Trzy kroki do inteligentnego zakładu produkcyjnego

Wyzwaniem dla konstruktorów paneli i integratorów systemów jest to, jak wkomponować nowe technologie przemysłowego Internetu rzeczy (IIoT) w istniejące bezpieczne, niezawodne i opłacalne rozwiązania. W tym artykule przyglądamy się trzem sposobom, jakimi konstruktorzy paneli mogą zintegrować Przemysł 4.0 z zakładami produkcyjnymi.

Sterowniki PLC z obsługą sieci Ethernet do tworzenia gotowej sieci IIoT 

Technologia tworzenia sieci odgrywa kluczową rolę w opracowywaniu systemów działających w ramach Przemysłu 4.0, ponieważ zapewnia środki do wdrażania usług, takich jak zdalne sterowanie oraz monitorowanie wydajności i zarządzanie w chmurze. Poziom tworzenia sieci od dawna ma kluczowe znaczenie dla integracji systemów przemysłowych, ale tradycyjnie koncentruje się na interakcji lokalnej. Na przykład kilka programowalnych sterowników logicznych (PLC) może wykorzystywać magistralę fieldbus, taką jak Modbus lub Profibus, do udostępniania informacji na całej długości linii produkcyjnej. Konwencjonalne sieci fieldbus mają stosunkowo niską szybkość transmisji danych i nie obsługują tworzenia złożonych sieci i połączeń z chmurą. Wyzwania te można pokonać dzięki sieci Ethernet, która zapewnia znacznie większe prędkości i, co najważniejsze, możliwość obsługi wielu protokołów w sieci fabrycznej. Profibus, Modbus i inne magistrale fieldbus z obsługą TCP/IP mogą korzystać z tej samej sieci szkieletowej i jednocześnie umożliwiać połączenia z systemami zaplecza i chmurą w celu zapewnienia zgodności z zasadami Przemysłu 4.0.

Konstruktorzy paneli mogą wybrać sterowniki PLC i sterowniki, które będą pasować do środowiska obsługującego Ethernet, ponieważ rosnąca liczba sterowników PLC jest teraz wyposażonych w interfejsy Ethernet, aby zapewnić im łatwy dostęp do aplikacji Przemysłu 4.0. Przykładem jest Modicon TM221CE16T firmy Schneider Electric: zaawansowany sterownik PLC, który oferuje łączność Modbus TCP przez połączenie Ethernet. Aby zapewnić interfejs człowiek-maszyna dla operatorów pracujących przy produkcji, Siemens oferuje takie produkty, jak moduł HMI z ekranem dotykowym 6AV2123-2GB03-0AX0. Obsługuje między innymi protokoły Profinet i Modbus TCP, aby zapewnić współpracę z szeroką gamą sterowników PLC.

Inteligentne czujniki: oczy i uszy automatyki przemysłowej

Konstruktorzy paneli i integratorzy systemów mogą skorzystać z nowej generacji czujników, które można umieścić praktycznie w dowolnym miejscu i które nie muszą być bezpośrednio podłączane do zacisków analogowych NPN/PNP sterowników PLC. Inteligentne czujniki mogą wykorzystywać zarówno technologie bezprzewodowe, jak i przewodowe, co umożliwia odbiór sygnałów z dowolnego miejsca w fabryce, a nawet z zewnątrz fabryki. W nowoczesnych fabrykach inteligentne czujniki mogą być wykorzystywane jako podstawowe narzędzia do gromadzenia danych w systemach przemysłowego Internetu rzeczy (IIoT), dostarczając inżynierom dane w czasie rzeczywistym do monitorowania stanu. Pomaga to skrócić przestoje i zapobiegać kosztownym awariom sprzętu.

Przykładem bezprzewodowego czujnika jest nadajnik XIOT11SExxod Telemechanique, który wykrywa zmiany stanu styku przełącznika. Może przesyłać informację o zmianach na odległość do 50 km od bramki Sigfox. Stamtąd można go skierować do dowolnego komputera lub sterownika PLC, który musi monitorować tą część urządzenia. Rezultatem jest ogromne rozszerzenie zakresu sterowania, które może wykonywać jedna lub więcej maszyn przemysłowych. Na przykład maszyna bez nadzoru może przejść w tryb bezpieczny, jeśli zmiana stanu pociąga za sobą naruszenie bezpieczeństwa na zewnętrznym obwodzie.

Omron E3Z-LL81 2M OMS to czujnik fotoelektryczny, który wykorzystuje wbudowany laser do wykrywania obecności i przeznaczony jest do bezpośredniego połączenia ze sterownikiem PLC za pomocą analogowego interfejsu NPN/PNP. Taka konstrukcja zapewnia lepszą rozdzielczość i wydajność w wielu różnych środowiskach produkcyjnych. Wąska wiązka może wykryć małe odstępy między obiektami na linii produktów i jest w dużej mierze niewrażliwa na obecność kurzu w powietrzu i zmiany współczynnika odbicia, gdy produkt przemieszcza się w polu widzenia.

Dzięki interfejsowi cyfrowemu, jak IO-Link, czujniki nie ograniczają się tylko do przekazywania danych do PLC w formacie cyfrowym. Potrafią one też reagować na polecenia. Pomaga to w opracowywaniu inteligentnych czujników, które zawierają własne algorytmy sterowania. Na przykład SPAE-P10R-Q3-PNLK-2.5K firmy Festo nie tylko wykonuje pomiary, ale ma wbudowane przetwarzanie sygnału w celu sprawdzenia mierzonego ciśnienia względem programowalnych poziomów progowych. Reagując tylko na ważne zmiany ciśnienia, taki inteligentny czujnik zwalnia PLC z kontroli progów, zapewniając dodatkową pojemność dla bardziej zaawansowanych funkcji sterowania.

Zwiększenie wykorzystania inteligentnych technologii uruchamiania

Urządzenia, takie jak SPAE-P10R-Q3-PNLK-2.5K, mogą również umożliwiać stosowanie inteligentniejszych technologii uruchamiania w celu optymalizacji działania systemów pneumatycznych i poprawy dokładności systemów typu pick and place (podnieś i umieść). Tradycyjnie pneumatyka opierała się na sterowaniu mechanicznym. Udoskonalenie systemów sprężonego powietrza to czwarty krok w kierunku Przemysłu 4.0. Gromadzenie danych procesowych z wcześniej „nieinteligentnych” zaworów, cylindrów i jednostek przygotowania powietrza może pomóc odblokować informacje, które prowadzą do skrócenia przestojów, krótszych czasów cykli i wyższej ogólnej wydajności. 

Również napędy silnikowe stają się coraz inteligentniejsze, dzięki nowym funkcjom, takim jak algorytmy inteligentnej konfiguracji, które ułatwiają integrację systemów. Jednym z przykładów jest napęd falownika ACS355-03E-03A3-4 firmy ABB. Napęd może obsługiwać do ośmiu wstępnie ustawionych sekwencji operacji, z których każdą można utworzyć w ciągu kilku minut za pomocą narzędzia na komputerze PC i bez zasilania napędu. Wbudowana inteligencja zmniejsza potrzebę bezpośredniego sterowania PLC i funkcji bezpieczeństwa, takich jak wyłączanie momentu obrotowego, pomagając integratorom systemów spełniać najnowsze dyrektywy maszynowe, jednocześnie dostosowując ich projekty do zasad Przemysłu 4.0.

Funkcje bezpieczeństwa są bardzo ważne w przetwornicy częstotliwości Mitsubishi FR-D700, która aktywnie monitoruje własne bezpieczeństwo funkcjonalne oraz stan wewnętrznych komponentów, takich jak wentylatory i kondensatory. Aktualizacje dotyczące tych czynników pomagają operatorom zaplanować konserwację w najbardziej dogodnym czasie. Utrzymuje bezpieczeństwo nawet w przypadku awarii zasilania, wykorzystując energię odzysku w elektronice zasilania w celu dokonania kontrolowanego hamowania silnika.

Podsumowanie

Droga do Przemysłu 4.0 nie musi wymagać wielkiej zmiany. Produkty, które umożliwiają łatwe wprowadzenie do Przemysłu 4.0, zapewniają najlepszą drogę naprzód a pomoc jest w zasięgu ręki. Globalni dystrybutorzy, tacy jak Farnell, są dobrze przygotowani, aby zapewnić inżynierom profesjonalną obsługę klienta i wsparcie techniczne, celem pomocy konstruktorom paneli i integratorom systemów w znalezieniu najlepszych sposobów na wdrożenie inteligentnych technologii produkcyjnych.

Autor Simon Meadmore, Globalny Dyrektor IP&E, Farnell

Artykuł sponsorowany