- moneo: IIoT-alusta
- Käyttöesimerkkejä
Lämpötilan valvonta CIP-laitteistossa
CIP-järjestelmä on elintarvike- ja virvoitusjuomateollisuudessa yleisesti käytettävä prosessilaitos, joka huolehtii laitteiston pesusta (CIP = cleaning in place). Kun prosessoidaan biologisia kulutustuotteita, kuten maitoa, on elintärkeää estää tarkan hygienian avulla haitallisten bakteeripesien syntyminen, mikä saattaisi vaarantaa kuluttajien terveyden. Useinmiten astiat (normaalisti säiliöt) ovat liian suuria irrotettaviksi puhdistusta varten. CIP-jakso koostuu useasta välttämättömästä hygieenisestä prosessivaiheesta. Lämpötila ja kuumennuksen kestoaika ovat optimaalisten pesutulosten kannalta määräävässä asemassa - vastaavasti kuin pyykinpesukoneen kuumavesijaksot. Täydellisen pesuprosessin varmistamiseksi vaaditut parametrit pitää saavuttaa koko laitteistossa. Muussa tapauksessa kallis prosessi pitäisi uusia (energia-, kemikaali- ja tuotantohäviöt).
Alkutilanne:
ifm testaa valmistamiaan prosessiantureita CIP-laitteiston avulla niiden todellisessa käyttöympäristössä. Ennen moneo-alustan käyttöönottoa laitoksen käyttö perustui analogiasignaaleihin ja sitä ohjattiin PLC:n avulla. PLC:n avulla suoritettavat johtokykyanalyysit osoittautuivat vaikeiksi. Prosessia voitiin visualisoida ainoastaan laitoksen HMI-liittymän kautta ja parametrien asetus voitiin suorittaa vain suoraan antureissa. Valvonta oli rajoitettu analogiselle 4...20 mA signaalialueelle.
Projektin tavoite:
Fokus oli lämpötiladatan tallennuksessa ja analysoinnissa. Lämpötilaeron määrittämiseksi lämpötila piti mitata sekä laitoksen tulo- että lähtöpäässä. Tätä pidetään luotettavana indikaattorina sille, onko haluttu prosessilämpötila saavutettu, mikä on desinfioinnin kannalta elintärkeää kuumennukseen perustuvissa laitteistojen pesuprosesseissa. Jos lämpötila on melkein identtinen molemmissa mittauspisteissä, voidaan olettaa, että kaikki alueet on kunnolla desinfioitu.
Olemassa olevaan ohjausjärjestelmään (PLC) ei tarvinnut tehdä muutoksia. Toteutetun laitteistolaajennuksen avulla data siirretään nyt moneo RTM -sovellukseen IO-Link -laitteiden kautta.
Toteutus:
Tarvittavien modulien (sis. moneo RTM -sovelluksen) aktivoimiseksi moneo asennettiin ifm prover gmbh:n olemassa olevalle keskuspalvelimelle.
Tulo- ja lähtöpään lämpötila-arvojen mittausta varten asennettiin kaksi itsevalvontatoiminnolla varustettua lämpötila-anturia, jotka liitettiin IO-Link -masteriin IoT-portin kautta. Sen jälkeen, kun tämä master-yksikkö oli integroitu Ethernet-liitännän kautta yritysverkkoon, antureiden prosessiarvot voitiin siirtää moneo RTM -sovellukseen automaattisesti sekunnin välein.
Ohjelmiston skaalattavuuden ansiosta muita IO-Link -laitteita voidaan lisätä järjestelmään milloin tahansa muiden prosessiarvojen keräämistä ja analysointia varten.
Tulos:
Ohjelmisto laskee prosessiarvot, kuten esim. tulo- ja lähtöpään välisen lämpötilaeron. Tämän avulla voidaan määritellä, onko desinfiointi onnistunut vai tarvitaanko lisätoimenpiteitä. Järjestelmälaajennus tarkoittaa sitä, että dataa voidaan nyt tallentaa jatkuvasti ilman katkoja. Data-analyysit auttavat prosessien optimoinnissa ja laitoksen käyttöasteen parantamisessa.
Lopputulos:
Laitoksen digitalisointi onnistui ilman muutoksia olemassa olevaan ohjelmistoon tai PLC:n väliintuloja.
Kojelauta
Oleellinen anturidata voidaan visualisoida nopeasti ja yksilöllisesti kojelautatoiminnon kautta. Esikonfiguroidut instrumentit, kuten lämpömittarit tai viivadiagrammit, auttavat visualisoimaan prosessiarvot graafisesti. Standardiformaateissa (PNG, JPEG, GIF...) olevat kuvat voidaan ladata suoraan kojelaudalle. Käyttäjät voivat navigoida eri kojelautanäyttöjen välillä helposti navigointimerkkejä käyttäen.
Seuraava kuva esittää koko laitoksen visualisointia kojelaudalla. Navigointimerkit linkittyvät suoraan muihin kojelautanäyttöihin, jotka antavat lisäiformaatiota k.o. alueesta:
- Muihin kojelautanäyttöihin linkittyvä navigointiobjekti
- Liikennevalonäyttö säiliöiden 1 - 4 tilanosoitukseen
Kojelauta visualisoi tulo- ja lähtöpään lämpötilat. Lisäksi antureiden mittausarvojen välinen lämpötilaero on määritetty "lasketut arvot" -toiminnon avulla ja visualisoitu lämpömittarina ja viivadiagrammina.
- Lämpötila tulopäässä
- Tulo- ja lähtöpään välinen lämpötilaero
- Lämpötila lähtöpäässä
- Diagrammi, jossa tulo- ja lähtöpään lämpötila ja lämpötilaero
- TCC-anturin kalibrointistatus
Analyysi
Tätä toimintoa voidaan käyttää taltioidun datan ja prosessin yksityiskohtaiseen analysointiin (esim. huuhteluaikojen määrittely ja niiden säätäminen tarvittaessa). Koska moneo RTM rekisteröi automaattisesti tiedot topologiareitillä olevien antureiden aktivoitumisesta, data on käytettävissä välittömästi.
Alla oleva analyysi kuvaa kuumennusprosessia. Tulopuolen lämpötila-anturi (1) indikoi pieniä lämpötilavaihteluita, jotka johtuvat höyrylämmönvaihtimen ohjauksesta. Lähtöpuolen lämpötila seuraa tätä nousevaa käyrää viiveellä.
- Lämpötila tulopäässä
- Lämpötila lähtöpäässä
Käyttämällä drag & drop -toimintoa voidaan erilaisista prosessiarvoista (esim. lämpötila tai johtokyky) luoda räätälöityjä yhdistelmä- ja yhteisanalyysejä.
Lisäksi on mahdollista viedä datatallenteita lisäanalyysejä ja prosessidokumentointia varten.
Esimerkki viedystä CSV-tiedostosta:
Key_Path;Base / CIP / TULO / TCC231 / Lämpötila
Key_DeviceName;Temperature
Key_DataSource;Temperature
Key_Unit;°C
Key_DataType;raw
Key_DataCount;4
Aikaleima;Raaka-arvo
2021-04-29T16:05:06.722+0200;23.42
2021-04-29T16:05:07.719+0200;23.42
2021-04-29T16:05:08.720+0200;23.42
2021-04-29T16:05:09.721+0200;23.42
Tehtävät & tiketit / raja-arvot
Käytettävä lämpötila-anturi (TCC) on varustettu kalibroinnin testaustoiminolla. Se käyttää kahta termisesti kytkettyä anturielementtiä (mittaus- ja referenssielementti) automaattiseen lämpötila-eron tunnistamiseen. Anturi lähettää prosessiarvon analogialähdön kautta. Referenssiarvoa käytetään vertailutarkoituksiin ja prosessiarvon varmentamiseen. Jos prosessiarvon ja referenssiarvon välinen lämpötilaero ylittää kalibroinnin tarkistusrajaksi [ccL] asetetun arvon, CC-status asetetaan vastaavasti (0 = kalibrointitarkistuksen varoitusviesti, 1 = normaali toiminta). Tällä valvotaan, onko prosessiarvo kynnysarvon alapuolella. Jos CC-status on "0", luodaan hälytystiketti.
Hälytys voidaan aktivoida myös silloin, jos lämpötila-ero on liian suuri. Tämä on merkki siitä, että pesuprosessia ei voida saattaa onnistuneesti loppuun.
Yhdistetyt kynnysarvot
Myös lasketuille arvoille voidaan asettaa kynnysarvoja. Tässä esimerkissä laskettua arvoa käytetään lämpötilaeron valvontaan tulopuolen lämpötilan funktiona. Esimerkissä tarkistetaan, ylittääkö tulopuolen lämpötila 80°C (5). Jos se on 80°C (5) alapuolella, lähetetään arvo 20°C (6); jos se on 80°C yläpuolella, tulo- ja lähtöpuolen välinen lämpötilaero (6) lähetetään lähtöön.
- Lämpötila- arvo tulopäässä <80°C (20K)
- Lämpötilaero tulo- ja lähtöpään välillä
- Lämpötila tulopäässä
- Vertailuarvo tulopään lämpötilalle (80°C)
- Vertailutoiminto (function block)
- Signaalin kytkintoiminto (function block)
- Lämpötilalähtö (< 80°C = 20K; > 80°C = lämpötilaero)
Tätä laskettua arvoa voidaan nyt käyttää laitoksen valvontaan. Tätä tarkoitusta varten asetetaan varoitukselle (1) ja hälytykselle (3) kynnysarvot. Jos lämpötila tulopäässä on yli 80°C ja lämpötilaero suurempi kuin 5K (1) tai suurempi kuin 10K (3), generoidaan tilannetta vastaava viesti. Jos lämpötila reagoi prosessista johtuen kovin hitaasti, lisätään vasteviive (2 / 4). Yksi päivitysjakso vastaa n. 1 sekuntia. Esimerkiksi tässä kokoonpanossa varoitus aktivoidaan, jos 10 K lämpötilaeroa ei saavuteta 300 s (5 min) aikana. Jos 5 K (3) lämpötilaeroa ei saavuteta 600 s (10 min) aikana, aktivoidaan hälytys.
- Lämpötilan varoituskynnysarvot
- Kytkentäviivevaroitus
- Lämpötilan hälytyskynnysarvot
- Kytkentäviivehälytys
Hallinnoi tiketin käsittelysääntöjä
Tämän toiminnon avulla voidaan konfiguroida, mitä varoitus- tai hälytystilanteessa tapahtuu tiketin luomisen lisäksi. Nykyisessä tapauksessa ryhmä henkilöitä kunnossapito-osastolla saa ilmoituksen siitä, että anturin kalibroinnin tarkistustoiminto on aktivoitu. Tämä antaa mahdollisuuden nopeaan reagointiin ja kalibroinnin käynnistämiseen.
Lasketut arvot
"Lasketut arvot" -toiminnon avulla prosessiarvoja voidaan edelleen käsitellä ja käyttää laskutoimituksissa. CIP-laitteiston tapauksessa tätä toimintoa käytetään tulo- ja lähtöpuolen välisen lämpötilaeron määrittämiseen.
Lämpötilaero [∆T]= ympäristölämpötila [T2] - keskuksen sisälämpötila [T1]
- Tulopuolen lämpötila [T2]
- Lähtöpuolen lämpötila [T1]
- Toiminto (function block): vähennyslasku
- Lämpötilaero [∆T]
