Senzori inteligenți: cheia progresului în producție și în automatizarea proceselor

12 IANUARIE 2021

Senzorii sunt componente esențiale, care permit aplicațiilor IIoT (Industrial Internet of Things) să colecteze date exacte în timp real despre condițiile de mediu înainte ca acestea să fie transmise computerelor, care lucrează local și în cloud. Combinând senzori de mediu și algoritmi inteligenți într-o arhitectură computerizată distribuită, inginerii pot schimba radical procesele pentru a permite noi abordări în automatizare și control. Software-ul de analiză, care rulează pe computerele din cloud poate converti cantitățile uriașe de date în informații utilizabile, pentru aplicații precum întreținere predictivă, reducerea consumului de energie și îmbunătățirea calității.

Cu arhitecturile și tehnologiile de senzori potrivite, IIoT nu se limitează doar la organizațiile care își permit investiții costisitoare. O nouă generație de senzori inteligenți proiectați pentru a fi mai ușor de instalat și de gestionat oferă ocazia întreprinderilor independente mici și mijlocii să profite de noile tehnologii IIoT. Senzorii sunt deja folosiți pe scară largă în echipamentele de producție, deoarece multe mașini-unelte dispun de proprii senzori interni pentru a se asigura că funcționează în limitele de toleranță. Totuși, acești senzori sunt, de obicei, integrați într-un sistem închis și nu oferă acces ușor la date. Dar lucrurile se schimbă acum!

Există o tendință în creștere de a dezvolta instrumente și roboți într-o manieră mai deschisă, pentru a sprijini posibilitatea de a încărca noi programe și capabilități în acestea, după instalare, pentru a permite, astfel, fluxuri de producție mai flexibile. Există, de asemenea, o conștientizare tot mai mare în rândul producătorilor de instrumente că aceste sisteme trebuie să ‘colaboreze’ între ele, pentru a facilita flexibilizarea producției. De exemplu, un instrument poate regla vâscozitatea vopselei pentru a compensa schimbările de temperatură și umiditate din mediu. Alternativ, instrumentele de inspecție pot raporta informații despre piesele finite, astfel încât instrumentele din amonte, care sunt în afara toleranțelor, pot reacționa la aceste probleme sau pot fi marcate pentru întreținere.

Datorită nevoii de flexibilitate, transportoarele tradiționale, care presupun un flux continuu și constant de materiale sunt înlocuite sau actualizate pentru a face față schimbărilor rapide ale tipurilor de produse și a timpilor de producție. Acest lucru necesită senzori, care pot monitoriza prezența produselor nu numai în spațiul mașinilor-unelte individuale, ci și în punctele intermediare. Tehnologii precum detectarea poziției, procesarea imaginilor și RFID sunt utilizate pentru a urmări fluxul de produse transportate, pentru a se asigura că acestea se deplasează în mod fiabil către punctul următor și că instrumentele ‘știu’ când să aștepte și când să repornească activitatea. Senzorii de mediu furnizează date importante despre umiditate și temperatură, care pot influența proprietățile materialului. Prin urmare, este necesară o gamă largă de modalități de măsurare, combinată cu o instalare ușoară, care asigură că tipul corect de senzor poate fi utilizat la locul potrivit și este garantată o comunicare fiabilă.

Conectivitatea wireless este critică

Frecvent, senzorii se modernizează pentru ca aceștia să poată funcționa alături de un senzor deja instalat în mașinile-unelte existente, acest lucru necesitând ca o instalare ușoară să fie o cerință absolută. Comunicația wireless este o tehnologie cheie pentru a susține această cerință. Tehnologiile fără fir precum Bluetooth, LoRaWan și Sigfox facilitează instalarea senzorilor exact acolo unde sunt necesari, cum ar fi, de exemplu, cortinele de lumină fotoelectrice, care separă diverse zone de producție din interiorul unei fabricii. Furnizarea unei conexiuni de rețea fixă ar putea fi o problemă, mai ales dacă modificările ulterioare necesită mutarea sau realinierea cortinei de lumină sau a senzorilor fotoelectrici de prezență. Cu o conexiune wireless, nu este nevoie decât de o sursă de putere, iar senzorii cu consum redus de putere ar putea fi alimentați, local, de la baterii.

Gateway-uri standard pentru integrare ‘edge’ și ‘cloud’

Prin utilizarea protocoalelor wireless standard, inginerii pot asigura compatibilitatea cu o gamă largă de gateway-uri disponibile în comerț. Aceste gateway-uri asigură că pachetele de date sunt corect formatate în cadre IP pentru a fi redirecționate către computerele cloud sau edge, care sunt desemnate pentru a primi datele. Prin utilizarea protocoalelor standard, upgrade-urile funcționale, sunt ușor de realizat, fie prin actualizări de firmware trimise prin aer, fie printr-un hardware nou, care acceptă același protocol.

Un alt avantaj important al utilizării senzorilor fără fir este că mulți dintre ei conțin propriile lor microcontrolere, care pot procesa și formata datele înainte de transmisie. Această inteligență locală poate fi utilizată pentru a filtra datele neimportante. De exemplu, un senzor de poziție trebuie să se declanșeze numai atunci când detectează un obiect în raza de acțiune, în loc să redirecționeze detecții negative către un gateway prin legătura radio. Acest lucru ajută la minimizarea traficului de date și eliberează serverul din aval de efortul de calcul. Procesarea locală poate merge, de asemenea, cu un pas mai departe. De exemplu, grupurile de senzori fotoelectrici inteligenți pot detecta anumite forme (sau tipare) în structura unui obiect și pot declanșa o alarmă dacă acestea nu corespund formatului așteptat. Oricum, deoarece recunoașterea tiparului are loc în mod autonom – în senzor – și nu în procesorul central al unui controler logic programabil (PLC) local, acest lucru reduce sarcina și ajută la prelungirea duratei de viață a dispozitivelor mai vechi care ar putea fi necesare în producție.

O astfel de recunoaștere inteligentă a obiectelor cu ajutorul senzorilor de imagine poate îmbunătăți semnificativ flexibilitatea în producție: aceștia pot fi programați de la distanță cu parametrii corespunzători, de fiecare dată când un produs este schimbat. Producția, inspecția, ambalarea și transportul pot fi chiar setate pentru dimensiuni individuale ale lotului, rezultând o monitorizare eficientă a costurilor în producția în serie.

Senzori inteligenți de mediu, de echipament și de siguranță

Capabilitatea de filtrare inteligentă este doar una dintre caracteristicile senzorilor inteligenti Layer N de la Omega. Senzorii sunt proiectați pentru a fi ușor de instalat și de gestionat. Senzorii sunt pur și simplu asociați (împerecheați) cu un gateway Layer N prin simpla apăsare a unui buton, ceea ce înseamnă că se pot conecta automat la un dispozitiv cloud Layer N. În același timp, este posibil să se mențină compatibilitatea în spate, cu dispozitivele mai vechi, care utilizează module de interfață Modbus.

O caracteristică esențială a soluției Layer N, care facilitează atât integrarea, cât și preocupările legate de managementul datelor, este securitatea. Omega a proiectat Layer N în așa fel încât măsurile de securitate, care reduc amenințările, sunt integrate în fiecare zonă între senzor, gateway și platformele cloud utilizate. Acest accent pe securitate ajută la un alt beneficiu cheie al soluției Layer N, care este suportul pentru comunicațiile pe distanțe lungi. Instalațiile mari din teren sunt deosebit de vulnerabile la atacurile existente într-o rețea fără fir. Folosind tehnologia FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum), Layer N poate suporta conexiuni wireless de până la 1,2km la senzori alimentați cu baterii AA standard. Dacă alimentarea de la rețea este disponibilă printr-un cablu micro USB, această distanță poate fi extinsă la 3,2 km, ceea ce permite accesul la date de temperatură și de umiditate, precum și la alte valori.

Tehnologiile LoRaWAN și Sigfox oferă posibilitatea de a livra date pe distanțe chiar mai mari, înainte ca acestea să fie transmise de un gateway. LoRaWAN dispune, de asemenea, de criptare încorporată, pentru a proteja atât rețeaua, cât și datele utilizatorului, pentru a se asigura că datele sunt complet securizate. Dispozitive precum senzorul wireless de monitorizare a stării LoRaWAN WISE-2410 de la Advantech oferă posibilitatea monitorizării stării mașinilor și sistemelor chiar și în locații îndepărtate, prin măsurarea vibrațiilor și a temperaturii suprafeței. Senzorul poate diagnostica anomalii folosind criteriile specificate în standardul ISO 10816, pentru monitorizarea vibrațiilor, astfel încât utilizatorul nu trebuie să-și creeze propriile instrumente de analiză. Senzorul are protecție IP66 și este potrivit pentru utilizare în diverse aplicații, cum ar fi sisteme HVAC, pompe, motoare și monitorizare sistem.

Cum există multe tehnologii de senzori, care profită acum de arhitectura MEMS, chiar și senzorii inteligenți mici, din punct de vedere fizic, pot combina mai multe modalități de detecție, pentru a oferi actualizări mai cuprinzătoare ale condițiilor de mediu. Un exemplu este senzorul de mediu 2JCIE-BU de la Omron Electronics. Acesta oferă atât conectivitate USB, cât și Bluetooth și include senzori pentru umiditate, lumină, presiune barometrică, zgomot și senzori de accelerație pe trei axe. Utilizat împreună cu un senzor VOC (Volatil organic compound), dispozitivul poate monitoriza continuu calitatea aerului din interior și poate asigura condiții de producție sigure pentru angajați.

În situațiile în care o caracteristică dorită nu este încă disponibilă, plăcile de calcul standard sau cele cu microcontroler compatibile Bluetooth și WiFi oferă posibilitatea de a găzdui adaptoare personalizate, care pot integra o gamă largă de senzori. Serverele Edge și gateway-urile oferă, de asemenea, opțiuni pentru soluții personalizate. Un exemplu este SmartEdge Agile de la Avnet, care poate fi personalizat într-o soluție completă IoT end-to-end pentru o mare varietate de aplicații industriale. Acest modul nu acționează doar ca un gateway; SmartEdge Agile conține nouă senzori și oferă inginerilor de dezvoltare capabilitatea de a implementa inteligență artificială (AI) la margine printr-o interfață zero-cod ușor de utilizat, suportând, astfel, aplicații avansate, precum întreținere predictivă, monitorizare și analiză în timp real.

Aduceți totul “sub același acoperiș”

Utilizarea senzorilor inteligenți este esențială pentru succesul tranziției către Industry 4.0, o schimbare, care permite companiilor să își opereze mai eficient instalațiile de producție. Abilitatea de a procesa datele local, de a le formata și transmite wireless, asigură că sistemele pot fi actualizate treptat și ușor și oferă o legătură între sistemele existente și o aplicație cloud, pentru îmbunătățiri ulterioare. Având în vedere varietatea aplicațiilor și diversitatea senzorilor, este important să alegeți un partener din lanțul de aprovizionare cu acoperire și experiență la nivel mondial, pentru a avea acces la aceste produse. Farnell a încheiat parteneriate strategice cu mulți dintre cei mai importanți furnizori mondiali de tehnologii de detecție, ‘cloud’ și ‘edge computing’ pentru a transforma această viziune în realitate, nu numai pentru marile companii, ci și pentru o gamă largă de IMM-uri.

Autor: Cliff Ortmeyer, Director Global – Marketing tehnic la Farnell

Farnell

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre