- moneo: platforma IIoT
- Případy použití
Monitorování teploty u automatického čištění zařízení (CIP)
Jedná se o procesní zařízení, které se obvykle používá v potravinářském a nápojovém průmyslu, kde se provádí tzv. čištění na místě – čištění CIP (CIP = Cleaning In Place). Při zpracování biologických látek určených ke konzumaci, jako například mléko, je životně důležitá přísná hygiena, aby se zabránilo zavlečení škodlivých zárodků, které by mohly ohrozit zdraví spotřebitelů. Ve většině případů jsou nádoby (obvykle nádrže) příliš velké na to, aby je bylo možné rozebírat za účelem čištění. Cyklus automatického čištění CIP sestává z několika nutných kroků hygienického zpracování. K dosažení optimálních výsledků čištění je rozhodující teplota a doba trvání ohřevu – to je srovnatelné s cyklem horké vody v pračce. Aby byl zajištěn kompletní proces čištění, musí být v celém zařízení dosaženo požadovaných parametrů (teploty). Jinak by bylo nutné tento nákladný proces zopakovat (ztráta energie, chemikálií a výroby).
Počáteční situace:
ifm provádí testy s procesními senzory v reálném prostředí při použití vlastního zařízení na čištění metodou CIP. Předtím než byl zaveden systém moneo, bylo zařízení ovládáno analogovými signály a kontrolováno řídicí jednotkou PLC. Provádění analýz prostřednictvím programovatelné logické jednotky PLC se ukázalo jako obtížné. Proces bylo možné vizualizovat pouze přímo na jednotce HMI zařízení a nastavení parametrů bylo možné pouze na senzorech. Kontrolní dohled byl omezen na hodnotu analogového signálu 4...20mA.
Cíl projektu:
Projekt byl zaměřen na záznam a analýzu teplotních údajů. Bylo třeba měřit teplotu na vstupu a výstupu zařízení, aby mohl být stanoven teplotní rozdíl. Ten je považován za spolehlivý ukazatel, zda bylo dosaženo požadované procesní teploty rozhodující při dezinfekci zařízení použitím ohřátých čisticích roztoků. Je-li teplota v obou bodech téměř shodná, lze předpokládat, že všechny oblasti byly dezinfikovány úspěšně.
Stávající jednotka PLC zůstává beze změny. S expanzí zařízení se údaje budou přenášet prostřednictvím přístrojů IO-Link do jednotky moneoRTM.
Implementace:
Systém moneo byl instalován v existujícím centrálním serveru ifm prover k aktivaci požadovaných modulů včetně systému moneo RTM.
K detekci hodnot na vstupu a výstupu byly instalovány dva teplotní senzory s funkcí samočinného monitorování a byly připojeny ke členu IO-Link master bez IoT portu. Po integraci masteru do interní struktury prostřednictvím sítě Ethernet jsou procesní hodnoty senzorů automaticky každou sekundu přenášeny do systému moneo RTM.
Díky rozšiřitenosti softwaru lze do systému kdykoli přidat další zařízení podporující IO-Link a díky nim shromažďovat a vyhodnocovat další procesní data.
Výsledek:
Software vypočítává procesní hodnoty, jako je například teplotní rozdíl. To umožňuje zjistit, zda byla dezinfekce úspěšná, nebo zda je třeba provést další opatření. Rozšíření systému znamená, že data lze zaznamenávat bez jakýchkoli časových proluk. Analýza dat pomáhá optimalizovat procesy a zvyšovat dobu provozuschopnosti zařízení.
Shrnutí:
Digitalizace celého zařízení byla úspěšná i bez jakýchkoli změn nebo zásahů do současné jednotky PLC nebo softwaru.
Řídicí panel
Na inteligentním řídicím panelu lze rychle a individuálně vizualizovat potřebné informace o senzoru. Aktuální procesní hodnoty lze lépe graficky znázornit pomocí předem nakonfigurovaných přístrojů – např. teploměrů nebo čárového grafu. Obrázky ve standardních formátech (PNG, JPEG, GIF...) lze odesílat přímo do ovládacího panelu. Uživatelé mohou mezi různými řídicími panely přecházet pomocí navigačních značek.
Následující obrázek zobrazuje vizualizaci ovládacího panelu celého zařízení. Navigační označení odkazují přímo na další ovládací panely, které poskytují další podrobnosti o příslušné oblasti:
- Navigační objekt odkazující na další řídicí panely
- Světelná signalizace stavu nádrží 1 až 4 formou semaforů
Ovládací panel vizualizuje vstupní a výstupní teplotu. Kromě toho byl pomocí funkce Vypočtené hodnoty stanoven teplotní rozdíl mezi senzory, který je vizualizován v podobě teploměru a čárového grafu.
- Teplota na vstupu
- Teplotní rozdíl mezi vstupem a výstupem
- Teplota na výstupu
- Graf se vstupní, výstupní a rozdílovou teplotou
- Současný stav kalibrace TCC
Analýza
Tuto funkci lze použít k další analýze zachycených dat a podrobnější analýze procesu – např. lze určit dobu oplachu a v případě potřeby ji upravit. Jelikož systém moneo RTM automaticky protokoluje informace, jakmile jsou senzory v topologické cestě aktivovány, jsou data k dispozici okamžitě.
Analýza dole zobrazuje proces ohřevu. Teplotní senzor na vstupu (1) indikuje mírné kolísání teploty, které je způsobeno regulací parního tepelného výměníku. Tuto stoupající křivku sleduje teplota na výstupu se zpožděním.
- Teplota na vstupu
- Teplota na výstupu
Pomocí funkce drag & drop lze vytvářet vlastní analýzy, které umožňují kombinovat a společně analyzovat různé procesní hodnoty (např. teplotu nebo vodivost).
Kromě toho je možné exportovat datové záznamy pro další analýzu nebo dokumentaci procesu.
Příklad exportovaného souboru 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
Úkoly a tikety / mezní hodnoty
Použitý teplotní senzor (TCC) využívá funkci kontroly kalibrace. K automatické detekci rozdílu teplot používá dva tepelně spřažené senzorové prvky (měřicí a referenční prvek). Procesní hodnotu poskytuje senzor prostřednictvím analogového výstupu. Referenční hodnota se používá kporovnání a ověření procesní hodnoty. Pokud rozdíl teplot mezi procesní a referenční hodnotou překročí hodnotu nastavenou jako mezní hodnota kontroly kalibrace [ccL], nastaví se odpovídajícím způsobem stav CC (0 = varovné hlášení kontroly kalibrace, 1 = normální provoz). Systém monitoruje, zda je procesní hodnota pod prahovou hodnotou. Je-li stav CC rovný 0, vygeneruje se alarmové hlášení.
Alarm může být spuštěn také v případě, že je rozdíl teplot příliš vysoký. To znamená, že proces čištění nelze úspěšně dokončit.
Kombinované prahové hodnoty
Prahové hodnoty lze nastavit také pro vypočítané hodnoty. Hodnota vypočítaná v tomto příkladu se používá k monitorování aktuálního teplotního rozdílu jako funkce teploty na vstupu. Kontroluje se, zda teplota na vstupu překračuje 80°C(5). Je-li tato hodnota nižší než 80°C(5), systém uvádí hodnotu 20°C(6); jestliže hodnota překračuje 80°C, objeví se na výstupu aktuální teplotní rozdíl mezi vstupem a výstupem (6).
- Teplotní hodnota na vstupu <80°C(20K)
- Teplotní rozdíl mezi vstupem a výstupem
- Teplota na vstupu
- Srovnávací hodnota pro teplotu na vstupu (80°C)
- Srovnávací funkční blok
- Funkční blok přepínače signálů
- Teplotní výstup (< 80°C = 20K; >80°C = aktuální teplotní rozdíl)
Vypočítanou hodnotu lze nyní použít kmonitorování zařízení. K těmto účelům je nastavena prahová hodnota varování (1) a alarmu (3). Pokud je teplota na vstupu vyšší než 80°C a rozdíl teplot je větší než 5K (1) nebo větší než 10K (3), vygeneruje se odpovídající hlášení. Protože v důsledku procesu reaguje teplota poměrně pomalu, je přidána doba odezvy (2 / 4). Jeden cyklus aktualizace odpovídá přibližně 1sekundě. V tomto nastavení se např. spustí varování, pokud ani po 300sekundách (5 min) není dosaženo teplotního rozdílu 10K. Není-li ani po 600sekundách (10min) dosaženo teplotního rozdílu 5K(3), spustí se alarm.
- Prahové hodnoty teplotního varování
- Doba odezvy varování
- Prahové hodnoty teplotního alarmu
- Doba odezvy alarmu
Správa pravidel zpracování tiketů
Tuto funkci lze kromě vytvoření tiketu nastavit ke konfiguraci toho, co se stane v případě varování nebo alarmu. V uvedeném případě je skupina příjemců v oddělení údržby informována o tom, že byla spuštěna funkce kontroly kalibrace senzoru. To jim umožňuje rychle zareagovat a zahájit kalibraci.
Vypočítané hodnoty
Pomocí funkce vypočítaných hodnot je možné procesní hodnoty dále zpracovávat a používat k výpočtům. Při použití metody CIP se funkce používá k určení teplotního rozdílu mezi vstupem a výstupem.
Rozdíl teplot [∆T]= okolní teplota [T2] - teplota uvnitř ovládací skříně [T1]
- Teplota na vstupu [T2]
- Teplota na výstupu [T1]
- Funkční modul: odečítání
- Rozdíl teplot [∆T]
