Przed systemami monitorowania pracy maszyn stawia się różne zadania. Zasadniczo ich główną rolą jest dostarczanie do operatora danej maszyny lub danego procesu podstawowych informacji koniecznych do poprawnego przebiegu produkcji. Dzięki tym danym operator uzyskuje niezbędne informacje nt. stanu procesu produkcyjnego, urządzeń, a nawet końcowej jakości wytworzonego wyrobu. Najbardziej zaawansowane systemy potrafią nie tylko gromadzić te informacje, przetwarzać je i analizować, ale nawet wszcząć odpowiednią procedurę, jeśli wykryte zostaną nieprawidłowości bądź osiągnięte wartości graniczne parametrów technologicznych. Automatyzacja procesu gromadzenia danych ma jeszcze jedną zaletę – pomija się w niej czynnik ludzki, który jest najczęstszą przyczyną pomyłek.

– Monitorowanie stanu pracy maszyn we współczesnych zakładach produkcyjnych jest jednym z kluczowych aspektów zapewniających utrzymanie ciągłości produkcji, a co za tym idzie, optymalnej wydajności danego przedsiębiorstwa – mówi Marek Bachowski, inżynier wsparcia technicznego w Pepperl+Fuchs.

– W celu zapewnienia niezawodnej pracy urządzeń stosuje się szereg rozwiązań i zabezpieczeń pozwalających nie tylko zminimalizować częstotliwość występowania awarii, ale także je przewidywać i zapewnić możliwie krótki czas postoju w razie ich wystąpienia.

Od prostych rozwiązań po zaawansowane systemy

Na rynku dostępne są bardzo zróżnicowane rozwiązania. Najprostsze z nich gromadzą tylko informacje o tym, czy dana maszyna pracuje czy nie. Dzięki temu jej operator może odpowiednio szybko zareagować – np. włączyć ponownie maszynę bądź uruchomić procedurę naprawczą. Nieco bardziej skomplikowane systemy potrafią już odpowiedzieć na pytanie, jaka jest przyczyna przestoju w pracy maszyny. Zebrane informacje umożliwiają generowanie raportów zarówno okresowych, jak i w czasie rzeczywistym.

Systemy monitoringu maszyn muszą zawierać kilka niezbędnych elementów. To przede wszystkim interfejsy, które pozwolą na odczyt różnych parametrów pracy maszyny. Jeśli dane urządzenie nie ma takiego wyposażenia, niezbędne będzie doposażenie go w odpowiednie czujniki, które pozwolą monitorować i rejestrować interesujące nas parametry. Wszystkie zebrane informacje gromadzone są w bazach danych i tam też następuje ich analiza. Niezbędnym elementem systemu monitorowania maszyn jest więc też odpowiednio wydajny system informatyczny. Jego uzupełnieniem mogą być panele operatorskie HMI, dzięki którym pracownik może śledzić zdalnie i na bieżąco stan pracy poszczególnych maszyn, a także uzupełniać istniejące dane o dodatkowe informacje.

– Z zasady monitorowanie funkcji i elementów maszyn ułatwia identyfikowanie i usuwanie przyczyn awarii. Z tego też powodu użytkownicy oczekują szybkiego i łatwego gromadzenia danych, które w efekcie maksymalizują wydajność maszyn i redukują ponoszone koszty – mówi Paweł Gogolok, specjalista z zakresu czujników wibracji i komunikacji radiowej w firmie Turck. – Jednak czy pozostaje nam tylko naprawa uszkadzających się elementów? Dlaczego nie moglibyśmy przewidywać awarii? Jakkolwiek niesamowicie by to brzmiało, jest to już możliwe.

Jak wyjaśnia Paweł Gogolok, takim zagadnieniem zajmuje się predykcyjne utrzymanie ruchu, dzięki któremu możliwe jest przewidzenie awarii np. silnika czy pompy. Okazuje się, że pierwsze sygnały uszkodzenia pojawiają się w zakresie wibracji generowanych przez daną maszynę. Ich niebezpieczny wzrost może być np. powodowany brakiem wyosiowania maszyny, błędnym zamontowaniem do podłoża czy uszkodzonym łożyskiem. W celu zidentyfikowania problemu przed dojściem do sytuacji krytycznej stosuje się czujniki wibracji.

– Jednym z popularniejszych naszych rozwiązań jest czujnik wibracji i temperatury serii QM42VT1. Urządzenie to nie tylko mierzy wibrację, ale też dokonuje podstawowych przeliczeń, udostępniając szeroki wachlarz danych statystycznych, m.in.: wartość skuteczną prędkości i przyspieszenia, kurtozę, wartości szczytowe czy współczynnik szczytu – dodaje przedstawiciel firmy Turck. – Dane te idealnie nadają się do wykonania pełnej analizy wibracji generowanych przez dany układ, w wyniku czego można określić np. kondycję łożysk.

Monitoring drogą radiową

Ciągły rozwój technologii nie omija również systemów monitorujących bazujących na technologii RFID (automatycznej identyfikacji radiowej, ang. Radio-Frequency Identification), obecnej w przemyśle już od kilkudziesięciu lat. W zastosowaniach maszynowych, jak tłumaczy Marek Bachowski, najczęściej stosowane są częstotliwości LF (125 kHz) oraz HF (13,56 MHz). Oparta na zasadzie sprzężenia indukcyjnego komunikacja między głowicą a znacznikiem pozwala uzyskać zasięg odczytu sięgający kilkunastu centymetrów.

Dobrym przykładem zastosowania takiego rozwiązania mogą być powszechnie wykorzystywane w procesach produkcyjnych maszyny CNC. Szereg aplikacji bazuje na oznaczeniu poszczególnych frezów i narzędzi stosowanych w maszynie w znaczniki RFID. Znacznik taki w podstawowej wersji ma unikalny numer, który służyć może zidentyfikowaniu konkretnego narzędzia.

– Na podstawie identyfikacji danego narzędzia możliwa jest przede wszystkim weryfikacja poprawności jego użycia w danym procesie, co pozwala wykluczyć uszkodzenie maszyny z tego wynikające – wyjaśnia przedstawiciel Pepperl+Fuchs. – Ponadto identyfikacja narzędzi umożliwia automatyczną rejestrację czasu ich użycia, a co za tym idzie, informowanie o konieczności ich wymiany. W tym kontekście pomocne są również przemysłowe czujniki informujące dodatkowo np. o zużyciu grotu spawalniczego lub wykonujące wizyjną inspekcję stanu danego narzędzia.

Kolejne rozwiązanie to znakowanie detali poddawanych obróbce w urządzeniu. Umożliwia ono identyfikację konkretnego elementu na każdym etapie produkcji, przypisanie mu parametrów technologicznych oraz dostęp do pełnej historii produkcji danego detalu, już po jej zakończeniu. Nieodzownym elementem takich konstrukcji są również przemysłowe czujniki zbliżeniowe lub optyczne kontrolujące poprawność montażu detalu umieszczonego w maszynie, a także sprawdzające zgodność wykonanego elementu z wzorcem.

Popularyzacja i rosnąca świadomość korzyści płynących z wykorzystania systemów RFID w zastosowaniach przemysłowych skutkuje dalszym rozwojem technologii. Miniaturyzacja głowic odczytująco-zapisujących i znaczników oraz większa ich odporność na warunki środowiskowe sprawiają, że zakres możliwych rozwiązań bazujących na technologii RFID stale się powiększa.

– Rozwoju w tym kierunku można się spodziewać również w przyszłości, mając też na uwadze malejące koszty produkcji samych podzespołów systemu – dodaje Marek Bachowski z Pepperl+Fuchs.