Ứng dụng IoT cho hệ thống khí nén

by Louis Vu
0 comment

Vài năm qua chúng ta đã chứng kiến ​​sự quan tâm đáng kể xung quanh Internet of Things (IoT) và Công nghiệp 4.0. Trong lĩnh vực sản xuất, khái niệm này thường được gọi là Internet vạn vật công nghiệp (IIoT) và đáng chú ý là chúng ta luôn kiếm được lợi nhuận ở mọi góc của nhà máy. Sức mạnh tính toán được nâng cao và sự ra đời của dữ liệu lớn đang giúp biến lời hứa của IIoT thành các thành phần được kết nối thực tế trong các hệ thống lớn hơn mang lại trí thông minh cho máy ở cấp độ thiết bị. Các giải pháp đều xoay quanh thu thập dữ liệu liền mạch, phân tích dữ liệu một cách nhanh chóng và biến thông tin đó thành kết quả có thể thực hiện được nhằm tăng thời gian hoạt động, hiệu quả và năng suất.

Từ các hệ thống robot và dây chuyền lắp ráp tự động cao đến các bộ phận rời rạc như van khí nén và bộ truyền động, IIoT đang tiến vào kết cấu của môi trường sản xuất ngày nay trên hầu hết mọi ngành công nghiệp. Lắp ráp thiết bị y tế, sản xuất ô tô, chế biến thực phẩm và nhiều ứng dụng đóng gói đều bắt đầu gặt hái những lợi ích của việc kết nối các thiết bị thông minh hơn với trí thông minh trên tàu.

Www Machinedesign Com Các trang web Machinedesign com Các tập tin Io T Pneumatics G2 Slide13 3

Các nhà máy không phải lúc nào cũng có cơ sở hạ tầng cần thiết do các tiêu chuẩn IoT cạnh tranh như EtherNet / IP, Profinet và các giao thức khác.

 

Phân tích dữ liệu và kết quả hành động

Môi trường sản xuất hiện đại với máy móc năng động và thiết bị tự động đang bắt đầu phụ thuộc nhiều hơn vào phân tích dữ liệu thời gian thực. IIoT cho phép đánh giá từng phút thông qua một mạng lưới cảm biến thông minh rộng lớn cho phép thu thập dữ liệu toàn hệ thống, phổ biến dựa trên cơ sở hạ tầng xương sống truyền thông mạnh mẽ.

Theo cách này, một lượng lớn dữ liệu được thu thập liên tục từ cấp độ thành phần và thiết bị của môi trường nhà máy. Sau khi thu thập, dữ liệu thô này được phân tích và biến thành thông tin hữu ích. Các thiết bị thông minh hơn các thiết bị được cài đặt thậm chí vài năm trước hiện được yêu cầu để hỗ trợ phân tích cục bộ, phân tích thiết bị và trí thông minh cấp hệ thống, bao gồm cả chiến lược điện toán đám mây và cạnh.

Mục tiêu của việc thu thập và phân tích dữ liệu là chuyển đổi tất cả hoạt động đó thành kết quả có thể thực hiện và dự đoán được. Điều này chỉ đơn giản là sử dụng thông tin thu được từ việc phân tích dữ liệu cấp thiết bị để cải thiện hiệu quả thiết bị tổng thể hoặc nói cách khác, tối đa hóa năng suất và giảm thiểu (hoặc thậm chí loại bỏ) thời gian ngừng hoạt động ngoài dự kiến. Khái niệm này rất đơn giản và mang lại nhiều lợi ích, như năng suất cao hơn và chất lượng được cải thiện, cái nhìn toàn diện về tính toàn vẹn của hệ thống, kiểm soát hàng tồn kho tốt hơn, chi phí sở hữu thấp hơn do tối ưu hóa năng lượng và khả năng truy cập kết quả phân tích từ xa trên cơ sở 24/7 . Khả năng thu thập và sử dụng dữ liệu để thúc đẩy các quyết định ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất là bản chất của IIoT.

Ví dụ, hãy xem xét tác động IIoT đang bắt đầu có đối với ngành bao bì. Được kích hoạt bởi các thành phần thông minh được hỗ trợ bởi cơ sở hạ tầng mạng và máy tính phù hợp, các vấn đề sản xuất có thể được ngăn chặn trước khi chúng xảy ra.

Đọc Thêm :   Công ty dược phẩm Lonza ứng dụng IoT thống nhất dữ liệu sản xuất của mình

1 Ví dụ khác, chúng ta hãy tưởng tượng một thiết bị khí nén thông minh có thể báo cáo bộ lọc bị tắc hoặc bẩn trước khi nó đủ tệ để làm chậm hoặc tạm dừng quá trình đóng gói. Mục tiêu là làm cho sự thay đổi từ một khả năng chẩn đoán và tâm lý đơn thuần sang một khả năng thực sự tiên lượng và hướng tới tương lai.

 

Hệ thống khí nén thông minh. Nguồn Aventics

Một cách khác để xem xét sự phát triển năng suất này là suy nghĩ về nó như một hành trình từ phản ứng đến phòng ngừa đến bảo trì dự đoán. Dữ liệu IIoT được thu thập ở cấp thiết bị có thể được sử dụng để cải thiện độ tin cậy của máy về tính khả dụng (thời gian chạy tối đa), hiệu suất (thời gian chu kỳ lý tưởng) và chất lượng (số lượng tốt với phế liệu tối thiểu).

Triển khai IIoT

Mặc dù những lợi ích tiềm năng của một hệ thống IIoT được thực hiện tốt là vô cùng hứa hẹn về mặt cải thiện năng suất, nhưng con đường để thực hiện đầy đủ không phải là không có thách thức. Đầu tiên, cơ sở hạ tầng cơ bản vẫn đang phát triển.

Theo bản chất của nó, IIoT tạo ra một khối lượng dữ liệu khổng lồ phải được tổng hợp, phân tích và sau đó hành động. Các ứng dụng sản xuất yêu cầu dữ liệu thời gian thực yêu cầu một lớp linh kiện hoàn toàn mới, những người có trí thông minh cấp thiết bị chuyên dụng. Cả chiến lược điện toán cạnh và dựa trên đám mây đều cần cơ sở hạ tầng có khả năng xử lý thực tế mới của dữ liệu lớn và các hệ thống này vẫn đang hình thành.

Ngoài tình trạng đang tiến hành của cảnh quan IIoT ngày nay, các tiêu chuẩn cũng không kém phần rắc rối. Thực tế là không có tiêu chuẩn thống nhất tồn tại để thúc đẩy cơ sở hạ tầng IIoT trên cơ sở toàn cầu.

Từ Công nghiệp 4.0 và Hiệp hội Internet công nghiệp đến Made in China 2025 và các nhà máy thông minh, các chiến lược khác nhau trong khu vực và đặc thù của ngành tồn tại khi phát triển các tiêu chuẩn IIoT.

Thêm vào đó là các quyết định thông thường xung quanh các lựa chọn giao thức truyền thông công nghiệp như Ethernet / IP, Profinet, IO-Link và các quyết định khác. Kết quả là một cơ sở hạ tầng IIoT chắp vá trải rộng trên toàn thế giới sản xuất.

Phân tích ở cấp thiết bị

Sự phát triển của các tiêu chuẩn và cơ sở hạ tầng IIoT chủ yếu được thúc đẩy bởi các nhà sản xuất PLC. Do đó, một nền tảng thực sự là bằng chứng trong tương lai bắt đầu với trí thông minh nhúng ở cấp thiết bị.

Đọc Thêm :   Nhà máy thông minh Polibol : Giảm chi phí bảo trì và đảm bảo chất lượng trong quá trình sản xuất

Ví dụ, hãy xem xét một  van khí nén như nền tảng ASCO Numatics G3, giúp mở rộng trí thông minh để thực hiện nhiều phân tích dữ liệu IIoT cục bộ tại cấp độ thiết bị. Cách tiếp cận này cung cấp một số lợi ích.

Www Machinedesign Com Các trang web Machinedesign com Các tập tin Io T Pneumatics G3 Slide15 2

Các nền tảng IoT trong tương lai bắt đầu với trí thông minh nhúng ở cấp thiết bị có thể cho phép phân tích cục bộ.

 

Đầu tiên, nó cung cấp khả năng thu thập thông tin có liên quan và hữu ích trên các thiết bị khí nén thông minh bất kể cơ sở hạ tầng nhà máy nói chung. Hơn nữa, không có thay đổi nào được yêu cầu đối với chương trình PLC vì thu thập thông tin chẩn đoán và tiên lượng xảy ra ở cấp thiết bị. Đây cũng là một cách tiếp cận vượt trội về mặt kỹ thuật do sức mạnh tính toán ở cấp thiết bị cho phép phân tích dữ liệu ở cấp độ cảm biến trong thời gian thực.

Ngoài ra, khi cơ sở hạ tầng IIoT phát triển và trưởng thành, thông tin cấp thiết bị vẫn có liên quan. Cuối cùng, chiến lược này cho phép bảo trì dự đoán ngày hôm nay do có sẵn dữ liệu tiên lượng thiết bị.

Khi được phân tích chính xác, dữ liệu IIoT có thể dẫn đến đúng loại thông tin tiên lượng làm cho việc bảo trì dự đoán thực sự trở thành hiện thực. Điều này đến lượt nó cho phép dự đoán chính xác liên quan đến hiệu suất máy và tránh các lỗi thành phần và hệ thống.

Tất cả các phân tích dữ liệu này giúp giảm thời gian chết, chi phí bảo trì và tồn kho thấp hơn, sức khỏe máy được cải thiện, năng suất cao hơn và chất lượng tốt hơn, tăng hiệu quả và năng suất thiết bị.

Hệ thống khí nén thông minh hơn

Để đạt được lời hứa đầy đủ của IIoT và các tiêu chuẩn năng suất được cải thiện đáng kể sẽ đòi hỏi các thiết bị thông minh hơn trên toàn bộ phổ sản xuất. Chúng ta hãy xem xét một kịch bản với một hệ thống I / O phân tán, có thể mở rộng, được tích hợp vào một ống van khí nén được sử dụng trong các ứng dụng như đóng chai, đóng gói và lắp ráp thiết bị y tế. Trong thiết lập này, cả ứng dụng tập trung và phân tán đều sử dụng cùng một mô-đun để tăng tính linh hoạt và giảm độ phức tạp.

Trên các ứng dụng phức tạp, một màn hình đồ họa tích hợp được sử dụng cho cấu hình và chẩn đoán điểm sử dụng và hiện nay là tiên lượng. Cuối cùng, việc thêm các phân tích thiết bị làm cho van đa dạng thông minh và có khả năng tạo ra tác động thực sự đến năng suất.

Một trong những lợi ích chính của khả năng phân tích cấp thiết bị là chúng có thể phá vỡ PLC. Điều này có nghĩa là không có thay đổi lập trình cho PLC và không cần ánh xạ dữ liệu. Tuy nhiên, vẫn có thể ánh xạ dữ liệu tới PLC khi cần.

Ngoài ra, với máy chủ web tích hợp và màn hình LCD, nhân viên nhà máy có thể dễ dàng kiểm tra sức khỏe của thiết bị hoặc sử dụng một ứng dụng đơn giản trên thiết bị di động. Các ứng dụng có thể báo cáo kịp thời các sự cố quan trọng ảnh hưởng đến chức năng của máy và thành phần, giải quyết các vấn đề lớn hơn có thể không được kiểm tra. Cuối cùng, mặc dù tài nguyên điện toán cấp cao hơn không cần thiết cho trí thông minh cấp thiết bị, điện toán đám mây và điện toán đám mây đều được hỗ trợ bởi nhiều thiết bị thông minh ngày nay.

Phân tích chính xác dữ liệu IoT cho phép các nhà quản lý nhà máy dự đoán chính xác và tránh các lỗi thành phần và hệ thống, do đó giảm thời gian chết và tăng OEE.

Triển khai IIoT ở cấp thiết bị

Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn loại thông tin nào có thể được thu thập ở cấp thiết bị khí nén. Đường ống khí van thông minh có thể thu thập và phân tích dữ liệu để theo dõi hiệu suất của các bộ phận như xi lanh van và bộ lọc bôi trơn bộ điều chỉnh bộ lọc (FRL), ngoài việc giữ các tab trên các thông số quan trọng như rò rỉ không khí và thời gian thực hiện nhiệm vụ.

Đọc Thêm :   Canvass Analytics được Google hỗ trợ triển khai nâng cấp AI cho các công ty tự động hóa lớn nhất tại Anh

Sau đây là một vài ví dụ về IIoT đang hoạt động ở cấp thiết bị :

Giám sát hiệu suất xi lanh van. Đường ống khí van thông minh với phân tích thiết bị có thể theo dõi thời gian cần thiết để xi lanh mở rộng và rút lại. Sau đó, Đường ống khí xác định xem thời gian kéo dài / rút lại của xi lanh có thay đổi theo tỷ lệ phần trăm do người dùng xác định trước đó hay không. Nếu phương sai vượt quá ngưỡng đặt trước, Đường ống khí sẽ cảnh báo người dùng để có thể thực hiện hành động khắc phục trước khi năng suất bị ảnh hưởng. Chìa khóa ở đây là không yêu cầu hành động PLC và các cảm biến xi lanh hiện có có thể được sử dụng.

Theo dõi chênh lệch áp suất theo thời gian. Các Đường ống khí van thông minh với phân tích thiết bị cũng có thể được sử dụng để theo dõi hiệu quả của phần tử bộ lọc một lần nữa, không cần sự tham gia của PLC. Đường ống khí gửi một thông điệp cho người dùng khi phần tử bộ lọc cần chú ý hoặc thay thế. Nói cách khác, cảnh báo được gửi trước khi hiệu suất máy bị xâm phạm.

Thực hiện tính toán cạnh. Cổng điện toán cạnh mở rộng khả năng quản lý dữ liệu, tổng hợp và phân tích trên nhiều thiết bị vào cấp hệ thống. Phát triển ứng dụng được đơn giản hóa thông qua các công cụ đồ họa Node-RED. Các giải pháp khí nén thông minh được đóng gói sẵn có sẵn và không yêu cầu điện toán đám mây, mặc dù đám mây có thể được sử dụng nếu muốn.

Đây chỉ là một vài ví dụ đơn giản về những gì IIoT có thể đạt được ngày hôm nay ở cấp độ thiết bị về các thành phần khí nén. Trong ngắn hạn, phân tích thiết bị trên tàu có thể cung cấp kết nối và phân tích. Đưa IIoT lên cấp độ tiếp theo sẽ liên quan đến chiến lược điện toán cạnh trong đó thiết bị cổng cạnh cơ sở hạ tầng sẽ cho phép phân tích hệ thống. Quan điểm dài hạn sẽ liên quan đến điện toán đám mây và phân tích cấp doanh nghiệp thực sự.

Khi hàng tỷ thiết bị thông minh tiếp tục tham gia khuôn khổ IoT và 5G bắt đầu được triển khai thương mại trên cơ sở toàn cầu, các chiến lược IIoT trên toàn thế giới sản xuất sẽ cố gắng bắt kịp. Không có lý do gì để trì hoãn việc thử nghiệm vùng nước IIoT với trí thông minh cấp thiết bị là bước đầu tiên.

Tác giả : Enrico De Carolis là phó chủ tịch của Công nghệ toàn cầu tại  Emerson .

Có thể bạn quan tâm

Leave a Comment