Nowoczesny zakład przemysłowy generuje ogromną ilość danych. Informacje o zużyciu energii, temperaturze, wilgotności, pracy maszyn, przepływie mediów czy stanach alarmowych są dostępne w wielu miejscach, ale często pozostają rozproszone pomiędzy licznikami, sterownikami PLC, lokalnymi panelami operatorskimi i ręcznymi odczytami.
Rozwiązania IoT pozwalają zebrać te dane w jednym systemie i udostępnić je osobom odpowiedzialnym za produkcję, utrzymanie ruchu, energetykę czy zarządzanie zakładem. Dzięki temu informacje mogą być analizowane na bieżąco, a reakcja na nieprawidłowości nie musi rozpoczynać się dopiero po wystąpieniu awarii.
Jakie problemy może rozwiązać IoT w zakładzie przemysłowym?
Jednym z najczęstszych problemów jest brak bieżącej informacji o tym, co dzieje się w różnych częściach zakładu. Odczyty wykonywane ręcznie są czasochłonne, a dane zbierane raz na kilka godzin lub dni nie pozwalają szybko zauważyć nagłej zmiany.
Przykładem może być wzrost zużycia sprężonego powietrza spowodowany nieszczelnością instalacji, nieprawidłowa temperatura w magazynie, zwiększone zużycie energii przez konkretną linię produkcyjną albo zatrzymanie urządzenia znajdującego się w oddalonej części obiektu.
System IoT może zbierać takie informacje automatycznie i przekazywać je do jednej platformy. Użytkownik otrzymuje dostęp do aktualnych wartości, historii pomiarów oraz alarmów generowanych po przekroczeniu ustalonych progów.
Jak działa przemysłowy system IoT?
Typowy system składa się z kilku warstw. Na początku znajdują się urządzenia pomiarowe i czujniki zbierające informacje bezpośrednio z instalacji lub otoczenia.
Dane mogą pochodzić między innymi z liczników energii, przepływomierzy, czujników temperatury i wilgotności, sterowników PLC, urządzeń Modbus, wejść cyfrowych i analogowych czy istniejących systemów automatyki.
Następnie informacje są przesyłane przez odpowiednią sieć komunikacyjną. W zależności od zastosowania może to być LoRaWAN, Ethernet, RS485, sieć komórkowa lub inne rozwiązanie przemysłowe.
Bramka lub urządzenie komunikacyjne przekazuje dane dalej do lokalnego systemu, serwera lub platformy chmurowej. Tam możliwe jest ich wizualizowanie, zapisywanie, analizowanie oraz przekazywanie do innych systemów poprzez MQTT, API lub inne mechanizmy integracyjne.
Czujnik lub urządzenie → transmisja danych → bramka / infrastruktura sieciowa → platforma → analiza, alarmy i integracja
Co można monitorować w przemyśle?
Zakres pomiarów zależy od konkretnego procesu. IoT może być wykorzystywane zarówno do prostego monitorowania jednego parametru, jak i do budowy rozbudowanego systemu obejmującego cały zakład.
- zużycie energii elektrycznej,
- zużycie wody i gazu,
- zużycie sprężonego powietrza,
- temperaturę i wilgotność,
- stany pracy maszyn,
- liczbę cykli,
- otwarcie drzwi i bram,
- wycieki,
- poziom cieczy,
- ciśnienie i przepływ,
- parametry środowiskowe.
LoRaWAN w zakładach przemysłowych
LoRaWAN sprawdza się szczególnie tam, gdzie trzeba zebrać dane z wielu rozproszonych punktów bez prowadzenia dodatkowego okablowania.
Czujniki mogą komunikować się z jedną lub kilkoma bramkami znajdującymi się na terenie zakładu. W zależności od urządzenia mogą być zasilane bateryjnie, dzięki czemu instalacja może zostać wykonana również w miejscach, w których doprowadzenie przewodów byłoby kosztowne lub problematyczne.
Technologia dobrze nadaje się między innymi do pomiaru temperatury, wilgotności, liczników mediów, poziomu, ciśnienia czy stanów cyfrowych.
LoRaWAN nie zastępuje jednak wszystkich systemów automatyki. W aplikacjach wymagających bardzo szybkiej komunikacji lub sterowania w czasie rzeczywistym nadal stosowane są między innymi przemysłowy Ethernet i rozwiązania przewodowe.
Modbus, RS485 i Ethernet – wykorzystanie istniejących urządzeń
Wiele zakładów posiada już urządzenia wyposażone w Modbus RTU, Modbus TCP, RS485 lub Ethernet. Nie zawsze trzeba więc wymieniać istniejącą aparaturę.
Odpowiednia bramka przemysłowa może pobierać dane z takich urządzeń i przekazywać je dalej do systemu nadrzędnego.
Pozwala to włączyć do systemu IoT między innymi liczniki energii, analizatory sieci, sterowniki, falowniki, przepływomierze i inne urządzenia przemysłowe.
MQTT i API – integracja danych z innymi systemami
Samo zebranie danych często nie jest końcem projektu. Informacje mogą być potrzebne również w systemie SCADA, BMS, MES, ERP lub aplikacji stworzonej specjalnie dla danego przedsiębiorstwa.
Do ich przekazywania mogą być wykorzystywane między innymi MQTT oraz API. Dzięki temu system IoT może pełnić rolę warstwy zbierającej i standaryzującej dane, które następnie trafiają do innych aplikacji wykorzystywanych w przedsiębiorstwie.
Monitoring zużycia energii i mediów
Jednym z najczęstszych zastosowań przemysłowego IoT jest kontrolowanie zużycia mediów. Sam odczyt głównego licznika energii pokazuje jedynie całkowite zużycie zakładu. Dopiero dodatkowe punkty pomiarowe pozwalają ustalić, które linie, maszyny lub obszary odpowiadają za największą część poboru.
Podobnie wygląda sytuacja w przypadku wody, gazu czy sprężonego powietrza. Ciągły monitoring pozwala porównywać okresy produkcyjne, wykrywać nietypowe wzrosty zużycia i szybciej lokalizować miejsca, w których mogą występować straty.
Temperatura i wilgotność w produkcji oraz magazynowaniu
W wielu procesach przemysłowych temperatura i wilgotność mają bezpośredni wpływ na jakość produktu lub warunki jego przechowywania.
Automatyczny pomiar pozwala zastąpić ręczne kontrole ciągłym monitoringiem. Po przekroczeniu ustalonego zakresu system może wygenerować alarm, dzięki czemu pracownik nie musi stale obserwować aktualnych wartości.
Monitoring maszyn i stanów urządzeń
Nie każde urządzenie musi posiadać rozbudowany interfejs komunikacyjny, aby można było rozpocząć jego monitoring.
W niektórych przypadkach wystarczy odczyt stanu cyfrowego, sygnału z licznika impulsów albo wartości z istniejącego czujnika. Pozwala to zbierać informacje o uruchomieniu maszyny, jej zatrzymaniu, liczbie wykonanych cykli lub wystąpieniu określonego alarmu.
Jak dobrać technologię do konkretnego zastosowania?
Nie istnieje jedna technologia odpowiednia dla każdego zakładu. LoRaWAN będzie dobrym rozwiązaniem dla rozproszonych, okresowych pomiarów i urządzeń bateryjnych. Modbus i RS485 pozwalają wykorzystać dużą liczbę istniejących urządzeń przemysłowych. Ethernet jest odpowiedni tam, gdzie dostępna jest infrastruktura przewodowa i wymagana jest większa przepustowość.
Łączność LTE lub 5G może natomiast zapewnić transmisję z obiektów, w których nie ma dostępu do lokalnej sieci.
W praktyce system może wykorzystywać kilka technologii jednocześnie. Najważniejsze jest dopasowanie sposobu komunikacji do rodzaju danych, częstotliwości ich przesyłania, warunków instalacji i wymagań dotyczących niezawodności.
Od czego rozpocząć wdrożenie IoT w zakładzie?
Najlepszym punktem wyjścia jest określenie problemu, który system ma rozwiązać. Zamiast rozpoczynać od wyboru konkretnego czujnika, warto najpierw ustalić, jakie informacje są potrzebne, gdzie mają być mierzone, jak często trzeba je odczytywać oraz kto będzie z nich korzystał.
Następnie można dobrać urządzenia pomiarowe, sposób transmisji danych, bramki oraz platformę.
W wielu przypadkach dobrym rozwiązaniem jest rozpoczęcie od mniejszego wdrożenia pilotażowego. Pozwala ono sprawdzić zasięg, sposób prezentacji danych oraz realną przydatność pomiarów przed rozbudową systemu na kolejne obszary zakładu.
IoT Solution – od urządzenia do gotowego systemu
W IoT Solution pomagamy dobrać elementy całego rozwiązania: od urządzeń pomiarowych i czujników, przez transmisję danych i bramki komunikacyjne, aż po platformę oraz integrację z istniejącą infrastrukturą.
Dzięki temu system może zostać zaprojektowany nie jako zbiór niezależnych urządzeń, ale jako jedno środowisko umożliwiające zbieranie, przesyłanie i wykorzystywanie danych.
Potrzebujesz dobrać rozwiązanie do konkretnego procesu lub instalacji? Skontaktuj się z nami i opisz, jakie parametry chcesz monitorować oraz gdzie mają znajdować się punkty pomiarowe. Na tej podstawie możemy dobrać odpowiednie urządzenia, sposób komunikacji i architekturę systemu.