Jste zde

Trendy pro digitální továrny

Antonín Vojáček, 20. Prosinec 2021 - 8:38

Budoucnost efektivní výroby je ve znamení co nejlepšího vyhodnocení velkého množství generovaných provozních dat a možnost celou výrobu snadno měnit s využitím modulárního propojení a decentralizovaného řízení.

Moderní technologie Průmyslu 4.0 již poskytují pro realizaci digitální továrny široký sortiment sofistikovaných senzorů, které dokáží rychle reagovat a měřit s vysokou frekvencí a velkým rozlišením. Tím však generují velké množství informací (dat a hodnot), které je k dobrému využití nutné je správně vyhodnocovat a vhodně směrovat do systémů a řídicích jednotek, které potřebují jen určitou skupinu dat. Jinak řečeno, jak ideálně a efektivně využít toto obrovské množství generovaných dat?

Řešení pro digitální továrnu

Jednou z možností efektivního využití potenciálu velkého množství naměřených dat je využití decentralizovaného (distribuovaného) průběžného předzpracování a předvyhodnocení informací a naměřených hodnot, nejlépe již v místě měření, které vyhodnotí a odliší relevantní a důležitá od těch méně důležitých a ty následně s vyšší prioritou odešle do nadřazeného řídicího systému či cloudu, případně paralelně do obou. To platí nejen pro oblast snímání a řízení, ale také pro oblast bezpečnosti strojů. A to jak z pohledu bezpečnosti pro člověka (obsluhu), tak i z pohledu ochrany přenosu dat a ovládání strojů před kyberzločiny, jako různými hackerskými útoky či zcizení dat nežádoucí 3. stranou.

Moderní koncepce výroby tedy těží z modulárních konceptů. Promyšlená modularizace vyžaduje, aby decentralizovaná automatizační řešení byla nedílnou součástí jednotlivých stroje nebo jejich částí, místo aby byla v samostatné centrální řídicí skříni. Komponenty s vlastním krytím IP67 nejenže snižují složitost a náklady na zapojení a montáž, ale také vytvářejí svobodu flexibilně kombinovat autonomní jednotky, včetně identifikačních, I/O, síťových, řídicích a bezpečnostních jednotek.

V tomto směru se proto postupně vymýšlí a zavádí na trh celou řadu zajímavých novinek a chytrých řešení jako jsou FLC (Field Logic Controllers), kompaktní Edge kontroléry a brány, hybridní IO bezpečnostní řídicí i propojovací moduly a i cloudové služby vzdáleného monitorování, ovládání i prediktivní údržby, které umožňují výše nastíněnou problematiku účinně, snadno a rychle realizovat. Jejich použitím se navíc zjednodušují montáže i vylepšuje provoz již stávajících systémů a strojů moderní výroby a intralogistiky.

Stavy zařízení a jejich vyhodnocení

Například kompaktní I/O modul Turck TBEN-S-2COM umožňuje současný přenos stavových a řídicích dat v sítích průmyslového ethernetu. Uživatelé mohou efektivně využívat stávající infrastruktury bez nutnosti platit prémiové ceny za další hardware.

Jedním z jeho možných typických moderních využití je i monitorování teploty a vibrací komponent a strojů. Teplota a vibrace jsou spolehlivým indikátorem opotřebení a bezprostředních poruch, zejména u motorů. Různé frekvenční vzorce poskytují informace o anomáliích, jako je nerovnováha nebo poškození ložiska. Systematické monitorování stavu kombinuje signály senzorů, vyhodnocení dat a cílenou komunikaci, aby bylo možné tyto problémy odhalit včas. Efektivní monitorování však vyžaduje bezproblémové propojení senzorů se systémem vyšší úrovně, jako je cloud.

K detekci úrovní vibrací a teploty odesílají například senzory Banner QM30VT2 naměřené hodnoty do I/O modulu. V následující fázi vyhodnocení se údaje o rychlosti a zrychlení používají k detekci chyb, provádění diagnostiky nebo předpovídání. Kromě komunikace s vibračním senzorem může kompaktní víceprotokolový I/O modul Turck TBEN-S2-2COM přenášet procesní data z řídicího systému do motoru prostřednictvím různých komunikačních standardů, včetně RS485 a RS232. Modul má také vstupy pro čtyři další binární signály. Komunikace průmyslového ethernetu využívá technologii multiprotokolu, díky které mohou autonomní moduly i nadále komunikovat s hlavním řídicím systémem přes Profinet, Ethernet / IP nebo Modbus TCP.

Procesní data lze současně přenášet do řídicího systému nebo na HMI nebo přes edge brány vysílat do cloudových aplikací. Tato funkce zajišťuje, že řízení motoru se provádí standardně v PLC, zatímco data vibrací jsou vyhodnocována na jiné úrovni a mohou být přenášena s nižší prioritou než řídicí data motoru. To zajišťuje spolehlivou komunikaci obou datových toků na stejném ethernetovém kabelu.

Na rozdíl od edge bran, mohou edge kontroléry, jako např. Turck HMI / PLC TX700, naměřené hodnoty i různě zpracovávat či předvyhodnocovat, filtrovat, třídit a upravovat před odesíláním do místních databázových systémů nebo do cloudu pomocí IIoT zabezpečených protokolů MQTT nebo OPC-UA. Individuálně nakonfigurované cloudové řídicí panely naopak umožňují stavová data z cloudu či serveru vyčítat a lokálně vizualizovat, včetně generování různých možností oznámení a alarmů, když dojde k překročení prahové hodnoty. Pracovníci údržby proto okamžitě dostávají informace o nesrovnalostech a mají přístup k údajům o monitorování stavu na různých koncových zařízeních.

Inteligentní dopravníkové systémy

Decentralizované inteligentní dopravníkové systémy s čidly a akčními prvky umožňují efektivně realizovat tzv. autonomní přepravní moduly, tedy na sobě nezávislé a snadno zaměnitelné sekce koordinované kompaktními PLC, například Turck TBEN-L-PLC Codesys-3 s krytím IP67.

Moduly jsou vzájemně propojeny pomocí Ethernet UDP a fungují pomocí rojové inteligence. Díky své široké škále rozhraní lze jednotlivá PLC integrovat do různých sítí jako jednotky master i device (slave). Navíc může PLC jako edge kontrolér předzpracovávat data a selektivně je přenášet do systémů vyšší úrovně, jako je MES, ERP nebo cloud, což umožňuje efektivní monitorování stavu na mobilních zařízeních. Například při použití na válečkovém dopravníku může i přímo řídit vazby mezi optickým snímačem a pohybem válečku. Toto uspořádání pomáhá uživatelům zabránit poškození přepravovaných materiálů silnými nárazy. V případě potřeby mohou data proudit přímo do MES bez objížďky přes PLC vyšší úrovně, například pomocí Modbus TCP.

Hybridní bezpečnost

Decentralizované zpracování signálů má výhodu nejen v realizaci kratší doby cyklu k dosažení potenciálně vyšší rychlosti dopravníku i rychlejší reakci stroje, ale i v snadnějším zajištění jejich zabezpečení. Například bezpečnostní hybridní moduly Turck tak kombinují bezpečnostní vstupy / výstupy se standardními a IO-Link porty pro digitální senzory. Jeden modul tak může sbírat data, řídit i realizovat bezpečnost. Pokud je generováno více bezpečnostních signálů, může se pak použít i plný bezpečnostní modul. Obě verze - plná i hybridní - jsou k dispozici pro Profinet / Profisafe nebo Ethernet / IP / CIP Safety.

Například místo připojování všech signálů pomocí více různých I/O komponent a předávání těchto signálů zvlášť do řídicího systému a bezpečnostního kontroléru. Například hybridní bezpečnostní I/O modul Turck TBIP s integrovaným bezpečnostním kontrolérem. Dva z bezpečných I/O lze použít ke sledování tlačítka nouzového zastavení, zatímco IO-Link pro připojení snímače, např. tlaku. Příslušné signály jsou předávány do nadřazeného bezpečnostního PLC. Hlavní rozdíl oproti klasickému řešení s několika různými komponenty spočívá v tom, že lze nástroj testovat i bez bezpečnostního PLC vyšší úrovně. Interní bezpečnostní řídicí jednotka modulu přebírá roli bezpečnostního řídicího prvku. Integrace IO-Link komponent je navíc díky technologii Simple IO-Link Device Integration (SIDI) opravdu snadná. Pomocí SIDI lze zařízení IO-Link integrovat do řídicího prostředí stejně snadno jako zařízení Profinet.

Přehled a ovládání provozu z chytrého telefonu

Pomocí různých cloudových řešení sběru a vizualizace dat lze realizovat i globální transparentnosti závodu. Lze využít obecných cloudovýách služeb jako Google Cloud či Microsoft Azure, nebo využít pro průmysl již výrobcem průmyslových komponent optimalizované cloudy a služby, jako například technologie Turck Cloud Solutions. S její pomocí lze snadno vytvořit a poskytnout praktické služby a funkce, jako jsou vzdálené monitorování, ovládání, prediktivní údržba, nebo pro možnost přejít na modely účtování nebo leasingu založené na využití dat. Navíc může reportovat stavy a alarmy libovolným uživatelům prostřednictvím e-mailu či elektronických zpráv.

Šifrované proprietární protokoly nebo volitelné soukromé cloudové systémy na vašich vlastních serverech poskytují nejvyšší úroveň zabezpečení. Navíc obousměrná komunikace až na úroveň senzoru / akčního členu dále rozšiřuje rozsah služeb nabízených cloudem. Vzhledem k tomu, že zařízení IO-Link poskytují velké množství dalších informací, jako jsou parametry, čísla pozic a typů, lze je nejen ukládat do cloudu, ale také se aktivně vracet do provozu. To z praktického hlediska například umožňuje po výměně vadné komponenty získat její nastavení z cloudu, realizovat automatického objednávání prostřednictvím připojení cloud-ERP nebo zastavení stroje pomocí připojení MES.

Nakonec zde existuje i možnost realizace moderního systému tzv. digitálního dvojčete, tedy používání dat ze senzorů k virtuálnímu mapování systému k simulaci procesů a k přehrání efektů učení v praxi.

Závěr

Hlavní výzvou pro budoucí průmysl bude pak zejména vhodné zpracování, vyhodnocení a využití velkého množství dat, které moderní digitální senzory a řídicí jednotky připojené na cloudové servery či databáze budou generovat. Ten, kdo bude schopen "vytěžit" z naměřených dat co nejvíce celkových informací pro optimalizaci výroby, včasné prediktivní údržby a zejména uspoření elektrické a i dalších v budoucnu velmi drahých energií, bude nejvíce profitovat z efektivní výroby a provozu a tedy i z nejnižších výrobních nákladů. To ve výsledku zvýhodní jeho výrobky na trhu vzhledem ke konkurenci.