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

With manufacturing and process businesses across the globe facing ongoing increasing pressures to boost production performance and reduce costs, Thomas Lantermann, Senior Business Development Manager at Mitsubishi Electric Europe B.V., Factory Automation – European Business Group and Douglas Wilson of Raima look at the importance of condition monitoring, outlining what is possible today and highlighting what is still to come.

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.

The resulting data streams certainly cannot be monitored manually, but increasingly they are also beyond traditional plant automation architectures. While PLCs (programmable logic controllers) are ideal for sequential control and some analogue processing, they don’t have the data crunching or analysis power to derive usable conclusions from large streams of condition monitoring data.

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.

What is needed is a new approach, and it has to start within the automation architecture. Mitsubishi Electric has addressed this with its C Controller – a dedicated C-language CPU that operates standalone or mounts on standard MELSEC Q series PLC hardware. Integrating seamlessly with proven Q series I/O, networking modules and motion control cards, the C Controller CPU provides a flexible, reliable, readily expandable, rack-based PC solution as part of a multi-disciplinary automation platform.

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.

The C Controller is available in three Mitsubishi Electric iQ Platform ready CPU (central processor unit) modules. The Q12DCCPU and Q24DCCPU models include two and three Ethernet ports respectively, a RS232 port, an USB port, a CompactFlash card slot and a 7-segment display for debugging and diagnostics. The third model called Q06CCPU provides an Ethernet port, RS232 port and a CompactFlash card slot. All CPUs come with the Wind River VXWorks real time operating system pre-installed. Program development environment options include Mitsubishi Electric’s own CW Workbench and Wind River’s Work Bench for the Q12 and Q24DCCPU, or Tornado for the 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 to enable Raima’s RDM Embedded database technology to run on the C Controller CPU.

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.

Key features include the ability to conduct a single query across multiple targets, with circular tables that can be queried by SQL (Structured Query Language). In addition, RDM embedded provides features such as database cursors, shared memory protocol, multiple data types, bulk insert API (application programming interface), ‘dirty read’ isolation level, enhanced encryption, and selective replication and notification.

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.

The optional web-based interface, through its micro HTTP (hypertext transfer protocol) server as well as a powerful replication server, gives enhanced flexibility. For example, the replication feature allows data to be moved from Raima’s RDM Embedded database to third party data stores (such as SCADA (supervisory control and data acquisition) systems, ERP (enterprise resource planning) systems and enterprise databases). Such features make remote access to the database simpler yet extremely powerful, allowing for more complex deployment of monitoring and control industrial applications.

RDM”s replication functionality includes third party replication and support for multiple master to single slave selective replication of circular table data—important for devices at the edge of the network where condition monitoring occurs. The data stored in each master”s circular table is replicated to a central control system which maintains a permanent history of all device data which can then be made available for a variety of time series and other analyses.

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.

We can see, then, that RDM Embedded running on the Mitsubishi Electric C Controller addresses the need for secure, real-time throughput of condition monitoring data that today’s manufacturing enterprises require. Robust and automated data management, flow and analysis delivers numerous advantages. Early detection of developing faults means fewer breakdowns, and results in increased uptime which in turn means increased productivity.

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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