Inteligentne tworzywa sztuczne w przemyśle - czyli monitorowanie stanu i konserwacja predykcyjna

W przemyśle coraz częściej mamy do czynienia z inteligentnymi rozwiązaniami – w przypadku tworzyw sztucznych również można mówić o Smart Plastics. Są to te tworzywa, które zintegrowano z czujnikami i systemami monitorowania, umożliwiając aktywne zarządzanie ich stanem i wydajnością. Firma igus rozwija technologie, pozwalające na komunikację między tworzywami sztucznymi a użytkownikami, dostarczającą dane na temat zużycia tworzyw i warunków ich pracy.

Inteligencja, czyli komunikacja

Rewolucja przemysłowa 4.0 bazuje na inteligentnych maszynach, inteligentnych tworzywach sztucznych Smart Plastics i komunikacji z nimi. Kontakt człowieka z maszyną za pomocą zwykłych środków przekazu wydaje się niemożliwy. Jednak dzięki rewolucji przemysłowej, wykorzystaniu czujników, komputera, Internetu oraz chmury jako nośnika danych maszyny mogą przekazywać informacje zwrotne człowiekowi, czyli są w stanie się z nim komunikować.

W przypadku oferty firmy igus termin "inteligentne tworzywa sztuczne" jest używany w odniesieniu do takich komponentów, jak systemy zasilania e-prowadnikiem kablowym, przewody elastyczne chainflex oraz łożyska polimerowe, wyposażone w odpowiednie czujniki oraz systemy monitoringu stanu. Dzięki takiemu rozwiązaniu tworzywa są w stanie komunikować się z człowiekiem, a zastosowanie ich jest bardzo szerokie, możliwe niemal w każdej maszynie oraz branży. Używając inteligentnych tworzyw, igus realizuje cel, jakim jest tworzenie złożonych rozwiązań automatyzacji zgodnych z Przemysłem 4.0.

Jak to działa i jakie korzyści daje stosowanie Smart Plastics?

Komponenty Smart Plastics są wyposażone w różnorodne czujniki i technologie, które umożliwiają zbieranie danych o ich kondycji. Przykładowo, inteligentne przewody mogą monitorować zużycie i obciążenie, podczas gdy inteligentne łożyska potrafią mierzyć temperaturę i drgania. Te dane są następnie przekazywane do centralnego systemu zarządzania, który analizuje je w czasie rzeczywistym.

Analiza danych pozwala na identyfikację potencjalnych problemów, zanim staną się one poważne. Dzięki temu możliwe jest przeprowadzenie konserwacji w odpowiednim momencie, co znacząco redukuje ryzyko awarii i przestojów. Systemy predykcyjne pozwalają na optymalizację harmonogramów konserwacyjnych i na wcześniejsze wykrywanie problemów, co z kolei prowadzi do dłuższej żywotności komponentów i oszczędności kosztów.

 

Fot. 1. Inteligentne łożyska oraz prowadnice liniowe (źródło: igus GmbH)

Korzyści z wdrożenia Smart Plastics

1. Zwiększona efektywność operacyjna
   Dzięki technologii Smart Plastics firmy mogą znacznie zwiększyć efektywność operacyjną swoich systemów. Monitorowanie stanu w czasie rzeczywistym i predykcyjne zarządzanie konserwacją pozwala na szybsze reagowanie na problemy i unikanie nieplanowanych przestojów. To przekłada się na bardziej płynne niż dotąd i niezawodne funkcjonowanie linii produkcyjnych.
2. Optymalizacja kosztów
   Wdrożenie inteligentnych komponentów pozwala na optymalizację kosztów konserwacji i napraw. Przewidywanie problemów i ich rozwiązywanie, zanim staną się one poważne, pozwala na zmniejszenie wydatków związanych z awariami i przestojami. Dzięki dłuższej żywotności komponentów firmy mogą również zaoszczędzić na kosztach ich wymiany.
3. Poprawa bezpieczeństwa
   Systemy monitorowania stanu komponentów mogą przyczynić się do poprawy bezpieczeństwa w miejscu pracy. Wczesne wykrywanie usterek pozwala na szybsze i bardziej precyzyjne naprawy, co zmniejsza ryzyko wypadków związanych z awariami sprzętu.
4. Zrównoważony rozwój
   Dzięki inteligentnym rozwiązaniom firmy mogą przyczynić się do zrównoważonego rozwoju. Optymalizacja zużycia materiałów i energii oraz dłuższa żywotność komponentów przekładają się na mniejsze odpady i zużycie zasobów.

Na jakiego rodzaju czujnikach opierają się rozwiązania Smart Plastics?

Dla przykładu, prowadnik kablowy, stosowany na maszynach jako zasilanie elementów w ruchu, może również mierzyć swoje zużycie. I tu warto wprowadzić ważne pojęcie "monitoringu stanu". Firma igus zaproponowała czujnik, który umożliwia badanie zużycia prowadnika kablowego. Jeśli prowadnik zużywa się, informacja o tym natychmiast jest wysyłana poprzez e-mail, SMS, kontrolkę świetlną, sygnał dźwiękowy lub informację na pulpicie operatora. Komunikat pojawia się niezwłocznie, np. w formie tekstowej:

"Uwaga! Twój prowadnik kablowy osiągnął zużycie w postaci 75%. Należy wykonać konserwację".

Jest to jasny sygnał do tego, by wezwać serwis, zaplanować przestój lub wyłączenie maszyny z ciągu produkcji. Dzięki inteligentnym polimerom unikamy nie tylko wysokich kosztów nieplanowanych awarii, ale również związanego z nimi stresu. Szczególnie ważne okazuje się to wtedy, gdy do przestoju dochodzi w dni świąteczne lub inne wolne od pracy.

Czy czujniki w polimerowych rozwiązaniach można dołożyć?

Nawet jeśli ktoś stosuje łożyska lub zasilanie prowadnikiem kablowym bez czujników, może takie tworzywa uzbroić. W łożyskach najczęściej wymaga to wymiany wkładki, w której zatopiony jest czujnik zużycia. W prowadniku kablowym należy dołożyć tylko czujnik tensometryczny oraz system monitorowania, który sczytuje wartość z czujnika. Dzięki temu czujnik, przekraczając założoną wartość, informuje nas o tym, dając sygnał zero-jedynkowy do danego sterownika, czyli wysyłając zaplanowaną wcześniej reakcję – np. wyłączenie maszyny.

Jeżeli chodzi o tworzywa sztuczne i ich historię stosowania w przemyśle, to taką technologię igus zaczął stosować już w 2008 r. Najpierw powstały czujniki monitoringu stanu, czyli informujące o zużyciu lub uszkodzeniu. Rozwój technologiczny spowodował, że igus zaczął wprowadzać dodatkowe sterowniki kontrolujące na bieżąco takie parametry, jak prędkość, obciążenie, liczba cykli pracy, temperatura pracy i wiele innych.

Jakie czujniki warto wyróżnić dla popularnego w przemyśle rozwiązania igus – systemu zasilania prowadnikiem kablowym?

Podstawowymi czujnikami są:

• EC.P – czujnik siły ciągnąco-pchającej, oparty na tensometrze, który, jak sama nazwa wskazuje, mierzy siłę ciągnąco-pchającą podczas jazdy prowadnika obciążonego przewodami. Gdy zostanie ona przekroczona, np. kolizją prowadnika, wyłączamy zasilanie jazdy maszyny – co powoduje uniknięcie zerwania przewodów czy uszkodzenia innych elementów. Dane odczytuje czujnik i przekazuje informację do sterownika;
• EC.B (breaking detection) – inteligentny system do wykrywania zerwania e-prowadnika. Przez prowadnik kablowy jest przeprowadzana napięta linka, która rejestruje za pomocą enkodera każdą zmianę długości i przesyła informacje do czujnika. To pozwala na niemal natychmiastowe wykrycie zerwania linki prowadnika, wyłącza system i zapobiega dalszym uszkodzeniom. Wszystkie informacje mogą być przechowywane offline na karcie SD, w celu dalszej analizy lub wysyłane do chmury dla podglądu online;
• CF.P – mierzy siłę bezpośrednio na mocowaniu przewodów (na stałym końcu e-prowadnika) i pomaga w czasie rzeczywistym mierzyć naprężenie przewodów. Jeśli przewód wewnątrz e-prowadnika jest naprężony powyżej wyznaczonej granicy, czujnik CF.P rejestruje i przesyła informację o konieczności regulacji przewodów do użytkownika. W rezultacie wiemy, kiedy należy wyregulować przewody w systemie e-prowadnikowym oraz chronimy je przed wytarciem i uszkodzeniem, wydłużając ich żywotność;
• CF.Q – mierzy liczba pakietów transmisji danych przekazywanych przez zginany przewód w ruchu. Jeśli mamy straty w pakietach danych, system informuje, na jakim odcinku przewód jest uszkodzony, oraz o konieczności jego wymiany.

i.Sense oraz i.Cee – czym różnią się te dwa moduły?

Firma igus wprowadziła dwa rodzaje modułów, które możemy wykorzystać.

Pierwszy, najbardziej znany, to condition monitoring, czyli monitoring stanu (i.Sense). Dzięki niemu monitorujemy stan danego e-prowadnika lub łożyska i w przypadku przekroczenia wartości wykonujemy czynność mu zadaną.

Drugi rodzaj to predictive maintenance, czyli konserwacja predykcyjna (i.Cee). Moduł wyróżnia się tym, że informacje na bieżąco szyfrowane w czasie rzeczywistym trafiają do chmury. Zadane parametry żywotności są porównywane z faktycznym zużyciem. System uczy się na podstawie algorytmu. Użytkownik jest w stanie sprawdzać i monitorować stan zasilania e-prowadnikiem lub łożyska na każdym możliwym urządzeniu zdalnie. Dostępne są oczywiście dwie opcje – podłączenie do PLC klienta offline, by mieć podgląd do danych, bądź online, poprzez wykorzystanie chmury.

 

Rys. 1. Schemat i.Sense oraz i.Cee (źródło: igus GmbH)

Dla kogo szczególnie przeznaczone są rozwiązania Smart Plastics?

Rozwiązania inteligentne polecamy szczególnie dla linii przemysłowych, maszyn kluczowych dla technologii, pracujących 24 h/7 dni w tygodniu. To tam wyłączenie czy awarie są szczególnie szkodliwe. Tam powodują one największe koszty. Rozwiązania Smart Plastics igus pomagają uniknąć awarii oraz utrzymać proces produkcyjny.

igus
www.igus.pl