Účinné zacházení s energií má pro společnosti ve strojírenské výrobě velký význam. Pro optimalizaci spotřeby energie výrobních zařízení musí být veškeré příslušné údaje o spotřebě zaznamenávány a analyzovány. Ve výzkumném projektu ESIMA (Energy-autonomous Sensors and Interaction with Mobile Users, tj. energeticky nezávislé snímače a interakce s mobilními uživateli) společnost Festo ve spolupráci s průmyslovými a vědeckými partnery vytvořila koncepci řízení spotřeby energie vycházející ze snímačů s jednoduchou instalací. Kromě vývoje energeticky nezávislých snímačů byla hlavní součástí projektu vizualizace, která obsluze zařízení nabízí diferencovaný přehled vlastních procesů, a přispívá tak k rozvoji výrobních zařízení Industry 4.0.
Pomocí této koordinované koncepce, která jednoduchou instalaci snímačů, získávání údajů a rádiový přenos rozšiřuje o vizualizaci, může být vypočítána spotřeba energie, např. pro jednotlivé výrobky. Rozhodující předností je, že snímače lze snadno doplnit do stávajících výrobních zařízení. Během výrobního procesu jsou zaznamenávány veškeré příslušné údaje o spotřebě, včetně spotřeby elektrické energie (proud, napětí, výkon) a spotřeby stlačeného vzduchu (tlak, průtok). Bezdrátové systémy snímačů mohou rovněž zaznamenávat příslušné parametry prostředí, jako např. teplotu, vlhkost a obsah CO2. Údaje měření jsou poté předběžně zpracovány a předávány rádiovým spojením základní jednotce.
Snímač stlačeného vzduchu s rádiovým přenosem dat
V průběhu projektu společnost Festo vyvinula snímač stlačeného vzduchu, který současně měří tlak a průtok vzduchu, a tyto údaje předává rádiovým spojením základní jednotce. Integrovaná jednotka s turbínovým generátorem ovládaná malým množstvím stlačeného vzduchu dodává elektrickou energii pro napájení elektrických součástí.
Frekvenčně agilní proces zajišťuje spolehlivost bezdrátového přenosu dat: systém opakovaně mění vysílací a přijímací frekvenci, aby nedocházelo ke kolizi s ostatními rádiovými systémy, např. stávající sítí WLAN. Závěry projektu ESIMA jsou rovněž začleněny do vývoje „bezdrátového" systému IO-Link.
Vizualizace na mobilních zařízeních
Získané údaje lze pomocí internetové aplikace vyvinuté v rámci projektu zobrazovat na mobilních zařízeních, jako jsou chytré telefony nebo tablety. Vzhled lze upravit podle požadavků uživatele. Obsluha může např. sledovat snímané údaje a podmínky strojního zařízení, zatímco vedoucí skupiny může mít větší zájem o spotřebu energie a výrobní statistiky.
Řízení údajů o spotřebě energie pro Industry 4.0
„Výsledky projektu ESIMA nám ukazují, jak lze energetické údaje zaznamenávat úsporněji a přizpůsobivěji," řekl Bernd Kärcher, vedoucí projektu ESIMA ve společnosti Festo. „Získávání údajů, jejich rádiový přenos a vizualizace na mobilních terminálech ve webové aplikaci zajišťují efektivní řízení spotřeby energie v kontextu Industry 4.0."
Kromě optimalizace spotřeby energie je další výhodou poskytování služeb. Protože snímače automaticky zaznamenávají i nejmenší odchylky od normálních hodnot, lze do zařízení zasáhnout včas a zabránit tak nákladným prostojům ve výrobě.
Projektoví partneři z oblasti průmyslu a vědy
- Společnost VARTA Microbattery, která vede mezinárodní trh přímého prodeje baterií zákazníkům i automobilovému průmyslu a dodává je do celého světa, poskytla potřebné komponenty pro akumulaci elektrické energie v bezdrátových snímačích.
- Společnost Hahn-Schickard Society má rozsáhlé zkušenosti s návrhem systémů a získáváním energie. V projektu ESIMA byly kromě snímačů podmínek prostředí vyvinuty snímače pro záznam spotřeby elektrické energie (tzv. e-meters).
- Společnost EnOcean přispěla k projektu svými zkušenostmi v oblasti energetické konverze a rádiových systémů s nízkou spotřebou.
- Potřebné rádiové součásti a základní jednotka byly vyvinuty v oddělení elektrické měřicí technologie (EMT) univerzity Helmuta Schmidta.
- Firma C4C Engineering GmbH vytvořila a naprogramovala webovou aplikaci pro zobrazení a vyhodnocování naměřených hodnot.
- Institut obráběcích strojů a výrobní technologie (IWF) technické univerzity Braunschweig vyvinul inovativní metody pro automatizovanou analýzu dat a poskytl zkušební zařízení pro realizaci prototypu. V další fázi bude systém ESIMA testován v reálném výrobním prostředí v podniku Mercedes-Benz Mannheim společnosti Daimler AG.
Projekt spolupráce byl podporován německým spolkovým ministerstvem vzdělání a výzkumu (BMBF) jako součást výzkumného programu IKT 2020 v rámci aktivity „Energeticky nezávislá mobilita - Spolehlivé energeticky nezávislé systémy pro mobilní lidi".