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Come combinare il monitoraggio efficace delle condizioni con la gestione dei dati migliora l'efficienza nell'industria

Con le aziende manifatturiere e di processo in tutto il mondo di fronte alle continue crescenti pressioni per aumentare le prestazioni di produzione e ridurre i costi, Thomas Lantermann, Senior Business Development Manager di Mitsubishi Electric Europe BV, Factory Automation - European Business Group e Douglas Wilson di Raima analizzano l'importanza delle condizioni monitoraggio, delineando ciò che è possibile oggi e evidenziando ciò che deve ancora venire.

Mentre le aziende cercano di ridurre i costi, aumentare la produttività e aumentare i loro punteggi di efficienza OEE (livello complessivo delle attrezzature) a livello mondiale a fronte di una concorrenza sempre più globale, considerazioni chiave includono l'ottimizzazione dell'utilizzo delle risorse, la riduzione degli sprechi, la riduzione dei consumi energetici e l'ottimizzazione dei tempi di attività.

Il consumo di energia e il costo dei tempi di inattività non programmati sono di particolare interesse. La legislazione in vigore in Europa rende essenziale per le aziende gestire il consumo di energia e ridurre al minimo i picchi di energia, mentre il costo dei tempi di inattività non programmati per le riparazioni può arrivare a decine di migliaia di sterline ogni ora. La capacità di prevedere i problemi e affrontarli preventivamente durante i periodi di manutenzione programmata è vitale.

Uno degli strumenti principali per affrontare questi problemi è il monitoraggio delle condizioni. Qui, i parametri chiave che indicano le condizioni e il funzionamento di impianti e macchinari sono costantemente monitorati, ad esempio alla ricerca di cambiamenti significativi che potrebbero indicare un guasto in fase di sviluppo. I parametri tipici da monitorare includono vibrazioni, temperatura, contaminazione del lubrificante, rumore e assorbimento di corrente.

C'è stato un tempo in cui il monitoraggio delle condizioni è stato condotto solo periodicamente, e significava gruppi di scienziati qualificati per il dottorato che si occupavano di diagrammi e grafici, analizzando picchi che potevano essere indicativi di macchinari che andavano alla deriva. Era un processo costoso e giustificabile solo sulle risorse più costose o sulle linee di produzione di più alto valore. Ma il quadro è cambiato radicalmente negli ultimi anni, con numerosi sensori pronti all'uso che forniscono una semplice indicazione del fatto che le apparecchiature stanno andando alla deriva a causa della tolleranza.

Applicazioni espandenti

Tale monitoraggio delle condizioni è fondamentale per attività di alto valore come le turbine eoliche, ma le tecniche e le tecnologie di monitoraggio delle condizioni emergenti consentono di fornire una protezione economica per le macchine più piccole, consentendo a chiunque di migliorare l'efficienza, ridurre il consumo energetico ed eliminare i tempi di fermo. Canali di monitoraggio individuali possono essere dedicati a qualsiasi pompa, ventilatore, motore, centrifuga, turbina o schermo vibrante, fornendo un monitoraggio delle condizioni efficace ed economico.

I più recenti dispositivi intelligenti, combinati con miglioramenti nella connettività, fieldbus e reti basate su Ethernet in tutti i settori industriali sono stati i fattori chiave alla base dell'adozione crescente di tecniche di monitoraggio delle condizioni. Ma una considerazione importante è come raccogliere, archiviare, gestire, analizzare e agire sulla grande quantità di dati generati da numerosi dispositivi di monitoraggio delle condizioni.

I flussi di dati risultanti non possono certo essere monitorati manualmente, ma sempre più spesso vanno oltre le tradizionali architetture di automazione degli impianti. Mentre i PLC (controllori logici programmabili) sono ideali per il controllo sequenziale e alcune elaborazioni analogiche, non hanno il potere di analisi dei dati o di analisi per ricavare conclusioni utilizzabili da ampi flussi di dati di monitoraggio delle condizioni.

Allo stesso tempo, ottenere questi vasti flussi di dati dall'impianto di produzione a database di livello superiore è spesso problematico: le tradizionali soluzioni di database PC (personal computer) possono essere difficili, costose e lunghe da integrare con i sistemi di controllo dell'impianto e limitare la velocità e volume di trasferimento dati. Inoltre, una volta analizzati i dati, è possibile ottimizzare l'inoltro delle informazioni utilizzabili al sistema di automazione.

Ciò che è necessario è un nuovo approccio e deve iniziare all'interno dell'architettura di automazione. Mitsubishi Electric ha affrontato questo problema con il suo controller C: una CPU dedicata in linguaggio C che funziona in modalità stand-alone o monta su hardware PLC MELSEC serie Q standard. Integrando perfettamente con gli I / O della serie Q, i moduli di rete e le schede di controllo del movimento, la CPU C Controller fornisce una soluzione PC flessibile, affidabile, facilmente espandibile, basata su rack come parte di una piattaforma di automazione multidisciplinare.

Il tipo di analisi dei dati richiesto dal monitoraggio delle condizioni è intrinsecamente più adatto a un approccio basato su PC rispetto a un approccio basato su PLC e molti sviluppatori di sistemi sono molto più a proprio agio nello sviluppare complessi programmi di analisi dei dati in C o C ++ rispetto ai linguaggi PLC.

Entrambi i modi

Il controller C offre il meglio di entrambi i mondi, aprendo il mondo dell'automazione agli ingegneri che programmano in C e C ++, con hardware della serie Q MELSEC standard che assicura elevata affidabilità del sistema, fornitura stabile a lungo termine e minori costi di manutenzione e gestione. Offre un controllo avanzato basato su PC con un costo totale di proprietà ridotto e una maggiore stabilità operativa, con il vantaggio aggiuntivo di una perfetta integrazione con il PLC e un più ampio ambiente di automazione.

Il controller C è disponibile in tre moduli Mitsubishi Electric iQ (CPU con processore centrale) pronti per piattaforma. I modelli Q12DCCPU e Q24DCCPU includono rispettivamente due e tre porte Ethernet, una porta RS232, una porta USB, uno slot per schede CompactFlash e un display 7 per il debug e la diagnostica. Il terzo modello denominato Q06CCPU fornisce una porta Ethernet, una porta RS232 e uno slot per schede CompactFlash. Tutte le CPU sono dotate del sistema operativo in tempo reale Wind River VXWorks preinstallato. Le opzioni per l'ambiente di sviluppo del programma includono CW Workbench di Mitsubishi Electric e Work Bench di Wind River per Q12 e Q24DCCPU o Tornado per Q06CCPU.

CW Workbench è un nuovo strumento di ingegneria di Mitsubishi Electric progettato appositamente per il controller C, che consente di sviluppare rapidamente sistemi embedded su larga scala, facilmente ea basso costo. CW Workbench offre tutte le funzionalità essenziali richieste per lo sviluppo del sistema, tra cui un editor, un compilatore e un debugger. Mitsubishi Electric offre inoltre una suite completa di strumenti di impostazione e monitoraggio per le CPU del controller C, fornendo impostazioni parametriche prive di programmazione e diagnostica priva di programmi. Questo porta a un mezzo semplice per monitorare lo stato dei moduli collegati e per eseguire facilmente il debugging.

Prendendo la soluzione di un ulteriore passo avanti per quanto riguarda la raccolta, la conservazione, la gestione e l'analisi dei grandi volumi di dati associati con la condizione di monitoraggio, Mitsubishi Electric ha lavorato con [Email protected] Alliance Partner Raima per abilitare RDM embedded tecnologia di database di Raima per l'esecuzione su CPU C Controller.

Ciò fornisce una piattaforma di database robusta che consente di archiviare, gestire e accedere ai dati direttamente con il controller anziché utilizzare un database PC di livello superiore, offrendo un enorme potenziale per prestazioni migliori e una più facile integrazione. Consente agli utenti di sfruttare sia il sistema operativo in tempo reale, sia l'ambiente di programmazione C della CPU, per personalizzare RDM Embedded in base a requisiti applicativi specifici.

Tecnologia di database

RDM Embedded è una soluzione per database embedded ad alte prestazioni e dimensioni ridotte, distribuita con successo in milioni di applicazioni e dispositivi business-critical negli ultimi anni 25. Incorporata nel controller Mitsubishi Electric C, la soluzione combinata Mitsubishi Electric-Raima C NetDB fornisce un database in grado di raccogliere i dati del controller in modo rapido, prevedibile e affidabile, con una risposta in tempo reale in tempo reale per tenere il passo con gli eventi in rapida evoluzione e l'aggiornamento frequente dati. È un database conforme ACID (Atomicity, Consistency, Isolation, Durability), il che significa che le informazioni raccolte sono garantite per essere accurate. Le funzionalità di ripristino automatico assicurano che i dati non vengano mai danneggiati a causa di un errore del sistema. E RDM Embedded offre l'alta disponibilità necessaria nei moderni processi di produzione.

Facile da configurare, C NetDB viene fornito con il sistema operativo preinstallato e deve solo essere inserito nel rack di base della piattaforma Mitsubishi Electric Q. Può quindi essere facilmente configurato e personalizzato in base alle esigenze individuali utilizzando la programmazione C standard. Rispetto ad una soluzione PC tradizionale, i tempi e i costi di manutenzione sono notevolmente ridotti. Ad esempio: l'ambiente operativo stabile non ha bisogno di patching costanti e aggiornamenti visti con un sistema operativo PC tradizionale (sistema operativo). Inoltre, ciò riduce i fastidiosi problemi di compatibilità che talvolta si verificano quando i SO del PC cambiano.

Le funzionalità chiave includono la possibilità di condurre una singola query su più destinazioni, con tabelle circolari che possono essere interrogate da SQL (Structured Query Language). Inoltre, RDM embedded fornisce funzionalità quali i cursori del database, il protocollo di memoria condivisa, più tipi di dati, API di inserimento bulk (interfaccia di programmazione dell'applicazione), livello di isolamento "dirty read", crittografia avanzata e replica e notifica selettiva.

Oltre ai tipi di dati standard come numero intero, carattere, caratteri ampi e binari, RDM supporta anche tipi di dati come data / ora / data / ora, BCD (decimale con codice binario) e GUID (identificatore univoco globale). Data / ora / data / ora consentono la registrazione e la manipolazione basate sul tempo naturale. BCD è una rappresentazione di database standard per soddisfare le esigenze delle applicazioni in cui sono richiesti valori esatti in tutte le cifre decimali. Il tipo di dati GUID fornisce identificatori univoci creati da algoritmi 128 univoci, con una garanzia di gran lunga migliore dell'unicità rispetto a quella che si può ottenere usando i generatori di sequenza.

L'interfaccia web opzionale, tramite il suo server micro HTTP (hypertext transfer protocol) e un potente server di replica, offre una maggiore flessibilità. Ad esempio, la funzione di replica consente di spostare i dati dal database RDM Embedded di Raima a archivi di dati di terze parti (come sistemi SCADA (controllo di supervisione e acquisizione dati), sistemi ERP (pianificazione delle risorse aziendali) e database aziendali. Tali funzionalità rendono l'accesso remoto al database più semplice ma estremamente potente, consentendo una distribuzione più complessa delle applicazioni industriali di monitoraggio e controllo.

La funzionalità di replica di RDM include la replica e il supporto di terze parti per la replica selettiva multipla da master a singolo slave di dati di tabelle circolari, importanti per i dispositivi ai margini della rete in cui si verifica il monitoraggio delle condizioni. I dati memorizzati nella tabella circolare di ogni master vengono replicati in un sistema di controllo centrale che mantiene una cronologia permanente di tutti i dati del dispositivo che possono quindi essere resi disponibili per una serie di serie temporali e altre analisi.

Alte prestazioni

RDM Embedded è una soluzione di gestione dei dati ad alte prestazioni che offre la risposta in tempo reale in tempo reale necessaria nelle moderne applicazioni di monitoraggio delle condizioni, con flussi potenzialmente vasti di dati degli eventi dal vivo. Il motore di database ottimizzato supporta tassi di transazione estremamente elevati e supporta tutti i sistemi operativi in ​​tempo reale tradizionali.

Oltre all'elaborazione in tempo reale, RDM Embedded migliora ulteriormente le velocità di risposta con un motore di database compatibile con ACID che supporta più metodi di indicizzazione, inclusi indici B-tree e hash, in base ai requisiti delle applicazioni e delle prestazioni. L'hash su grandi volumi spesso fornisce un accesso più rapido ai dati rispetto ai metodi di indicizzazione B-tree.

Ad esempio, il monitoraggio delle vibrazioni può evidenziare difetti di sviluppo nei macchinari rotanti. Utilizzando gli accelerometri, è possibile rilevare le letture dei cuscinetti delle macchine per misurare le vibrazioni, mentre altri sensori possono misurare gli alberi rotanti per misurare il loro spostamento radiale e assiale. Confrontando i livelli di vibrazione con i valori storici di base può indicare un fallimento del cuscinetto imminente e consentire l'intervento.

Gli azionamenti a velocità variabile ora forniscono diagnostica come avvertimenti sui valori di assorbimento di corrente che possono indicare il deterioramento delle prestazioni del motore o che potrebbero evidenziare problemi nell'apparecchiatura collegata all'albero motore.

Allo stesso tempo, le ultime generazioni di monitor di energia possono fornire l'output del consumo energetico di tutto, da un singolo componente chiave a una macchina completa. I sensori di temperatura e le termocamere fisse sul posto possono fornire utili indicatori sia del consumo di energia che dei guasti imminenti dei componenti. Nelle industrie in cui la lubrificazione efficace è fondamentale, le ultime generazioni di sensori di conducibilità possono rilevare in modo affidabile i livelli di acqua nell'olio, molto prima che i livelli di acqua alta inizino a causare problemi.

Possiamo quindi constatare che RDM Embedded in esecuzione sul controller Mitsubishi Electric C risponde all'esigenza di un throughput sicuro e in tempo reale dei dati di monitoraggio delle condizioni richiesti dalle odierne aziende manifatturiere. Gestione, flusso e analisi dei dati robusti e automatizzati offrono numerosi vantaggi. Il rilevamento tempestivo di guasti in fase di sviluppo comporta meno guasti e si traduce in un aumento dei tempi di attività, che a sua volta significa maggiore produttività.

La capacità di individuare macchine e attrezzature che si allontanano dalla tolleranza significa che la qualità del prodotto è sempre elevata e la produzione di rifiuti è ridotta. Una migliore pianificazione della manutenzione riduce i costi, così come la capacità di monitorare e gestire il consumo energetico. Un utilizzo ottimale delle risorse riduce la necessità di spese in conto capitale per macchine aggiuntive, mentre la capacità di rilevare i guasti prima di guasti critici significa che vi è una necessità ridotta di tenere scorte costose di pezzi di ricambio.

Futuro

E c'è ancora altro, le tecnologie di monitoraggio delle condizioni e le strategie di analisi diventano sempre più sofisticate. Stiamo già assistendo all'emergere di pacchetti di analisi in grado di inferire parametri in applicazioni difficili da monitorare. Ad esempio, guardando due parametri che possono essere monitorati, è quindi possibile dedurre il valore di un terzo parametro e prendere decisioni di manutenzione o di produzione basate su tale inferenza. Inoltre, possiamo aspettarci che i modelli matematici migliorino e il software associato diventi più abile nel perfezionare sia i dati di monitoraggio delle condizioni che i dati degli eventi, consentendo di prendere decisioni migliori e più informate.

Man mano che i sensori e i dispositivi di monitoraggio diventano sempre più intelligenti, la qualità e la quantità di dati disponibili aumenteranno, con livelli completamente nuovi di dati relativi a stato, efficienza produttiva, consumo energetico, disponibilità della macchina e altro ancora. In tandem, l'ascesa delle comunicazioni Machine-to-Machine (M2M) sta guidando un nuovo modello di intelligenza connessa, sposando comunicazioni efficienti con costi di trasferimento dati convenienti. Le comunicazioni M2M rendono i dati lo strumento di gestione definitivo, consentendo agli utenti di implementare e gestire sistemi molto più sofisticati e complessi pur continuando a monitorare efficacemente ciò che accade all'interno di tali sistemi.

Mitsubishi Electric Europe e [Email protected] Partner Alliance Raima sono in prima linea in questa rivoluzione in condizioni di monitoraggio, con una collaborazione che è allo stesso tempo forte e duraturo. I decenni di esperienza di questi due leader di mercato, in tutti i settori dell'industria, significa che non sono semplicemente reagendo alla domanda degli utenti, ma sono in realtà guidando sviluppi in settori quali la condizione di monitoraggio, fornendo agli utenti finali gli strumenti necessari per incrementare le prestazioni e ridurre costi.

Process Industry Informer

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