moneo: IIoT 플랫폼
Use cases

CIP 설비에 대한 온도 모니터링

CIP 세트는 식음료 산업계에서 흔히 볼 수 있는 로컬 세척 (CIP: cleaning in place)을 거치는 프로세스 설비입니다. 우유 등의 소비를 위해 유기물질을 가공할 때 유해한 세균이 제품에 들어가 소비자의 건강을 해치지 않도록 엄격한 위생이 필요합니다. 대부분의 경우 용기 (대부분 탱크)는 너무 커서 세척시 분해되어야 합니다. CIP 주기는 몇 가지 필요한 위생 프로세스 단계로 구성됩니다. 최상의 세척 결과를 위하여 온도 및 가열시간이 결정적이며, 이는 세탁기의 뜨거운 물 순환과 비슷합니다. 완벽한 세척 프로세스를 보장하려면 전체 설비내에 필요한 파라메터 (온도)가 도달되어야 합니다. 그렇지 않은 경우, 비용 집약적인 프로세스 (에너지, 화학성분 및 생산 손실)를 반복해야 합니다.

초기 상황:

ifm은 자체 CIP 설비를 사용하여 실제 환경에서 프로세스 센서로 테스트했습니다. moneo가 도입되기 전에 이 설비는 아날로그 신호로 작동되었고 PLC를 통하여 제어되었습니다. PLC를 통한 분석 수행은 어려웠습니다. 프로세스는 설비의 HMI에서만 직접 시각화되었고 파라메터 세팅은 직접 센서에서만 수행이 가능하였습니다. 모니터링은 아날로그 전류값 4...20 mA 시그널 값으로 제한되었습니다.

프로젝트의 목적:

온도 데이터를 기록하고 분석하는 데 초점을 맞추었습니다. 설비의 유입구와 배출구에서의 온도를 측정하여 온도 차이를 결정하는 데 사용하였습니다. 이는 원하는 프로세스 온도에 도달했는지 여부를 나타내는 신뢰할 수 있는 지표로 간주되는데 즉, 가열된 세척액을 사용하여 설비를 소독할 때 중요합니다. 온도가 두 지점에서 거의 동일할 경우, 모든 영역이 성공적으로 소독된 것으로 가정할 수 있습니다.

기존 PLC는 변경되지 않은 상태로 유지되어야 합니다. 시스템 확장 시, 데이터가 IO-Link 디바이스를 통하여 moneo RTM으로 전송됩니다.

구현:

moneo는 moneo RTM을 비롯한 필수 모듈을 활성화하기 위하여 ifm prover의 기존 중앙 서버에 설치되었습니다.

유입구와 배출구의 값을 감지하기 위하여 자체 모니터링 기능이 있는 두개의 온도 센서가 설치되었고, IoT 포트를 보유한 IO-Link 마스터에 연결되었습니다. 이더넷을 통해 이 마스터를 회사 네트워크에 통합하면 센서의 프로세스 값이 매초마다 moneo RTM으로 자동 전송됩니다.

추가 IO-Link 디바이스가 시스템에 추가되어 언제든지 소프트웨어의 확장성으로 추가 프로세스 데이터를 수집하고 평가할 수 있습니다.

결과:

소프트웨어는 온도 차와 같은 프로세스 값을 제공합니다. 이렇게 하면 소독의 성공 여부를 확인하거나 추가 조치가 필요한지 여부를 확인할 수 있습니다. 시스템 확장은 이제 아무런 공백없이 데이터를 기록할 수 있음을 의미합니다. 데이터 분석은 프로세스를 최적화하고 설비 가동시간을 높이는데 도움이 됩니다.

결론:

기존 PLC 또는 소프트웨어의 변경이나 개입 없이 설비가 성공적으로 디지털화되었습니다.

시스템 구조

유입구 온도 센서 (예: TCC551)
배출구 온도 센서 (예: TCC551)

IO-Link 마스터 (예: AL1351)

대시보드

관련된 센서정보가 스마트 대시보드를 통하여 빠르고 개별적으로 가시화될 수 있습니다. 온도계나 라인 다이어그램과 같이 사전설정된 기기는 현재 프로세스 값을 그래픽으로 가시화하는 데 도움이 됩니다. 표준 포멧 (PNG, JPEG, GIF 등)의 이미지가 대시보드에 직접 업로드될 수 있습니다. 사용자는 네비게이션 마커를 사용하여 여러 대시보드 간에 쉽게 이동할 수 있습니다.

다음 이미지는 전체 플랜트의 대시보드 시각화를 보여 줍니다. 네비게이션 마커는 다른 대시보드로 직접 연결되며, 관련영역에 관한 상세정보를 제공합니다.

다른 대시보드에 대한 링크로서의 네비게이션 물체
탱크 1에서 4의 상태표시를 위한 신호등 디스플레이

대시보드는 유입구 및 배출구 온도를 가시화합니다. 또한, 계산된 값 기능을 사용하여 센서간의 온도차이가 결정되고 온도 및 라인 다이어그램으로 가시화됩니다.

유입구 온도
유입구와 배출구 사이의 온도 차이
배출구 온도
유입구, 배출구 및 온도차가 있는 다이어그램
TCC의 현재 캘리브레이션 상태

분석

이 기능은 캡처된 데이터에 대한 추가분석이 이루어지며, 예를 들어 세척시간이 결정되고 필요한 경우 조정하기 위하여 프로세스를 더 자세히 분석하는 데 사용할 수 있습니다. moneo RTM은 토폴로지 경로에서 센서가 활성화되는 즉시 자동으로 정보를 기록하므로 데이터를 즉시 사용할 수 있습니다.

아래 분석은 가열 프로세스를 보여줍니다. 유입구 (1)의 온도 센서는 증기 열 교환기의 제어에 의해 생성되는 작은 온도변동을 나타냅니다. 배출구의 온도는 지연과 함께 상승 곡선을 따릅니다.

유입구 온도
배출구 온도

drag & drop을 사용하여 분석을 사용자 정의할 수 있으므로 다양한 프로세스 값 (예: 온도 또는 전도도)의 결합 및 함께 분석함이 가능합니다.

또한, 추가 분석 또는 프로세스 문서화를 위하여 데이터 기록 내보내기가 가능합니다.

내보낸 CSV 파일의 사례:

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

태스크 & 티켓 / 제한 값

사용된 온도 센서 (TCC)에는 캘리브레이션 확인 기능이 있습니다. 두 개의 열 결합 센서 요소 (측정 및 참조 요소)를 사용하여 온도 차이를 자동으로 감지합니다. 프로세스 값은 아날로그 출력을 통하여 센서에 의하여 제공됩니다. 기준값은 비교 목적과 프로세스 값 확인을 위하여 이용됩니다. 프로세스 값과 기준 값 사이의 온도 차이가 캘리브레이션 확인 제한 [ccL]으로 세팅된 값을 초과하는 경우, CC 상태는 그에 따라 세팅됩니다 (0 = 캘리브레이션 확인 경고 메시지, 1 = 일반 작동) 프로세스 값이 임계값 미만인지 여부가 모니터링됩니다. CC 상태가 0인 경우, 알람 티켓이 생성됩니다.

온도 차이가 너무 높은 경우, 또한 알람이 트리거될 수 있습니다. 이는 세척 프로세스가 성공적으로 완료될 수 없음을 나타냅니다.

결합된 임계값

계산된 값에 대한 임계값이 또한 세팅될 수도 있습니다. 이 사례에서 계산된 값은 유입구의 온도 기능으로서 현재 온도 차이를 모니터링하는 데 사용됩니다. 유입구의 온도가 80 °C (5)를 초과하는지 여부를 확인합니다. 80 °C (5) 미만인 경우, 20 °C (6) 값이 제공됩니다; 80 °C를 초과하는 경우, 유입구와 배출구 (6) 사이의 현재 온도 차이가 출력됩니다.

유입구 온도 값 < 80 °C (20K)
유입구와 배출구 사이의 온도 차이
유입구 온도
유입구 온도 (80°C)에 대한 비교 값
비교 펑션 블록
신호 스위치 펑션 블록
온도 출력 (< 80 °C = 20 K; > 80 °C = 현재 온도 차이)

이 계산된 값은 이제 설비를 모니터링하는 데 사용할 수 있습니다. 이를 위하여 경고 (1) 및 알람 (3) 임계값이 세팅됩니다. 유입구의 온도가 80 °C 이상이고 온도 차이가 5 K (1) 보다 크거나 10 K (3)보다 큰 경우, 해당 메시지가 생성됩니다. 프로세스로 인하여 온도가 상당히 느리게 반응하므로 반응 지연이 추가됩니다 (2 / 4). 1 업데이트 주기는 약 1초에 해당합니다. 예를 들어 이 셋업의 경우, 온도 차이가 300초 (5분) 후에도 10 K에 도달하지 않으면 경고가 트리거됩니다. 600초 (10분) 후, 5 K (3)의 차이에 도달하지 않으면 알람이 트리거됩니다.

온도 경고 임계값
반응 지연 경고
온도 알람 임계값
반응 지연 알람

티켓 처리 규칙 관리

이 기능은 티켓 생성 외에도 경고 또는 알람 발생 시 어떤 이벤트가 발생해야 하는지를 설정하는 데 사용될 수 있습니다. 이 경우, 유지보수 부서의 수신자 그룹에게 센서의 캘리브레이션 점검 기능이 트리거되었다는 알림이 제공됩니다. 이렇게 하면 빠르게 반응하고 캘리브레이션을 시작할 수 있습니다.