Przemysł 4.0: Zbieranie danych na przykładzie obrabiarki CNC

W zwiększaniu wydajności urządzeń i skutecznym zapobieganiu ich awarii, a także w podnoszeniu jakości wytwarzanych produktów bardzo duże znaczenie ma szeroka wiedza w obrębie tematyki dotyczącej pracy maszyn. Czujniki najnowszej generacji pozwalają na gromadzenie bardzo dokładnych danych.

Pozyskiwanie danych w czasie rzeczywistym ma kluczowe znaczenie w monitoringu pracy urządzeń i maszyn. Aby stało się ono możliwe, niezbędne jest określone zdefiniowanie tych obszarów, które dla zakładu są najistotniejsze oraz odpowiednie dobranie czujników. 

Otoczenie maszyny jest istotne

Zamontowanie czujników to dopiero pierwsze wyzwanie, jakie pojawia się na drodze do sukcesu. Kolejnym jest odpowiedź na pytanie, jak przekazywane dane analizować, jak sprawdzać, czy są one istotne i jak odpowiednio na nie reagować.

Jeśli jesteśmy w posiadaniu podobnie działającej aplikacji lub takiej samej, zastosowanej w podobnym przypadku, możemy skorzystać z już zdobytych doświadczeń. Nie możemy być jednak pewni, że w innym otoczeniu rozwiązanie to zadziała w taki sam sposób. 

Istotne źródła danych

Obrabiarka CNC może posiadać kilkanaście powiązanych ze sobą podzespołów, których stan wpływa na jakość, szybkość i funkcjonowanie maszyny, a także na efektywność elementów, które produkuje. Informacje w cyfrowej postaci na temat jej funkcjonowania można otrzymać dzięki odpowiednio dobranym czujnikom. Źródłem danych mogą być także inne urządzenia, takie jak regulatory, urządzenia mierzące pobór energii elektrycznej i sterowniki PLC, z których każdy posiada odmienny protokół komunikacyjny, co może być powodem dodatkowych implikacji. Jednym z dobrych źródeł danych może być ponadto sterownik maszyny. 

Efektywne gromadzenie danych jest potrzebne

Jeśli diagnostyka wrzeciona za pomocą wibrodiagnostyki wybrana zostanie na początku, to w zależności od monitorowanego obszaru można uzyskać cztery lub więcej istotne obiekty (np. aRMS, vRMS, aPeak, ogólny poziom drgań). Po upływie pewnego czasu konieczne będzie również monitorowanie ciśnienie na chwytaku, poziomu, ciśnienia, temperatury i przepływu oleju oraz temperatury łożyska pompy oraz silnika. W niedługim czasie może być oczywiste, że jedna maszyna generuje kilkadziesiąt równie istotnych parametrów.

Podpięcie sygnałów do sterownika obrabiarki i „przepuszczenie” ich dalej przez sieć Ethernet to klasyczna metoda pozyskiwania danych. Nie jest to jednak niezawodne rozwiązanie – jego wada polega na tym, że trzeba mieć aktualny program i profesjonalistę, który będzie w stanie przeprogramować sterownik. W przypadku rekonfiguracji systemu równie istotna jest także mała elastyczność.

Topologia Y 

Rozwiązanie, które bazuje na topologii Y zaproponowane zostało przez firmę ifm electronic. Polega ono na tym, że pochodzący z czujników strumień danych dociera do systemów IT, a do sterownika PLC trafiają ważne pod kątem sterowania informacje. 

Istotna obserwacja

Mimo że wdrożenie monitoringu powinno być szybkie, a efekty natychmiastowe, w niemal każdej fabryce specjaliści napotykają na innego typu maszyny, często przetransportowane z innej fabryki lub nawet kraju, które za każdym razem różnią się nawet sposobem komunikowania się między sobą. To powoduje, że sposób działania staje się bardzo skomplikowany. Z pomocą może przyjść w tej sytuacji LR Smartobserver, który odbiera przesyłane dane niezbędne do wizualizacji oraz do systemów klasy ERP (opcjonalnie). 

Pewien rodzaj standardu w pozyskiwaniu danych jest możliwy w fabrykach mimo różnorodności rozwiązań, które się w nich spotyka. Jego realizacja możliwa jest dzięki tzw. projektowi pilotażowemu, który potwierdza wcześniej przyjęte założenie. Przykład stanowić może tu możliwość monitorowania stanu wrzeciona na obrabiarce oraz reagowanie z wyprzedzeniem na potencjalne ryzyko awarii, które się pojawi.

To, w jakim jesteśmy punkcie, można określić dzięki analizie danych. Specjalista w zakresie drgań ustawia poziomy ostrzeżeń i alarmów według własnych doświadczeń lub według norm. Zazwyczaj ich weryfikacja i dopasowanie progów dla konkretnej maszyny następuje po około 2-3 tygodniach. 

Na ekranie wyświetlane są przejrzyste informacje, które pozwalają na obserwację stanu maszyn. Samo zbieranie danych nie ma jednak większego sensu w przypadku, gdy pozostają one zamknięte. 

Standaryzacja – ułatwienie życia

Wprowadzenie standardu informującego o stanie maszyn pod kątem predykcyjnego utrzymania ruchu jest prędzej czy później konieczne przy bardziej rozbudowanych parkach maszynowych. Na linii człowiek-maszyna każda z maszyn posiada swój lokalny panel operatorski, czyli własny interfejs komunikacyjny. Jest to komplikacja, ponieważ ujednolicenie sposobu w jaki przekazywane są informacje znacząco wpływa na zarządzanie parkiem maszynowym (np. obchód maszyn w celu sprawdzenia ich gotowości do pracy przed rozpoczęciem produkcji).

Kompleksowe zarządzanie przedsiębiorstwem należy do systemów klasy ERP (Enterprise Resource Planning). Zbieranie informacji z maszyn i przedstawianie ich w łatwy i czytelny sposób należy do LR Smartobserver. Pozwala on również na integrację np. z SAP ERP poprzez Plant Connectivity lub przez wysyłanie zgłoszeń o pracach serwisowych bądź alarmach. 

Gdy czujniki są dobrze dobrane, skonfigurowane i podłączone, nadal może pojawić się problem – co z tymi informacjami zrobić. Platforma LR Smartobserver pozwala zrozumieć, w jaki sposób maszyna „przemawia“ do człowieka.

Case study, na podstawie którego powstał artykuł, dostępne pod linkiem ->
Przemysł 4.0: Monitorowanie maszyn na przykładzie obrabiarki


Źródło: ifm electronic Sp. z o.o.