Промислові давачі

Збір даних – завдання, яке виконується з незапам’ятних часів, щоб зрозуміти, що відбувається навколо, ми вимірюємо час, відстань, температуру … Те ж саме відбувається і на промислових лініях: збір даних в ході процесів, інформація про продукти та логістику дозволяє приймати більш обґрунтовані рішення та підвищувати цінність по всьому ланцюжку створення продукту на виробництві. Пристосування, що дозволяє фіксувати всі ці дані, – давачі, від яких потрібна стійкість, точність і надійність, при зборі даних на лініях підприємства, щоб справлятися з різноманітністю та потенційними змінами в процесах.

Жоден із процесів управління з виробництва, не обходиться без давачів – вони складова частина кожної системи автоматизації. Залежно від вимірюваного параметра давачів відповідають за якість процесу, його ефективність та безпеку.

Давач є одним із основних елементів систем автоматизації у промисловості. Їхні дані відкривають потенціал вивчати фізико-хімічні властивості різних об’єктів та навколишнього середовища. Інформація, отримана з використанням різних типів давачів та, при необхідності, оброблена належним чином, становить базу знань про ефективність автоматизованих систем. Вона дає можливість у режимі реального часу перевіряти та належним чином керувати виконавчими системами. Завдяки наявності давачів у системах автоматизації, як у найпростіших, так і в найскладніших, можна оптимізувати роботу, керувати та впливати на ефективність, контролювати безпеку та відповідність фактичного стану зробленим раніше припущенням.

Що таке давач?

Це пристрої, що дозволяють масово збирати дані, що генеруються, зокрема, у будь-якому процесі виробничої лінії або логістичної операції.

Давачі для машин – це те саме, що почуття для людей. Інформація, яку вони збирають, дозволяє машинам бути розумнішими. Щоб отримати цю інформацію, необхідно відфільтрувати інформацію, отриману від приладів.

Давачі наділяють машини здатністю розумно бачити, виявляти і обмінюватися даними, класифікуючи та інтерпретуючи всю цю інформацію. Крім управління машинами та процесами, інформація, що надається давачами, дозволяє контролювати промислові системи та виявляти або запобігати можливим збоям. Вони забезпечують прозорість та оптимізують потоки матеріалів та процесів. З використанням давачів збільшується ефективність. З цієї причини давачі є дуже важливою частиною автоматизації та оцифрування заводів та надають можливість:

1. Вивчати, як машини працюють у реальному часі.
2. Знайти недоліки під час виробництва та/або експлуатації.
3. Вивчити кожен процес і знайти рішення, які заощадять час та/або гроші.

Інформація стає найважливішою цінністю, яка дозволяє приймати правильні рішення в режимі реального часу. Різні варіанти давачів на виробничих лініях надають інформацію, яка дозволяє досягати бажаної якості продукту.

Розвиток давачів дозволило розділити існуючі види на дві різні групи: звичайні давачі та інтелектуальні давачі. Звичайні давачі просто надають дані, не виконуючи жодної обробки для отримання відповідної інформації. З іншого боку, інтелектуальні давачі обробляють дані та одержують відповідну інформацію: параметри поза діапазоном, їх зміна у часі або можливість підключення до мережі для зберігання даних.

Застосування інтелектуальних давачів

Хоча не існує єдиного стандарту, який можна було б застосувати для підтвердження заяви про те, що давач є «розумним», інтелектуальні давачі зазвичай характеризуються вбудованим інтелектом і здатністю обмінюватися даними через цифрову мережу. . З появою Інтернету речей (IoT) та промислового IoT (IIoT) щодня з’являються нові давачі та пов’язані з ними додатки.

На промислових підприємствах вони вимірюють змінні процесу: температуру, тиск, рівень, витрата, pH і каламутність; електричні змінні: напруга, струм та частоту; механічні змінні: обертання, кількість циклів, положення, напрямок руху, статичний та динамічний тиск, близькість; змінні навколишнього середовища: вологість, вібрацію, швидкість та напрям вітру тощо.

Конкретні області застосування давачів або вимірювальних систем різняться залежно від галузі. Як у хімічній, нафтогазовій, так і в атомній енергетиці потрібні давачі для керування критично важливими процесами. В електроенергетиці потрібні давачі для керування географічно великими системами передачі та розподілу електроенергії. У цих типах критично важливих інфраструктур були розроблені стандарти для забезпечення зв’язку, взаємодії, надійності, калібрування, безпеки та точності інтелектуальних давачів.

Застосування інтелектуальної технології до машин може перетворити їх на пристрої, здатні підключатися до інтелектуальних мереж по всьому ланцюжку створення продукту.

Надаючи виробникам можливість революціонізувати свої підприємства, інтелектуальні давачі покращують та підвищують ефективність. Нижче наведено п’ять ключових можливостей інтелектуальних давачів у обробній промисловості.

1. Відстеження, контроль та покращення операцій за допомогою аналітичних даних.

Інтелектуальні давачі генерують дані, з’єднуючи розрізнені пристрої та системи, дозволяючи різним машинам взаємодіяти один з одним. Це забезпечує безперебійний зв’язок по всьому підприємству, дозволяючи виробникам:

Контролювати роботу обладнання та системи.

Групувати всі згенеровані дані.

Оцінювати, порівнювати та аналізувати набори даних.

2. Прогнозувати відмову обладнання та запускати протоколи обслуговування.

Виробники скорочують витрати на експлуатацію та технічне обслуговування у спробі зберегти конкурентоспроможність. Зведення до мінімуму вимог до технічного обслуговування може знизити витрати та підвищити загальну ефективність.

Інтелектуальні давачі дозволяють виробникам знизити вартість замінних активів за рахунок скорочення непотрібного планового обслуговування, витрат на заміну деталей та потенційного простою бізнесу. Інтелектуальна технологія спрощує для виробників перехід від планового до профілактичного обслуговування.

Дані можуть виявляти закономірності, що передбачають необхідність обслуговування обладнання. Інтелектуальні давачі використовують ці дані для надсилання попереджень користувачам, повідомляючи їх про потенційні проблеми, щоб їх можна було запобігти до того, як вони стануть крапками відмови.

3. Автоматично реєструвати дані для архівних записів та відповідності нормативним вимогам.

Виробники можуть підпадати під дію екологічних норм, різні стандарти, а також галузеві норми вимагають, щоб підприємства дотримувалися суворих правил.

Багато виробників повинні створювати звіти, що підтверджують їхню відповідність. Ці звіти можуть містити історичні дані, записи та журнали. Їх зіставлення може тривати багато часу або містити неточності.

Встановлення інтелектуальних давачів у виробниче обладнання або складські системи може підвищити ефективність та точність. Прилади автоматично реєструють такі дані, як споживання енергії, температура, вологість, годинник роботи, технічне обслуговування та продуктивність виробничої лінії.

4. Отримувати повідомлення про аномалії, що загрожують процесуальним нормам та стандартам якості.

Інтелектуальні давачі не тільки знижують навантаження на відповідність нормативним вимогам, але й допомагають покращити процеси на виробництві. Вони здатні виявляти системні аномалії, які можуть вплинути на продуктивність або якість та надавати повідомлення про такі проблеми в режимі реального часу.

Виробники можуть діяти проактивно, а не реагувати, коли справа доходить до вирішення проблем. Це допоможе підприємству уникнути простоїв у роботі. У виробників також з’являється можливість зміцнювати конкурентні переваги, покращувати послуги, підвищувати доступність та задоволеність клієнтів.

5. Прискорення потоку інформації та реагування на ринкові умови.

Інтелектуальні давачі дають виробникам можливість застосовувати гнучкі методології, вносячи зміни в процеси в режимі реального часу, які здатні збільшити обсяг виробленого продукту. Дані, що генеруються давачами, можуть підвищити прозорість підприємства та забезпечити візуальне подання піків та потоків по всьому підприємству.

Знавши потреби клієнтів, можна більш оперативно реагувати, легше масштабувати свій бізнес, гарантуючи, що продуктивність завжди веде до прибутковості.

Інтелектуальні давачі та оцифрування виробництва дозволять компаніям продовжувати виробництво більш прозорим, ефективним та якісним способом. Виробники будуть більш зговірливими та більш прибутковими внаслідок більшої точності на всьому заводі.

Типи давачів

Є багато типів давачів, що дозволяють збирати всі види даних і вимірювати різні характеристики. Давачі наближення зустрічаються різних типів: ємнісні, індуктивні, фотоелектричні або магнітні та рухи, що виявляють. Давачі температури вимірюють градуси у навколишньому середовищі, машині, продукті… Крім того, ці типи давачів використовуються у виробничих лініях, що гарантує оптимальну та безпечну експлуатацію.

Є також давачі для контролю різних параметрів у процесі виробництва, які корисні в тих чи інших ситуаціях. Наприклад, вимірювання вологості, жиру, білка, ступеня прожарювання, товщини, грамажу… Ці давачі засновані на різних технологіях.

Також широко використовуються в промисловості – давачі тиску, рівнеміри або давачі вібрації або швидкості.

На додаток до всіх цих типів давачів варто згадати прилади машинного зору, які також є давачами і надають дані та інформацію про процеси. Системи комп’ютерного / машинного зору – це інтелектуальні давачі, які захоплюють зображення для виявлення дій, положень, дефектів і т. д. Вони інтелектуальні, оскільки здатні генерувати відгуки на інформацію, яку одержують із зображень.

Давачі для покращення процесів на виробництві

Застосування давачів у виробничих процесах забезпечує додатковий ступінь автоматизації. Остання, повинна мати гнучкість і адаптуватися до різних продуктів, що виробляються на одній лінії. Продуктів стає все більше і більше, фабрики та заводи виробляють величезний різновид товарів, партії стають меншими, але в той же час різноманітнішими. Збільшується потреба налаштування для кожного продукту/клієнта, тому давачі, що дозволяють автоматизувати процеси на виробництві, повинні мати можливість адаптуватися та пристосовуватися до кожної ситуації.

Аналізуючи поточний рівень виробництва, ми представляємо чотири промислові завдання, для яких давачі надають більш оптимальні автоматизовані рішення.

1. Покращений контроль якості: випускається все більше і більше товарів, і стає все важче перевіряти якість цих продуктів вручну. Вимоги до якості також підвищуються і необхідно підвищити їхню ефективність. Тому потрібно автоматичне виявлення відмов та отримання всіх можливих даних про продукти та їх виробництво. Це досягається за допомогою всіх типів давачів.
2. Гнучкіша автоматизація: управління виробництвом та логістикою має швидко та вигідно адаптуватися до можливих потреб або змін, які можуть виникнути у виробничому процесі. Для цього використовуються інтелектуальні давачі, які за допомогою аналізу даних можуть адаптувати виробництво до потреб.
3. Безпека у робочому середовищі: взаємодія між людьми та машинами повинна здійснюватися безпечно, з урахуванням ергономіки робочого середовища. Роблячи машини інтелектуальнішими за допомогою давачів, вони стають ще одним співробітником, який взаємодіє з людьми і вирішує небезпечні або повторювані завдання, які не додають цінності кінцевому продукту.
4. Контроль та відстеження: давачі значно покращують спосіб ідентифікації та відстеження продуктів протягом будь-якого виробничого процесу. Так звана простежуваність важлива на кожному етапі: від виробництва до транспортування та доставки клієнту.

Приклади давачів встановлених на виробничих лініях

Вимірювання неелектричних величин

У додатках промислової автоматизації надзвичайно поширений вимір неелектричних величин. У тому числі: рівня, витрати, тиску та температури.

Вимірювання рівня

Рівень – одна з фізичних величин, що найбільш часто вимірюються в промислових додатках. На ринку є два типи давачів, які контролюють цей розмір – контактний та безконтактний. Архаїчні та рідко використовувані в даний час методи вимірювання реалізуються за допомогою лише поплавця та грузила на мотузці. Через високу неточність ці методи замінюються новішими, точнішими методами. Перший метод вимірювання, який використовується досить часто в промисловості – гідростатичний вимір. Він полягає у перевірці тиску, створюваного стовпом рідини. Ультразвукові та лазерні методи – приклади безконтактних вимірювань. Методи вимірювання електричного рівня – резистивні та ємнісні. Перший заснований на показаннях зонда у вигляді металевого стрижня, яким тече струм, другий – на дослідженні зміни ємності між вимірювальним зондом і стінкою резервуара. При виборі давачів слід враховувати такі властивості: метод вимірювання, матеріал, корпус, рівень захисту пристрою і допустима робоча температура. Перевірити допустимий діапазон температур та тиску вимірюваного середовища.

Вимірювання витрати (витратомір)

Інша неелектрична вимірювана величина – потік газів, рідин та порошків. Моніторинг потоку виявляє витоку, запобігає роботі насосів всуху та дозволяє перевіряти контури мастила. Загалом витратоміри можна поділити на механічні та електричні. Перші бувають об’ємними, манометричними, зі змінним перерізом і відкритим каналом, а другі – магнітними, імпульсними, ультразвуковими, коріолісовими та вихровими.

Об’ємні витратоміри дозволяють перевіряти швидкість потоку, визначаючи швидкість наповнення та випорожнення певного обсягу. Через характер вимірювання об’ємні витратоміри підходять для вимірювання в’язких рідин, наприклад меду. Існує інша група – манометричних витратомірів, робота яких заснована на визначенні різниці тисків між входом та виходом системи.

Ротаметри змінного перерізу, що характеризуються конічною конструкцією та наявністю поплавка, положення якого визначається протіканням струму. Інша група механічних витратомірів – витратоміри з відкритим каналом, де витрата визначається рівнем рідини у вертикальній трубці. Електромагнітні витратоміри вимірюють потік через певну поверхню, перпендикулярну до напрямку магнітного поля. Перевагами іншої групи компонентів – ультразвукових – є: безконтактний вимір та відсутність перепаду тиску в резервуарі.

Масові витратоміри Коріоліса виділяються невисокою вартістю виконання, високою точністю та можливістю отримання широкого діапазону вимірювань. Їх недолік – складне калібрування та необхідність заповнення всієї труби витратоміра.

Інша група – вихрові витратоміри. Їхня робота заснована на вимірі кількості середовища, що протікає через поверхню, перпендикулярну потоку. Переваги цього типу вимірювальних рішень: висока динаміка, незалежність результатів від змін температури, тиску та в’язкості, а недолік – чутливість до змін профілю швидкості. Властивості, які слід враховувати при виборі відповідної моделі давача: характеристику середовища, потік якого можна перевірити з даним компонентом, його допустима температура, максимальне значення, матеріал, з якого виготовлений компонент виробляється, а також ступінь захисту та допустима температура, при якій прилад зможе працювати без перебоїв.

Вимір тиску

Тиск – це неелектрична величина, яка часто визначається автоматизації промисловості. Вимірювання тиску давачем здійснюється або механічними методами або за допомогою електронних компонентів. Компоненти, які використовуються для вимірювання тиску, можна розділити на тензодавачі, п’єзорезистивні компоненти та ємнісні компоненти.

Дії тензометричних давачів тиску спрямовані на фізичні властивості резистивного дроту, що деформується при додатку сили, тим самим змінюючи опір. Гідність тензодавачів – висока стійкість до вібрацій та ударів, а недолік – висока залежність чутливості та точності вимірювання від розташування мембран та якості їх складання.

Наступна група – п’єзорезистивні давачі вимірювання, з аналогічним принципом. Їхні переваги – велика чутливість і точність, а також здатність вимірювати дуже низький тиск у діапазоні мілібар. До недоліків п’єзорезистивних давачів варто віднести великий вплив температурного розширення рідини на вимірювання.

Ще один різновид давачів вимірювання тиску – це ємнісні давачі. Між облицюваннями вміщена тонка кремнієва діафрагма, що утворює конденсатор. Перевагою ємнісних давачів є їхня висока чутливість. Стабільність і довготривалість відрізняють ці прилади від раніше згаданих груп сенсорів. При виборі відповідного давача слід враховувати такі властивості: вимірюване середовище, допустиму температуру, максимальний діапазон вимірювання, корпус, рівень захисту і, звичайно ж, варіант методу вимірювання.

Вимірювання температури

До одним із найчастіше контрольованих фізичних властивостей відноситься температура. Її правильний рівень відіграє важливу роль у різних типах технологічних процесів, зокрема у таких галузях промисловості, як харчова, фармацевтична та хімічна. Важливим аспектом є термоконтроль компонентів автоматики під час їх роботи з метою запобігання можливим збоям і пошкодженням та своєчасному виявлення порушень у роботі.

Безконтактний вимір

Безконтактні виміри широко використовуються на виробництві. Для цього типу виміру можна виділити кілька видів давачів. Кожен з них має певні обмеження. Вимірювальні безконтактні системи можуть використовуватися практично в будь-якому додатку, пов’язаному з автоматизацією, зокрема тих, які відповідають за контроль якості.

Індуктивні

До одним із видів давачів, які використовуються для безконтактних вимірювань, відносяться індукційні давачі. Вони спрямовані на дослідження змін електромагнітного поля, спричиненого переміщенням металевого елемента у зоні дії приладу. Специфіка методу вимірювання різко обмежує можливості використання даного типу давача у виробничих процесах. Найбільше обмеження – це варіант матеріалу, з якого має бути виготовлений об’єкт випробувань.

Ємнісні

Ще один тип безконтактних детекторів – це ємнісні давачі вимірювання. У високочастотній коливальній системі використовується конденсатор створення електромагнітного поля. Поява об’єкта у цьому полі викликає зміна ємності, що, своєю чергою, змінює коефіцієнт посилення коливальної системі. Якщо граничне значення перевищено, генерується сигнал перемикання. Їхня перевага – можливість використання для виявлення різних типів матеріалів, у тому числі неметалевих, що робить їх більш універсальними. Більш того, досить легко налаштувати чутливість того чи іншого ємнісного давача, що впливає на значення робочої відстані.

Ультразвукові

Їхня дія заснована на відправленні ультразвукової хвилі в очікуване положення об’єкта, що тестується. Поява об’єкта в цій точці простору змушує хвилю відбиватися та повертатися до давача. За основу для аналізу поточної ситуації береться час, який минає від відправки до прийому хвилі, тому що слід пам’ятати, що хвилі можуть відбиватися від об’єктів, відмінних від досліджуваних, наприклад, корпусу пристрою. Описаний метод підходить для виявлення будь-яких матеріалів, що є незаперечною перевагою ультразвукових давачів.

Магнітні

Магнітні давачі незалежні від електроніки та найпростіші з описаних. Контакти давача керуються магнітним полем, яке може створюватись постійним магнітом або електромагнітом. Простота має суттєві обмеження – низька чутливість та необхідність використання вищезгаданого постійного магніту або електромагніту.

Оптичні

Зайвим буде когось переконувати, наскільки важливим є зір для людини. Прагнення автоматизувати різні етапи виробничих процесів сприяло пошуку альтернативи цієї можливості. Цю роль взяли він системи технічного зору, завдяки яким можна перевірити якість продукту, відбити навколишнє оточення і безпеку. До базових елементів таких систем слід віднести датвачі. Широкий вибір оптичних давачів на ринку автоматизації сприяє їхньому швидкому розвитку. Це ще одна група приладів, робота яких ґрунтується на безконтактному вимірі.

У пропозиції виробників компонентів автоматизації представлено десятки типів видів давачів. Одними з найпопулярніших є давачі кольору, принцип роботи яких ґрунтується на порівнянні параметрів відбитого випромінювання з еталонними значеннями.

Інший тип відеодавачів – це давачі контрасту, які виявляють нерухомі елементи та маркери на досліджуваній поверхні.

Також давачі для вимірювання яскравості та відтінків сірого, дія яких спрямовані на виявлення полів різних відтінків на поверхні, що тестується. До представників таких приладів можна віднести давачі IVU2PRGI компанії Turck, які можуть зберігати до 30 перевірок у внутрішній пам’яті. Фотоелектричні давачі можна також знайти серед елементів технічного зору. Коли об’єкт виявляється по дорозі між передавачем і приймачем, у результаті зміни інтенсивності світла змінюється певна електрична величина. Це дозволяє давачу виявляти різні елементи.

Черговий вид давачів для вимірювання зору ґрунтується на лазерних технологіях. Вони використовуються, серед іншого, у виявленні геометричного профілю аналізованого об’єкта. Дозволяють вивчити відстань до заданого об’єкта. За допомогою таких давачів можна виявляти об’єкти, перевіряти їх контури та виявляти зазори.

Часто корисним рішенням може бути використання вимірювальної системи, яка виконує декілька функцій. Таке рішення, гарне доповнення до трохи більш просунутих систем автоматизації, де необхідно одночасно тестувати безліч функцій.

Безпека

Надзвичайно важливим аспектом будь-якої автоматизованої системи є підтримання максимально можливої ​​безпеки – яку забезпечують вимірювальні прилади – давачі. Їхня наявність у різних типах компонентів гарантує безпеку виробничого процесу.

Одна з таких груп пристроїв – світлові бар’єри та штори. Останні, відрізняються більшою щільністю світлових променів, що випускаються. Порядок їх дії ґрунтується на випромінюванні світлових променів, переривання яких на шляху до приймача сприймається як порушення, збій схеми та запускає певні дії, спрямовані на безпечне переривання потенційно небезпечного процесу. Світлові бар’єри та штори необхідні для контролю несанкціонованого доступу до машин, пристроїв та певних зон. Найчастіше бар’єри та завіси діють попарно у відносинах передавач-приймач. Однак буває, що дзеркало, що відображає промінь під прямим кутом, стоїть на шляху між ними, що дозволяє одночасно контролювати безпеку перпендикулярних взаємно ліній, забезпечуючи доступ.

Корисна функція, яка має більшість бар’єрів і штор, – це приглушення. Вона тимчасово відключає безпеку даної лінії доступу, внаслідок чого з’являється можливість доставляти сировину та збирати готові елементи. Ще один цікавий та корисний функціонал – це можливість заблокувати промінь або кілька сусідніх променів, що забезпечить контрольований доступ елемента до небезпечної зони. Прикладом використання такої функції є надання подовжених елементів обробного пристрою. Вибираючи відповідну модель захисного бар’єру або завіси зверніть увагу на такі показники: заявлений дозвіл, висоту зони, що захищається, максимальну дальність дії захисної зони, максимальний час спрацьовування та спосіб встановлення.

Подібно до світлових бар’єрів і шторів, принцип дії характерний для сканерів контролюючих зону, яка є відрізком кола. До них відносяться насамперед – заявлені кут огляду та дозвіл. При виборі конкретної моделі сканера безпеки перевірте дальність дії зони попередження та зони захисту та зверніть увагу на заявлений максимальний час реакції у разі порушення будь-якої з зон.

При виборі давачів

Найчастіше від специфіки програми залежить вибір методу виміру. Для створення оптимальної моделі необхідно враховувати ряд аспектів, які умовно можна поділити на блоки:

Перший – специфіка об’єкта, що тестується – розмір, форма, види матеріалу та інші важливі фізичні властивості, наприклад, чи є об’єкт статичним або динамічним.

Другий – особливості самого давача – спосіб монтажу, варіанти підключення, розміри, форма, матеріал, з якого він виготовлений, робоча напруга, тип виведення.

Третій – навколишні умови, в яких працюватиме даний давач – температура, вологість, запиленість, можливість встановлення у вибухонебезпечній зоні.

Після того, як список параметрів визначено, на основі цих критеріїв, можна вибрати та купити елементи автоматизації конкретного виробника, одну із серій його продуктів, яка стане оптимальним рішенням для цієї програми.