Aktuální vydání

celé číslo

08

2021

Digitální transformace a konvergence provozních, informačních a inženýrských systémů

Výzkum, vývoj a vzdělávání v automatizaci

celé číslo

Turck Cloud – efektivní výroba a prediktivní údržba

Stále vyšší tlak na spolehlivost moderních výrobních automatizovaných systémů a minimalizaci prodlení výroby nebo poskytování služeb vyžaduje nově využívat i prostředky na průběžné sledování provozních podmínek, opotřebení a poruch jednotlivých komponent systému. Potom je možné rychleji zareagovat na vzniklé problémy nebo předem vhodně naplánovat údržbu a výměnu částí a dílů bez neočekávaných výpadků v provozu. Stejně tak je důležité mít možnost sledovat funkci celé výrobní linky, její výkon, prodlení a odstávky pro správná manažerská rozhodnutí. K tomu se využívají moderní cloudové vyhodnocovací systémy, které je však nutné realizovat jako kompletní řešení zahrnující různé složky.

Senzorická a diagnostická data

Základem včasné údržby i vyhodnocení funkce linky je dostatečné množství průběžných diagnostických dat o stavech strojů a zařízení a jejich pracovních podmínkách. Bez těchto informací, zajišťovaných různými druhy senzorů, nelze provozní problémy včas identifikovat, a tedy ani řešit.

Monitorování a vyhodnocování vibrací mechanických částí strojů po celou dobu jejich životnosti je moderní způsob, jak vyhodnotit jejich postupné opotřebovávání. Hlavně to platí o sledování rotačních pohonů. Zadření jejich ložisek může na mnoho hodin zablokovat fungování celé linky a vysoké opotřebení způsobuje nadměrnou hlučnost a zvyšuje spotřebu elektrické energie.

Pro tuto oblast společnost Turck nabízí velmi kompaktní snímače vibrací Banner řady QM30VT s odolnou kovovou konstrukcí s nízkým profilem, která omezuje rušící rezonanční interference a současně zvětšuje kontaktní plochu senzoru s povrchem rotačního stroje (obr. 1). To významně zvyšuje přesnost měření zrychlení jako základní veličiny projevu vibrací. Data s naměřenými hodnotami jsou kompletně zpracovávána v reálném čase uvnitř každého snímače a jsou průběžně k dispozici prostřednictvím nativního jednovodičového sériového rozhraní nebo konvenčního rozhraní Modbus RTU.

Moduly Cabinet Condition Monitoring, zkráceně CCM, jsou určené pro monitorování rozváděčů. Například modul IM12-CCM je kombinovaný snímač vlhkosti, teploty a vzdálenosti (obr. 2). Je vybaven dvěma spínacími kontakty a rozhraním IO-Link, které umožňují hlídat nesprávně uzavřené dveře. Detekuje tak neoprávněný vstup do rozváděče a tím poskytuje ochranu proti nežádoucí manipulaci v souladu s bezpečnostními směrnicemi. Modul umožňuje detekovat i velmi pomalé změny teploty a vlhkosti v dlouhém časovém intervalu, což pomáhá zjistit jejich příčiny.

Pro měření teploty a vlhkosti jsou vhodné také snímače Banner M12FT z řady SureCross (obr. 3). Typické oblasti použití těchto snímačů jsou skladovací prostory jak pro strojní součásti, tak i pro potravinářské zboží. Snímače jsou robustní a lze jimi v jednom pouzdře měřit obě veličiny, teplotu i vlhkost. Tak jako další zařízení z řady SureCross umožňují i tyto snímače připojení k bezdrátovému systému DX a tím eliminují často časově náročnou instalaci kabeláže a zefektivňují přenos dat na větší vzdálenosti.

Pro průběžné měření výšky hladiny kapalných nebo sypkých materiálů v různých nádržích a nádobách jsou vhodné různé typy ultrazvukových snímačů Turck nebo Banner (obr. 4).

Pro kontrolu správné funkce zařízení je možné použít i různé další snímače. Indukčními snímači, zvláště těmi v provedení s vestavěnou komunikací IO-Link, jako např. Turck BI20U-M30-IOL6X2-H1141, lze nejen snadno detekovat pohybující se předměty, ale i průběžně kontrolovat opotřebení mechanických částí stroje (obr. 5). Mohou hlídat pozice či uchycení kovových nosníků nebo ložisek a ložiskových domečků a při jejich vychýlení vlivem nadměrného zatížení a nebo zadírání ložisek mohou včas detekovat blížící se velký problém, který může vést k odstavení celé výrobní linky. Pomocí IO-Link lze nastavovat rozsah detekce i funkce binárních výstupů. Například nastavitelné zpoždění spolehlivě potlačuje nežádoucí impulzy. Díky integrovanému měření teploty nebo informaci o době trvání impulzu je možné indukční senzory využívat i jako zdroj dalších provozních signálů.

Optické snímače Banner řady QS18 se vyznačují velmi kompaktním kvádrovým pouzdrem, současně jsou však vybavené závitem M18, podobně jako u válcových pouzder. Speciální koaxiální optická soustava s polarizovaným světlem pro vyslání a příjem paprsku světla zajišťuje mimo přesnou detekci hran neprůhledných objektů i spolehlivou detekci průhledných a průsvitných cílů v jakékoliv vzdálenosti mezi senzorem a odrazkou (obr. 6). To vše díky velmi přesnému vyhodnocení i malých změn intenzity světla. Snímač QS18 tak dobře funguje i v případě malého kontrastu, jako je detekce PET lahví, skleněných nádob a smršťovací fólie. Snímač lze také použít k detekování velmi lesklých povrchů. Integrovaná elektronická funkce ClearTracking Algorithm automaticky kompenzuje intenzitu snímacího světelného paprsku v závislosti na znečištění čočky a změny okolní teploty tak, aby parametry detekce zůstaly trvale konstantní. Nastavit lze i různé diagnostické signály, jako např. požadavek vyčištění čočky či údržbu snímače.

Přenos a předzpracování dat

Velké množství různých diagnostických dat ze senzorů a snímačů je nutné využít, předzpracovat, ukládat a průběžně vyhodnocovat (obr. 7).

Snímače je možné přímo na strojích napojit na sběrnicové I/O systémy Turck TBEN, které na jedné straně mají rozhraní pro dvoustavové a analogové signály nebo rozhraní IO-Link pro připojení snímačů a akčních členů a na straně druhé multiprotokolové ethernetové rozhraní (EtherNet/IP, Modbus TCP a Profinet) pro odeslání předzpracovaných dat do lokálního nadřazeného počítačového systému s databází nebo do cloudových služeb. Data jsou ve všech multiprotokolových sběrnicových modulech TBEN předzpracována v prostředí AGREE, které umožňuje i bez znalosti programování snadno vytvořit základní řídicí i vyhodnocovací funkce. Pro náročnější řízení procesů či zpracování dat jsou k dispozici plnohodnotná PLC, např. TBEN-L-PLC s krytím IP67 a programovacím prostředím CoDeSys (obr. 8).

Cloudové komunikační brány TCG20 společnosti Turck mají podle typu integrované rozhraní UMTS (mobilní sítě) nebo WiFi a díky podpoře nejznámějších komunikačních protokolů Kolibri (proprietární protokol vyvinutý firmou Beck IPC), OPC UA, MQTT, hojně využívaných v průmyslovém internetu věcí (IIoT), snadno přenášejí data nejen do cloudového portálu společnosti Turck, ale také do univerzálních cloudových služeb Azure, AWS nebo Google Cloud. Integrované webové prostředí umožňuje online konfiguraci komunikačních bran pomocí přehledného grafického menu. Editor EDGE-PLC spravuje jednoduché řídicí úlohy a také předzpracovává data pro cyklický nebo událostmi řízený přenos dat.

Bezdrátový systém Banner DX SureCross usnadňuje realizaci obousměrné lokální rádiové komunikace mezi jednotkami vzdálených vstupů/výstupů či snímačů na vzdálenost až mnoha stovek metrů. Komunikace probíhá digitálně, což umožňuje současně obousměrně přenášet informace o binárních stavech, analogových hodnotách i vytvářet komunikační tunel pro přenos dat. Stanice DX80 lze připojit k libovolným snímačům či zařízením, zatímco brány DX80DR fungují jako převodníky mezi bezdrátovým přenosem a protokoly Modbus či EtherNet/IP.

Turck Cloud

Účinná prediktivní údržba i řízení chodu výrobních linek s velkým počtem osazených snímačů nejsou možné bez výkonného cloudového serveru, kde lze data průběžně ukládat, třídit, vyhodnocovat, analyzovat a nakonec i přehledně zobrazit.

Platforma Turck Cloud je plně přizpůsobená průmyslovým výrobním procesům a poskytuje širokou paletu služeb a aplikací vhodných téměř pro každou úlohu. Automaticky lze odesílat reporty, upozornění či alarmová hlášení v podobě informačních SMS nebo e-mailů, např. jestliže jsou překročeny bezpečné či správné provozní hodnoty. V systému integrovaná a snadno přizpůsobitelná přehledová zobrazovací plocha (tzv. dashboard; obr. 9) umožňuje snadné a přehledné zobrazení všech důležitých hodnot a diagnostických dat. K dispozici jsou různé analýzy a dlouhodobá hodnocení. Stále větší roli hrají také automatické učící se algoritmy. Stroj se sám naučí rozpoznat, co je správné a co je nesprávné. Tento odhad s množstvím sebraných dat dále zpřesňuje. Jestliže přístroj registruje např. zvýšenou teplotu měřenou určitým snímačem, bude z dlouhodobého sběru informací schopen rozhodnout, zda je to způsobeno povětrnostním, nebo sezonním vlivem, nebo např. opotřebením ložisek. Potom je možné naplánovat opravu a nebo upozornit správného technika zprávou odeslanou přímo na jeho chytrý telefon.

Cloudové služby společnosti Turck využívají komunikační protokol Kolibry, který je integrovaný v PLC TBEN-L-PLC, určených k montáži v provozním prostředí (mají blokovou konstrukci a vysoké krytí), operátorských panelech s integrovanou funkcí PLC řady TX i cloudových komunikačních branách TCG20. Turck Cloud Portal s těmito zařízeními komunikuje automaticky, bez potřeby složité konfigurace.

(Turck, s. r. o.)

Obr. 1. Kompaktní snímač vibrací Banner řady QM30VT (video: https://youtu.be/h4yDSTeDMUI)

Obr. 2. Modul IM12-CCM je kombinovaný snímač vlhkosti, teploty a vzdálenosti pro monitorování rozváděčů; v provedení IM12X-CCM je vhodný i do prostředí s nebezpečím výbuchu (video: https://youtu.be/TTjf3CQsgqc)

Obr. 3. Pro měření teploty a vlhkosti ve skladech jsou vhodné snímače Banner M12FT z řady SureCross

Obr. 4. Ultrazvukové snímače Banner s bezdrátovým výstupem pro průběžné měření výšky hladiny kapalných nebo sypkých materiálů v různých nádržích a nádobách

Obr. 5. Indukční snímače Turck mohou hlídat pozice či uchycení kovových nosníků nebo vychýlení ložisek a ložiskových domečků vlivem nadměrného zatížení a nebo zadírání

Obr. 6. Optický snímač Banner QS18 s koaxiální optickou soustavou a polarizovaným světlem může detekovat i průhledné předměty (video: https://youtu.be/zdBFYjusl3U)

Obr. 7. Velké množství různých diagnostických dat ze senzorů a snímačů je nutné využít, předzpracovat, ukládat a průběžně vyhodnocovat v lokálních aplikacích nebo v cloudu

Obr. 8. TBN-L-PLC je programovatelný automat s krytím IP67 s multiprotokolovým ethernetovým rozhraním a možností komunikovat s cloudem

Obr. 9. Responzivní přehledové obrazovky (dashboardy) na notebooku, tabletu a chytrém telefonu