Czujniki zapewniające odporność na błędy

Klasyczne czujniki wraz z systemami RFID stanowią parę, która jest bezkonkurencyjna wśród zaawansowanych technik zapewniających odporność na błędy. Aby jednak urządzenia pracowały poprawnie, muszą być spełnione określone warunki.  

Czujniki przemysłowe nie tylko dowodzą swojej skuteczności w podstawowych rozwiązaniach automatyki. Coraz częściej stosowane są także w działaniach zapewniających odporność na błędy. Zwłaszcza w połączeniu z systemami RIFD umożliwiają proste i skuteczne uzyskiwanie informacji o tym, czy określony produkt znalazł się tam, gdzie powinien i osiągnął pożądaną pozycję. Takie czujniki dostarczają standaryzowane sygnały wyjściowe, które mogą być dyskretne (tak/nie) lub analogowe (pomiar lub pozycja). Włączenie tych sygnałów w aktywne schematy stosowane w celu uzyskania odporności na błędy wymaga określenia jej żądanego poziomu. Oczywiście dla osiągnięcia maksymalnej skuteczności niezbędne jest zastosowanie odpowiednich czujników. Aby urządzenia pracowały poprawnie, muszą być spełnione określone warunki. Części muszą być odpowiednio zainstalowane i mieć odpowiednią liczbę punktów pozwalających na inspekcję. Umiejscowienie szczegółów na częściach musi być względnie stałe.

Dyskretne fotoelektryczne czujniki bazujące na bezpośredniej wiązce światła oraz wykorzystujące światło odbite lub odbite i rozproszone używane są do wykrywania części znajdujących się w odległości większej niż 30-40 mm. W sytuacji, kiedy proste, niezmienne odczyty tak/nie są niewystarczające do skutecznego prowadzenia montażu, czujniki analogowe mogą dostarczać dodatkowych informacji istotnych dla zagwarantowania odporności na błędy w elastycznym środowisku przemysłowym. Czujniki analogowe dostarczają częściowej informacji o pozycji w formie sygnału analogowego oddziałującego bezpośrednio na systemem kontroli. Dopuszcza się obie informacje – dyskretną i analogową. Niektóre czujniki analogowe mają jedno lub więcej wyjść dyskretnych. Oferują generowanie decyzji w formie zmiennej dyskretnej bez konieczności odwoływania się do systemu kontroli.  

Metoda zależy od obiektu

Czujniki wykorzystujące technikę laserową oferują precyzję wyższego poziomu, łatwość obsługi i sprawność w aplikacjach ukierunkowanych na zapewnienie odporności na błędy. Czujniki laserowe wykrywają szczegóły produktu używając zwykle technik rozproszonych. Czujniki wykorzystujące wiązkę mogą wykrywać szczegóły produktu, bazując na różnicy cieni lub pozycji. Typowe różnice cieni wywołane są: zmianą koloru, wykończeniem powierzchni, stopniem wypolerowania. Różnice położenia odnoszą się do zmian pozycji produktu w stosunku do pozycji czujnika.

Śledzenie UV jest najbardziej odpowiednią metodą realizacji zadań całościowego montażu z zapewnieniem odporności na błędy. Mamy tu do czynienia z dwoma krokami: pierwszy to przymocowanie materiału pozwalającego na śledzenie do części, która będzie śledzona. Drugi polega na użyciu czujnika UV do wykrywania tej części, dzięki wcześniej przytwierdzonemu materiałowi. Do zalet metody częstotliwościowej UV należy zaliczyć to, że materiał pozwalający na śledzenie jest niewidoczny gołym okiem i nie wpływa na estetykę produktu. Te same zasady, jak w przypadku zadań montażu i automatyzacji, obowiązują w przypadku formowania metalu. Jednak w tym przypadku wymagana jest jeszcze realizacja kilku dodatkowych zadań. Należy uwzględnić wymóg braku uszkodzeń wytłaczanych części. Stąd zadaniem czujników jest: ochrona matryc przed zniszczeniem, przeciwdziałanie zamykaniu stempli i zapewnienie nieprzerwanej produkcji.

Czujniki dyskretne używane są do monitorowania: pozycji suwnic kleszczowych, taśm podających, dziur na wkręty i in. Mogą być także użyte do wykrywania, a przez to ochrony przed uszkodzeniami, polegającymi na tłuczeniu się produktu lub wystawaniu części przedmiotu z matrycy. Wąski zakres czujników analogowych może: mierzyć kąt zgięcia, weryfikować cechy, mierzyć maksymalne wymiary. Czujniki takie są także często używane do pomiarów prostoliniowości nacisku na stacjach samodzielnie wykrywających błędy. Fotoelektryczne czujniki mogą być zintegrowane z: precyzyjnym pomiarem rolek podających, częściami zewnętrznymi i systemami do wykrywania tłukących się części.   

RFID dla wielu wersji

Czujniki i technologia RFID są również łączone w celu minimalizacji błędów w przebudowie procesu. Zadaniem czujników umieszczonych na częściach przeznaczonych do montażu lub paletach jest kontrola tego, co powinno być, a co zostało zrobione nie tylko w ramach jednego systemu automatyki, ale także pomiędzy systemami.Kiedy problem wystąpi we wstępnej fazie montażu, identyfikator RFID przesyła do rekonfigurowanego PLC dane umożliwiające zaprogramowanie czujników w taki sposób, aby umożliwić skierowanie narzędzi potrzebnych do reperacji w odpowiednie miejsce. Trafią tam one poza tym w odpowiedniej kolejności, co zapewni właściwą procedurę naprawy. W tym przypadku operator staje się jedynie „układem wykonawczym”, nadzorowanym przez oprogramowanie informowane przez identyfikatory RFID i sterowane przez czujniki.

Elastyczna produkcja wymaga możliwości wytwarzania wielu wersji produktu na tej samej linii produkcyjnej. Konkretna wersja, którą chcemy wyprodukować, musi być znana, ponieważ różne wersje produktu mają unikalne cechy odporności na błędy. Najefektywniejszą metodą osiągnięcia tego celu jest system RIFD, przechowujący wbudowane informacje w małym nośniku danych naklejonym na stałe do palety. Przed rozpoczęciem montażu nośnik danych otrzymuje instrukcje wsadowe, aby wytyczać cały przepływ procesu. Poprawny montaż jest weryfikowany przez porównanie wbudowanych informacji z tym, co wykryły czujniki zapewniające odporność na błędy.

Wbudowane informacje mogą być przechowywane na każdej palecie na różne sposoby. W grę wchodzi sposób zdecentralizowany lub przetrzymywanie dokładnie w systemie kontroli. Przed rozpoczęciem montażu wbudowane informacje są zapisywane do nośnika danych. System montażu czyta wbudowane informacje na każdej stacji determinując, co montować. Operacje te muszą zapewniać odporność na błędy. W dodatku aktualne wyniki testów mogą być ładowane do nośnika z danymi, aby następnie mogły być archiwizowane.  

Henry Manke
kierownik produkcji w dziale wykrywania obiektów  

Artykuł pod redakcją mgra inż. Krzysztofa Jaroszewskiego, doktoranta  w Zakładzie Automatyki Instytutu Automatyki Przemysłowej Politechniki Szczecińskiej    

Zastosowania można mnożyć
Dla Control Engineering Polska mówi Jacek Bogusz, dyrektor techniczny, Astat:

Już dziś technologia wytwarzania znaczników RFID umożliwia wspólne osadzenie w strukturze układu znacznika i czujnika (czujników) pomiarowego. Moim zdaniem polski rynek przekonuje się do RFID jako metody oznaczania produktów stosunkowo wolno. Dziedziną zastosowań, gdzie najbardziej upowszechniły się technologie RFID, jest kontrola dostępu. Jednak tam stosowanie znaczników z dodatkowymi czujnikami jest możliwe, ale dyskusyjne. Znaczniki RFID oferują dwie bardzo cenne właściwości: pamięć mogącą przechowywać dane oraz metodę bezprzewodowej, dwukierunkowej transmisji jej zawartości. Jeśli do tych cech dodać jeszcze na przykład czujnik mierzący temperaturę, wibracje, wilgotność lub inne parametry fizyczne obiektu, do którego przymocowany jest znacznik RFID, to staje się on miniaturowym systemem telemetrycznym ogólnego zastosowania. Nie dosyć, że umożliwia identyfikację punktu pomiarowego, to jeszcze dodatkowo może mierzyć i przechowywać wyniki pomiaru. Można sobie wyobrazić takie znaczniki na przykład przyklejone do konstrukcji mostu czy budynku. Nie wymagałyby stałego zasilania i udostępniałyby na żądanie dane o naprężeniach i wibracjach. Można również wyobrazić sobie znaczniki mierzące temperaturę zatopione w betonie, umożliwiające bezprzewodowy monitoring temperatur wiązania betonu. Zastosowania można mnożyć. Technika transmisji  RFID jest bardzo dobrze znana, a dołożenie dodatkowej funkcjonalności, z punktu widzenia użytkownika, nie tworzy żadnych dodatkowych problemów. Moim zdaniem produkcja znaczników RFID połączonych z czujnikami będzie tym, co ostatecznie przekona użytkowników do poniesienia kosztów wdrożenia nowych technik identyfikacji wyrobów.