Download het artikel in 
ENGINEERINGNET.BE - Netwerken van 'slimme onderdelen' bieden naar hun mening de mogelijkheid om de ontwikkelingsinspanning te verminderen, makkelijker upgrades uit te voeren en de onderhoudskosten te verlagen.
«In plaats van te worden beschouwd als het slotstuk van het machineontwikkelingsproces, zouden deze apparaten de eerste modules moeten zijn die worden ontworpen voor «Industrie 4.0 Ready»-machines, menen de auteurs.
Industrie 4.0 en/of het IIoT impliceren dat machines, apparaten, sensoren en mensen naadloos communiceren en gegevens delen, waarbij clouddiensten, productiegegevens en zelfs volledige productielocaties onderling worden gekoppeld in netwerken.
Een denkpiste om dit te bereiken, bestaat erin om van zoveel mogelijk eenvoudige onderdelen, zoals frequentieregelaars, motorbeveiligingsschakelaars, magneetschakelaars en drukknoppen, communicatief vaardige apparaten te maken die onafhankelijk beslissingen nemen op basis van de beschikbare omgevingsdata. Op deze manier worden het dus «intelligente» onderdelen van een gedistribueerd systeem.
Uiteraard is dit gedistribueerde model slechts één van de mogelijkheden om machines en installaties voor te bereiden voor en op termijn in te schakelen in het IIoT en Industrie 4.0. Veel constructeurs, met name in de machine- en werktuigbouw werken vandaag met gecentraliseerde sturingsmodellen. Gedistribueerde architecturen worden nog niet of nauwelijks overwogen.
En vanzelfsprekend bieden ook conventionele en centraal aangestuurde machines mogelijkheden tot aansluiting op de wereld van het IIoT. Maar het gebrek aan de quasi automatische, 'vloeiende' connectiviteit impliceert ook dat deze oplossingen omwegen blijven en dat de vele voordelen van het Internet of Things niet of onvoldoende tot hun recht zullen komen.
Alvast Eaton heeft zich tot doel gesteld om de machinebouwsector te ondersteunen bij de overstap naar het IIoT door hun machines via zijn ontwikkelingsprogramma's op het vlak van gedistribueerde intelligentie «loT Ready» te maken.
Cyber Physical Production Systems
De basis van gedistribueerde machine-intelligentie bestaat uit Cyber Physical Systems of CPS'en. Zo'n CPS ontstaat door bijvoorbeeld door een motor in combinatie met sensoren 'lokaal intelligent' te maken. Op een machine met meerdere motoren kunnen deze CPS's dan met elkaar communiceren en onafhankelijke Cyber Physical Production Systems (CPPS'en) gaan vormen.
Alleen productiecommando's - bijvoorbeeld een wijziging van configuratie - of CPPS-informatie die externe actie vereist - zoals predictief onderhoud - worden tussen de CPPS en de controller uitgewisseld op basis van standaard protocollen zoals OPC-UA. De bedoeling van deze gedecentraliseerde benadering is het verminderen van de hoeveelheid big data die in de cloud moet opgeslagen worden.
Motorbescherming met toegevoegde waarde
Voorbeelden van hoe apparaten zich 'slim' kunnen gedragen, zijn de PKE elektronische motorbeveiligingsschakelaar en de DE1 Variabele Speed Starter van Eaton. Door deze aan te sluiten op Eaton's eigen intelligente SmartWire-DT bedradingssysteem, kunnen CPS'en gevormd worden.
Zo zullen de PKE en de DE1 van de verschillende deelnemers op het netwerk data meten zoals motorstroom, overbelasting bij verschillende items en statusinformatie, en deze data doorgeven via het intelligente bedradingssysteem. Dit systeem is uitgerust met een ASIC-verbindingsmodule die niet alleen de ontvangen gegevens zal analyseren, maar ze ook interpreteert om autonome beslissingen te nemen, zoals het verlagen van de snelheid van de aangesloten motor.
In combinatie met andere sensoren creëert dit een CPS, bijvoorbeeld een transportelement van een loopbandsysteem, dat dan in staat is om onafhankelijk te communiceren met een andere CPS'en.
Voordelen van slimme CPS-systemen
Cyber Physical Systems hebben veel voordelen vergeleken met de klassieke procedures. Een voorbeeld: afwijkingen in de normale motorstroom worden direct opgepikt en gesignaleerd op basis van louter de data, dus zonder bijkomende menselijke handelingen of investeringen in extra meetaparatuur.
Zo kunnen stijgende waarden een teken zijn van slijtage en helpen bij het vooraf plannen van onderhoudsactiviteiten. In het geval van pompen kan een daling in de stroom bijvoorbeeld aangeven dat de pomp droogloopt. Indien er een dreiging van overbelasting bestaat, kunnen tegenmaatregelen worden genomen om te voorkomen dat de stroomonderbreker wordt geactiveerd, wat zou leiden tot machine-uitvaltijd.
Daarentegen kan een lopende band op de ideale wijze worden belast door rekening te houden met de belastingstatus van de motoren onder verschillende klimaatomstandigheden, zodat het systeem ervoor zorgt dat het altijd de maximale beschermingscapaciteit levert zonder dat de betrokken onderdelen worden overbelast.
In dit scenario zorgt het gebruik van een slim systeem voor een betrouwbare uitvoering en een verhoogde beschikbaarheid, en ondersteunt het de maximale werkbelasting.
Een CPS creëren van de onderdelen in de besturingskast en op locatie
Het gebruik van de intelligente bedrading en het communicatiesysteem is niet beperkt tot slechts de besturingskast. Het kan zelfs worden uitgebreid naar de randapparatuur met gebruik van IP67 beschermingstype I/O-modules.
Intelligente bedrading biedt duidelijke voordelen zoals het makkelijk en snel configureren van maximaal 99 apparaten als slimme apparaten op een kabel met een lengte van maximaal 600 meter.
Motorstarters, softstarters, frequentieregelaars, beveiligingsschakelaars, aardlekschakelaars evenals drukknoppen, gesitueerd in een geschikte kleine behuizing of behuizing met hoge beschermingsgraad, kunnen op de exacte plek op de locatie worden geïnstalleerd, waar ze een CPS zullen vormen met de motor.
De echte kracht wordt getoond door machines met een gedistribueerde structuur (met name als ze voldoen aan het Industrie 4.0 systeem) wanneer uitbreidingen worden uitgevoerd. Dit geldt los van de vraag of uitbreiding plaatsvindt wanneer de machine voor de eerste keer wordt gestart of wanneer deze al in bedrijf is.
Problemen die worden veroorzaakt door een gebrek aan ruimte in de besturingskast zijn dingen uit het verleden omdat alle belangrijke sensoren en aandrijvingen op locatie zijn geïnstalleerd. Aanvullende I/O-modules voor een centrale PLC zijn niet nodig.
(foto's: Eaton)
door Christian Zingg, Director Innovation & Global OEM Segment en Stefan Selke, MOEM Segment Marketing Manager, Eaton
