Usługi integracji systemów pomiarów mikrometrami laserowymi z pomocą sieci Ethernet oraz protokołu OPC UA.

Obecnie jesteśmy w trakcie czwartej rewolucji przemysłowej, nazywanej również Przemysłem 4.0 (Industry 4.0). Termin ten określa zmiany obejmujące społeczeństwo, przemysł i technologie wywołane cyfrową transformacją przemysłu. Nadaje ona nowe oblicze automatyzacji procesów pomiarowych oraz przetwarzaniu i gromadzeniu tych danych dzięki wykorzystaniu inteligentnych technologii.

Wymogi związane z działaniami produkcyjnymi w czasie rzeczywistym w wielu przypadkach oznaczają analizę i prezentacje wizualną danych pomiarowych już w momencie ich tworzenia. Dzięki temu możliwa jest minimalizacja czasu oczekiwania od momentu wygenerowania danych do czasu, kiedy wymagana jest reakcja. Niezwykle ważnym jest możliwość połączenia w jeden system urządzeń różnych producentów. różnych systemów sterowania oraz różnych platform IT oraz programów.
Zaletą jest więc szybszy dostęp do informacji, krótsze czasy odpowiedzi i udoskonalone wykorzystanie przepustowości. Dane są przetwarzane i analizowane blisko punktu, w którym powstają, dzięki czemu skraca się czas ich dostarczania do operatora.
Wyposażenie komponentów i maszyn w czujniki i oprogramowanie pochodzące od różnych producentów przestają być problemem trudnym do pokonania możliwe jest sterowanie i pozyskiwanie danych w miejscu ich powstawania oraz zintegrowanie w jedną sieć za pomocą sieci Ethernet IP ora protokołu OPC UA.

Integracja systemów sterowania liniami produkcyjnymi oraz pomiarów mikrometrami laserowymi za pomocą sieci Ethernet IP oraz protokołu OPC UA.

Jesteśmy świadomi znaczenia automatyzacji procesów badawczych i produkcyjnych oraz gromadzenia i przetwarzania danych pomiarowych dla naszych klientów.

Unified Architecture (OPC UA), jest nowoczesnym standardem komunikacyjnym i integracyjnym, który jest szeroko stosowany w automatyce przemysłowej. OPC UA zapewnia standardowy sposób wymiany danych między różnymi urządzeniami i systemami w automatyce przemysłowej. Dzięki temu różnorodne urządzenia mogą komunikować się ze sobą, niezależnie od producenta, modelu czy wersji oprogramowania. OPC UA jest zaprojektowany tak, aby działać na różnych platformach sprzętowych i systemach operacyjnych. Dzięki temu jest to uniwersalne rozwiązanie, które można implementować na serwerach, komputerach PC, sterownikach PLC, urządzeniach mobilnych, a nawet na mikrokontrolerach. Bezpieczeństwo jest kluczowym elementem OPC UA. Standard ten oferuje mechanizmy szyfrowania danych, autoryzacji użytkowników oraz integralności danych, co zapewnia ochronę przed nieautoryzowanym dostępem i manipulacją danymi. OPC UA umożliwia modelowanie informacji. Dzięki elastycznej strukturze danych, użytkownicy mogą definiować własne typy danych oraz hierarchie, co pozwala na lepsze odwzorowanie rzeczywistych procesów przemysłowych. Standard OPC UA jest skalowalny, co oznacza, że może być stosowany zarówno w małych systemach automatyki, jak i w dużych, złożonych instalacjach przemysłowych.

SiTech3D oferuje swoim klientom, narzędzia w zakresie integracji systemów sterowania liniami produkcyjnymi oraz pomiarów mikrometrami laserowymi za pomocą sieci Ethernet IP oraz protokołu OPC UA.

Rys. 1 Ujednolicenie komunikacji poziomej i pionowej poprzez OPC UA (a) i UAFX (b), a także migracja do ciągłej, konwergentnej sieci (c), która w pełni skaluje się od pola do chmury i odwrotnie. Żródło OPC UA Foudation.

Zastosowanie i znaczenie Standardu OPC UA w procesach badawczych.

Współczesne procesy badawcze, zwłaszcza w dziedzinie inżynierii i nauk przyrodniczych, wymagają zaawansowanych systemów do gromadzenia, analizy i wymiany danych. Standard OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture), opracowany przez OPC Foundation, oferuje potężne narzędzia do realizacji tych celów. Procesy badawcze często obejmują zbieranie dużych ilości danych z różnych źródeł, ich analizę oraz wymianę pomiędzy różnymi systemami i zespołami badawczymi. Standard OPC UA został stworzony z myślą o przemysłowych systemach automatyki, ale jego elastyczność, skalowalność i zaawansowane funkcje bezpieczeństwa sprawiają, że jest również idealnym rozwiązaniem dla zastosowań badawczych. OPC UA umożliwia płynną wymianę danych pomiędzy systemami badawczymi i systemami IT, wspierając integrację danych z różnych źródeł i ich analizę w czasie rzeczywistym. To pozwala na lepsze zarządzanie projektami badawczymi i szybsze uzyskiwanie wyników. OPC UA umożliwia zbieranie danych z różnorodnej aparatury badawczej, takiej jak wytłaczarki, walcarki, wtryskarki, spektrometry, mikroskopy czy reaktory chemiczne.

Wyzwania związane z Implementacją OPC UA w wytłaczarkach i liniach do wytłaczania.

Implementacja OPC UA w środowiskach badawczych może być wyzwaniem ze względu na różnorodność sprzętu i oprogramowania. Ma to znaczenie w przypadku zastosowania w urządzeniu sieci komunikacji Fieldbus.

Sieci oparte o standard Fieldbus.

Sieci Fieldbus, będące starszym standardem komunikacji, są szeroko stosowane w urzadzeniach, ale napotykają na ograniczenia w kontekście integracji z nowoczesnymi technologiami, takimi jak OPC UA. Sieci Fieldbus obejmują wiele różnych standardów, takich jak PROFIBUS, Modbus, DeviceNet i inne. Każdy z tych standardów ma swoje własne specyfikacje i protokoły, co utrudnia ich integrację i interoperacyjność w złożonych systemach. Integracja sieci Fieldbus z OPC UA może być skomplikowana ze względu na różnice w architekturze i protokołach komunikacyjnych. Konieczne jest stosowanie bramek (gateways) i konwerterów protokołów, co może zwiększać złożoność i koszty implementacji. Sieci Fieldbus często nie oferują zaawansowanych funkcji zarządzania danymi, takich jak modelowanie danych czy metadane, które są dostępne w OPC UA. To ogranicza możliwości analizy i wizualizacji danych w czasie rzeczywistym oraz utrudnia integrację z systemami IT.

Sieci oparte o standard Ethernet.

Współczesne systemy automatyki przemysłowej coraz częściej wykorzystują Ethernet jako medium komunikacyjne ze względu na jego wysoką przepustowość, niezawodność. powszechną dostępność oraz zgodność z systemami IT. Standard OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) jest kluczowym protokołem komunikacyjnym w Przemyśle 4.0, zapewniającym interoperacyjność i elastyczność w złożonych systemach. Ethernet jest standardem powszechnie stosowanym w systemach IT, co ułatwia integrację systemów automatyki przemysłowej z systemami informatycznymi uczelni lub przedsiębiorstwa. Dzięki temu możliwa jest efektywna wymiana danych pomiędzy poziomem operacyjnym a zarządczym, co wspiera lepsze zarządzanie zasobami i procesami badawczymi i produkcyjnymi. Dzięki wysokiej przepustowości Ethernetu, możliwe jest przesyłanie dużych ilości danych do systemów analitycznych i wizualizacyjnych. OPC UA wspiera zaawansowane modelowanie danych, co umożliwia ich precyzyjną analizę i wizualizację, wspierając podejmowanie decyzji opartych na danych. Rozwiązania oparte o komunikację w sieciach Ethernet będzie odgrywać coraz większą rolę w przyszłości systemów automatyki przemysłowej i badawczej. Planowane są dalsze rozwinięcia standardu Ethernet, takie jak Ethernet TSN (Time-Sensitive Networking), które jeszcze bardziej zwiększą jego przepustowość i niezawodność. Integracja z OPC UA umożliwi tworzenie jeszcze bardziej zaawansowanych i zintegrowanych systemów, które wspierać będą rozwój badan oraz Przemysłu 4.0 i IoT. Korzyści płynące z zastosowania Ethernetu w systemach OPC UA są znaczące i obejmują poprawę efektywności, optymalizację procesów oraz zwiększenie bezpieczeństwa i niezawodności systemów do badań oraz przemysłowych.

Przemysł 4.0 wprowadza wyzwania, rozumiane przez SiTech3D następująco:

• Komunikacja maszyna-maszyna w oparciu o ustalone standardy komunikacyjne.
• Komunikacja maszyna-człowiek oparta na przyrządach pomiarowych, które mogą pochodzić od różnych dostawców oraz na niezależnych od platform pomiarowych urządzeniach do wizualnej prezentacji danych pomiarowych.
• Zastosowanie sieci Ethernet oraz protokołu OPC UA
• Wzajemne połączenie oznacza, że dane te mogą być pobierane w czasie zbliżonym do rzeczywistego i zestawiane oraz wizualizowane na stanowiskach pracy oraz w centralnym punkcie.
• To, co wcześniej można było zobaczyć bezpośrednio na komponentach i maszynach w hali produkcyjnej, można teraz wizualizować i monitorować za pomocą oprogramowania integrującego platformy pomiarowe. Rezultatem jest przejrzystość oraz możliwość gromadzenia i przetwarzania danych pomiarowych łącznie pomimo pochodzenia z różnych przyrządów pomiarowych.
• Wszystkie dane są dostarczane na poziomie aplikacji, co ułatwia sprawdzenie, czy występuje problem lub odchylenie, a następnie określenie dokładnej natury problemu lub odchylenia. Umożliwia to znaczne skrócenie czasu reakcji.
• System jest projektowany i tworzony indywidualnie dla klienta i pozwala na integracje urządzeń pracujących w różnych systemach komunikacji takich jak: Ethernet IP, Profinet, Powerlink, oraz  sieciach Fieldbus, Can, Canopen , RS 232, RS485,Profibus.
• Dane są prezentowane za pomocą serwera WWW, co daje użytkownikom dostęp do danych z dowolnego miejsca.
• System tworzony przez SiTech3D może współpracować z przyrządami pomiarowymi różnych dostawców oraz co ważne może może współpracować z innymi czujnikami i może sterować urządzeniami znakującymi, tnącymi, innymi.

Korzyści dla klienta wynikające z połączenia przyrządów pomiarowych (mikrometrów laserowych) za pomocą sieci komunikacyjnych.

Wzajemne połączenie przyrządów pomiarowych stosowanych w produkcji i sieci komunikacyjnych jest niezwykle obiecujące. Szczególnie ważne może być integrowanie rozwiązań opartych o różne sieci komunikacyjne w jedną integralną całość. Dzięki inteligentnym czujnikom i oprogramowaniu, które mogą przetwarzać informacje, maszyny i dane procesowe mogą być analizowane w celu wdrożenia określonych rozwiązań optymalizacyjnych.

Sitech3D doskonale zdaje sobie sprawę z wyzwań związanych z dostarczaniem klientom odpowiednich systemów pomiaru, monitorowania i sterowania, które są w stanie zrealizować wizję i potrzeby klienta. Stosując uznane, zaawansowane standardy i ściśle współpracując z klientami, Sitech3D chce stać się niezawodnym, kompetentnym partnerem w dziedzinie pomiarów przemysłowych.

Mikrometry laserowe są dobrze dostosowane do pomiaru przedmiotów trudnych lub niemożliwych do zmierzenia przy użyciu konwencjonalnych przyrządów pomiarowych takich jak przedmioty z tworzyw sztucznych lub innych miękkich materiałów, które mogą zmienić kształt pod naciskiem.

Przykładowe zastosowania mikrometrów laserowych skanujących.

• Pomiary średnicy i owalności prętów, rur, itp.
• Pomiary średnicy i owalności filamentów do drukarek 3D.
• Pomiary kształtu średnicy i owalności prętów, wałków, rur.
• Pomiar odległości pomiędzy walcami.
• Pomiar szerokości i długości.
• Pomiar grubości i obrotu.
• Pomiar pozycji przedniotów.

Mikrometry laserowe zakres oferty:

Laserowe mikromierze (mierniki średnicy) LDM:

Rys.1 Przykładowe mikromierze laserowe przeznaczone do różnych zastosowań.

Laserowe mikromierze (mierniki wymiarów)  EECTRL:

Rys.2 Przykładowe mikromierze laserowe przeznaczone do różnych zastosowań przemysłowych EECTRL oraz po prawej mikromierz  z sześcioma osiami pomiarowymi.

Pomiary wymiarów produktów zwłaszcza tych produkowanych w sposób ciągły lub tych których nie można mierzyć za pomocą przyrządów mechanicznych ze względu na możliwość uszkodzenia powierzchni lub ze względu na elastyczność, która wyklucza dokładny mechaniczny pomiar mikrometryczny jest niezwykle ważna z punktu widzenia powtarzalności i jakości. Jesteśmy w stanie dostarczyć zintegrowane systemy pomiarowe oparte o mikromierze laserowe które znajdują się w naszej ofercie oraz dokonać integracji z mikrometrami innych producentów. Równie ważne są pomiary drogi, czyli długości produkowanych wyrobów a w przypadku konieczności precyzyjnego ciecia wytłaczanych produktów możemy zintegrować z systemem oferowane przez SiTech3D wydajne noże obrotowe do ciecia które są oferowane jako jednostki niezależne lub zintegrowane z odciągami gąsienicowymi zapewniającymi stabilny transport wytłaczanego profilu. Podsumowując jesteśmy w stanie dostarczyć systemy mikrometrycznych pomiarów wymiarów geometrycznych w powiazaniu z systemami pomiaru drogi i długości oraz systemy precyzyjnego ciecia wytłaczanych produktów. Dane pomiarowe mogą być zapisywane do bazy danych w sposób ciągły i prezentowane graficznie na dowolnych wyświetlaczach w dowolnym miejscu.

Systemy pomiarowe oparte o mikrometry laserowe oferowane przez Sitech3D mogą być integrowane z nowymi lub istniejącymi liniami do produkcji przewodów, rur, rurek, drutów, filamentów, profili, itp. różnych producentów takich jak: Haake, Leistritz, Zamak Mercator, Coperion, Brabender oraz innych.

Oferowane przez SiTech3D systemy pomiarowe oparte o mikromierze laserowe są niezbędnym elementem linii do wytłaczania profili i powinny być zintegrowane z systemami komunikacji pomiędzy maszynami a człowiekiem oraz pomiędzy maszynami. Do realizacji tego celu stosujemy rozwiązania komunikacji OPC UA a w przyszłości OPC UA FX. Wszystkie oferowane przez nas wytłaczarki, linie wytłaczarkowe, walcarki, wtryskarki oraz inne urządzenia laboratoryjne są doskonale dostosowane do implementacji komunikacji OPC UA dzięki zastosowaniu komunikacji opartej o sieć Ethernet. Możliwe jest wykorzystanie serwerów OPC UA wbudowanych w sterowniki PLC lub zastosowanie rozwiązań niezależnych które zwykle oferują więcej możliwości oraz większą funkcjonalność.