Keďže tlak na náklady a čas na uvedenie na trh neustále rastú, musia priemyselné podniky nielen viac zviditeľňovať tieto systémy, ale musia dať týmto systémom „právomoc“, aby inteligentne reagovali na zmeny, či už v dôsledku vonkajších vplyvov, alebo vnútorných faktorov. Sú to systémy, v ktorých zlyhanie často vedie k núdzovým situáciám, pretože schopnosť odhaliť poruchy čo najrýchlejšie alebo dokonca vopred je nevyhnutná. Ak možno včas upozorniť na problémy, môže sa naplánovať preventívna údržba, aby sa predišlo výpadkom a výroba sa bez problémov presunula na záložné systémy. Prostredníctvom merania mnohých parametrov v reálnom čase, ktoré určujú aktuálny stav a kondíciu systému, môže priemyselný internet vecí (IIoT) transformovať schopnosť podniku reagovať na zmeny.

Snímače poskytujú informácie, ktoré sú základom IIoT a poskytujú merania, ktoré IIoT potrebuje. Aj keď mnoho obrábacích strojov už obsahuje rôzne typy snímačov, údaje, ktoré poskytujú, boli často „neviditeľné“ a používali ich iba zariadenia, ku ktorým sú priamo pripojené.

Údaje v reálnom čase

IIoT sprístupňuje údaje zozbierané priemyselnými organizáciami a zhromažďuje údaje zo starších systémov merania z vyhradených uzlov inteligentných snímačov. Prostredníctvom IIoT hrá táto nová generácia uzlov snímačov kľúčovú úlohu pri uvoľňovaní údajov, ktoré organizácia už má, ale nemožno ich využiť v reálnom čase, pretože im chýba kontext. Údaje sú prístupné prostredníctvom analytických platforiem často umiestnených v cloude, ktoré môžu sledovať trendy v prichádzajúcich údajoch a porovnávať medzi rôznymi zdrojmi údajov, aby sa zistili najlepšie spôsoby prevádzky pre daný systém.

Ako príklad možno uviesť nákladné automobily na zber odpadu, ktoré pravidelne vyprázdňujú odpadkové koše rušného a preťaženého mesta. Obvykle majú nákladné vozidlá pevnú dennú alebo týždennú trasu, v rámci ktorej smetiarske auto príde ku každému košu a vyprázdni ho bez ohľadu na jeho plnosť. V mnohých prípadoch môžu byť niektoré zásobníky takmer prázdne, zatiaľ čo iné môžu byť preplnené, pretože plán vyprázdňovania nezohľadňuje spôsob ich použitia ľuďmi. Ak je do každého zásobníka namontovaný ultrazvukový senzor, môže v pravidelných intervaloch odosielať informácie o tom, koľko odpadu je vnútri.

Softvér bežiaci na serveroch v cloude môže kombinovať údaje o stave zásobníka s inými informáciami, ku ktorým má prístup, napríklad o dopravných zápchach v rôznych častiach mesta a o počasí, čo môže pomôcť predpovedať, ako rýchlo sa každý zásobník naplní na základe predchádzajúcej hodnoty. Bez údajov o skutočnom stave zásobníka sú však údaje o počasí a premávke užitočné iba z hľadiska vypracovania, ktorým smetiarskym autám bude ich plánovaná trase trvať dlhšie.

Softvér vybavený údajmi o aktuálnom stave v koši môže dynamicky upravovať trasy rôznych nákladných vozidiel a vynechávať zásobníky, ktoré nevyžadujú naliehavú pozornosť. To môže znížiť nielen vzdialenosť prejazdenú nákladným autom, ale tiež pomôcť zaistiť, aby zber nebol zdržiavaný premávkou. Výsledkom je, že jednoduché pridanie jedného nového typu senzora výrazne zlepšuje reakciu technických služieb zabezpečujúcich zber odpadu. Pridanie senzorov sledovania polohy do samotných nákladných vozidiel umožňuje ich presmerovanie v reálnom čase.

Vo výrobnom prostredí môže senzorová technológia IoT výrazne zlepšiť reakciu a flexibilitu, ako aj zvýšiť celkovú prevádzkyschopnosť prostredníctvom použitia a kombinácie rôznych typov snímačov. V prostredí výrobných prevádzok môžu snímače monitorovať stav motora pomocou analýzy vibrácií a teploty, ako aj stavu plnenia surovín. Vďaka informáciám zo snímačov možno usmerňovať tok materiálu v rámci montážnych liniek v celej výrobnej hale. RFID značka na každej palete identifikuje produkt, takže každý nástroj, ku ktorému produkt prichádza, rozumie tomu, čo treba urobiť. Stačí na to RFID čítačka umiestnená na tomto nástroji.

Dôležitosť cloudového systému

Kľúčovým problémom pre organizácie, ktoré chcú vylepšiť svoje prevádzky pomocou technológií IIoT, je určenie optimálnych typov snímačov a spôsob, akým budú svoje údaje posielať do analytických nástrojov. Aby sa maximalizovala reakcia v reálnom čase, nie všetky analytické nástroje budú umiestnené blízko pri snímačoch, resp. k zdroju, kde daný údaj vzniká. Lokálne brány často spracúvajú prvotné údaje a súvisiace inštrukcie do blízkych akčných členov a ďalších zariadení, aby udržali hladký chod systémov. Zároveň budú filtrovať a usporadúvať údaje, aby ich analytické nástroje umiestnené vo vzdialenom cloude dokázali ľahko spracovať. Cloud uľahčuje organizáciám na požiadanie prístup k vysokovýkonným výpočtom, ktoré im umožňujú využívať znalosti v reálnom čase a maximalizovať hodnotu prichádzajúcich údajov.

Príkladom cloudového systému na spracovanie údajov IIoT je Schneider Electric EcoStruxure. Riešenie pozostáva z aplikačných, analytických a servisných vrstiev, ktoré boli nastavené pre rôzne priemyselné odvetvia vrátane riadenia budov, prevádzky dátového centra, riadenia priemyselných technológií a energetických sietí. Keďže vzájomná prepojiteľnosť je kľúčom podpory rozmanitého hardvéru a systémov, ktoré sa používajú v každom z týchto štyroch odvetví, prináša EcoStruxure množstvo aplikácií špecifických pre rôzne zariadenia, analýzy a služby na bezproblémové prepojenie celého podniku.

EcoStruxure zahŕňa podporu nielen na spracovanie v cloude, ale aj na úrovni riadenia na okrajových zariadeniach, čo poskytuje dôležitú schopnosť lokálne riadiť prevádzky a podporuje pokročilé automatizačné a operátorské funkcie. Lokálne servery budú fungovať ako bezdrôtové brány pre snímače, ktoré sú k nim najbližšie. Avšak s podporou technológií nízkoenergetickej širokopásmovej siete (LPWAN), ako sú Sigfox a LoRa, môže jediná brána pokryť veľmi veľkú oblasť, čo umožňuje podporu IIoT pre používateľov v aplikáciách energetických sietí a iných sieťových odvetviach, ako aj v poľnohospodárstve. Vďaka komunikačným technológiám Sigfox a LoRa možno zabezpečiť monitorovanie stavu dverových zámkov v rámci prevádzkových zariadení alebo v rozvádzači, a to až na vzdialenosť niekoľko desiatok kilometrov.

Vnútri nejakého areálu alebo budovy poskytuje platforma Schneider Server podporu pre snímače, ktoré používajú technológie Zigbee a podobné technológie bezdrôtovej lokálnej siete (WLAN). Aby sa zabezpečila maximálna flexibilita, senzory XIOT od Telemecanique môžu byť nakonfigurované pomocou porovnávacích vysielačov, aby boli schopné podporovať ktorýkoľvek z týchto protokolov WLAN alebo LPWAN. Použitie nízkoenergetických sieťových protokolov umožňuje snímačom s batériovým napájaním vykonávať merania a prenášať zaznamenané údaje. Tieto úlohy môžu vykonávať počas obdobia 5 až 10 rokov bez potreby externého miestneho napájania. Každý snímač obsahuje svoju vlastnú logiku spracovania, takže na server neprenáša viac údajov, ako je potrebné na udržanie aktuálnosti. Do snímača môžu byť naprogramované hraničné podmienky a ďalšie typy alarmov, ako je prítomnosť alebo neprítomnosť kľúčových nastavení. V sieti možno takto použiť množstvo typov bezdrôtových senzorov. Zahŕňajú bezpečnostné spínače na monitorovanie potenciálne nebezpečného zariadenia, moduly rozhrania RFID, ultrazvukové a tlakové senzory a monitory polohy.

Kombináciu snímačov XIOT a cloudu Ecostruxure môže už dnes využiť mnoho priemyselných odvetví. V jednej aplikácii boli senzory nainštalované v potrubiach a odvodňovacích vedeniach, aby sa sledovalo, či ventily používané na odvod dažďovej vody cez potrubnú sieť fungujú podľa očakávania. K dispozícii nebolo žiadne elektrické pripojenie, hoci na napájanie snímačov bolo možné na niektorých miestach použiť fotovoltické panely. Inštalovaný systém pozostávajúci z 1 000 snímačov umožnil podniku nielen získať analytické údaje, ale dokázal aj ušetriť viac ako 100 000 eur ročne tým, že sa zabránilo záplavám a znížil sa počet manuálnych kontrol ventilov.

V poľnohospodárstve sa koncové spínače namontované na mobilných zavlažovacích systémoch teraz používajú na zisťovanie prekážok v ceste každého stroja a toho, kedy je každý zavlažovací cyklus ukončený. Snímače tlaku kontrolujú poškodené alebo netesné potrubia a údaje sú prenášané cez LPWAN, takže jediný cloudový systém dokáže monitorovať činnosť zavlažovacích strojov pracujúcich na rozsiahlej ploche bez potreby pravidelných nákladných návštev pracovníkov.

Tento prístup sa uplatňuje rovnako dobre pri ťažbe surovín s koncovými spínačmi a inými snímačmi, ktoré sa používajú na monitorovanie dlhých dopravníkov používaných na prepravu rudy v rámci ťažby v povrchovej bani. Kľúčové miesta ťažby môžu byť zabezpečené snímačmi polohy dverí a RFID značkami. Ak niekto vstúpi do oblasti bez správnej autentifikácie RFID alebo v neočakávanom čase, analytický softvér môže zistiť anomáliu a spustiť poplach. To vedie k oveľa lepšiemu pochopeniu aktivity v prevádzke, ktorú bolo doteraz nesmierne ťažké monitorovať. Využitím týchto snímačov získajú priemyselní používatelia omnoho komplexnejší a aktuálnejší prehľad o ich činnosti, čím sa naplno využijú prínosy IIoT.

Cliff Ortmeyer
globálny vedúci technického marketingu
Farnell
www.premierfarnell.com