Inteligentne czujniki – czym są i jakie przynoszą korzyści?
VegaWe współczesnym świecie tzw. inteligentne rozwiązania odgrywają coraz ważniejszą rolę. Nie inaczej jest ze wszelkiego rodzaju czujnikami. Nowoczesne sensory dzięki swojej inteligencji ułatwiają gromadzenie i przetwarzanie dużej ilości danych. W efekcie inteligentne czujniki przyczyniają się więc do poprawy działania systemów automatyki przemysłowej (w tym pomiarowych i sterujących) oraz są ważnym krokiem w kierunku rozwoju tzw. smart factory.
- Inteligentne czujniki – definicja
- Stały rozwój inteligentnych czujników
- Główne obszary zastosowań inteligentnych sensorów
- Rola inteligentnych czujników w systemach predykcyjnego utrzymania ruchu
Powiązane firmy
Obecnie czujniki są nieodzownym elementem maszyn i całych linii produkcyjnych. I choć na przestrzeni lat ich podstawowa rola się nie zmienia, to wraz z rozwojem nowoczesnej technologii – zwłaszcza digitalizacji wielu procesów – przed czujnikami stawia się coraz większe wymagania.
Do najważniejszych należy szybkie przetwarzanie dużych zbiorów danych (big data) i wyodrębnienie z nich kluczowych informacji, na których podstawie są następnie podejmowane odpowiednie działania. Stąd też rosnąca rola inteligentnych czujników, które coraz częściej nie są już tylko mało znaczącym dodatkiem, ale stają się niezbędnym elementem wyposażenia wielu układów.
Czym właściwie są inteligentne czujniki?
Inteligentny czujnik tak naprawdę jest zintegrowanym urządzeniem, które ma kilka elementów – m.in. jednostkę pomiarową, jednostkę odpowiedzialną za wstępne przetwarzanie danych i interfejs komunikacyjny. W porównaniu z tradycyjnymi czujnikami ich inteligentne odpowiedniki wyróżniają się przede wszystkim obecnością mikrokontrolera. Element ten odpowiada za podejmowanie decyzji dotyczących tego, jakie dane i kiedy są wysyłane do zewnętrznej jednostki nadrzędnej.
– Tak zwane inteligentne czujniki powinny się charakteryzować nie tylko doskonałymi parametrami technicznymi, ale przede wszystkim zdolnością do komunikacji w ramach systemu sterowania. Przykładem mogą być czujniki z serii VEGAPULS Air, które służą do bezkontaktowego pomiaru poziomu cieczy i materiałów sypkich oraz działają w ramach tzw. VEGA Inventory System – mówi Marcin Modzel, inżynier sprzedaży VEGA Polska.
System ten służy do monitorowania, wizualizacji i zarządzania stanami magazynowymi wraz z informacją o lokalizacji punktu pomiarowego. Takie rozwiązanie ma liczne zalety – większą transparentność dzięki bieżącemu monitorowaniu, zapobieganie przestojom w produkcji dzięki zwiększonemu bezpieczeństwu dostaw czy choćby mniejsze koszty transportu dzięki optymalnemu planowaniu. Technologia wykorzystuje łącze internetowe, a system można konfigurować zdalnie.
W obszarze inteligentnych czujników stale pojawiają się nowe rozwiązania, dzięki którym urządzenia te zyskują nowe funkcjonalności. Do podstawowych należą gromadzenie i analiza zebranych danych, dwustronna komunikacja z innymi urządzeniami i zwiększanie dokładności przeprowadzanych
Najbardziej zaawansowane rozwiązania mają także zdolność samouczenia się, autodiagnozowania, dostosowywania się do zmiennych warunków (poprzez aktualizację i samokalibrację) czy autonomicznego podejmowania decyzji. Stały rozwój tych urządzeń sprawia, że rośnie poziom ich inteligencji. Jednocześnie widoczny jest trend ich minimalizacji (mimo rosnącej złożoności), ograniczenia ich zapotrzebowania na energię oraz wzrostu szybkości transmisji danych.
Nowe urządzenia – zwłaszcza te podłączone do sieci Internetu Rzeczy – są już zazwyczaj standardowo wyposażane w inteligentne czujniki. Nie oznacza to jednak, że takiej możliwości nie ma w przypadku starszych rozwiązań. Najczęściej wykorzystuje się wówczas odpowiednie moduły pomiarowo-komunikacyjne.
Jak podkreśla Piotr Szopiński, kierownik Działu Technicznego ifm electronic, nowe indukcyjne czujniki analogowe tej firmy są w pełni kompatybilne i nadają się do zastosowania w istniejących instalacjach. Dodatkowo moduł IO-Link udostępnia szeroką gamę funkcji i informacji – sensory mają funkcję pomiaru odległości i przełącznik w jednym urządzeniu, co pozwala na precyzyjny monitoring i wczesne diagnozowanie zmian mechanicznych.
Dodatkowe możliwości IO-Link wynikają także z większej dokładności pomiarów, elastycznej regulacji zakresu wyjściowego czy bezstratnego procesu transmisji mierzonych wartości.
– Nowe indukcyjne czujniki mają też więcej funkcjonalności z pełną kompatybilnością ze standardowymi urządzeniami wejściowymi – dodaje Piotr Szopiński. – Dzięki nim eliminuje się kosztowne usuwanie długotrwałych awarii w parku maszyn, a firma oszczędza za sprawą wykorzystania nowoczesnych technologii.
Inteligentne czujniki – olbrzymi potencjał rozwoju
Już teraz inteligentne czujniki można znaleźć w wielu różnorodnych aplikacjach przemysłowych i praktycznie w każdej branży produkcyjnej. Do tego inteligentne mogą być wszystkie typy sensorów, bez względu na mierzony parametr.
– Inteligentne czujniki możemy dziś napotkać w niemal każdej gałęzi przemysłu. Oprócz podstawowej funkcji w postaci pomiaru danej wielkości fizycznej takie przyrządy potrafią przeprowadzić autodiagnostykę i sprawdzają wiele swoich parametrów wewnętrznych – tłumaczy Barto Fras, product manager w Endress+Hauser.
I dodaje, że wprawdzie parametry te często nie są istotne z punktu widzenia prowadzenia samego procesu, jednak umożliwiają uzyskanie użytecznych informacji diagnostycznych na temat kondycji danego przyrządu. Na ich podstawie jesteśmy w stanie dowiedzieć się więcej na temat sprawności samego czujnika, jego wewnętrznych obwodów i potencjalnych zagrożeń, które wiążą się z jego nieprawidłowym funkcjonowaniem. Urządzenia takie stosuje się zatem wszędzie tam, gdzie istotne jest bezpieczeństwo i optymalne wykorzystanie potencjału zakładu czy linii produkcyjnej.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Również Marcin Modzel zauważa, że inteligentne czujniki znajdują zastosowanie w coraz większej liczbie aplikacji – gdzie lepsza kontrola nad procesem może przynieść wymierne korzyści w postaci poprawy wydajności czy bezpieczeństwa.
Jak wyjaśnia przedstawiciel VEGA Polska: – Czujniki VEGA do pomiaru poziomu i ciśnienia są obecnie wykorzystywane w zakładach chemicznych, farmaceutycznych, w energetyce, przemyśle spożywczym, gospodarce wodno-ściekowej, cementowniach, spalarniach odpadów, górnictwie i hutnictwie. Choć każda gałąź przemysłu charakteryzuje się specyficznymi wymaganiami w zakresie stosowanej technologii pomiarowej, to dążenie do automatyzacji procesów stanowi wspólny mianownik. Jednym z wielu przykładów zastosowania tzw. inteligentnych czujników jest produkcja żywności, gdzie dokładne monitorowanie poziomu składników w zbiornikach i silosach pozwala unikać przestojów w produkcji.
Predykcyjne utrzymanie ruchu wśród najważniejszych korzyści stosowania inteligentnych czujników
Rosnąca popularność inteligentnych czujników wynika z licznych korzyści, jakie niesie ich stosowanie. Wykonywane przy ich użyciu pomiary są dokładniejsze, co minimalizuje ryzyko wystąpienia błędu w pracy konkretnego systemu. Zaawansowane czujniki są w stanie przeanalizować większą ilość danych w krótszym czasie i na ich podstawie podjąć odpowiednią decyzję co do dalszego postępowania.
Niewątpliwie olbrzymią zaletą wykorzystania smart sensorów jest także możliwość wprowadzenia w zakładzie produkcyjnym predykcyjnego modelu utrzymania ruchu.
– Wspomniane monitorowanie danych diagnostycznych powoduje, że wiele sytuacji awaryjnych można wykryć z wyprzedzeniem, zanim nastąpi całkowite odstawienie czujnika i w konsekwencji zatrzymanie procesu czy pracy całej linii produkcyjnej – wyjaśnia Barto Fras. – Praca służb związanych z utrzymaniem ruchu nie musi więc oznaczać usuwania na bieżąco awarii, ale może polegać na wdrożeniu działań predykcyjnych i zapobieganiu awariom, zanim te się pojawią.
To natomiast przekłada się na wymierne korzyści, ponieważ każdy przestój oznacza realnie utracone pieniądze. W dobie szybko zmieniających się realiów rynkowych każde przedsiębiorstwo, które korzysta z możliwości wydajnego zarządzania procesami, zwiększa swoją konkurencyjność i elastyczność przy jednoczesnej redukcji potrzeby bezpośredniej obsługi parku maszyn i urządzeń.
Piotr Szopiński wymienia najważniejsze korzyści ze stosowania czujników indukcyjnych firmy ifm electronic z wyjściem analogowym i modułem IO-Link. Ich implementacja, dzięki komunikacji cyfrowej, z jednej strony oznacza unikanie strat na etapie konwersji lub eliminowanie zakłóceń elektromagnetycznych, a z drugiej strony zakres wykrywania czujnika można swobodnie skalować poprzez IO-Link. Taka parametryzacja pozwala jednocześnie na swobodną regulację krzywej załączania.
– Tym samym można zmaksymalizować rozdzielczość, gdyby zachodziła potrzeba szybkiego wykrycia niewielkich zmian odległości, które mogą się pojawiać np. w okresie pierwszych objawów zużycia urządzenia. Po podłączeniu czujnika do systemu ERP dane cyfrowe można od razu wykorzystać do celów zautomatyzowanej konserwacji, zależnej od aktualnych potrzeb – dodaje Piotr Szopiński.
Przyszłość w obszarze systemów kontroli i pomiarów, sterowania czy szeroko pojętej automatyki przemysłowej z pewnością będzie należeć do inteligentnych czujników – które będą istotnym punktem fabryk rozwijanych zgodnie z koncepcją Przemysłu 4.0. Można oczekiwać, że będą one stale ewoluować, oferując coraz bardziej zaawansowane funkcjonalności. Dzięki temu jeszcze bardziej poszerzy się obszar ich zastosowań, a przy tym staną się dużo bardziej wydajne.
O Autorze
