Autor: Cliff Ortmeyer, Globalny Dyrektor ds. Marketingu Technicznego, Farnell
Technologie wykrywania są krytycznymi komponentami umożliwiającymi aplikacjom przemysłowego Internetu rzeczy (IIoT) przechwytywanie dokładnych danych o warunkach środowiskowych w czasie rzeczywistym przed przesłaniem danych do komputerów działających lokalnie i w chmurze. Łącząc wykrywanie środowiskowe i inteligentne algorytmy w rozproszonej architekturze obliczeniowej, inżynierowie mogą radykalnie przekształcić procesy i umożliwić nowe podejście do automatyzacji i sterowania. Oprogramowanie analityczne działające na komputerach w chmurze może przekształcić ogromne ilości danych w przydatne informacje do zastosowań, takich jak konserwacja predykcyjna, zmniejszenie zużycia energii i poprawa jakości.
Dzięki odpowiedniej architekturze i technologiom wykrywania IIoT nie jest izolowany od organizacji z głębokimi kieszeniami. Nowa generacja inteligentniejszych czujników, które zostały zaprojektowane tak, aby były łatwiejsze w instalacji i zarządzaniu, sprawiają, że małe i średnie niezależne firmy mogą równie łatwo korzystać z technik udostępnionych przez IIoT. Czujniki są już powszechne w produkcji, ponieważ wiele urządzeń często ma własne wewnętrzne czujniki, zamontowane w celu zapewnienia, że działają w granicach tolerancji. Jednak czujniki te na ogół pasują do systemu zamkniętego i nie zapewniają łatwego dostępu do danych. To się zmienia.
Coraz popularniejszy jest trend opracowywania narzędzi i robotów w sposób bardziej otwarty, aby wspierać możliwość ładowania do nich nowych programów i funkcji po instalacji, a czyniąc to, umożliwiać bardziej elastyczne przepływy produkcji. Twórcy narzędzi również coraz bardziej zdają sobie sprawę, że systemy te muszą ze sobą współpracować, aby wspierać elastyczną produkcję. Na przykład wybrane narzędzie może dostosować lepkość farby, aby skompensować zmiany temperatury i wilgotności otoczenia. Alternatywnie, urządzenia inspekcyjne mogą przekazywać informacje zwrotne na temat gotowych części, tak, aby poprzedzające narzędzia znajdujące się poza zakresem tolerancji mogły zareagować na te problemy lub zostać oznaczone do konserwacji.
Ze względu na potrzebę elastyczności tradycyjne przenośniki, które zakładają stały przepływ materiału i trwającą pracę w zakładzie, są wymieniane lub modernizowane, aby sprostać szybkim zmianom typów produktów i rozkładom czasowym. Wymaga to czujników, które mogą monitorować obecność produktów nie tylko w poszczególnych urządzeniach, ale także w punktach pośrednich. Technologie takie jak wykrywanie pozycji, obrazowanie i RFID są wykorzystywane do śledzenia przepływu nośników produktów, aby zapewnić niezawodne przemieszczanie się do następnego punktu, a urządzenia wiedzą, kiedy czekać, a kiedy rozpocząć pracę. Czujniki środowiskowe dostarczają ważnych danych o wilgotności i temperaturze, które mogą wpływać na właściwości materiału. W rezultacie istnieje zapotrzebowanie na szeroki zakres modalności wykrywania, w połączeniu z łatwością instalacji, zapewniającą odpowiedni rodzaj czujnika, który można zastosować we właściwym miejscu i zapewnić niezawodną komunikację.
Łączność bezprzewodowa ma kluczowe znaczenie
Bardzo często zdarza się, że czujniki są instalowane w celu współpracy z czujnikiem, który jest już zainstalowany w istniejących urządzeniach, co sprawia, że łatwość instalacji jest absolutnym wymogiem. Kluczową technologią spełniającą to wymaganie jest komunikacja bezprzewodowa. Technologie bezprzewodowe, takie jak Bluetooth, LoRaWan i Sigfox, znacznie ułatwiają instalację czujników dokładnie tam, gdzie są one potrzebne, przykładowo fotoelektryczne kurtyny świetlne oddzielające różne komórki produkcyjne, które mogą znajdować się w otwartej części hali produkcyjnej. Konieczność zapewnienia stałej łączności sieciowej jest problemem, zwłaszcza jeśli późniejsze zmiany wymagają przesunięcia lub ponownego ustawienia kurtyny albo podobnych czujników fotoelektrycznych wykrywających obecność. Dzięki łączności bezprzewodowej wystarczy tylko źródło zasilania, a energooszczędne czujniki mogą po prostu polegać na lokalnych bateriach.
Gotowe bramki do integracji brzegowej i chmurowej
Korzystając ze standardowych protokołów bezprzewodowych, inżynierowie mogą zapewnić zgodność z szeroką gamą gotowych bramek. Te bramki zapewniają, że pakiety danych są odpowiednio sformatowane w ramkach IP w celu przekazywania do chmury lub komputerów brzegowych, które są zarejestrowane do odbioru danych. Dzięki zastosowaniu standardowych protokołów aktualizacje funkcjonalności są łatwe do obsługi poprzez aktualizacje oprogramowania układowego przesyłane bezprzewodowo lub za pośrednictwem nowego sprzętu obsługującego ten sam protokół.
Inną kluczową zaletą stosowania czujników z obsługą łączności bezprzewodowej jest to, że wiele z nich zawiera własne mikrokontrolery, które mogą obsługiwać przetwarzanie i formatowanie danych przed transmisją. Ta technologia może zostać użyta do odfiltrowania nieistotnych danych. Na przykład czujnik położenia musi zostać wyzwolony tylko wtedy, gdy wykryje obiekt w zasięgu, zamiast przesyłać negatywne wykrycia do bramki przez połączenie bezprzewodowe. Pomaga to zminimalizować obcy ruch i odciąża serwery podrzędne. Przetwarzanie również może pójść o krok dalej. Na przykład skupiska inteligentnych czujników fotoelektrycznych mogą wykrywać wzorce w strukturze obiektu i wysyłać ostrzeżenie, jeśli nie są one zgodne z oczekiwanym obrysem, być może ostrzegając bardziej wyrafinowany czujnik obrazu, aby wybudził się i zbadał obiekt przed uruchomieniem dalszych alertów w położeniu następczym. Jednak wykrywanie wzorców odbywa się raczej autonomicznie w czujniku, niż w centralnym procesorze lokalnego programowalnego sterownika logicznego (PLC), co zmniejsza obciążenie i pomaga wydłużyć żywotność starszego sprzętu, który może być nadal potrzebny na hali produkcyjnej.
Takie inteligentne czujniki do wykrywania obiektów i obrazowania mogą znacznie poprawić elastyczność produkcji: można je zdalnie zaprogramować z odpowiednimi parametrami za każdym razem, gdy wymagana jest zmiana produktu. Produkcję, kontrolę, pakowanie i wysyłkę można ustawić nawet dla pojedynczych partii, wspierając dostosowywanie cen w produkcji masowej.
Inteligentne czujniki środowiska, maszyn i bezpieczeństwa
Funkcja inteligentnego filtrowania to tylko jedna z funkcji inteligentnych czujników Omega Layer N. Moduły czujników są zaprojektowane tak, aby były łatwe w instalacji i zarządzaniu. Czujniki można łatwo sparować z bramką Layer N za pomocą jednego przycisku, co pozwala im automatycznie łączyć się z urządzeniem chmurowym Layer N. Jednocześnie zachowanie kompatybilności wstecznej ze starszymi urządzeniami jest możliwe przy użyciu modułów interfejsu Modbus.
Kluczowym atrybutem rozwiązania Layer N, który ułatwia integrację, a także zmniejsza obawy dotyczące sposobu zarządzania danymi, jest bezpieczeństwo. Omega zaprojektowała Layer N tak, aby obejmowała środki bezpieczeństwa zmniejszające zagrożenie w każdej strefie między wykorzystywanymi platformami wykrywania, bramki i chmury. Skupienie się na bezpieczeństwie pomaga w uzyskaniu kolejnej kluczowej zalety Layer N, jaką jest obsługa komunikacji na duże odległości. Duże kampusy i instalacje terenowe są szczególnie narażone na podsłuchiwanie bezprzewodowe. Korzystając z technologii rozproszonego widma częstotliwości (FHSS), Layer N może obsługiwać łącza bezprzewodowe o długości do 1,2 km dla czujników zasilanych za pomocą standardowych baterii AA. Jeśli zasilanie sieciowe jest dostępne za pośrednictwem kabla micro-USB, można go przedłużyć do 3,2 km, zapewniając dostęp do danych dotyczących temperatury i wilgotności oraz innych metod wykrywania.
Technologie LoRaWAN i Sigfox zapewniają możliwość dostarczania danych na jeszcze większe odległości, zanim będą musiały zostać przekazane przez bramkę. LoRaWAN ma również wbudowane szyfrowanie, aby chronić zarówno dane sieciowe, jak i użytkownika, aby zapewnić pełną ochronę danych. Urządzenia takie jak bezprzewodowy czujnik monitorowania stanu WISE-2410 LoRaWAN firmy Advantech umożliwiają monitorowanie stanu maszyn w zakładzie, nawet w odległych lokalizacjach, poprzez pomiar wibracji i temperatury powierzchni. Czujnik może zdiagnozować anomalie za pomocą stworzenia określonego przez normę monitorowania drgań ISO 10816, eliminując potrzebę tworzenia przez użytkowników własnych narzędzi analitycznych. Czujnik o stopniu ochrony IP66 nadaje się do użytku w różnorodnych zastosowaniach, takich jak systemy HVAC, pompy, silniki i monitorowanie obiektów.
Ponieważ wiele technologii wykrywania korzysta obecnie z konstrukcji MEMS, nawet fizycznie małe inteligentne czujniki mogą łączyć o wiele więcej metod wykrywania i zapewnić bardziej kompleksowe aktualizacje warunków środowiskowych. Przykładem jest czujnik środowiskowy 2JCIE-BU wyprodukowany przez firmę Omron Electronics. Oferując zarówno łączność USB, jak i Bluetooth, 2JCIE-BU zawiera czujniki wilgotności, światła, ciśnienia barometrycznego, hałasu i trójosiowego przyspieszenia. Może również zapewniać ciągłe monitorowanie jakości powietrza w pomieszczeniu w połączeniu z czujnikiem lotnych związków organicznych (VOC) i może pomóc w zapewnieniu pracownikom bezpiecznych warunków produkcji.
W sytuacjach, gdy pożądana metoda jeszcze nie istnieje, gotowe płyty obliczeniowe i mikrokontrolery z kompatybilnością Bluetooth i WiFi zapewniają możliwość hostowania niestandardowych adapterów, które mogą zawierać szeroką gamę czujników. Serwery brzegowe i moduły sprzętowe bramek również zapewniają możliwości dostosowywania. Przykładem jest Nordic Thingy: 91, łatwa w użyciu, zasilana bateryjnie, wieloczujnikowa, komórkowa platforma prototypowania IoT dla komórkowego IoT z wykorzystaniem LTE-M, NB-IoT i GPS. Jest idealny do tworzenia weryfikacji koncepcji (PoC), oferuje zintegrowany czujnik środowiskowy temperatury, wilgotności, jakości powietrza i ciśnienia powietrza, a także czujnik koloru i światła. Thingy:91 jest zbudowany na bazie nRF9160 SiP i jest certyfikowany dla szerokiego zakresu pasm LTE na całym świecie, co oznacza, że Nordic Thingy: 91 może być używany praktycznie wszędzie na świecie.
Łącząc wszystko razem
Zastosowanie inteligentnych czujników ma kluczowe znaczenie dla powodzenia przejścia społeczeństwa na Przemysł 4.0, przejścia, które pozwoli organizacjom wydajniej zarządzać swoimi zakładami produkcyjnymi. Możliwość lokalnego przetwarzania danych, ich formatowania i dostarczania bezprzewodowo zapewnia stopniową i łatwą aktualizację systemów, zapewniając połączenie między starszym sprzętem a analityką w chmurze w celu wprowadzania ulepszeń. Biorąc pod uwagę różnorodność zastosowań i metod czujników, ważne jest, aby wybrać partnera w łańcuchu dostaw o globalnym zasięgu i doświadczeniu oraz zapewnić dostęp do tych produktów. Farnell nawiązał strategiczne partnerstwa z wieloma wiodącymi na świecie dostawcami technologii wykrywania, przetwarzania w chmurze i przetwarzania brzegowego, dzięki czemu może pomóc urzeczywistnić tę wizję nie tylko dla dużych organizacji, ale też szerokiego spektrum małych i średnich przedsiębiorstw.
Jeżeli chcesz rozumieć wyzwania, korzyści i potencjał Przemysłowego Internetu Rzeczy serdecznie zapraszamy do pobrania naszego eboka. Zawiera kompleksową wiedzę naszych ekspertów, dzięki czemu poznasz tajniki IIoT.
