КонтроллВахенд а Техника (КВТ) ОЮ
Эксклюзивный представитель
Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Германия
Филиал в г.Москве
+7 (499) 350-05-18
+7 (499) 350-05-18


Статьи

18.04.2018

Измерительные технологии в проектировании и производстве продукции


Измерительные технологии в проектировании и производстве продукции

Измерительные технологии в проектировании и производстве продукции:

инновационные метрологические решения HBM для современных сетевых производственных систем (IoT)



Промышленный Интернет вещей (Internet of Things)

Серийное производство изделий и компонентов стоит перед новой промышленной революцией. Работа производственных систем становится все более гибкой и более зависимой от сетевых технологий. Производственные процессы становятся еще более эффективными с использованием киберфизических систем, а также более комплексными и многогранными.

Выбор подходящих метрологических систем играет ключевую роль при внедрении новых производственных концепций. Только измерительная технология, идущая в ногу с самыми современными производственными системами, может обеспечить непрерывный контроль качества и эффективное снижение производственных расходов.

Еще одна важная тенденция: процессы разработки новой продукции и планирования производственного процесса должны быть неразрывно взаимосвязаны и максимально интенсифицированы для того, чтобы ускорить вывод на рынок новой продукции. Правильное решение при выборе измерительной технологии также может повысить эффективность за счет обеспечения достоверными данными при проектировании и производстве продукции.

Тенденции в автоматизации

Современные потребители стремятся покупать изделия с новейшими характеристиками и инновационной конструкцией. Лучшими примерами этой тенденции являются компании-производители легковых автомобилей или смартфонов. Однако, эта тенденция все более сокращает срок службы изделий. Эти сроки сократились с 5–7 лет несколько лет назад до 2–3 лет сегодня. В современных условиях производителю, чтобы оставаться конкурентоспособным, необходимо соответствующим образом реагировать.

Это означает, что отделы проектирования и последующего планирования производства должны иметь доступ к гибким инструментам и оборудованию, чтобы иметь возможность быстро перестроить существующие процедуры или разработать новые. Результирующий объем основных задач можно контролировать только в том случае, если автоматизировано как можно больше шагов.

Эта задача также предоставляет и новые возможности, особенно при сокращении затрат, таким образом создавая конкурентное преимущество. Что особенно важно в условиях нарастающей глобализации. Эта тенденция в автоматизации затрагивает две главных области: автоматизацию технологического процесса и автоматизацию заводского оборудования.

Новые требования к измерительным технологиям и датчикам

Разработчики изделий и планировщики производства по сути решают одну и ту же задачу: получение гибких систем с легкой интеграцией новых технологий без необходимости каждый раз переобучать пользователей.

Задача состоит в том, чтобы удовлетворить рыночный спрос, используя доступные методы и инструменты. Основными факторами в этой области являются моделирование и конструкция (дизайн) изделия. Однако эти теоретически определенные данные и компоненты еще необходимо проверить с помощью реальных прототипов в условиях, точно моделирующих серийное производство, что предполагает анализ напряженно-деформированных состояний, функциональные и усталостные испытания. Компоненты подвергаются механическим и физическим нагрузкам, при этом срок службы моделируется максимально близко к реальным условиям.

Испытания механическими нагрузками включают в себя такие параметры как сила, давление, деформацию и крутящий момент. Испытание, покрывающее годы эксплуатации, может быть смоделировано в течение нескольких часов с помощью воздействия температуры.

Законченные измерительные решения компании HBM

Рис 1.jpg
Рис. 1: Усиление несущей частоты обеспечивает стабильный результат измерений, без помех

Компания HBM предлагает интегрированную концепцию для первичных преобразователей и средств обработки результатов измерений при проектировании, а также для самого производства. В дополнение к используемым на производстве датчикам современная измерительная электроника является основой измерительной цепи в производстве.

Зачастую существующие системы отстают от требований (и параметров) современных и очень динамичных производственных линий. Важными критериями современных измерительных систем являются передача данных в режиме реального времени и хранение больших объемов данных, при этом также важна простота конфигурирования и визуализации результатов измерений с возможностью разделения уровней доступа к обрабатываемым данным (например, для операторов и администратора).

Другим важным аспектом измерительной системы PMX является ее использование как для задач проектирования, так и для задач производства. Кросс-секторная платформа (cross-department platform) обеспечивает формирование более эффективных производственных структур и вывод на рынок продукции в более короткие сроки.

Компания HBM предлагает широкий спектр датчиков для измерений усилий, деформаций и температур, отличающихся различными вариантами исполнений и измерительными диапазонами. Вы всегда сможете подобрать подходящий под Вашу измерительную задачу тип датчика.

Сигналы датчика должны быть точно измерены и сохранены. Измерения могут находиться в диапазоне от частичной до максимально возможной нагрузки. Высокоточные результаты измерений в этом случае можно получить только с использованием измерительных усилителей, которые имеют высокое разрешение сигнала (24 бита) и нечувствительный входной каскад преобразователя. Для этого рекомендуется метод несущей частоты: измерительный сигнал сначала модулируется, затем усиливается. Такой метод устраняет создаваемые системой эффекты интерференции, такие как фон сети переменного тока и термоэдс.

Рис 2.jpg
Рис. 2: Система сбора данных PMX со сменными платами

Измерительные системы должны иметь возможность синхронной записи всех необходимых сигналов измерения от датчиков. Это значит, что измерительная система должна быть адаптирована к конкретному применению.

Система сбора данных PMX обладает модульной архитектурой: система состоит из корпуса с 4 сменными измерительными платами или 2 модулями ввода-вывода и 1 модулем Ethernet в режиме реального времени. Таким образом, систему можно оснастить измерительными платами для подключения тех датчиков, которые используются в конкретной задаче.

Все измерительные каналы, независимо от их уровня конфигурации, регистрируются при частоте выборки 19 200 Гц. Таким образом, вся измерительная система PMX обеспечивает общую производительность 400 000 измерений в секунду, т. е. уровень, который не может быть достигнут с помощью обычных ПЛК (программируемых логических контроллеров). Это показывает ограничения систем на базе обычных ПЛК для высококачественных измерений и решения задач производственного контроля.

Подключаемые датчики могут быть оснащены электронным паспортом датчика (TEDS), когда измерительный усилитель PMX считывает технические параметры датчиков сразу после их подключения, таким образом параметризация измерительных каналов происходит в автоматическом режиме. Данная технология экономит много времени и устраняет необходимость ручной параметризации, которая подвержена ошибкам. Датчики, не оснащенные технологией TEDS, также могут быть подключены к системе PMX. В этом случае параметризация осуществляется через веб-сервер, интегрированный в измерительный усилитель PMX.

Сегодня у пользователей существуют разные возможности для проведения испытаний и организации производства. Но только измерительная система PMX может одновременно решать обе задачи: испытания продукции на этапе разработки и производственный контроль на этапе выпуска продукции. Основное преимущество системы: программы испытаний или их части можно передавать от разработчика к изготовителю. Оба подразделения получают доступ к одной системе.

Визуализация измерений

Рис 3.jpg
Рис. 3: Веб-браузер PMX

Новая технология управления с использованием веб-браузера

Пользователи и системные операторы знакомы с удобными функциями интеллектуальных устройств и ежедневно пользуются ими. Теперь системы PMX объединяют в себе удобство и интеллектуальные функции современных устройств с первоклассными технологиями сбора, обработки и анализа результатов измерений. Стандартные интерфейсы обеспечивают удобный доступ к параметрам устройства для конфигурации, эксплуатации и анализа получаемых данных через любое терминальное устройство, подключенное к сети Интернет. Результатом является максимальная защищенность инвестиций для пользователей систем PMX.

Программное обеспечение PMX на базе браузерной технологии устанавливает новые стандарты производительности и удобства управления системой. Все, что необходимо пользователю для работы с программным обеспечением, - это терминальное устройство с доступом к сети Интернет. Веб-браузер PMX обеспечивает быстрый и удобный доступ к данным производственных процессов для управления и сервисного обслуживания.

Повышенная надежность: три уровня доступа с соответствующим разграничением прав обеспечивают максимальную защиту от несанкционированного доступа к системе PMX и всем процессам. Это устраняет необходимость установки программного обеспечения, которое отнимает много времени и является источником ошибок. Сочетание Ethernet-технологий и Интернета обеспечивает недорогое дистанционное обслуживание.

Компания НВМ предоставляет онлайн доступ к демонстрационному устройству PMX в режиме реального времени: http://pmxdemo.hbm.com/

Безымянный.jpg

Рис. 4: Программное обеспечение Сatman

Анализ результатов измерений с программным обеспечением catman®EASY/AP

Профессиональное программное обеспечение catman®Easy/AP от HBM для обработки и анализа результатов измерений также поддерживает систему PMX в версиях 3.4 и выше. С помощью ПО catman® можно в течение считаных секунд настроить систему PMX: в ПО встроена база данных датчиков, которая ускоряет процесс настройки измерительных каналов. Встроенный редактор TEDS может использоваться для чтения и записи данных с датчиков, оборудованных чипом TEDS. ПО catman®Easy/AP предлагает обширные аналитические возможности (например, встроенные библиотеки математических функций) и различные варианты графической визуализации (таблицы, диаграммы, графики, индикаторы и др.). Результаты измерений можно сохранять в различных форматах, например, BIN, RPCIII, MAT, ASCII или XLS.

Драйверы PMX для интеграции в сторонние системы

При внедрении измерительного оборудования в комплексные системы устройство PMX должно быть интегрировано в модель (концепцию) этой системы или машины. Для упрощения процесса интеграции в будущем будет доступен бесплатный пакет драйверов для PMX. С помощью драйверов PMX может быть интегрирован, например, в систему на базе LabVIEWTM* или пользовательской программной среды с использованием .NET API (C ++, C#, VB.NET). Эти программные средства используются во всем мире, обеспечивая удобное и эффективное программирование и обслуживание пользовательских решений.

* LabVIEW является зарегистрированной торговой маркой компании National Instruments.

Концепции автоматизации

Время – деньги, а экономия времени означает экономию денег. Эта формула имеет значение и для изготовителей машин и систем. Устройство автоматизации должно иметь возможность обрабатывать как можно больше задач и процессов быстро, легко и без ошибок. Также важно не забывать об удобстве работы для пользователей и системных операторов. Это означает, что простота операций, визуализации и диагностики обязательны для эффективной работы и сокращения затрат.

Для этой цели в PMX были реализованы три решения автоматизации.

PMX как инструмент для сбора данных измерений

Быстрый, точный и помехоустойчивый сбор данных измерений. Идентификация датчиков TEDS упрощает конфигурацию усилителя и режим измерений. Статус измеренного значения может использоваться для специальной диагностики канала и для выборочного локального доступа или через дистанционное управление в случае появления проблем.

PMX с внутренними вычисляемыми каналами

Для стабильной работы системы автоматизации каналы передачи данных не должны иметь помех. Это означает, что как можно больше данных измерений должны быть децентрализованно предварительно обработаны. Для этого в PMX имеется 32 внутренних вычисляемых канала. Они выполняют функции контроля и управления в режиме реального времени. Сигналы могут быть далее обработаны в PMX или экспортированы через аналоговые выходы или высокоскоростные шины Ethernet в систему автоматизации. Это не перегружает контроллер машины/системы, при этом можно получить короткие и ускоренные циклы контроля.

PMX как система управления в реальном времени

Если полное управление потоком данных будет осуществляться вместо простой обработки данных, вычисляемые каналы больше не будет отвечать необходимым требованиям. Для этого в PMX была интегрирована система управления CODESYS V3. Система работает в соответствии с применимым международным стандартом ПЛК IEC61131-3. Этот универсальный программный пакет для средств автоматизации включает все необходимое для программирования, конфигурирования полевых шин и ввода/вывода, визуализации, управления движением и других задач. Вы даже сможете создавать собственные программные расширения для специальных задач. Программная платформа CODESYS V3 построена на базе системы программирования IEC 61131-3. Эта система поддерживает все языки программирования.

Рис 5.jpg
Рис. 5: Системная конфигурация PMX-CODESYS

При использовании PMX совместно с CODESYS V3 задача может не только быть автоматизирована, но также одновременно отображаться и контролироваться в режиме реального времени. В ПО CODESYS создается соответствующая веб-визуализация, которая запускается одновременно в PMX. Визуализация может использоваться на всех устройствах с веб-браузером через Ethernet TCP/IP-интерфейс PMX. Многочисленные соединительные линии устраняются за счет применения непрерывного и компактного электромонтажа.

Инжиниринг CODESYS

Профессиональная разработка приложений на базе IEC 61131-3 для специалистов и разработчиков программного обеспечения – от многоступенчатой логической схемы до унифицированного языка моделирования (UML) в одной расширяемой платформе.

Визуализация CODESYS

Создание профессиональных интерфейсов визуализации, полностью интегрированных в программную систему ПЛК. Индикация на целевом устройстве, ПК или в веб-браузере.

Полевые шины CODESYS

Интегрированная поддержка полевой шины средствами IEC 61131-3 (т. е. поддержка интерфейса CANopen в PMX). Это дает возможность получать CAN-данные (CAN master) или отправлять CAN-данные (режим SDO/PDO).

Промышленность 4.0 с PMX

Рис 6.jpg
Рис. 6: Повышение эффективности измерений с PMX

Преобразование в цифровую форму изменяет наш мир. Интернет и современные технологии также все больше и больше формируют производство. Цель состоит в том, чтобы современное производство соответствовало темпам развития промышленности. Для этого необходима реорганизация и контроль всей цепочки создания добавленной стоимости на протяжении жизненного цикла продукции.

Промышленность 4.0 фокусируется на производстве интеллектуальных изделий, методах и процессах. Компоненты, объединенные в сеть через Интернет, активно поддерживают производственный процесс. PMX уже включает эти интеллектуальные функции, благодаря внутренним вычисляемым каналам. Таким образом, создается киберфизическая система, которая может использоваться для организации интеллектуального производства и инфраструктуры.

Процессы обслуживания можно контролировать с помощью встроенных средств диагностики. Это означает, что выполнение технического обслуживания можно запланировать, например, вместо выполнения тогда, когда в нем уже имеется неотложная потребность.

Это основано на доступности всей релевантной информации в режиме реального времени посредством организации сети – требование для Промышленности 4.0. Подключение к сети пользователей и систем, включая PMX, создает динамические, оптимизированные в реальном времени и эффективные самоорганизующиеся сети с добавленной стоимостью, которые могут использоваться во всей компании. Они могут быть оптимизированы различными критериями, такими как затраты, доступность и использование ресурсов.

Выводы

Современные задачи измерения/контроля и автоматизации могут быть успешно решены с использованием системы PMX. Главные особенности и функции, характерные для Промышленности 4.0, уже внедрены в процессе разработки системы PMX.

Ультрасовременные гибкие производственные процессы могут быть реализованы только при использовании мощного измерительного оборудования. Таким образом, выбор правильной измерительной системы является стратегическим фактором для выполнения требований Промышленности 4.0.

Использование современного измерительного усилителя, такого как PMX компании HBM, также дает дополнительные преимущества в эффективности, такие как доступ к серии испытаний и результатам испытаний как при проектировании, так и в производстве.

PMX предлагает оптимальное решение для каждого этапа:

  • более высокая точность измерений повышает точность регистрации производственных допусков;
  • компоненты изготавливаются с необходимым допуском;
  • снижение количества ошибок и использования ресурсов при увеличенном выходе.

Система сбора данных PMX:

ipc-PMX-1_800x600.jpg

Особенности:

  • До 16 измерительных каналов с обнаружением датчиков TEDS
  • 24-битный АЦП и частота дискретизации 19 200 Гц/38 400 Гц на канал
  • Автоматическая синхронизация нескольких устройств
  • 32 вычисляемых канала с пиковыми/предельными значениями и математическими функциями
  • Цифровые вводы/выводы, аналоговые выводы
  • Fast PROFINET/EtherCAT®, EtherNET/IP
  • Опционально: программный ПЛК CODESYS и интерфейс CANopen
  • Монтаж на DIN рейку или настенный
  • Управление через веб-браузер с разграничением прав доступа
  • Номер в Госреестре СИ: 65798-16.

По материалам публикаций компании НВМ

www.kwt.ru

Продолжение статьи в прилагаемом pdf файле