Internet Industrial das Coisas: Como automatizar corretamente sua fábrica

Os requisitos para automação da produção crescem constantemente. Requisitos exigentess tanto para alta qualidade quanto para curtos ciclos, significam que um volume crescente de dados medidos devem ser processados cada vez mais rápido.  A fim de reduzir a carga de trabalho do controlador central nestes casos, soluções com as chamadas "inteligências descentralizadas" têm sido usadas de forma crescente no segmento de testes e medições industriais. Mas, em qual tecnologia você deveria confiar?

Aquisição de dados moderna deve ser de alto desempenho, flexível, simples de operar e de fácil integração. Ainda mais, sensores e sistemas de medição são elementos integrantes de Internet Industrial das Coisas (IIoT). Eles fornecem a chave para melhorar a eficiência da produção. Com base nos dados adquiridos dos componentes, unidades de produção e sistemas de testes, os modelos dinâmicos podem ser criados para formar a base para a otimização.

Equipamentos antigos estão sendo substituídos e abrindo espaço para novas tecnologias.
No caminho para a Internet Industrial das Coisas, sistemas inteligentes automatizados assumem papel importante.
As pessoas estão menos envolvidas no processo de produção. Ao invés disso, monitoram e tomam decisões. (todas as imagens são cortesia da Universidade de Darmstadt)

O seguinte critério desempenha um papel decisivo na seleção da tecnologia ideal para a automação da produção:

Rápido e preciso

Sistemas de aquisição de dados têm sido desenvolvidos em uma velocidade vertiginosa para satisfazer os requisitos de aquisição industrial de dados: aquisição de dados medidos, processamento adicional e transferência para um controlador de alto nível estão acontecendo em velocidades cada vez mais rápidas. Taxas de amostragem de até 19,2kHz são agora possíveis para todos os canais, por exemplo. Ao mesmo tempo, amplificadores com uma resolução de 24-bit garantem precisão extremamente alta dos dados medidos, com uma classe de precisão de 0,05%.

Comunicação

Comunicação com um PC ou unidade operacional usada para configurar ou visualizar é feito via Fast Ethernet. Desta maneira, os dados medidos podem ser transferidos a até 100Mbit/s. Além disso, o sistema de aquisição de dados é equipado com uma porta USB, que pode ser usada para salvar configurações em um pendrive USB e ser recuperado mais tarde, para backup do dispositivo, por exemplo. Periféricos, como HD ou scanners de códigos de barras também podem ser conectados, para gravar dados de qualidade, por exemplo, e incluir a identificação dos componentes nestes dados.

Adaptável

Flexibilidade é a chave: o número de canais e a seleção de interfaces dependem da tarefa em questão. Portanto, amplificadores modernos são compostos por um mainframe, que pode ser equipado com diferentes placas de entrada para lidar com uma variedade de desafios. O primeiro slot é reservado para uma placa de comunicação que permite integração com um sistema de automação de alto nível. Os demais slots estão disponíveis para amplificadores com quatro canais cada e uma combinação de placa de entrada e saída.

Na HBM, vários módulos amplificadores estão disponíveis para strain gages, entradas e saídas analógicas e saídas digitais. Isso permite aquisição da maioria das grandezas, como força, torque, pressão, deformação, temperatura, etc. Todos os módulos são alimentados com energia através do mainframe.

Inteligente

Equipamento de teste e medição em aplicações industriais deve integrar-se perfeitamente nos protocolos de comunicação dos sistemas de automação. Uma vez que os volumes de dados e as exigências de velocidade cresceram ao longo dos últimos anos, a Ethernet Industrial se tornou cada vez mais popular, assim como o protocolo de comunicação na tecnologia de automação. No passado, isso envolvia apenas fieldbuses como CAN ou Profibus. Agora e no futuro, os sistemas de aquisição de dados devem suportar Ethernet em tempo real, protocolos EtherCAT, Profinet ou Ethernet/IP, os quais também podem transferir grande volume de dados a uma velocidade muito alta.

O amplificador já pode processar os sinais medidos internamente e analisá-los em tempo real. Portanto, o amplificador pode agora realizar algumas das tarefas que seriam assumidas por um controlador de alto nível, como formação de valores médios, aquisição de valores de pico e outros cálculos matemáticos, bem como os controladores PID.

Além dos canais ofertados por um sistema de aquisição de dados, o usuário também tem à sua disposição os chamados virtuais. Com a ajuda de poderosos processadores de sinal, todos os valores medidos e seus canais virtuais podem ser transmitidos para os equipamentos e sistemas de controle em tempo real a uma taxa de até 10kHz. Esta inteligência, descentralizada do equipamento de teste e medição, é particularmente vital para aplicações com um grau de automação muito elevado, de modo a reduzir a frequência de falhas e a carga do sistema no controlador.


Para quais aplicações os sistemas de medição descentralizados são especialmente adequados?

Aplicações típicas para sistemas de medição descentralizados como o PMX da HBM são encontradas na linha de produção, no monitoramento de prensas, por exemplo. As aplicações em prensas se estendem desde prensas para compactação de compensados até prensas para estamparia, como as utilizadas na indústria automotiva. Esses sistemas também são ideais para o monitoramento de processos de montagem e junção.

Especialmente em fábricas e máquinas de grande porte, parâmetros importantes devem ser monitorados com frequência. A chamada condição de monitoramento ajuda a minimizar tempos de paradas e, portanto, reduzir os custos referentes a interrupções da produção. Outra aplicação clássica para sistemas de medição descentralizados é a configuração de bancos de ensaios industriais, onde componentes complexos são testados para determinar sua capacidade máxima de carga e adequação diária. Aqui, também, a Ethernet Industrial tem se firmado nos últimos anos. O mesmo se aplica aos bancos de ensaio de qualidade, que monitoram a qualidade de produtos acabados no final da linha de produção. O armazenamento em um banco de dados dos dados de qualidade aqui adquiridos também impõe requisitos mais precisos sobre a arquitetura de comunicação do equipamento de teste e medição.

PMX
Software do PMX

Operação conveniente

Operadores de sistemas também sabem como dispositivos inteligentes são convenientes e os usam diariamente. Agora, amplificadores modernos também trazem esta conveniência para o segmento de equipamentos para teste e medição, com software intuitivo e tecnologia operacional como os oferecidos até agora apenas por smartphones e tablets. Interfaces padronizadas também fornecem acesso conveniente a todos os parâmetros do dispositivo para configuração, operação e análise, via qualquer dispositivo habilitado para internet. O resultado é a máxima segurança e viabilidade futura para usuários, além da possibilidade de supervisionar aplicações via dispositivos móveis ou na nuvem.

No caminho para a IIoT

As possíveis aplicações variam de simplesmente usar o smartphone ou tablet para visualização móvel dos dados dos instrumentos de medição à verificação de bancos de ensaio inteligentes em uma rede empresarial, além do monitoramento de turbinas eólicas via internet. Além da exibição pura dos dados, elementos de controle também podem ser usados pra permitir que os usuários intervenham diretamente na produção de forma remota para parar ou iniciar um processo, por exemplo. Com estas tecnologias, usuários podem explorar as vantagens da produção inteligente ao máximo:

  • Descentralização através de sistemas de produção que se regularizam e otimizam;
  • Produção mais flexível para produtos individuais, de modo que a produção de um único lote não seja mais complicada do que a produção em série;
  • Processos inteligentes de produção que podem ser monitorados e adaptados de forma centralizada;
  • Manutenção preventiva de equipamentos e robôs na produção;
  • Geração de novos modelos de negócio orientados para serviços.

Conclusão

Ao usar a Tecnologia da IIoT, as empresas podem superar desafios globais, exigências de clientes cada vez mais rigorosas e desenvolvimento de mercados dinâmicos. Ao vincular produtos e processos em uma pequena rede e tornar os dados transparentes e disponíveis em tempo real, as bases são estabelecidas para o controle de produção descentralizada. Isso permite maior flexibilidade na produção e, portanto, aumenta a competitividade. Altas taxas de amostragem, rápida transmissão de dados e inteligência integrada (processador digital de sinal DSP e CPU) são requisitos significativos para equipamentos de testes e medição usados em ambientes industriais modernos.

Comunicação via protocolos Ethernet Industrial em tempo real com altos volumes de transmissão de dados também desempenha um papel cada vez maior. O PMX fornece um sistema de aquisição de dados que atende a todos estes requisitos e é, portanto, adequado para uma ampla variedade de tarefas em equipamentos industriais de teste e medição para desenvolvimento e teste de produtos. E para fins de documentação, os protocolos de calibração DAkks (órgão nacional de certificação da República Federativa da Alemanha) são fornecidos para todas as placas de medição no PMX.