W praktyce oznacza to zmianę sposobu myślenia o automatyzacji. Coraz częściej pytanie nie brzmi już wyłącznie: „czy czujnik poprawnie wykrywa obiekt?” – lecz również: „jakie dodatkowe informacje może dostarczyć i w jaki sposób da się je wykorzystać?”.
OD POMIARU WIELKOŚCI FIZYCZNEJ DO INFORMACJI O PROCESIE
Podstawą każdej automatyzacji pozostaje wiarygodna informacja o rzeczywistym stanie procesu. Może nią być położenie elementu maszyny, odległość, poziom cieczy lub materiału sypkiego, prędkość, geometria obiektu czy parametry związane ze stanem technicznym urządzenia.
Dobrym przykładem ewolucji klasycznego czujnika są indukcyjne czujniki odległości Pepperl+Fuchs wyposażone w IO-Link. Oprócz informacji o pozycji obiektu mogą one dostarczać dane dotyczące jego prędkości i przyspieszenia, a także dodatkowe informacje diagnostyczne, takie jak temperatura, czas pracy czy wartości liczników. Otwiera to możliwość wykorzystania jednego urządzenia zarówno w sterowaniu procesem, jak i w systemach condition monitoring czy predictive maintenance.
Podobny kierunek rozwoju widoczny jest w technologii ultradźwiękowej. Czujniki te są wykorzystywane m.in. do pomiaru odległości i poziomu niezależnie od koloru czy właściwości optycznych obiektu. W nowoczesnych rozwiązaniach, takich jak seria UC18GS, poprzez IO-Link możliwe jest również dopasowanie parametrów czujnika do konkretnej aplikacji, w tym szerokości wiązki ultradźwiękowej. Oznacza to, że urządzenie może być rekonfigurowane wraz ze zmianą produktu lub procesu bez konieczności mechanicznej ingerencji w instalację.
To dobrze pokazuje, jak zmieniło się znaczenie słowa „sensor”. Nie jest to już wyłącznie przetwornik wielkości nieelektrycznej na sygnał elektryczny. Coraz częściej chodzi o lokalne, inteligentne urządzenie pomiarowe zdolne do przetwarzania informacji, diagnostyki i komunikacji z pozostałymi elementami systemu.
CZUJNIK ZBLIŻENIOWY – PROSTY TYLKO Z POZORU
Jednym z fundamentów automatyki pozostają bezkontaktowe czujniki zbliżeniowe. Pepperl+Fuchs, jako pionier technologii indukcyjnych czujników zbliżeniowych, rozwija dziś portfolio obejmujące tysiące wariantów dostosowanych do różnych warunków środowiskowych, materiałów obudów, zasięgów i sposobów komunikacji.
Ich podstawowe zadanie – niezawodne wykrywanie metalowego obiektu – pozostało niezmienne. Zmieniło się jednak otoczenie, w którym pracują. Współczesna linia produkcyjna oczekuje nie tylko sygnału przełączenia, lecz również możliwości zdalnej parametryzacji, diagnostyki i identyfikacji urządzenia.
Ma to szczególne znaczenie w dużych instalacjach, gdzie pracują setki lub tysiące sensorów. Informacja o stanie urządzenia, jego parametrach czy zbliżającym się przekroczeniu wartości granicznych pozwala działom utrzymania ruchu reagować przed wystąpieniem awarii, zamiast dopiero po zatrzymaniu maszyny.
OPTYKA: CORAZ WIĘCEJ INFORMACJI Z JEDNEGO PUNKTU POMIAROWEGO
Jeszcze wyraźniej ewolucję sensoryki widać w czujnikach fotoelektrycznych.
Klasyczna detekcja obecności obiektu pozostaje niezwykle ważna, ale współczesne urządzenia optyczne potrafią jednocześnie wykonywać znacznie bardziej zaawansowane zadania pomiarowe.
Przykładem może być czujnik obszarowy R305 firmy Pepperl+Fuchs, przeznaczony m.in. do zastosowań w intralogistyce. Urządzenie wykorzystuje szerokie pole detekcji, dzięki czemu potrafi niezawodnie wykrywać paczki, worki foliowe czy obiekty o nieregularnych konturach. Jednocześnie umożliwia pomiar wysokości obiektu, dostarczając danych, które mogą być następnie wykorzystane do sortowania lub klasyfikacji produktów. Interfejs IO-Link pozwala przesyłać zarówno dane pomiarowe, jak i informacje o stanie urządzenia oraz zdalnie zmieniać parametry pracy.
To ważna zmiana z punktu widzenia projektowania maszyn. Jedno urządzenie potrafi wykonywać zadania, które wcześniej wymagały kilku elementów systemu, a uzyskane informacje mogą być wykorzystywane nie tylko przez PLC, lecz także przez systemy analityczne.
Podobną funkcję pełnią optyczne czujniki odległości, wykorzystujące takie technologie, jak Pulse Ranging Technology (PRT) czy Multi Pixel Technology (MPT). Pozwalają one wykonywać precyzyjne pomiary odległości, a dzięki IO-Link udostępniać zarówno wartości procesowe, jak i dane serwisowe.
GDY POJEDYNCZY POMIAR JUŻ NIE WYSTARCZA – SYSTEMY WIZYJNE
Kolejnym etapem rozwoju jest industrial vision. W sytuacji, w której pojedyncza wartość – odległość, obecność czy pozycja – nie opisuje wystarczająco dobrze procesu, do gry wchodzą systemy analizujące obraz 2D lub przestrzeń 3D.
Portfolio Pepperl+Fuchs obejmuje rozwiązania realizujące zadania detekcji, identyfikacji, pomiaru i pozycjonowania. Uniwersalne sensory wizyjne VOS 2-D łączą kamerę z zestawem narzędzi do przetwarzania obrazu, pozwalając wykonywać szereg operacji kontrolnych w jednym urządzeniu. Z kolei rodzina SmartRunner Explorer 3-D, w zależności od wykonania wykorzystująca technologię stereo vision lub Time-of-Flight, może generować trójwymiarową chmurę punktów reprezentującą obserwowaną przestrzeń.
Dzięki temu system wizyjny nie jest już wyłącznie „kamerą do kontroli jakości”. Może stać się bezpośrednim elementem procesu sterowania – określać pozycję obiektu, jego geometrię, objętość, orientację czy poprawność wykonania.
Dobrym przykładem są pomiary objętości. W zależności od charakteru aplikacji mogą być realizowane zarówno za pomocą technologii LiDAR, jak i 3D Vision. Pepperl+Fuchs wykorzystuje te technologie m.in. w systemach przeznaczonych do pomiaru nieregularnych obiektów, palet czy materiałów.
Jednocześnie technologie wizyjne coraz mocniej wspierają diagnostykę. Przemysłowa kamera zdarzeniowa VOC może rejestrować obraz przed i po wystąpieniu określonego zdarzenia. Pozwala to przeanalizować przyczynę krótkotrwałej awarii czy zakleszczenia produktu, które w klasycznej diagnostyce PLC pozostawiłoby jedynie kod błędu. Kamera staje się więc swego rodzaju „czarną skrzynką” maszyny.
IO-LINK – DANE DOCIERAJĄ DO OSTATNIEGO METRA MASZYNY
Rozwój inteligentnej sensoryki nie miałby jednak większego znaczenia, gdyby informacje pozostawały zamknięte wewnątrz urządzeń.
Dlatego jednym z najważniejszych trendów ostatnich lat jest standaryzacja komunikacji na najniższym poziomie automatyki.
IO-Link umożliwia dwukierunkową komunikację pomiędzy systemem sterowania a czujnikiem lub elementem wykonawczym. Oprócz wartości procesowej przekazywane mogą być dane diagnostyczne, identyfikacyjne oraz parametry urządzenia. Technologia jest standaryzowana zgodnie z IEC 61131-9 i może być integrowana z różnymi systemami nadrzędnymi.
W praktyce oznacza to również istotne uproszczenie obsługi urządzeń. Parametry mogą być przechowywane i automatycznie wgrywane po wymianie czujnika, co skraca czas serwisu i zmniejsza ryzyko błędnej konfiguracji.
Pepperl+Fuchs rozwija IO-Link zarówno na poziomie sensorów, jak i infrastruktury. Portfolio obejmuje m.in. czujniki fotoelektryczne, ultradźwiękowe, urządzenia do pomiaru drgań, enkodery, systemy pozycjonowania oraz mastery IO-Link.
OD CZUJNIKA PRZEZ PLC AŻ DO SYSTEMÓW IT
Jednym z kluczowych wyzwań cyfryzacji pozostaje połączenie świata OT i IT.
Sterownik PLC potrzebuje danych procesowych w czasie wymaganym przez maszynę. System MES, SCADA, platforma analityczna czy aplikacja chmurowa są natomiast zainteresowane przede wszystkim informacjami dotyczącymi stanu urządzeń, efektywności procesu i trendów.
Te dwa przepływy informacji nie muszą się wzajemnie wykluczać.
Przykładowo, mastery IO-Link ICE2 i ICE3 firmy Pepperl+Fuchs umożliwiają integrację czujników z systemami automatyki, a jednocześnie udostępnianie informacji do wyższych warstw za pomocą takich technologii, jak OPC UA czy MQTT. Pozwala to wykorzystać dane generowane na poziomie sensorów bez ograniczania ich wyłącznie do programu PLC.
Właśnie na tym polega jedna z fundamentalnych zmian zachodzących dziś w automatyce: dane powstające „na ostatnim metrze” instalacji mogą trafiać znacznie dalej – do utrzymania ruchu, systemów raportowych, analityki produkcji czy aplikacji IIoT.
KNAPP I PEPPERL+FUCHS – GDY KOMUNIKACJA ZMIENIA CAŁĄ ARCHITEKTURĘ
Dobrym przykładem tej transformacji jest wieloletnia współpraca Pepperl+Fuchs z firmą KNAPP, specjalizującą się w rozwiązaniach dla intralogistyki.
Rozpoczęła się od wspólnego projektu urządzeń bazujących na AS-Interface, który doprowadził do rozwoju serii G20 przeznaczonej do sterowania rolkami napędowymi. Wraz ze wzrostem wymagań dotyczących ilości dostępnych danych KNAPP zdecydował się jednak na dalszy rozwój rozwiązania w kierunku IO-Link.
Efektem są kompaktowe moduły sterowania silnikami G20, które łączą kilka funkcji w jednym urządzeniu i pozwalają elastycznie sterować napędzanymi rolkami. Ważna okazała się również zmiana sposobu uruchamiania instalacji. W rozwiązaniu wykorzystującym IO-Link moduły nie wymagają wcześniejszego adresowania – ich funkcja jest przypisywana poprzez podłączenie do odpowiedniego portu mastera. Upraszcza to montaż i wymianę urządzeń oraz ogranicza możliwość popełnienia błędu podczas instalacji.
Jeszcze ciekawszy jest jednak drugi poziom korzyści. Moduły mogą przekazywać informacje dotyczące m.in. czasu pracy i temperatury. Dane te tworzą podstawę do monitorowania stanu instalacji i predictive maintenance. W dalszej perspektywie Pepperl+Fuchs i KNAPP wskazują także na możliwość wykorzystania tej architektury do optymalizacji zużycia energii, automatycznej konfiguracji oraz centralnego aktualizowania firmware urządzeń.
To przykład pokazujący, że cyfryzacja nie musi zaczynać się od skomplikowanego systemu informatycznego. Bardzo często zaczyna się właśnie na poziomie pola – od urządzenia, które oprócz realizowania podstawowego zadania potrafi dostarczyć więcej informacji o sobie i o procesie.
CZUJNIK JAKO ŹRÓDŁO PRZEWAGI PROCESOWEJ
Przyszłość automatyzacji nie oznacza odejścia od klasycznych technologii sensorycznych. Wręcz przeciwnie – indukcja, ultradźwięki, fotoelektryka czy pomiar odległości pozostaną podstawą ogromnej liczby aplikacji.
Zmienia się jednak sposób ich wykorzystania.
Coraz większą wartość daje połączenie niezawodnego pomiaru, lokalnej inteligencji i komunikacji cyfrowej. Czujnik może jednocześnie realizować zadanie sterujące, informować o swoim stanie, dostarczać danych diagnostycznych i wspierać analizę całego procesu.
Jeszcze dalej idą systemy wizyjne, LiDAR i rozwiązania 3D, które pozwalają maszynom nie tylko wykrywać pojedyncze obiekty, lecz także interpretować ich geometrię i otoczenie. Dlatego rozwój sensoryki coraz trudniej analizować w oderwaniu od cyfryzacji. Czujnik jest pierwszym ogniwem łańcucha danych. Jakość informacji dostępnych na tym poziomie w dużej mierze decyduje o tym, ile wartości da się później uzyskać w sterowniku PLC, systemie MES, aplikacji utrzymania ruchu czy platformie IIoT.
W Pepperl+Fuchs ten kierunek rozwoju można obserwować w całym portfolio – od klasycznych czujników zbliżeniowych i fotoelektrycznych, poprzez urządzenia wyposażone w IO-Link, aż po systemy 2D/3D Vision, LiDAR oraz infrastrukturę umożliwiającą integrację danych ze światem IT.
Bo we współczesnej automatyce najważniejsze staje się już nie tylko to, czy maszyna potrafi zobaczyć, zmierzyć lub wykryć obiekt. Kluczowe jest to, co potrafi zrobić z uzyskaną informacją.
Pepperl+Fuchs Polska
www.pepperl-fuchs.com
