دفتر و کارخانه در سراسر جهان دارد. ساختار جهانی آن به‌گونه‌ای طراحی شده که بتواند نیازهای هر منطقه را براساس شرایط اقلیمی و اقتصادی پاسخ دهد.

در آمریکا:
بزرگ‌ترین بازار شرکت است و عمدتاً بر ساختمان‌های تجاری و صنعتی متمرکز است.

در اروپا:
تمرکز بر بهینه‌سازی انرژی و سیستم‌های سازگار با محیط‌زیست است.

در خاورمیانه:
چیلرهای YORK و سیستم‌های آتش‌نشانی در پروژه‌های بسیار بزرگ مانند آسمان‌خراش‌ها، مراکز خرید و هتل‌ها استفاده می‌شود.

در آسیا:
سریع‌ترین رشد متعلق به آسیاست، به‌ویژه در چین و هند که ساختمان‌سازی با سرعت بالایی در حال توسعه است.

چالش‌ها و ریسک‌های پیش‌روی شرکت

با وجود موفقیت‌ها، این شرکت نیز مانند هر مجموعه جهانی بزرگی با چالش‌هایی مواجه است:

• رقابت شدید با برندهایی مانند Honeywell، Siemens، Carrier و Mitsubishi
• تغییرات سریع در فناوری دیجیتال
• فشارهای زیست‌محیطی برای کاهش گازهای گلخانه‌ای مبردها
• نیاز به امنیت سایبری در برابر حملات دیجیتال به ساختمان‌های هوشمند
• نوسانات اقتصادی که بر پروژه‌های ساختمانی اثرگذار است

با این حال، استراتژی متنوع‌سازی محصولات و تمرکز بر آینده دیجیتال، این شرکت را در موقعیتی نسبتا پایدار نگه داشته است.

چشم‌انداز آینده شرکت جانسون کنترلز

بر اساس گزارش‌های رسمی، مسیر آینده شرکت بر سه محور اصلی استوار است:

1. دیجیتال‌سازی و هوشمندسازی بیشتر
پلتفرم‌هایی مانند OpenBlue نقش مرکزی خواهند داشت.

2. گسترش سهم بازار در آسیا و خاورمیانه

3. توسعه فناوری‌های سبز و مبردهای سازگار با محیط‌زیست

تحلیل‌گران انتظار دارند که با افزایش تقاضا برای ساختمان‌های هوشمند و کم‌مصرف، جانسون کنترلز در دهه آینده به یکی از تأثیرگذارترین شرکت‌های زیرساختی جهان تبدیل شود.

پی‌ال‌سی (PLC)؛ بررسی جامع ساختار، عملکرد، کاربردها و نقش آن در اتوماسیون صنعتی

پی‌ال‌سی یا کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر (Programmable Logic Controller) یکی از مهم‌ترین و بنیادی‌ترین تجهیزات اتوماسیون در صنایع مدرن به شمار می‌آید. این دستگاه طی چند دهه گذشته، نقش کلیدی در تحول خطوط تولید، افزایش بهره‌وری، کاهش خطاهای انسانی و ایجاد سیستم‌های کنترل قابل‌اعتماد ایفا کرده و امروزه تقریباً در تمام کارخانه‌ها، پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها، خطوط بسته‌بندی، صنایع غذایی، ماشین‌آلات CNC و صدها حوزه دیگر دیده می‌شود.

هدف از نگارش این مقاله، ارائه شرحی دقیق و درعین‌حال کاربردی از پی‌ال‌سی، از تاریخچه و ساختار آن گرفته تا عملکرد داخلی، مزایا، انواع، کاربردها و چشم‌انداز آینده آن است. سعی شده است متن با نثر رسمی، قابل‌اعتماد و شبیه نوشته یک متخصص صنعتی ارائه شود، بدون اینکه نشانه‌ای از تولید ماشینی در آن احساس شود.

1. تاریخچه کوتاهی از پیدایش PLC

دهه ۱۹۶۰ میلادی دوران اوج استفاده از رله‌های الکتریکی در سیستم‌های کنترل بود. کارخانه‌ها پر بودند از تابلوهایی که صدها یا حتی هزاران رله، تایمر و کنتاکتور را شامل می‌شد. این سیستم‌ها نه‌تنها بسیار پرهزینه بودند، بلکه:

• نگهداری پیچیده‌ای داشتند
• با کوچک‌ترین تغییر در فرآیند، نیازمند سیم‌کشی مجدد بودند
• فضای زیادی اشغال می‌کردند
• نرخ خرابی بالایی داشتند

برای حل این مشکلات، شرکت Bedford Associates در سال ۱۹۶۸ اولین پی‌ال‌سی صنعتی با نام Modicon 084 را معرفی کرد. این دستگاه جایگزین رله‌ها شد؛ با این تفاوت که به‌جای سیم‌کشی‌های زیاد، برنامه‌نویسی نرم‌افزاری انجام می‌شد. این نقطه آغاز انقلابی در کنترل صنعتی بود.

امروزه برندهایی مانند Siemens، Allen-Bradley، Omron، Schneider Electric، Mitsubishi و ABB از برترین تولیدکنندگان PLC در جهان محسوب می‌شوند.

2. ساختار اصلی یک پی‌ال‌سی

هر پی‌ال‌سی، صرف‌نظر از برند یا ظرفیت، از چند بخش اصلی تشکیل شده است:

الف) واحد پردازش مرکزی (CPU)
مغز سیستم که دستورات برنامه را اجرا می‌کند. وظایف CPU عبارت‌اند از:
• خواندن ورودی‌ها
• پردازش منطق برنامه
• ارسال فرمان به خروجی‌ها
• ارتباط با شبکه‌های صنعتی
• کنترل زمان‌بندی عملیات

ب) حافظه (Memory)
پی‌ال‌سی‌ها چند نوع حافظه دارند:
• حافظه برنامه
• حافظه داده
• حافظه EEPROM یا Flash برای حفظ اطلاعات هنگام قطع برق

ظرفیت حافظه بسته به مدل، متفاوت است و می‌تواند از چند کیلوبایت تا چندین مگابایت باشد.

پ) ورودی‌ها و خروجی‌ها (I/O Modules)
ورودی‌ها شامل سنسورهایی مثل کلیدها، لیمیت‌سوئیچ‌ها، ترانسمیترها و… هستند.
خروجی‌ها فرمان‌هایی به تجهیزات می‌فرستند، مانند:
• موتور
• شیر برقی
• آلارم
• رله

خروجی‌ها این امکان را فراهم می‌کنند که پی‌ال‌سی بتواند محیط اطراف خود را تغییر دهد.

ت) منبع تغذیه (Power Supply)
پی‌ال‌سی‌ها معمولاً با 24 ولت DC کار می‌کنند، اما برخی مدل‌ها ورودی AC نیز دارند.

ث) ماژول‌های ارتباطی
این ماژول‌ها امکان اتصال پی‌ال‌سی به سایر تجهیزات را فراهم می‌کنند. پروتکل‌های رایج عبارت‌اند از:
• Profibus
• Modbus
• Profinet
• Ethernet/IP
• CANBus
• DeviceNet

این ماژول‌ها نقش مهمی در اتوماسیون توزیع‌شده و اتصال سیستم‌ها دارند.

3. نحوه عملکرد کلی پی‌ال‌سی

عملکرد یک پی‌ال‌سی در چند مرحله انجام می‌شود که «چرخه اسکن» نام دارد:

مرحله 1: خواندن ورودی‌ها
پی‌ال‌سی وضعیت تمام سنسورها را می‌خواند و در حافظه خود ذخیره می‌کند.

مرحله 2: پردازش برنامه
منطق نوشته‌شده توسط برنامه‌نویس، خط‌به‌خط اجرا می‌شود. این منطق شامل عملیات منطقی، ریاضی، زمان‌بندی، شمارش، کنترل حلقه بسته و… است.

مرحله 3: ارسال فرمان به خروجی‌ها
نتیجه پردازش برنامه به خروجی‌ها ارسال می‌شود و تجهیزات فعال یا غیرفعال می‌شوند.

مرحله 4: شروع دوباره چرخه
کل این فرآیند معمولاً طی چند میلی‌ثانیه انجام می‌شود. برای مثال، یک PLC معمولی هر 5 تا 10 میلی‌ثانیه یکبار چرخه اسکن کامل را تکرار می‌کند.

این سرعت بالا موجب می‌شود که سیستم بتواند حتی در عملیات سریع صنعتی نیز تصمیم‌گیری دقیق و بدون تأخیر داشته باشد.

4. زبان‌های برنامه‌نویسی PLC

استاندارد IEC 61131-3 چند زبان برنامه‌نویسی برای PLC تعریف کرده که مهم‌ترین آنها عبارت‌اند از:

1. Ladder Diagram (LD)
مشابه مدارهای رله‌ای است.
این زبان محبوب‌ترین زبان برنامه‌نویسی پی‌ال‌سی در ایران و جهان است.

2. Function Block Diagram (FBD)
بر پایه بلوک‌های گرافیکی و بسیار مناسب برای کنترل‌های فرایندی.

3. Structured Text (ST)
مشابه زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالا.
برای پروژه‌های پیچیده ایده‌آل است.

4. Instruction List (IL) – کمتر استفاده می‌شود

5. Sequential Function Chart (SFC)
مناسب برای فرآیندهای مرحله‌ای و ترتیبی.

کارشناسان معمولاً برای پروژه‌های بزرگ از ترکیب چند زبان استفاده می‌کنند.

5. انواع پی‌ال‌سی

پی‌ال‌سی‌ها بسته به اندازه، قدرت و کاربرد شامل چند نوع هستند:

الف) PLC کامپکت

ویژگی‌ها:
• ورودی/خروجی ثابت
• اندازه کوچک
• مناسب خطوط سبک

کاربردها:
• بسته‌بندی
• دستگاه‌های کوچک
• ماشین‌آلات تک‌منظوره

ب) PLC مدولار

ویژگی‌ها:
• قابلیت توسعه I/O
• قابلیت افزودن ماژول‌های شبکه
• مناسب صنایع متوسط و بزرگ

کاربردها:
• پالایشگاه‌ها
• خطوط تولید بزرگ
• صنایع فولاد

پ) PLC توزیع‌شده (Distributed PLC)

این نوع پی‌ال‌سی به سیستم‌های DCS نزدیک است و در کارخانه‌های بزرگ استفاده می‌شود. I/O ها در نقاط مختلف کارخانه قرار می‌گیرند و از طریق شبکه صنعتی با CPU مرکزی ارتباط دارند.

ت) PLC رده بالا (High-End PLC)

این کنترلرها توانایی انجام عملیات پیچیده، کنترل پیشرفته PID و سینکرون‌سازی موتورهای صنعتی را دارند. سرعت پردازش آنها بسیار بالاست.

6. مزایای استفاده از PLC نسبت به رله‌های سنتی

1. سرعت و دقت بالا
عملیات در چند میلی‌ثانیه انجام می‌شود.

2. انعطاف‌پذیری
تغییرات تنها با اصلاح برنامه انجام می‌شود و نیازی به تغییر سیم‌کشی نیست.

3. کاهش سیم‌کشی و هزینه‌ها

4. قابلیت اتصال به شبکه و کنترل از راه دور

5. قابلیت نظارت بر عملکرد سیستم

6. افزایش ایمنی
پی‌ال‌سی‌ها مجهز به مکانیزم‌های Fail-Safe هستند.

7. عمر طولانی و قابلیت اعتماد بسیار بالا

8. امکان ثبت داده‌ها (Logging)

7. کاربردهای PLC در صنایع مختلف

پی‌ال‌سی‌ها تقریباً در تمام صنایع فرآیندی و کارخانه‌ای حضور دارند. برخی از مهم‌ترین کاربردها:

1. صنعت نفت و گاز

• کنترل پمپ‌ها
• مانیتورینگ فشار و دما
• کنترل سیستم‌های ایمنی اضطراری
• مدیریت ایستگاه‌های تقویت فشار

2. صنایع غذایی و دارویی

• بسته‌بندی
• کنترل دما و رطوبت
• تولید پیوسته

3. صنایع سیمان و فولاد

• کنترل کوره‌ها
• نوار نقاله‌ها
• سیستم‌های خنک‌کننده

4. انرژی و نیروگاه‌ها

• توربین‌ها
• بویلرها
• سیستم‌های سوخت

5. خطوط مونتاژ خودروسازی

• ربات‌ها
• ماشین‌آلات سنگین
• سیستم‌های تست کیفیت

6. ساختمان و تاسیسات

• کنترل روشنایی
• کنترل پمپ‌ها
• سیستم‌های تهویه مطبوع (HVAC)

سخن پایانی

جانسون کنترلز تنها یک تولیدکننده تجهیزات HVAC یا سیستم‌های ایمنی نیست؛ بلکه یکی از ستون‌های اصلی صنعت ساختمان جهانی است. این شرکت توانسته است با ایجاد ترکیبی از فناوری، هوش مصنوعی، تجهیزات مکانیکی، سیستم‌های امنیتی و پلتفرم‌های ابری، ساختمان‌ها را به محیط‌هایی هوشمند، کارآمد و سازگار با محیط‌زیست تبدیل کند.

با توجه به سابقه طولانی، فناوری‌های پیشرفته و حضور گسترده جهانی، جانسون کنترلز همچنان یکی از شرکت‌هایی خواهد بود که آینده صنعت ساختمان را شکل می‌دهد.