CHYTRÉ SENZORY
4 dimenze Průmyslu 4.0
Základním kamenem integrace principů Průmyslu 4.0 do výroby jsou dnes také snímače na strojích a průmyslových robotech. Současné chytré senzory umí nejenom generovat a přijímat informace, zdaleka přesahující klasický signál „sepnuto/rozepnuto“, ale také spolu navzájem komunikují pomocí point to point komunikace IO-Link, prostřednictvím které dokáží odesílat data i do řídícího systému PLC.
Autor: Vojtěch Letko, Produktový manažer, SICK spol. s r.o.
Tím zvyšují účinnost strojních zařízení, zlepšují flexibilitu a umožňují lépe plánovat prediktivní údržbu. Všechny jejich funkce se dají rozdělit do čtyř úrovní chytré senzoriky, které si v následujícím příspěvku představíme.
4 vlastnosti chytrých snímačů: pokročilé snímání, efektivní komunikace, diagnostika, chytré úlohy
Pokročilé snímání
Chytré senzory je možné nastavit buď vzdáleně, a to prostřednictvím PLC, připojením k IO-Link masteru nebo přes software v počítači, anebo také lokálně, pomocí potenciometru a tlačítek. Navíc si zpravidla můžeme vybrat z předdefinovaných operačních módů, které je možné volit podle typu aplikace.
Například u senzoru pro transparentní objekty lze vybírat typ snímání podle druhu materiálu – tedy zda je průhledný, částečně průsvitný, zda se jedná o folii, lahev a podobně. Nastavení je možné i uložit a zkopírovat do dalších snímačů nebo pro případ výměny za nový kus v rámci údržby stroje.
V rámci vizualizace v ovládacím software si můžeme zobrazit křivku síly odraženého signálu a rozložit jednotlivé složky světla RGB u snímačů kontrastu a barev. Stejné parametry je také možné přenášet prostřednictvím IO-Link komunikace a dále zpracovávat v PLC.
Senzory s chytrými funkcemi také poskytují pomoc seřizovači stroje, kdy mu svou odezvou a vizualizací ukazují kvalitu signálu. To se hodí zejména tehdy, pokud zaměřujeme snímače na delší vzdálenosti.
Některé snímače umí dokonce aktivně upravit svůj spínací práh podle zašpinění čočky nebo odrazky. Funkce AutoAdapt neustále vyhodnocuje kvalitu signálu a přizpůsobuje výstupní signál tak, aby senzor falešně nedetekoval objekty, které nejsou přítomny.
Principy Průmyslu 4.0 s využitím chytrých snímačů
Efektivní komunikace
Množství dat, které chytré snímače poskytují, je nutné především efektivně přenášet. K tomu slouží kombinace několika protokolů a technologií. Na posledním metru, tedy od snímače k rozbočovači je nejefektivnější protokol IO-Link, což je point to point komunikace, umožňující odesílat data po standardním čtyřvodičovém kabelu M12/M8. Má ale jistá omezení, jako maximální délku 20 metrů nebo limity v přenosové rychlosti a objemu dat.
Z rozbočovače neboli IO-Link masteru pak probíhá komunikace pomocí páteřní fieldbus sítě, například PROFINET. Fieldbus protéká celou výrobní halou a má výhodu rychlosti a přenosu dat na velké vzdálenosti, až do PLC. Odtud pak data pokračují dál, pomocí ethernetové lokální sítě až do cloudu, odkud je možno přistoupit k datům z továrny odkudkoliv na světě. Samozřejmostí je důkladné zabezpečení cloudu i celé sítě. Výhodou pro zákazníka je komplexní obrázek a možnost porovnání dat z několika výrobních závodů, nalezení úspor a zlepšení efektivity výroby.
Struktura sítě Průmyslu 4.0 a přenos dat od senzorů po cloud
Diagnostika
Prediktivní údržba je dalším z pilířů Průmyslu 4.0. Abychom eliminovali prostoje ve výrobě, potřebujeme včas vědět, kdy je zapotřebí provést servis nebo snímače vyměnit. Proto jsou chytré senzory vybaveny funkcemi, jako je počítání provozních hodin nebo alarm v případě zašpinění čočky.
Programátor může v PLC nastavit odeslání zprávy údržbě s konkrétním požadavkem a lokací snímače. Ten lze na povel také rozblikat pomocí funkce „find me“, takže jeho identifikace pro očištění nebo výměnu je otázkou chvíle. Údržbář už ani nemusí nový senzor nastavovat. Pomocí IO-Link lze do senzoru vzdáleně poslat správnou konfiguraci, čímž klesají i nároky na odbornost údržby.
Servisní čas zkracuje i digitální dvojče, tedy kopie továrny uložená v cloudu. Tam lze nalézt informace o senzorech, datasheety, manuály, projektovou dokumentaci, ale také informace o provedené údržbě. V digitálním dvojčeti je možné také simulovat celé výrobní procesy a dopředu tím odhalit možné poruchy nebo procesní nedokonalosti.
Inteligentní úlohy (Smart Task)
Senzory s integrovaným IO-Linkem dokážou fungovat i nezávisle s využitím tzv. „Smart task“. Aniž bychom potřebovali PLC, můžeme přímo v senzoru nastavit jednoduché úlohy – od zpoždění signálu po protažení pulzu nebo funkci počítadla. Mezi nastavenými výstupy lze tvořit různé logické brány, jako jsou hradla AND, OR, případně nastavit spínací okno nebo zvětšit hysterezi. Propojit lze ale i dva snímače navzájem a měřit tak mezeru mezi objekty nebo délku předmětů ve spolupráci s výstupem z enkodéru nebo zadáním konstantní rychlosti dopravníku.
Inteligentní úlohy umožňují provozovat decentralizované systémy, nebo rozšířit stávající aplikace o nové úlohy, a to bez nutnosti zásahu do PLC.
Budoucnost chytrého snímání je teď
Zmíněné funkce chytrých snímačů jsou už nyní integrovány do většiny senzoriky. Jako uživatel se tedy můžeme rozhodnout, jestli tyto funkce chceme využít nebo senzor provozovat jen jako standardní snímač s funkcí „sepnuto/rozepnuto“. Výhodou je, že pokud se kdykoliv v budoucnu rozhodneme inteligentní funkce aktivovat, zpravidla k tomu stačí pořízení IO-Link masteru, například ve formě kabelového rozbočovače. Nejobtížnějším krokem tedy bývá se rozhodnout. Nástroje k integraci principů Průmyslu 4.0 jsou totiž už snadno dostupné.
