Internet das coisas industrial e a ascensão da Smart Pneumatics

Todos nós já ouvimos falar do boato sobre a Internet de Coisas (IoT) e seu impacto revolucionário na fabricação. Mas, infelizmente, a adoção da tecnologia industrial da Internet das Coisas não está acontecendo tão rapidamente quanto os defensores do conceito previram.

O que está nos impedindo de ver uma adoção mais ampla da Internet das Coisas industrial, especialmente em pneumática?

Para usuários finais responsáveis ​​por manter as máquinas e mantê-las funcionando, o caminho é claro. Você pode fazer com que um sistema IoT forneça dados da máquina e garantir que os sistemas ou componentes dessa máquina estejam funcionando dentro de sua faixa normal. Nesse sentido, os usuários finais são aqueles que pressionam pela implementação industrial da Internet das Coisas.

A desconexão costuma ocorrer com os fabricantes de máquinas. Eles podem ter vários clientes empurrando-os para soluções de IoT, então os OEMs estão perguntando:“Como você implementa isso? Quem tem o produto para fazer isso? E o que devemos monitorar? ”

Há algum tempo, a pneumática tem diferentes recursos de diagnóstico. Por exemplo, podemos sentir hoje se a potência está muito baixa ou muito alta, ou se há um curto-circuito em um sistema de E / S que causou algum tipo de falha. E agora estamos dando um passo adiante com sensores e a capacidade de usar sistemas de E / S para observar as coisas que estão acionando os atuadores. O aspecto com o qual as pessoas estão lutando é:“Tenho todos esses dados, mas o que isso significa? Como transformamos esses dados em informações úteis? ” Esse é o grande obstáculo hoje.

Agora, o foco está no que você pode fazer com esses dados para convertê-los em informações úteis e reagir ou até mesmo prever falhas. Por exemplo, o sensor programável Emerson Aventics ST4-2P está em nossa linha de produtos há anos. Ele mede a distância e velocidade de deslocamento para cilindros pneumáticos. Podemos sentir a velocidade do pistão no cilindro. Mas também podemos usar os dados que retornam dos sensores para monitorar as almofadas e amortecedores dentro do cilindro para garantir que estejam funcionando dentro de uma determinada janela de especificação. Se você interpolar esses dados, poderá descobrir uma maneira de garantir que o cilindro esteja funcionando conforme o esperado e determinar rapidamente quando não está.

Você pode ver os dados hoje no PLC e, com um gateway como o monitor pneumático inteligente Aventics, pode analisar os dados para criar informações úteis para descobrir o que está acontecendo com a máquina.

OEMs funcionando com componentes pneumáticos, como o Emerson Aventics retratado aqui, podemos desenvolver uma arquitetura IoT para garantir que os sensores apropriados estejam instalados e detectando as coisas certas para ajudar a manter a máquina funcionando em tempo integral.

Vejamos o consumo de energia, por exemplo. Você pode medir a pressão do ar que entra no sistema. Você pode medir o fluxo e correlacioná-lo a um evento e concluir que, ao ligar uma determinada válvula, você obtém um determinado fluxo, o que significa que se esse fluxo se desviar na próxima vez que a válvula for ligada, deve haver algo errado com o sistema. Talvez o tubo tenha saído ou talvez as vedações do cilindro estejam desgastadas. Você sabe que algo está errado, mas o que fazer com essa informação e como você usá-lo é o diferenciador à medida que os construtores de máquinas buscam implementar maneiras de aproveitar os recursos de IoT.

Tanto o OEM quanto o fabricante do componente têm a responsabilidade de resolver os problemas descobertos a partir dos dados. Nossa abordagem de IoT não é "IoT in a Box". Há alguma natureza consultiva nisso. Os OEMs e usuários finais normalmente gostariam de ter algum monitoramento adicional para se certificar de que seus processos de máquina estão sendo controlados corretamente. Podemos trabalhar com o OEM para criar uma arquitetura IoT para garantir que os sensores apropriados estejam instalados e detectando as coisas certas para ajudar a manter a máquina funcionando em tempo integral.

O importante é que os fabricantes de componentes que equipam a máquina precisam conversar uns com os outros e entender como a pneumática entra em ação, para que possa haver uma verdadeira parceria ao conversar com os clientes sobre a IoT. Quando você chegar ao nível de campo, terá pneumáticos, drives, controladores e sistemas de E / S. A chave é saber como os dados estão passando entre esses itens e certificar-se de que os dados cheguem aonde precisam ir, seja localmente em um servidor da web ou para um sistema em nuvem.

Voltando ao exemplo do consumo de energia:a melhor forma de economizar energia é desligar o compressor. Parece simples. Embora não possamos fazer compressores e não façamos sistemas de controle para compressores, com pneumática inteligente nós podemos informe ao sistema de controle do compressor qual será a demanda de ar nas próximas 12 horas. E a partir disso, os controles podem desligar o compressor de acordo, porque ele pode não precisar de todo aquele ar. Esse é apenas um exemplo de componentes e sistemas “conversando” entre si para afetar a economia de energia.

Os clientes estão lentamente começando a se familiarizar com o conceito de um nível mais alto de análise e compartilhamento de dados. Mais importante ainda, depende de com quem você está falando no processo de design da máquina. No passado, quando trabalhávamos com projetistas de máquinas, discutíamos coisas como energia e conexão aérea. Agora, a discussão precisa envolver fatores como conexões de rede, segurança e conexões VPN.

É mais importante do que nunca incluir o departamento de TI na arquitetura de design e discutir como são essas conexões e como os dados estão se movendo. As questões de segurança também são importantes, especialmente para os usuários finais, portanto, você precisa envolver especialistas em TI desde o início do projeto para entender o que são os dados, a quantidade de dados, para onde os dados estão indo e como se conectarão. Não havia necessidade de fazer isso no passado.

Como todas essas coisas funcionam juntas para melhorar a situação de um fabricante? Uma visão é permitir um processo de manutenção altamente autônomo. Para nós, isso significa que o circuito pneumático, ou, em última instância, a máquina, tem 100% de disponibilidade e nunca falha. Obviamente, os componentes se desgastam; válvulas e cilindros passam por seus ciclos de vida especificados e precisam ser substituídos. Mas, os dados estão lá para prever a falha antes que aconteça, então é aí que entra a manutenção preditiva.

Por exemplo, um aplicativo prevê a degradação do desempenho de coisas como válvulas pneumáticas. Com base em uma referência de ciclo de vida e créditos de ciclo de vida B10, podemos usar os dados para rastrear quando uma determinada válvula atingirá 75 milhões de ciclos e precisa ser substituída. O operador pode receber uma mensagem sobre falha preditiva e substituir a válvula antes que a produção seja interrompida.

Usando dados de sensores, também podemos prever quando um amortecedor na extremidade do atuador está se deteriorando, detectando um aumento na velocidade do ciclo, mesmo em alguns milissegundos. Isso acionaria um alarme ou até mesmo enviaria um e-mail automático para o fornecedor do componente informando que a manutenção precisa ser concluída ou que o componente está pronto para ser substituído. O sistema poderia até gerar um pedido e um novo componente seria enviado automaticamente ao cliente, de forma que a instalação pudesse ser programada para minimizar o tempo de inatividade da produção.

O objetivo final é usar dados para fornecer informações para garantir que as máquinas nunca falhem; que eles estão se autodiagnosticando; e que os usuários finais saibam o que está ocorrendo e a máquina continue funcionando.

Mark Densley é diretor de desenvolvimento de negócios na divisão de automação de fábrica da Emerson Automation Solutions.