Dlaczego komunikacja w sieci Industrial Ethernet stanowi podstawę niezawodnej kontroli poziomu stopionego metalu
W każdej odlewni najważniejsza jest spójność. Jakość produktu końcowego zależy od dziesiątek zmiennych, które muszą być utrzymywane w ściśle określonych granicach tolerancji, jednocześnie na każdym etapie procesu odlewania. Spośród nich kontrola poziomu stopionego metalu wyróżnia się jako jedna z najbardziej istotnych. Gdy poziom ulega wahaniom, konsekwencje wykraczają daleko poza pojedynczy odlew.
Koszt niestabilności
Niestabilny poziom stopionego metalu jest jedną z najczęstszych przyczyn wad odlewów. Przyczyny tego zjawiska są dobrze znane w branży. Gdy poziom metalu w rynnie lub formie waha się poza dopuszczalne granice, zmienia się szybkość napełniania. Wzrasta turbulencja. Przyspiesza tworzenie się tlenków. Pogarsza się jakość powierzchni. W procesach odlewania prądem stałym niestabilny poziom metalu w krytycznej fazie napełniania może prowadzić do powstawania zimnych spoin, porowatości lub nierównomiernej struktury ziarna w całym wlewku.
Dla operatorów pracujących na hali niestabilny poziom wymaga ciągłej uwagi. Ręczne regulacje wprowadzają nowe zmienne. Każda interwencja, nawet wykonana przez wykwalifikowanego pracownika, wiąże się z pewnym stopniem niepewności, którego nie ma w przypadku systemu zautomatyzowanego. W trakcie trwania serii produkcyjnej interwencje te kumulują się. Powtarzalność procesu ulega pogorszeniu. Zwiększa się ryzyko popełnienia błędu ludzkiego.
Konsekwencje ekonomiczne są wyraźnie odczuwalne: wzrost ilości odpadów, większe zużycie energii spowodowane niepotrzebnym przetapianiem, nieplanowane przestoje oraz spadek wydajności. Żadna z tych sytuacji nie jest nieunikniona.
Dlaczego szybkość komunikacji decyduje o jakości sterowania
Niezawodna regulacja poziomu zależy nie tylko od dokładności czujnika czy precyzji mechanicznej siłownika. Cechy te mają oczywiście znaczenie, ale stają się bezużyteczne, jeśli transfer danych między nimi jest powolny lub zawodny.
Zastanówmy się, jak to wygląda w praktyce. Laserowy czujnik kamerowy wykrywa odchylenie poziomu stopionego metalu. Wynik pomiaru musi zostać przesłany przez interfejs komunikacyjny do systemu sterowania, który przetwarza dane, oblicza wymaganą korektę i wysyła polecenie do siłownika. Następnie siłownik reaguje. Od momentu wykrycia do wprowadzenia korekty każda milisekunda opóźnienia przekłada się na dodatkowe odchylenie w procesie.
W tradycyjnych układach wykorzystujących transmisję sygnałów analogowych lub starsze protokoły komunikacji szeregowej opóźnienie to stanowi znane ograniczenie. Sygnał przemieszcza się. Sterownik PLC odczytuje go w następnym cyklu skanowania. Siłownik otrzymuje polecenie w kolejnym cyklu. Zanim zostanie wprowadzona korekta, proces już posunął się dalej. System sterowania w praktyce zawsze reaguje na przeszły stan procesu, a nie na jego stan bieżący.
Przemysłowa sieć Ethernet zasadniczo to zmienia.
W jaki sposób przemysłowa sieć Ethernet zamyka obieg
Protokoły takie jak PROFINET i EtherNet/IP zostały zaprojektowane z myślą o deterministycznej, szybkiej wymianie danych w środowiskach przemysłowych. W przeciwieństwie do sygnałów analogowych, które przenoszą pojedynczą wartość o stałej rozdzielczości, przemysłowa sieć Ethernet przesyła ustrukturyzowane pakiety danych zawierające znaczniki czasu, informacje o stanie oraz dane diagnostyczne – a wszystko to w czasie rzeczywistym.
Gdy czujnik Precimeter komunikuje się za pośrednictwem sieci Industrial Ethernet, dane dotyczące pomiaru poziomu są przesyłane bezpośrednio do sterownika PLC w ciągu jednego cyklu sieciowego, co zazwyczaj zajmuje od jednej do dziesięciu milisekund, w zależności od konfiguracji. System sterowania reaguje natychmiast. Siłownik otrzymuje polecenie korekcyjne bez opóźnienia. Proces pozostaje stabilny.
Nie jest to zwykłe ulepszenie. To zasadnicza zmiana w zakresie szybkości reakcji pętli regulacyjnej. Im szybciej i niezawodniej przepływają dane, tym ściślejsza jest regulacja. Im ściślejsza regulacja, tym bardziej stabilna jest wydajność odlewni.
Zalety integracji
Oprócz samej prędkości, przemysłowa sieć Ethernet oferuje dodatkową zaletę, która zyskuje na znaczeniu w nowoczesnych odlewniach: płynną integrację z istniejącą infrastrukturą automatyki.
Większość współczesnych sterowników PLC i systemów SCADA opiera się na sieci Industrial Ethernet jako podstawowym standardzie komunikacyjnym. Gdy czujniki i siłowniki wykorzystują ten sam protokół co cała sieć sterowania, integracja przebiega bezproblemowo. Nie ma potrzeby konserwacji konwerterów interfejsów, kalibracji urządzeń do kondycjonowania sygnałów ani usuwania usterek w okablowaniu analogowym.
Ma to znaczenie z praktycznego punktu widzenia. Zakład odlewniczy, który instaluje nowe czujniki lub modernizuje siłowniki, powinien mieć możliwość podłączenia ich do istniejącej sieci bez konieczności przeprojektowywania architektury sterowania. Czujniki i siłowniki firmy Precimeter obsługują protokoły PROFINET i EtherNet/IP jako standardowe lub opcjonalne interfejsy, co oznacza, że można je wdrożyć w większości środowisk produkcyjnych bez konieczności przeprowadzania znaczących dodatkowych prac inżynieryjnych.
W rezultacie powstaje system sterowania, który dostosowuje się do rosnącej skali działalności. Do pojedynczego czujnika kontrolującego obecnie poziom wlewaka można podłączyć dodatkowe czujniki przy wylocie pieca, na poziomie formy oraz w całym systemie dystrybucji – wszystkie te elementy zostaną zintegrowane w jednolitym obwodzie sterowania, który zarządza całym procesem odlewania za pomocą jednego interfejsu.
Podstawa do dalszej automatyzacji
Podłączone do sieci urządzenia odlewnicze stanowią również podstawę, na której opiera się dalsza automatyzacja. Dane generowane przez czujniki i siłowniki podłączone do przemysłowej sieci Ethernet – takie jak wartości położenia, pomiary poziomu, odczyty temperatury, stany alarmowe czy korekty przepływu – nie służą wyłącznie do obsługi bieżącej pętli regulacyjnej. Są one gromadzone w formie rejestru procesu.
Inżynierowie zakładowi mogą analizować te dane w celu rozpoznawania prawidłowości, udoskonalania receptur odlewów, planowania konserwacji predykcyjnej oraz optymalizacji parametrów procesowych w miarę upływu czasu. Przejście w kierunku Przemysłu 4.0 w produkcji aluminium wymaga właśnie tego rodzaju uporządkowanych danych z oznaczeniem czasu, przekazywanych z hali produkcyjnej do narzędzi analitycznych. Odlewnie, które już teraz inwestują w sprzęt podłączony do sieci, budują infrastrukturę danych, która będzie wspierać ciągłe doskonalenie przez wiele kolejnych lat.
Podejście Precimeter
Czujniki i siłowniki Precimeter zostały zaprojektowane z myślą o integracji z siecią Industrial Ethernet jako standardowym rozwiązaniem, a nie jako dodatek wprowadzony na późniejszym etapie. Rodzina czujników laserowych ProH, czujnik ProH Twin Delta do zastosowań w formach do płyt, czujnik ProLAD do środowisk rynien i pieców oraz pełna gama siłowników, w tym siłownik wybijający TXP-10, siłownik pozycjonujący kołki PXP-2EM i zawór zasuwowy GXP-10 — wszystkie te urządzenia obsługują protokoły PROFINET i EtherNet/IP.
Oznacza to, że kompletne rozwiązanie do kontroli poziomu – od czujnika po siłownik, sterowane za pomocą jednopunktowego systemu MLC-A1 lub dostosowanej do potrzeb instalacji MLC-ADV – można zbudować w oparciu o jeden protokół komunikacyjny i płynnie zintegrować z architekturą sterownika PLC, która już zarządza pozostałą częścią linii produkcyjnej.
W przypadku odlewni rozważających modernizację systemów kontroli poziomu to właśnie na poziomie warstwy komunikacyjnej decyduje się, czy inwestycja w precyzję zostanie zachowana, czy też przepadnie. Wysoce dokładny czujnik przekazujący dane za pośrednictwem powolnego lub zawodnego interfejsu nie jest w stanie zapewnić takiej jakości sterowania, jaką sam czujnik jest w stanie zapewnić. Przemysłowa sieć Ethernet eliminuje to wąskie gardło.
Rozpoczęcie rozmowy
Jeśli stabilność procesu odlewania jest dla Państwa priorytetem, a architektura komunikacyjna łącząca czujniki i siłowniki z systemem sterowania nie była ostatnio poddawana przeglądowi, warto sprawdzić, czy obecna konfiguracja nie ogranicza wydajności, za którą już Państwo płacą.
Firma Precimeter współpracuje z odlewniami na każdym etapie automatyzacji – od wstępnej integracji po kompleksową modernizację systemów – i służy doradztwem w zakresie wyboru najbardziej odpowiedniej konfiguracji komunikacyjnej dostosowanej do konkretnego procesu i środowiska sterowników PLC.
Skontaktuj się z nami pod adresem sales@precimeter.com , aby omówić swoje wymagania.