Sztuczna inteligencja oferuje użytkownikom końcowym możliwość analizowania informacji zebranych z maszyn lub linii produkcyjnych w celu optymalizacji wydajności operacyjnej. W poniższym artykule wymieniamy sześć popularnych aplikacji sterowania ruchem, które mogą skorzystać na zastosowaniu sztucznej inteligencji.
Fakty na temat sztucznej inteligencji
Skutecznie wykorzystana sztuczna inteligencja może być potężnym narzędziem do optymalizacji wydajności sprzętu produkcyjnego.
Potencjalne wskaźniki, które mogą być analizowane przez sztuczną inteligencję to temperatura silnika, wibracje, informacje o położeniu (ruchu) i inne.
Zestawy narzędzi wykorzystujące sztuczną inteligencję mogą być wykorzystywane do organizacji i wizualizacji danych, co ułatwia podejmowanie decyzji.
Wykorzystanie sztucznej inteligencji (SI, a ang. AI) staje się coraz bardziej powszechne w zastosowaniach przemysłowych. Zdolność do zbierania informacji z pojedynczej maszyny lub z całej linii produkcyjnej i wykorzystywania tych informacji do optymalizacji wydajności operacyjnej, efektywności i spójności może być niezwykle korzystna dla firm produkcyjnych dążących do wyższej ogólnej efektywności sprzętu (OEE). Efektywnie wykorzystywana sztuczna inteligencja może być bardzo przydatnym narzędziem do uwolnienia potencjału sprzętu produkcyjnego.
Firmy zajmujące się automatyką zawarły w swoich produktach funkcje dające użytkownikowi dostęp do wszelkiego rodzaju informacji pochodzących z samych produktów automatyki oraz z urządzeń, którymi sterują. Informacje te mogą mieć kluczowe znaczenie w diagnozowaniu problemów, powodujących przestoje, jednocześnie odblokowując niewykorzystany potencjał wydajności maszyn.
DANE ZEBRANE Z SERWOMOTORU:
* Temperatura silnika wraz z marginesem do przeciążenia
* Wykrywanie wibracji z monitora czujnika przyspieszenia
* Napięcie zasilania enkodera do wykrywania zakłóceń elektrycznych
* Liczba obrotów silnika oraz pozycja bezwzględna
* Monitor żywotności łożysk silnika i uszczelnień olejowych* Szacowany zewnętrzny moment zakłócający
* Czas ustalania plus wielkość przekroczenia lub niedostosowania
* Częstotliwość pozostałych wibracji
* Zmiany w stosunku obciążenia do bezwładności wirnika* Błędy komunikacji enkodera
* Dane z rozproszonych czujników w sieci enkodera
DANE ZEBRANE Z WZMACNIACZA SERWO:
* Liczba i rodzaj błędów komunikacji sieciowej
* Monitorowanie żywotności wentylatora chłodzącego i kondensatora
* Stan użytkowania obwodu zapobiegającego przepięciom* Stan użytkowania obwodu hamowania dynamicznego
* Monitorowanie środowiska i marginesu przegrzania
* Czas włączenia zasilania głównego obwodu
Ilość użytecznych danych, które można zebrać z nowoczesnego sprzętu do sterowania ruchem jest bardzo duża.
Tabela przedstawia kilka przykładów. Źródło: Yaskawa
1. Temperatura silnika
Różnice w temperaturze pracy serwomotoru mogą wskazywać na zmiany w mechanice maszyny. Serwomotory pobierają tylko tyle prądu, ile jest wymagane do spełnienia potrzeb danego zastosowania. Wzrost temperatury serwomotoru (który bezpośrednio wiąże się z poborem prądu) można najczęściej przypisać zużyciu mechanicznemu elementów przekładni. Informacje te są przechwytywane przez sterownik systemu i mogą być wykorzystane w programie konserwacji zapobiegawczej, w którym elementy mechaniczne są smarowane lub wymieniane, gdy ich wydajność zaczyna spadać.
2. Wykrywanie wibracji
Niektóre wysokiej klasy napędy zawierają czujniki przyspieszenia na płycie sterującej zespołu enkodera serwomotoru. Tego typu czujniki mogą wykrywać drgania silnika podczas normalnego cyklu pracy maszyny. Sterownik systemu może monitorować zmiany tych drgań w czasie i zalecać działania naprawcze.
Analizatory FFT (szybka transformata Fouriera) w sterowniku systemu pozwalają na wizualizację częstotliwości drgań w maszynie. Widmo drgań FFT dla każdej osi maszyny może być wykorzystane do identyfikacji zmian w mechanice starzejącej się maszyny.
3. Uzyskanie informacji o profilu ruchu
Każda oś serwo na maszynie ma unikalny profil ruchu, który jest zaprogramowany dla każdej aplikacji. Rzeczywista pozycja każdej osi serwo może być śledzona podczas jej profilu ruchu, a dane te mogą być rejestrowane w momencie uruchomienia maszyny. Rzeczywista pozycja każdej osi może być następnie śledzona podczas pracy maszyny w czasie. W przypadku wykrycia zmian w rzeczywistej pozycji osi podczas profilu ruchu, kontroler systemu identyfikuje określone różnice (tj. przekroczenie, niedostosowanie, większe odchylenie od pozycji zadanej itp.) i zaleca odpowiednie działania, które można podjąć. Jednym z przykładów atrybutu aplikacji, który może mieć wpływ na rzeczywistą pozycję podczas zadanego ruchu, jest zmiana bezwładności obciążenia. Jeśli bezwładność obciążenia zmieni się nawet nieznacznie w czasie, wpłynie to na ogólne dostrojenie systemu i może przyczynić się do znacznych zmian w wydajności pracy. Problem ten można rozwiązać poprzez dostosowanie określonych parametrów strojenia serwomechanizmu i/lub skorygowanie zmian bezwładności obciążenia (np. może wystąpić zakłócenie w obciążeniu podzespołu podczas pracy).
4. Monitory żywotności
Monitory żywotności krytycznych elementów zużywających się urządzeń automatyki mogą być wykorzystywane do przewidywania awarii przed ich wystąpieniem. Działanie maszyny można zoptymalizować planując wymianę komponentów przed wystąpieniem awarii, która może spowodować nieplanowane zatrzymanie linii produkcyjnej. Komponenty sterowania ruchem są zazwyczaj wyposażone we własne monitory żywotności, jak pokazano poniżej.
Do systemu sterowania ruchem można dodać wiele innych typów czujników, które mogą być monitorowane przez kontroler systemu. Dzięki odpowiedniemu zestawowi algorytmów sztucznej inteligencji, kontroler systemu może pobrać te dane i przewidzieć przyszłe awarie dla określonych komponentów maszyny lub po prostu monitorować ogólną jej wydajność.
5. Zużycie energii
Monitory zużycia energii elektrycznej mogą wskazywać na nieefektywność działania poszczególnych maszyn lub całych linii produkcyjnych. Informacje te można wykorzystać do dostosowania cykli maszyn w celu zminimalizowania ogólnego zużycia energii elektrycznej lub zmaksymalizowania zużycia energii w określonych porach dnia, gdy energia jest tańsza.
6. Błędy komunikacji systemowej
Większość zaawansowanych systemów sterowania ruchem umożliwia monitorowanie niskiego napięcia zasilania enkodera każdego silnika. Skoki napięcia zasilania spowodowane zakłóceniami elektromagnetycznymi w systemie mogą powodować chwilową utratę danych pozycji, co może skutkować zakłóceniami profilu ruchu. Sterownik systemu może wykryć, kiedy szum elektryczny jest wprowadzany do systemu i jak ten szum wpływa na działanie. Informacje te można wykorzystać do rozwiązywania problemów i wprowadzania działań korygujących, by maszyna mogła działać płynnie.
Sterowniki systemowe mogą również wykrywać błędy i utratę pakietów w używanej sieci (takiej jak EtherCAT, Mechatrolink itp.). Stałe błędy sieciowe i utrata informacji mogą powodować różne problemy z pracą urządzeń produkcyjnych.
Narzędzia AI do przetwarzania i udostępniania informacji
Dostępność informacji jest ważna, ale posiadanie zestawu narzędzi, które przetwarzają informacje i sugerują działania usprawniające, może być równie istotne. Niektórzy dostawcy automatyki stworzyli konfigurowalne zestawy narzędzi, które wyświetlają rodzaje informacji opisane powyżej, a także statystyki związane z wydajnością i wydajnością maszyny lub linii produkcyjnej jako całości. Te zestawy narzędzi można zazwyczaj przeglądać na interfejsie człowiek-maszyna (HMI) urządzenia lub z dowolnego miejsca na świecie za pośrednictwem bezpiecznego połączenia internetowego.
Takie narzędzia mogą być wykorzystywane do wizualizacji operacji pojedynczej maszyny, jednej linii produkcyjnej lub całej fabryki. Mogą one dostarczać informacji na temat zarządzania zasobami, harmonogramów predykcyjnego utrzymania ruchu, stanu alarmów i zarządzania danymi. Mogą również wymieniać komunikację z systemami zewnętrznymi za pośrednictwem OPC-UA lub innych popularnych protokołów automatyki. Narzędzia te posiadają podstawowe funkcjonalności, ale są również wysoce konfigurowalne.
Bogactwo informacji dostępnych w dzisiejszych systemach automatyki w połączeniu z wysoce zaawansowanymi narzędziami do organizacji i dystrybucji informacji może przynieść ogromne korzyści konstruktorom i użytkownikom maszyn. Zwiększenie przepustowości maszyny, wyższa jakość produktu, skrócenie czasu przestoju maszyny i wydłużenie jej żywotności to możliwe do osiągnięcia cele, gdy informacje zwrotne z maszyny i linii produkcyjnej zostaną efektywnie wykorzystane.
Scott Carlberg, menedżer ds. marketingu produktów, Yaskawa.
