česky english Vítejte, dnes je sobota 05. prosinec 2020

Pečujte o zařízení a hlídejte jejich stav s nástroji iCOMOX

DPS 2/2020 | Vývoj - články
Autor: Arrow Electronics Czech Republic

Každoročně je po celém světě nainstalováno přibližně 300 miliónů elektrických motorů. Každé takové zařízení pak zpravidla obdrží dodatečnou podporu od přidružených mechanických systémů, jako jsou např. čerpadla, ventilátory, převodovky či kompresory.

Zatímco motory bývají obvykle spolehlivé, skutečnost, že jsou neodmyslitelnou součástí mnoha různých průmyslových procesů, z nich pokaždé činí potenciální, jedno jediné místo pro vznik poruchy. Proto vždy, když se motor nebo nějaký z jeho klíčových podpůrných systémů pokazí, může dojít ke katastrofickému scénáři, který zde znamená prostoje a nižší výnosy. Svědomité organizace mají sice neustále po ruce vhodné náhradní součásti, které ale ani tak nemohou s poruchami dopředu počítat, natož pak zamezit výluce nezbytné k obnovení dalšího provozu.

Početná průmyslová odvětví dnes mají naštěstí přístup k monitoringu vycházejícímu ze sledování stavu (Condition-based Monitoring, CbM). Tato nová technologie nabízí řadu výhod. Umožňuje totiž nepřetržitě kontrolovat stěžejní průmyslové systémy s cílem zredukovat odstávky, zvýšit produktivitu a udržet kapitál. Prediktivní údržba (Predictive Maintenance, PdM) dokáže kromě toho leccos napovědět o dalším směřování zařízení, tedy jaké komplikace lze do budoucna očekávat, a jakou péči je proto nutné zvolit pro jejich vyloučení. Není proto divu, že podniky začínají v CbM a PdM spatřovat naprosto klíčové technologie, které je nezbytné přijmout za vlastní.

Jinak, než bývá zvykem

Chytře navržená péče je hnacím motorem Průmyslu 4.0 a také konceptem „smart factory“, který mění dosud zažité postupy. Nástroje pro údržbu založenou na sledování stavu nepřetržitě monitorují zařízení a všímají si prvních varovných signálů naznačujících hrozící selhání. K samotné akci pak zpravidla dochází v přesně stanoveném okamžiku, kdy zkoumaný parametr překročí bezpečnou úroveň. Prediktivní údržba bude vedle měření s čidly dále spoléhat i na vzorce a modely. Údržbové práce proto přicházejí na řadu v závislosti na rozboru těchto monitorovaných parametrů. Předpovědními indikátory hrozící poruchy jsou rostoucí teplota, vysoká hladina hluku nebo nadměrné vibrace. Smysl spočívá zejména ve včasné detekci a upozornění na potíže.

Pečujte o zařízení a hlídejte jejich stav s nástroji iCOMOX

Pokud jde o podchycení hrozícího selhání průmyslových systémů, čas jsou doopravdy peníze. Na přiloženém diagramu vidíme, jak s delší dobou nezbytnou ke zjištění zhoršujícího se stavu zařízení porostou i výrobní náklady. Určitě se proto vyplatí odhalit číhající nebezpečí s využitím nástrojů CbM ještě předtím, než se známky poruchy stanou zřejmými. Jinak řečeno, iniciativní zjišťování kondice odvíjející se od pokročilé analýzy údajů s cílem předpovědět a také zamezit selhání zařízení bude efektivnější než jen pouhá reakce, ke které neodvratně dochází až po vzniku poruchy. Kombinace různých druhů měření zde zajistí včasnou, spolehlivou a také účinnou detekci hrozícího selhání, na jehož příznaky lze nyní vhodně reagovat.

Ještě nedávno měly pouze stěžejní špičkové provozy typu jaderných elektráren dostatek finančních prostředků k tomu, aby mohly těžit z výhod technologie CbM. V současné době si však přednosti CbM a PdM díky technologickému pokroku razí cestu do stále většího počtu sektorů, kde také umožňují lépe porozumět kondici strojů.

Technologie CbM se vypracovala z platformy pro detekci selhání až na pozici nástroje, který může předpovídat nejen komplikace, ale dále přitom navrhnout i nejlepší možný postup řešení. V následujících letech se pak umělá inteligence (AI) a také systémy strojového učení (ML) postarají o ještě kvalitnější prognózu, resp. i techniky vedoucí k nápravě. Systémy údržby a související procesy či programy budou prostě mnohem chytřejší.

Předcházíme problémům

Technologie CbM posílená o možnosti, které jí nabízejí systémy AI či ML, se stává mocným nástrojem pro řešení složitých situací ve výrobě – to vše na úrovni odborných znalostí, které se v průmyslovém prostředí vymykají schopnostem většiny operátorů, včetně jejich partnerů zajišťujících systémovou integraci.

Flexibilní a přizpůsobitelné řešení CbM umožňuje organizacím nasadit jeden či více zkušebních systémů. Lze tak souběžně sledovat různé průmyslové stroje, a zvolit přitom tu nejlepší technologii pro dané účely. Nízké počáteční kapitálové náklady (CAPEX) a slučitelnost s vnitropodnikovými procesy otevírají poté, co se vše osvědčí, cestu k bezproblémovému nasazení.

Neustále rostoucí počet strojů a zařízení dokáže své provozní poměry nepřetržitě sdělovat, a budou proto nahrazovány pouze v případě, že opravdu doslouží. Nikoli při pevně stanoveném plánu údržby. Je-li takový druh péče podporován ze strany stále četnějšího softwarového vybavení, AI či ML, resp. od poskytovatelů dodatečných řešení, bývá i mnohem inteligentnější. Zmíněné organizace pak vytvářejí neodmyslitelnou součást ekosystému údržby a poskytují základ pro vznik ucelené a dále přizpůsobitelné platformy CbM, resp. PdM. V praxi to zahrnuje hardware, software a také související služby.

Když se řekne iCOMOX

Pod označením iCOMOX od Shiratech Solutions rozumíme zkratku pro „Intelligent Condition Monitoring Box“, tedy otevřenou, vestavnou vývojovou platformu pro monitorování odvíjející se v případě průmyslových zařízení, systémů a struktur od sledování jejich stavu (CbM). iCOMOX zde tiše a nepřetržitě kontroluje provozní podmínky na povrchu zařízení s cílem rozpoznat hrozící, skutečná, ale i teoreticky možná selhání. K tomu pak využívá vlastní „inteligence“ provázané s výstupy z různých typů snímačů pro vibrace, magnetické pole, teplotu a také zvuk. Kombinace senzorů může pomoci zkvalitnit práci inteligentního systému, a rovněž i kompenzovat případné zhoršené parametry jednotlivých čidel. Poruchy stroje lze tudíž odhalit rychleji a také s větší spolehlivostí.

Platforma iCOMOX využívá řady špičkových technologií. Samotný základ je tvořen MCU ADuCM4050 od společnosti Analog Devices s extrémně nízkým odběrem a jádrem ARM Cortex M4. Nízkošumový tříosý akcelerometr ADXL356 od stejného výrobce se šířkou pásma 1,5 kHz pak poslouží jako snímač vibrací, zatímco akcelerometr ADXL362 s mimořádně malou spotřebou, opět od Analog Devices, zde využijeme při spouštění – probouzení s nízkým G. Mezi dalšími klíčovými součástkami s důrazem kladeným na nízký vlastní odběr nesmíme zapomenout ani na teplotní čidlo ADT7410 s přesností ±0,5 °C a 16bitovým rozlišením (Analog), tříosý snímač magnetického pole BMM150 (Bosch) a také číslicově řešený mikrofon MEMS IM69D130 (Infineon). Na vyžádání lze k MCU rovnou připojit i další senzory.

S ohledem na bezdrátovou komunikaci v náročných podmínkách nabízí iCOMOX robustní řešení s vysokou mírou spolehlivosti a opět mimořádně nízkou vlastní spotřebou. SmartMesh® IP síť je zde vystavěna s využitím velmi dobře rozšířitelných bezdrátových uzlů podporujících vlastní vytváření sítě a také optimalizaci společně s možností přeskoků. Prvky jsou založené na SoC LTC5800‑IPM provozovaném v pásmu 2,4 GHz dle IEEE 802.15.4e. Každý iCOMOX proto z pozice uzlu dokáže data shromažďovat, a souběžně je i přenášet. Monitorování a řízení vlastností sítě má společně s výměnou dat mezi iCOMOX a host aplikací na starosti network manager. Podpora pro NB IoT a Ethernet IP PoE se očekává začátkem roku 2020.

Pečujte o zařízení a hlídejte jejich stav s nástroji iCOMOX 1

Nasazení krabiček iCOMOX je rychlé a jednoduché. Může za to rovněž velmi kompaktní provedení s krytím IP66 a certifikacemi CE, resp. FCC. Součástí jsou rovněž nejrůznější adaptéry sloužící k připevnění, které byly navržené tak, aby vyhovovaly celé řadě strojů. Systémem iCOMOX je možné přímo dovybavit stávající zařízení, příp. jej lze zapracovat i do dalších produktů (OEM).

Nedílnou součástí snadno ovladatelného rozhraní budou kromě dashboardů též hlášení v reálném čase. Ať již půjde o počítač, nebo mobilní techniku, pracovníci, kteří se mohou nacházet kdekoli na světě, dokážou nyní vizuálně sledovat kondici svých strojů či zařízení, zatímco při detekci možného rizika dále obdrží okamžitá varování. Pro každé z čidel mají uživatelé možnost nakonfigurovat úrovně pro upozornění nebo vyhlášení poplachu, resp. pracovat s událostmi opatřenými časovým razítkem.

Vlastní umělá inteligence pomáhá u bezdrátově řešeného, bateriově napájeného systému pro sledování stavu zařízení, jako je třeba iCOMOX, získat maximální přidanou hodnotu. Lokální převod údajů ze snímače na chytrá data prostřednictvím algoritmů AI zapracovaných v rámci řešení iCOMOX má za následek menší datové toky, a tudíž i méně spotřebované energie než v případě, kdy surová data ze senzoru rovnou odesíláme dál, např. až do cloudu.

Pokročilou analýzu dat je však možné na vyžádání provádět i v rámci cloudu. Systém iCOMOX přitom podporuje celou řadu cloudových platforem či řešení.

Využití na každém rohu

Systém iCOMOX má co nabídnout spoustě zákazníků, od startupů přes malé a středně velké společnosti či systémové integrátory až po obrovské podniky nebo výzkumné instituce, které mohou využívat iCOMOX k nepřetržitému dohledu nad spoustou zařízení. Jedná se např. o výrobu, stavební činnost, nejrůznější konstrukce, vybavení budov, oblast zdravotní péče, přepravu apod.

Výhody, které řešení iCOMOX nabízí:

  • umožňuje digitalizaci systémů údržby
  • na základě péče, která se může odvíjet od sledování stavu, nebo být i prediktivní, zlepšuje provozuschopnost a snižuje náklady
  • díky monitorování stavu systému v reálném čase a také předpovědím do budoucna prodlužuje životnost zařízení
  • zefektivňuje činnost prostřednictvím vzdáleného dohledu nebo automatické objednávky prací, pokud jde o aktivně vedené opravy
  • optimalizuje a slaďuje výrobní procesy pro dosažení maximální výtěžnosti
  • snadno se instaluje, používá a také udržuje v činnosti; vyžaduje pouze minimální počáteční investici

Jak na to

Začít využívat systém iCOMOX je snadné a poměrně levné. Aby firma dokázala těžit z takové technologie, nemusí být zrovna gigantem s mezinárodní působností. Pro organizace, které se o CbM zajímají, představuje iCOMOX výchozí bod – bez jakýchkoli přemrštěných požadavků a také s minimálním rizikem. Z hlediska finančních nákladů, časové zátěže, školení zaměstnanců a také podpory si nasazení systému iCOMOX v podnicích zase tak moc nežádá. iCOMOX zde zároveň zajišťuje základní platformu, která se dokáže přizpůsobit, a bude ji možné dále i rozšiřovat. Kdykoli tedy vznikne potřeba, lze vše překonfigurovat, a prodloužit tím při monitorování svůj záběr. Nástroj je připravený k okamžitému použití, příp. lze ve spolupráci se Shiratech Solutions, Arrow a Analog Devices vše upravit přesně na míru.

Odhalit výhody monitorování ve stylu CbM bude snadné díky sadě iCOMOX Evaluation Kit (označení SRT-ICOMOX-KIT). Jedná se o otevřenou vývojovou platformu sloužící ke zhodnocení možností systému, která uživatelům umožňuje začít rychle a snadno pracovat. Kit přitom zahrnuje samotnou jednotku iCOMOX, USB klíč pro bezdrátové připojení, montážní sadu, USB kabel, volně dostupnou sadu SDK a také počítačový software iCOMOX Monitor. Nástroj demonstruje možnosti sběru dat ze senzoru, zatímco umožňuje provádět i základní zpracování signálu, resp. analýzu v časové a také kmitočtové oblasti. V případě složitějších požadavků a potřeby spojení s cloudem kontaktujte společnost Arrow.

Závěr

Moderní výrobní závody se potýkají s nabitým programem dodávek, za kterými v současném obchodním světě s obrovskou konkurencí stojí stále náročnější zákazníci. Selhání jednoho jediného motoru nebo dalšího základního vybavení tak může rychle vést k pozastavení provozu se zaměstnanci, zklamání obchodních partnerů a také nemalým finančním ztrátám. A právě proto zde máme vestavné platformy pro monitorování CbM založené na sledování stavu, jako je např. iCOMOX, které u stávajících, nebo též nových strojů a zařízení, pomáhají zvýšit produktivitu a stejně tak i ziskovost.

Od chytrých senzorů se očekává hlášení kritických podmínek ještě předtím, než daná součást selže a přestane definitivně fungovat. Co je však mnohem závažnější, nenadálé dramatické selhání zařízení může zapříčinit vážná zranění, a dokonce i smrt. Systém iCOMOX proto v podnicích umožňuje v souladu s bezpečnostními standardy definovanými pro daná průmyslová odvětví vytvořit ještě bezpečnější pracovní podmínky. Vše se přitom odvíjí od nepřetržitého sledování a okamžitých výstrah.

Závody tak mohou převzít kontrolu nad svými klíčovými průmyslovými stroji a zařízeními, zatímco minimalizují míru nejistoty ve výrobě, zvyšují své výnosy a dále omezují kapitálové i provozní náklady (CAPEX a OPEX). Díky řešení založenému na systému iCOMOX bude navíc pracoviště mnohem bezpečnější.

Partneři

eipc
epci
imaps
papouch
ep
mikrozone
mcu
projectik