- moneo: Πλατφόρμα IIoT
- Περιπτώσεις εφαρμογής
Επιτήρηση θερμοκρασίας σε εγκατάσταση CIP
Μία μονάδα CIP είναι μία εγκατάσταση επεξεργασίας που συνηθίζεται στη βιομηχανία τροφίμων και ποτών, η οποία υποβάλλεται σε διαδικασία καθαρισμού στη διεργασία (Cleaning In Place, CIP). Στην επεξεργασία βιολογικών ουσιών που προορίζονται για κατανάλωση, όπως το γάλα, η αυστηρή υγιεινή είναι ζωτικής σημασίας για να προλαμβάνεται η διείσδυση βλαβερών βακτηριδίων που μπορεί να θέσουν σε κίνδυνο την υγεία των καταναλωτών. Στις περισσότερες περιπτώσεις, τα δοχεία (συνήθως δεξαμενές) είναι πολύ μεγάλα για να αποσυναρμολογηθούν για τον καθαρισμό. Ένας κύκλος CIP αποτελείται από διάφορα αναγκαία βήματα διεργασιών υγιεινής. Η θερμοκρασία και η διάρκεια της θέρμανσης είναι καθοριστικοί παράγοντες για την επίτευξη τέλειων αποτελεσμάτων καθαρισμού – όπως στον κύκλο ζεστού νερού ενός πλυντηρίου. Για να εξασφαλίζεται η ολοκληρωμένη διαδικασία καθαρισμού, οι απαιτούμενες παράμετροι (θερμοκρασία) πρέπει να επιτυγχάνονται σε όλη την εγκατάσταση. Διαφορετικά, αυτή η δαπανηρή διαδικασία θα πρέπει να επαναληφθεί (απώλειες σε ενέργεια, σε χημικές ουσίες και στην παραγωγή).
Η αρχική κατάσταση:
Η ifm εκτελεί τους ελέγχους των αισθητήρων διεργασίας σε πραγματικό περιβάλλον, χρησιμοποιώντας τη δική της εγκατάσταση CIP. Πριν τη χρήση του moneo, η εγκατάσταση λειτουργούσε μέσω αναλογικών σημάτων και ελεγχόταν μέσω ενός PLC. Οι αναλύσεις μέσω του PLC αποδείχτηκαν δύσκολες. Η απεικόνιση της διαδικασίας μπορούσε να γίνει απευθείας μόνο στο HMI της εγκατάστασης και η παραμετροποίηση ήταν εφικτή μόνο απευθείας στους αισθητήρες. Η επιτήρηση εκτελούταν μόνο μέσω της τιμής αναλογικού σήματος 4...20 mA.
Στόχος του έργου:
Στο επίκεντρο βρίσκεται η καταγραφή και η ανάλυση των δεδομένων θερμοκρασίας. Πρέπει να γίνεται μέτρηση της θερμοκρασίας στην είσοδο και την έξοδο της εγκατάστασης, για να προσδιορίζεται η διαφορά θερμοκρασίας. Αυτό αποτελεί έναν αξιόπιστο δείκτη για την επίτευξη της επιθυμητής θερμοκρασίας διεργασίας, το οποίο είναι σημαντικό κατά την απολύμανση της εγκατάστασης με θερμασμένα καθαριστικά υλικά. Αν η θερμοκρασία είναι ίδια σε αυτά τα δύο σημεία, αυτό σημαίνει ότι όλες οι περιοχές έχουν απολυμανθεί με επιτυχία.
Το υφιστάμενο PLC παραμένει αμετάβλητο. Με την επέκταση της εγκατάστασης, τα δεδομένα θα μεταβιβάζονται στο moneo RTM μέσω συσκευών IO-Link.
Η υλοποίηση:
Το moneo εγκαταστάθηκε σε έναν κεντρικό server της ifm prover για την ενεργοποίηση των απαιτούμενων στοιχείων, συμπεριλαμβανομένου του moneo RTM.
Για την ανίχνευση των τιμών στην είσοδο και την έξοδο εγκαταστάθηκαν δύο αισθητήρες θερμοκρασίας με λειτουργία αυτοεπιτήρησης και συνδέθηκαν σε μία κύρια μονάδα IO-Link με θύρα IoT. Μετά την ενσωμάτωση αυτής της κύριας μονάδας στο δίκτυο της εταιρείας μέσω Ethernet, οι τιμές διεργασίας των αισθητήρων μεταβιβάζονται αυτόματα στο moneo RTM ανά δευτερόλεπτο.
Χάρη στη δυνατότητα επέκτασης του λογισμικού, στο σύστημα μπορούν να προστεθούν οποιαδήποτε στιγμή περαιτέρω συσκευές IO-Link για συλλογή και αξιολόγηση επιπρόσθετων δεδομένων διεργασίας.
Το αποτέλεσμα:
Το λογισμικό υπολογίζει τιμές διεργασίες, π.χ. διαφορά θερμοκρασίας. Έτσι μπορεί να εξακριβωθεί εάν η απολύμανση είναι επιτυχής ή αν απαιτούνται πρόσθετες ενέργειες. Η επέκταση του συστήματος σημαίνει ότι τα δεδομένα μπορούν πλέον να καταγράφονται χωρίς κενά. Η ανάλυση των δεδομένων βοηθά στη βελτιστοποίηση των διεργασιών και αυξάνει τη διαθεσιμότητα της εγκατάστασης.
Συμπέρασμα:
Η εγκατάσταση ψηφιοποιήθηκε με επιτυχία χωρίς αλλαγές ή παρεμβάσεις στο υφιστάμενο PLC ή στο λογισμικό.
Dashboard
Οι σχετικές πληροφορίες των αισθητήρων προβάλλονται γρήγορα και εξατομικευμένα μέσω του έξυπνου dashboard . Οι τρέχουσες τιμές διεργασίας προβάλλονται με προδιαμορφωμένα εργαλεία, π.χ. με θερμόμετρα ή γραμμικά διαγράμματα. Είναι εφικτή η λήψη των εικόνων σε τυπικές μορφές (PNG, JPEG, GIF...) απευθείας στο dashboard. Οι χρήστες μπορούν να εναλλάξουν μεταξύ διαφόρων dashboards χρησιμοποιώντας τους δείκτες περιήγησης.
Στην παρακάτω εικόνα παρουσιάζεται η προβολή όλης της εγκατάστασης στον πίνακα εργαλείων. Οι δείκτες περιήγησης οδηγούν απευθείας σε άλλα dashboard, οι οποίοι παρέχουν περισσότερες λεπτομέρειες για τη σχετική περιοχή:
- Δείκτης περιήγησης που οδηγεί σε άλλους πίνακες εργαλείων
- Ένδειξη με μορφή φωτεινού σηματοδότη της κατάστασης των δεξαμενών 1 έως 4
Στο dasboard απεικονίζεται η θερμοκρασία εισόδου και εξόδου. Επιπλέον, η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των αισθητήρων έχει καθοριστεί με τη βοήθεια της λειτουργίας υπολογισμένων τιμών και προβάλλεται ως θερμόμετρο και γραμμικό διάγραμμα.
- Θερμοκρασία στην είσοδο
- Διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ εισόδου και εξόδου
- Θερμοκρασία στην έξοδο
- Διάγραμμα με θερμοκρασία εισόδου, θερμοκρασία εξόδου και διαφορική θερμοκρασία
- Τρέχουσα κατάσταση βαθμονόμησης του TCC
Ανάλυση
Αυτή η λειτουργία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για περαιτέρω ανάλυση των συγκεντρωμένων δεδομένων και για πιο λεπτομερή ανάλυση της διεργασίας, π.χ. για τον καθορισμό και την ενδεχόμενη ρύθμιση των χρόνων πλύσης. Επειδή το moneo RTM καταγράφει αυτόματα τις πληροφορίες μόλις οι αισθητήρες ενεργοποιηθούν στη διαδρομή της τοπολογίας, τα δεδομένα είναι διαθέσιμα άμεσα.
Η παρακάτω ανάλυση αφορά τη διαδικασία θέρμανσης. Ο αισθητήρας θερμοκρασίας στην είσοδο (1) δείχνει μικρές διακυμάνσεις της θερμοκρασίας που προκαλούνται από τη ρύθμιση του εναλλάκτη θερμότητας ατμού. Η θερμοκρασία στην έξοδο ακολουθεί αυτήν την ανοδική χαρακτηριστική καμπύλη με μία καθυστέρηση.
- Θερμοκρασία στην είσοδο
- Θερμοκρασία στην έξοδο
Με τη λειτουργία μεταφοράς και απόθεσης (drag & drop) μπορούν να δημιουργηθούν εξατομικευμένες αναλύσεις που επιτρέπουν τον συνδυασμό διαφόρων τιμών διεργασίας (π.χ. θερμοκρασία ή αγωγιμότητα) και την από κοινού ανάλυσή τους.
Επιπρόσθετα, είναι εφικτή η εξαγωγή εγγραφών δεδομένων για περαιτέρω ανάλυση ή τεκμηρίωση των διεργασιών.
Παράδειγμα εξαγωγής σε αρχείο CSV:
Key_Path;Base / CIP / INLET / TCC231 / Temperature
Key_DeviceName;Temperature
Key_DataSource;Temperature
Key_Unit;°C
Key_DataType;raw
Key_DataCount;4
Timestamp;RawValue
2021-04-29T16:05:06.722+0200;23.42
2021-04-29T16:05:07.719+0200;23.42
2021-04-29T16:05:08.720+0200;23.42
2021-04-29T16:05:09.721+0200;23.42
Εργασίες & δελτία / οριακές τιμές
Η λειτουργία του χρησιμοποιούμενου αισθητήρα θερμοκρασίας (TCC) είναι ο έλεγχος βαθμονόμησης. Χρησιμοποιεί δύο θερμικώς συνδεδεμένα στοιχεία αισθητήρα (στοιχείο μέτρησης και στοιχείο αναφοράς) για να ανιχνεύει αυτόματα μία διαφορά στη θερμοκρασία. Ο αισθητήρας παρέχει την τιμή διεργασίας μέσω της αναλογικής εξόδου. Η τιμή αναφοράς χρησιμοποιείται για λόγους σύγκρισης και για την επαλήθευση της τιμής διεργασίας. Αν η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της τιμής διεργασίας και της τιμής αναφοράς υπερβεί την τιμή που έχει ρυθμιστεί ως όριο ελέγχου βαθμονόμησης [ccL], η κατάσταση CC ρυθμίζεται ανάλογα (0 = μήνυμα προειδοποίησης για έλεγχο βαθμονόμησης, 1 = κανονική λειτουργία). Εκτελείται επιτήρηση μιας ενδεχόμενης υστέρησης της τιμής διεργασίας από την οριακή τιμή. Αν η κατάσταση CC είναι 0, δημιουργείται ένα δελτίο συναγερμού.
Συναγερμός μπορεί να ενεργοποιηθεί και όταν η διαφορά της θερμοκρασίας είναι πολύ μεγάλη. Αυτό είναι μία ένδειξη για μία μερικώς επιτυχή διαδικασία καθαρισμού.
Συνδυασμένες οριακές τιμές
Οριακές τιμές μπορούν να ρυθμιστούν και για τις υπολογισμένες τιμές. Η υπολογισμένη τιμή σε αυτό το παράδειγμα χρησιμοποιείται για την επιτήρηση της τρέχουσας διαφοράς θερμοκρασίας σε συνάρτηση με τη θερμοκρασία στην είσοδο. Ελέγχεται αν η θερμοκρασία στην είσοδο υπερβαίνει τους 80°C (5). Αν είναι κάτω από 80°C (5), εμφανίζεται η τιμή 20°C (6). Αν είναι πάνω από 80°C, εμφανίζεται η τρέχουσα διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ εισόδου και εξόδου (6).
- Τιμή θερμοκρασίας στην είσοδο <80°C (20 K)
- Διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ εισόδου και εξόδου
- Θερμοκρασία στην είσοδο
- Συγκριτική τιμή για τη θερμοκρασία στην είσοδο (80°C)
- Μπλοκ λειτουργιών σύγκρισης
- Μπλοκ λειτουργιών μεταγωγής σήματος
- Προβολή θερμοκρασίας (< 80°C = 20 K, > 80°C = τρέχουσα διαφορά θερμοκρασίας)
Αυτή η υπολογισμένη τιμή μπορεί τώρα να χρησιμοποιηθεί για την επιτήρηση της εγκατάστασης. Για τον σκοπό αυτόν ρυθμίζονται οι οριακές τιμές προειδοποίησης (1) και συναγερμού (3). Αν η θερμοκρασία στην είσοδο είναι πάνω από 80°C και η διαφορά θερμοκρασίας πάνω από 5 K (1) ή πάνω από 10 K (3), δημιουργείται ένα σχετικό μήνυμα. Επειδή η θερμοκρασία αντιδρά αργά λόγω της διεργασίας, προστίθεται μία καθυστέρηση απόκρισης (2 / 4). Ένας κύκλος ενημέρωσης αντιστοιχεί περ. σε 1 δευτερόλεπτο. Για παράδειγμα, σε αυτήν τη διαμόρφωση, αν η διαφορά θερμοκρασίας των 10 K δεν επιτευχθεί μετά από 300 δευτερόλεπτα (5 λεπτά), ενεργοποιείται μία προειδοποίηση. Αν η διαφορά των 5 K (3) δεν επιτευχθεί μετά από 600 δευτερόλεπτα (10 λεπτά), ενεργοποιείται ένας συναγερμός.
- Οριακές τιμές προειδοποίησης για τη θερμοκρασία
- Καθυστέρηση απόκρισης για την προειδοποίηση
- Οριακές τιμές συναγερμού για τη θερμοκρασία
- Καθυστέρηση απόκρισης για τον συναγερμό
Διαχείριση κανόνων επεξεργασίας δελτίων
Αυτή η λειτουργία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διαμόρφωση των ενεργειών σε περίπτωση που προκύψει προειδοποίηση ή συναγερμός μαζί με τη δημιουργία δελτίου. Σε αυτήν την περίπτωση, μία ομάδα παραληπτών email στο τμήμα συντήρησης ενημερώνεται ότι έχει ενεργοποιηθεί η λειτουργία ελέγχου βαθμονόμησης του αισθητήρα. Με αυτόν τον τρόπο μπορούν να αντιδράσουν γρήγορα και να προχωρήσουν στη βαθμονόμηση.
Υπολογισμένες τιμές
Η λειτουργία υπολογισμένων τιμών επιτρέπει την περαιτέρω επεξεργασία των τιμών διεργασίας και τη χρήση τους σε υπολογισμούς. Στην περίπτωση της εγκατάστασης CIP, αυτή η λειτουργία χρησιμοποιείται για τον καθορισμό της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ εισόδου και εξόδου.
Διαφορά θερμοκρασίας [∆T]= Θερμοκρασία περιβάλλοντος [T2] - Εσωτερική θερμοκρασία πίνακα ελέγχου [T1]
- Θερμοκρασία εισόδου [T2]
- Θερμοκρασία εξόδου [T1]
- Μπλοκ λειτουργιών: Αφαίρεση
- Διαφορά θερμοκρασίας [∆T]
