Průmyslový internet věcí IIoT přináší příslib revolučního dopadu na výrobu. Využitím potenciálu digitální transformace lze zvýšit efektivitu a snižovat energetickou náročnost výroby. Sběr a automatická analýza nepřeberného množství rozmanitých dat nachází využití při prediktivní údržbě i zvyšování bezpečnosti.
Pochopení možností, které přináší IIoT, vede k novým příležitostem
Pro snadnou implementaci IIoT řešení do stávajícího výrobního zařízení koncových uživatelů, ale i do nových strojů s jejich výrobci, je třeba především flexibilní architekturu řešení. Ta umožňuje implementaci, kdy se vůbec nezasahuje do hotového řízení stroje. IIoT tím lze realizovat jako nadstavbu nezávislým rozhraním, které provede analýzu dat z rozličných senzorů a převede jí do uživatelsky přívětivého výstupu. Vlastní řízení stroje tím zůstává úplně nedotčeno. Srozumitelný a přehledný výstup je sdílen s definovanými uživateli v lokální síti, v cloudové aplikaci, nebo třeba implementován do již stávajícího řešení pro monitorování spotřeby energií. Vždy však s využitím standardních zabezpečených protokolů a ohledem na vysoké kybernetické zabezpečení.
Využití IIoT v pneumatických systémech
Jedna z největších výhod použití stlačeného vzduchu jako média je současně jeho nevýhodou. Stlačený vzduch je po vykonání operace volně vypouštěn zpět do atmosféry. Není nebezpečný a není zde potřeba jímat ho zpět. V praxi to znamená, že jsme si na jeho návrat do atmosféry zvykli natolik, že už nás ani jeho zbytečné úniky neznepokojují. Když nám vlivem opotřebení komponent a netěsností stlačený vzduch uniká, aniž by vykonal požadovanou práci, prostě to jen "fouká".
Přestože žijeme vzduchem obklopeni, jeho stlačování a úprava spotřebuje množství energie, jejíž výroba vyprodukovala množství CO2. Stlačený vzduch není tak ekologicky čisté a energeticky nenáročné medium, jak by se z přístupu k jeho spotřebě mohlo na první pohled zdát.
A zde je ukrytá ona zmíněná nevýhoda stlačeného vzduchu. Syčící zvuk, který vydávají opotřebené, netěsné komponenty v nás obvykle nevyvolává potřebu žádné reakce. Nejsme v nebezpečí a naše neznalost, kolik nás poslech onoho syčení stojí, nás nechává v klidu. Nejde jen spotřebu energie. V další řadě jde také o samotný stroj pro výrobu stlačeného vzduchu. Zbytečné zatížení kompresoru zkracuje jeho životnost, zvyšuje náklady jeho údržby a tím znovu prodražuje cenu výroby.
Zvýšená spotřeba stlačeného vzduchu vlivem úniků s sebou nese jednu zásadní informaci. Je spolehlivým ukazatelem opotřebení výrobního zařízení. Například netěsný pohon nevyvine patřičnou sílu a může být zdrojem nekvality výroby, způsobit poruchu a odstávky stroje.
Kontinuální sledováním průtoku vzduchu pomocí senzoru AVENTICSTM AF2 a jeho zpracováním pomocí Emerson Edge rozhraní RXi2-LP nabízí silný analytický nástroj. Připravená softwarová analýza dat neukazuje pouze informaci o spotřebě samotné, ale stává se velmi užitečným nástrojem prediktivní údržby. Kontinuální sledování, okamžité vyhodnocování umožňuje odhalit potíže dříve, než způsobí nečekané potíže ve výrobě. Náhlý prostoj je vždy nákladnější, než včasná a naplánovaná výměna opotřebené součásti. Adresováním změn průtoku s algoritmem ovládání výrobního zařízení lze přesně zdroj neobvyklého chování identifikovat a na neobvyklou situaci včas upozornit.
Velmi užitečnou informací může být znalost počtu cyklů v porovnání s předpokládanou životností dle B10. Lze tak lépe cílit preventivní údržbu na nejvíce opotřebené součásti. Ventilové terminály AVENTICSTM AV03 a AV05 umožňují analýzu vlastního opotřebení jako jednu ze základních funkcí. Přehledná vizualizace informuje o předpokládané životnosti každého jednotlivého ventilu v terminálu.
U pneumatického pohonu může být ukazatelem opotřebení například změna času přestavení zdvihu. Pro jeho měření lze využít dvojitý snímač polohy AVENTICSTM ST4-2P. Stejný snímač lze využít pro posouzení stavu tlumení koncové polohy nebo opotřebení tlumiče rázu.
Největší přínos IIoT vidíme ve snadnosti sběru velkého množství dat, která spolu zdánlivě nesouvisí. Jejich softwarová analýza a porovnání trendů obnaží na první pohled skryté informace. Například samotné měření průtoku vzduchu, nemá příliš velkou vypovídající hodnotu. Minimálně je třeba tuto hodnotu rychle posoudit a dát přehlednou zpětnou vazbu ukazující trend oproti historii. Spojením hodnoty průtoku s údajem zda šlo o spotřebu při výrobě nebo během přestávky už získáme poměr vlastní spotřeby a úniků. Každá další informace přidá novou vrstvu. Vzájemné souvislosti pak ukážou do té doby přehlížený problém. Vhodné softwarové řešení zvládne nejen analýzu dat, která je aktuální a dostupná v jakémkoliv okamžiku, ale také samo upozorní na neobvyklé stavy, které mohou být předzvěstí poruchy.
Využití IIoT umožňuje přesně a účelně cílit zdroje
Nutno říci, že vnímání významu odstraňování úniků stlačeného vzduchu se v posledních letech prohlubuje. Mnoho podniků v rámci preventivní údržby zavedlo detekce netěsností. Hledání netěsností se provádí plošně, periodicky v daném časovém intervalu. Obvykle jsou kontrolovány všechny stroje, bez hlubší znalosti jejich stavu. Nikoliv v okamžiku potřeby, ale podle pořadníku. Neřízenost tohoto procesu je vykoupena pracností a náklady na lidské zdroje. Každý jednotlivý stroj je pracně kontrolován, aniž by bylo předem známo, zda je to nutné. Přitom by stačilo vyhodnotit spotřebu před rokem, měsícem, před prohlídkou a spotřebu po provedení opravy. Mít nástroj, který data automaticky analyzuje a sám upozorní na potřebu prohlídky. To je možnost, kterou nám dává spojení vhodných komponent s patřičnou softwarovou analytikou. Lze tak snadno vidět data v souvislostech a přesně cílit zdroje údržby. Systém sám automaticky vyhodnotí neobvyklé chování a okamžitě na změnu upozorní například zasláním zprávy údržbě. Problém lze odstranit ihned. Okamžitě zabránit ztrátám energií a předcházet neplánovaným prostojům.
Optimalizace procesu začíná jeho měřením
Standardně se tlak v rozvodu vzduchu nastavuje na bezpečnou hodnotu, která i při maximální spotřebě poskytne alespoň minimální požadovaný tlak pro provoz všech zařízení. Tato nastavení zůstává i v době menší spotřeby, kdy může redukce tlaku přinést významné úspory energie a prodloužit životnost kompresoru. Data o spotřebě a tlaku z odběrných míst získaná sensorem AVENTICSTM AF2 lze využít k algoritmu, který bude řídit výkon kompresoru dle skutečného požadavku výroby.
Komunikačním rozhraní AVENTICSTM AES s digitálními a analogovými I/O moduly umožnuje rychlý transfer informací z rozličných senzorů do Edge rozhraní. Využití nalezne v případě potřeby měřit například průtok kapalného media, vibrace, teploty nebo spotřebu elektrické energie.
AVENTICSTM SPA 2.0 - Smart Pneumatic Analyzer je ideální pomůcka pro prvotní zjištění stavu zařízení. Jde o přenosný nástroj, který obsahuje průtokoměr a Edge rozhraní se softwarovým vybavením pro analýzu spotřeby a úniků stlačeného vzduchu. SPA2.0 je možné instalovat i během provozu na přívod vzduchu do stroje. Pomocí Wi-FI připojení získat rychle a snadno základní přehled o stavu spotřeby a velikosti úniků.
SPA2.0 umožňuje provést i takzvaný Pressure Drop Test, který měření poklesu tlaku v čase převede v jasnou informaci o těsnosti celého systému. Ideální je takový test provádět kontinuálně při každém vypnutí stroje. Trvale instalovaný systém má výhodu znalosti historie měření a sám z dat vyhodnotí, zda už je nutný zásah údržby. Díky přednastavené analytice je automatické upozornění pouze otázkou zadání správné e-mailové adresy, kam jej zaslat.
AVENTICS™ terminál AV03 s komunikačním rozhraním AES a I/O moduly pro připojení externích senzorů a snímačů
Implementace IIoT je postupný proces
Využití možností IIoT technologie můžeme proměnit zdánlivě nesouvisející data ve velmi užitečné informace. Srozumitelná diagnostika strojů poskytne koncovým uživatelům jistotu spolehlivého výrobního zařízení.
Proces implementace IIoT lze realizovat postupnými kroky. Neexistuje jedno univerzální řešení a každá výroba má svá vlastní specifika. Postupné kroky vždy odhalují nové souvislosti a směr, kterým se na cestě digitální transformace vydat dál. IIoT propojí jednotlivé vrstvy a ukáže informace schované mezi řádky.
Vaclav Helma, Machine Automation Leader pro Českou a Slovenskou republiku, Emerson