Træning på en Smart Factory-model
Den kompakte smart factory-model anvendes til undervisning i udvikling og simulering af industrielle processer i overensstemmelse med principperne bag Industri 4.0.
At lære 4.0
Industri 4.0 får stadig større betydning inden for mekatronik og automationsteknologi. Moderne undervisningsmodeller hjælper elever, studerende og undervisere med at forstå de relevante teknologier. Med komponenter som dem, der faktisk anvendes i industriel produktion, kan der udvikles og testes automatiseringsløsninger med forskellig kompleksitet.
De støvede undervisningsmodeller, man måske husker fra fysiktimerne i skolen, er fortid. Virksomheden Köster Systemtechnik Iserlohn tilbyder didaktiske modeller, der anvender standard industrielle PLC’er, fuldgrafiske touchpaneler til visning og betjening, RFID-teknologi og moderne sensorteknologi med IO-Link-datatransmission.
Deres 3-aksede portalanlæg kan bruges til at illustrere mange typer af transport- eller bearbejdningssituationer – altså scenarier, som eleverne senere i deres karriere vil møde i større skala og kompleksitet. Automationsprincippet er dog det samme.
Peter Konegen, administrerende partner hos Köster Systemtechnik, forklarer: Vi bygger modelsystemer til undervisningsbrug. Udvalget spænder fra små kompakte modeller til store træningssystemer, hvor der kan fremstilles rigtige produkter. Modellen her kaldes SFM, som står for "Smart Factory Model". Fokus i træningen er på Industri 4.0 – altså teknologier, der muliggør effektiv produktion med ’batch size one’, enkel skalering af produktionen og nye muligheder inden for vedligeholdelse af anlæg.
Teknologier som data mining, tilkobling til ERP-systemer eller til skyen kan også simuleres med vores SFM-modeller. Hvor dybt de enkelte teknologier indgår, afhænger af den enkelte uddannelsesinstitutions pensum. Under alle omstændigheder er vores SFM-modeller ideelt udstyret til formålet.”
Hvad hardwaren gør
Kernen i systemet er en Siemens PLC, hvor eleverne kan indlæse og teste deres applikationsprogrammer. Uden aktuatorer og sensorer giver en styring dog ingen mening.
Den ”udførende enhed” i modellen er et 3-aksers portalanlæg, der bevæger et hoved i X/Y/Z-retningerne. Et magnetgreb på hovedet gør det muligt at ”gribe” emner.
Et særligt højdepunkt er det indbyggede touchpanel, der er integreret plan med arbejdsfladen. Det bruges ikke kun til visualisering og betjening, men også som en interaktiv lagerflade. Positionen af emner placeret på den berøringsfølsomme skærm registreres og behandles af PLC’en.
Dette giver eleverne kreativ frihed – f.eks. til at simulere logistikprocesser.
Billede 1: Touchpanelet fungerer som en interaktiv lagerflade, der registrerer positionen af emner placeret ovenpå.
Billede 2: Lasersensoren sender afstandsværdier med millimeterpræcision til PLC’en via IO-Link.
Intelligente sensorer med IO-Link
Sensorudstyret i smart factory-modellen kommer fra automatiseringsspecialisten ifm. Det omfatter moderne komponenter, der rækker langt ud over blot at levere et skiftesignal – de giver fuld gennemsigtighed helt ind i sensoren via IO-Link-kommunikation.
Den fotoelektriske afstandssensor O5D100 bruger laserbaseret flyvetidsteknologi til at levere afstandsværdier, der er nøjagtige ned til millimeter. Den registrerer ikke kun tilstedeværelsen af et objekt og rapporterer det via et skiftesignal, men kan også registrere et objekts højde. Den målte værdi overføres digitalt via IO-Link-kommunikationsprotokollen, som i de senere år har etableret sig som en producentuafhængig standard i sensorverdenen. Og IO-Link tilbyder endnu mere: Sensorernes parametre kan indstilles eksternt ved hjælp af IO-Link. Skifteværdier kan indstilles fra pc'en, men også direkte via PLC'ens controllerprogram. De kan også ændres under drift, hvis det er nødvendigt. Når vi taler om »batchstørrelse én«, kan individuelle justeringer i produktionsprocessen nemt implementeres.
IO-Link overfører også diagnostiske data. Den fotoelektriske sensor registrerer f.eks. tilstedeværelsen af snavs på linsen og udsender automatisk en advarselsmeddelelse, hvis pålidelig registrering som følge heraf ikke længere kan garanteres. Denne selvovervågningsfunktion gør det muligt at implementere effektive vedligeholdelseskoncepter, såsom vedligeholdelse i realtid.
Generelt kommunikerer sensorerne via en AL1100 IO-Link-master fra ifm. Dette feltmodul tilslutter sensorer og aktuatorer via en M12-skruetilslutning og håndterer al kommunikation med PLC'en via Profinet-protokollen. I virkelige anlæg giver disse decentraliserede moduler den fordel, at kabelføringen bliver meget enklere. Og takket være adresseringen af de enkelte IO-Link-sensorer udelukkes kabelfejl eller forvekslinger ved tilslutning eller udskiftning af enheder.
IO-Link-masteren fungerer som en gateway mellem sensorerne og PLC'en, som i dette tilfælde er tilsluttet via Profinet.
Identifikation ved hjælp af RFID
Identifikationsløsninger er blevet uundværlige i reelle produktionsprocesser, da de spiller en afgørende rolle i produktsporing eller produktforarbejdning. Af denne grund er smart factory-modellen også udstyret med et RFID-læse-/skrivehoved. DTI515 har et fladt design og er monteret under arbejdsfladen. Modelens emner har et ID-mærke på undersiden. Data kan skrives til det og læses, når emnerne befinder sig over RFID-læse-/skrivehovedet. Ligesom de andre sensorer kommunikerer sidstnævnte med mastermodulet via IO-Link.
RFID-læse-/skrivehovedet fungerer med mærkerne på undersiden af emnerne. Dataene overføres til PLC'en via IO-Link.
Samarbejde med uddannelsesinstitutioner
På trods af sine tilsyneladende ret små dimensioner er den teknologiske dybde i smart factory-modellen enorm. Praktikanter kan udvikle og simulere utallige processer på modellen på et meget lille område. Også delstaten Niedersachsen har opdaget dette potentiale og udstyret 23 skoler med op til tolv smart factory-modeller hver.
Videnoverførsel er også af særlig betydning i denne sammenhæng. Da alle modeller er identisk udstyrede, kan læringsindhold og projekter udveksles via netværk. Dette har skabt et rigtigt fællesskab omkring »SFM«.
På nogle skoler er flere modeller faktisk placeret lige ved siden af hinanden. Emner flyttes fra den ene platform til den næste, hvor de derefter »bearbejdes« yderligere, som det er almindelig praksis i industriel produktion. Grupper af elever programmerer forskellige bearbejdningstrin for hver station. Denne form for samarbejde forbereder eleverne perfekt på kravene i det senere arbejdsliv.
Peter Konegen ser også en anden fordel ved SFM: »Takket være forbindelsen kunne de studerende få adgang til smart factory-modellen på skolen fra deres hjemme-pc'er under onlineundervisningen under pandemien, så de kunne teste og præsentere deres applikation for andre. På den måde kunne praktiske lektioner også foregå online.«
konklusion
Den nyeste automatiseringsteknologi kombineret på smart vis på mindst mulig plads – sådan lykkes det uddannelsesinstitutioner at introducere og uddanne deres praktikanter, studerende og lærere med forskellig teknologisk baggrund i moderne produktionsudvikling i henhold til principperne i Industri 4.0. De automatiseringskomponenter, som de kommende teknikere og ingeniører senere vil støde på i deres arbejde, er også inkluderet. For begge parter er dette en værdifuld investering i fremtiden.
