SMC CORPAZIONE D'AMERICA
Intelligente e sostenibile
Soluzioni di monitoraggio per
Macchine ad azionamento pneumatico
Come raggiungere gli obiettivi di produzione,
Riduci i tempi di inattività e taglia i costi

Soluzioni di monitoraggio intelligenti e sostenibili per macchine ad azionamento pneumatico

Libro bianco

Ottimizza la produttività, la riduzione di CO2 e il risparmio energetico attraverso un monitoraggio migliorato. Scopri come la progettazione e l'implementazione di dispositivi intelligenti a livello di macchina possono aiutare a raggiungere gli obiettivi di produzione, ridurre i tempi di inattività e tagliare i costi prendendo decisioni basate sui dati.

Questo white paper contiene informazioni su:

• I vantaggi del monitoraggio e della comunicazione con il sistema modulare standard di preparazione dell'aria
• Come l'Air Management System (AMS) può raggiungere gli obiettivi di produzione e sostenibilità
• Caso di studio: linea di produzione di imbottigliamento e riempimento con 10 macchine

Abstract— Ottimizzare la produttività, la riduzione di CO2 e il risparmio energetico attraverso un monitoraggio migliorato. Scopri come la progettazione e l'implementazione di dispositivi intelligenti a livello di macchina possono aiutare a raggiungere gli obiettivi di produzione, ridurre i tempi di inattività e tagliare i costi prendendo decisioni basate sui dati. Questo documento esplorerà le conseguenze dell'aggiunta di un monitoraggio e di una comunicazione significativi al sistema modulare standard di preparazione dell'aria nell'area di lavoro di automazione industriale. Un sistema di questo tipo può ridurre il consumo di aria compressa e allo stesso tempo rilevare digitalmente le prestazioni attuali della macchina. Usiamo un'imballatrice come esempioample: In genere, queste macchine sono dotate di attuatori pneumatici che funzionano a una frequenza di ciclo notevolmente elevata. Se la confezionatrice è dotata di monitoraggio, comunicazione e controllo sufficienti, l'utente finale può realizzare molto rapidamente un notevole risparmio energetico (25-40%) commutando "semiautomaticamente" la macchina in una delle due possibili "modalità eco" quando la macchina è inattiva. Anche l'utente finale può usufruire di un vantaggio completotage del monitoraggio (tramite un'interfaccia OPC UA) per raccogliere e analizzare le prestazioni della macchina e stabilire algoritmi di manutenzione basata sulle condizioni (CBM), riducendo così al minimo i guasti dovuti al guasto dei componenti pneumatici.
Il flusso di dati potrebbe bypassare i metodi tradizionali di mining PLC e arrivare direttamente al sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) dell'utente finale per ridurre al minimo lo sforzo di integrazione, in particolare sulle macchine legacy.

INTRODUZIONE

La pneumatica è la disciplina che descrive il flusso dell'aria compressa e come utilizzare le proprietà dell'aria compressa per trasmettere energia o convertire la stessa in forza e movimento. Le applicazioni pneumatiche utilizzano la risorsa aria più ampiamente disponibile. I sistemi pneumatici sono parte integrante dell'automazione industriale e sono particolarmente utili quando le macchine necessitano di movimento lineare o comportamento elastico. Offrono anche un modo funzionale per immagazzinare energia per usi successivi.
I sistemi pneumatici sono puliti, affidabili e semplici da utilizzare e quindi sono ampiamente utilizzati nei settori alimentare e dell'imballaggio, delle bevande e della birra, automobilistico e farmaceutico, solo per citarne alcuni. I sistemi pneumatici hanno una buona densità di potenza, un basso costo iniziale e un'affidabilità significativa. L'unico inconveniente significativo è la loro bassa efficienza energetica.
monitoraggio delle condizioni operative di un componente o asset critico.
A causa di questa intrinseca inefficienza, l’aria compressa è tipicamente una delle forme di trasmissione di potenza più costose utilizzate nell’industria, tanto da essere spesso considerata una “terza utilità”. Quando viewconsiderato un servizio costoso o una variabile di processo, è necessaria una gestione adeguata per ridurre al minimo l'impatto ambientale.
Il ciclo di lavoro di qualsiasi macchina pneumatica comprende la fornitura di aria compressa, il lavoro meccanico svolto da attuatori/azionamenti e l'espansione dell'aria che genera rumore. L'espansione dell'aria, trattata come perdita di energia, ha le seguenti fonti: perdite attraverso fori e rotture nelle linee pneumatiche, perdite attraverso connettori danneggiati o non corrispondenti e perdite interne nelle valvole di controllo direzionale, attuatori lineari e rotanti, ecc.
Misurare le perdite e altre forme di spreco di aria compressa dalle macchine ad azionamento pneumatico è difficile a causa della geometria dei componenti che perdono, delle barriere di sicurezza attorno ai macchinari e della pianificazione di tempi di fermo macchina pianificati sufficienti per eseguire un'indagine sulle perdite, poiché la produzione pianificata richiede sempre precedenza. Pertanto, calcolare l'efficienza del sistema è piuttosto impegnativo e richiede l'uso di apparecchiature di misurazione, professionisti formati e qualificati e calcoli. L'obiettivo principale di questo documento è proporre un metodo intuitivo per determinare, ottimizzare ed eventualmente eliminare gli sprechi di aria compressa, utilizzando un sistema di monitoraggio semplice ed economico, di seguito denominato Air Management System o AMS.
È una verità ampiamente accettata nel settore pneumatico che la maggior parte dei guasti dei componenti pneumatici può essere prevista da una perdita. Un sottoprodotto del monitoraggio degli indicatori chiave di prestazione (KPI) delle prestazioni del sistema pneumatico, ovvero pressione e flusso, si tradurrà in una migliore affidabilità. Avere i dati disponibili aiuterà un impianto di produzione a implementare un programma di manutenzione basato sulle condizioni. La manutenzione basata sulle condizioni (CBM) è un settore ampiamente seguito
filosofia di gestione che mira a ridurre al minimo il costo totale di ispezione, riparazione e sostituzione. Ciò si ottiene solo mediante il monitoraggio continuo delle condizioni operative di un componente o di una risorsa critica.
Il monitoraggio e l'ottimizzazione continua dell'aria compressa nei macchinari ad azionamento pneumatico sono ora possibili utilizzando l'approccio proposto in questo documento. Di conseguenza, le perdite energetiche vengono identificate e mitigate più facilmente, viene offerta l’opportunità di produrre prodotti più puliti e sostenibili, si ottiene la digitalizzazione delle macchine, si evitano costosi tempi di fermo macchina e si riducono le spese eccessive legate alla manutenzione.
Nel 2022, SMC Corporation ha eseguito uno studio di sei mesi presso la struttura di un cliente chiave, installando un sistema di gestione dell'aria (AMS) su una linea di produzione di riempimento di bottiglie con 10 macchine. I risultati sono stati estrapolati a 8760 ore di funzionamento (24 X 365). Gli obiettivi principali erano:

• Dimostrare l'uso di un AMS per risparmiare energia sulle macchine di produzione durante i tempi di inattività.
• Dimostrare l'acquisizione sicura dei dati wireless dai sensori IO-Link sulla macchina utilizzando il protocollo OPC UA senza l'uso di un dispositivo edge.
• Rendere i dati disponibili per la futura integrazione nel sistema SCADA esistente del cliente per scopi di manutenzione e digitalizzazione basati sulle condizioni.

Sistema di gestione dell'aria (AMS)

Il sistema di gestione dell'aria valutato era un insieme di componenti, costituito da quanto segue:

• Regolatori di pressione elettropneumatici
• Regolatori di pressione manuali
• Unità di comunicazione multiple (HUB):
  o Unità base 2AMS
  o 8 unità remote
• Valvole limitatrici di pressione residua

Il sistema AMS è stato progettato per ridurre o rimuovere (isolare) in modo semplice e semiautomatico la pressione dell'aria fornita a una macchina mentre è inattiva. Il principale vantaggio in termini di sostenibilità deriva dall’utilizzo dell’aria compressa quando è necessaria per eseguire il processo di produzione e dalla riduzione o eliminazione della pressione quando la macchina è in pausa, non importa quanto brevemente.
Di conseguenza, le perdite e altri usi non produttivi dell'aria compressa sulla macchina vengono ridotti o eliminati. Si consideri, per analogia, che la maggior parte delle automobili moderne impostano il motore al minimo quando il veicolo procede per inerzia e lo spengono completamente quando il veicolo è fermo, riducendo o eliminando così la necessità di carburante.
L'unità base AMS aveva un server OPC UA integrato per facilitare il trasferimento dei dati. I valori di pressione, flusso e temperatura dell'aria compressa sono stati archiviati a 10 Hz in un buffer interno e pubblicati nel sistema di controllo di supervisione a 1 Hz tramite il client OPC UA integrato. I dati sono stati pubblicati simultaneamente sul controller della macchina (PLC), utilizzando un protocollo bus di campo industriale (il dispositivo utilizzato supporta PROFINET, EtherNet/IP ed EtherCAT). Le otto unità remote wireless (è possibile un massimo di dieci unità remote entro un raggio di 100 metri) sono state accoppiate con le unità base AMS. Ciò ha consentito un sistema ibrido in cui il PLC prende il controllo dei processi in tempo reale e i dati vengono comunicati
la nuvola di dati per l'analisi. Le unità remote wireless comunicavano con l'unità base utilizzando un protocollo wireless proprietario sulla banda di frequenza ISM (industriale, scientifica e medica) da 2.4 GHz. I dati generati dall'AMS sono ad alta risoluzione, quindi è possibile osservare i dettagli più fini del funzionamento di una macchina. Con i pacchetti software di analisi, è possibile utilizzare dati ad alta risoluzione per rilevare perdite d'aria, prevedere guasti ai componenti pneumatici, creare gemelli digitali e comprendere
l'efficienza della macchina più profondamente.

Le configurazioni AMS utilizzate sono state le seguenti:

• AMS-A (vedi Figura 1)
• Regolatore di pressione elettropneumatico
• HUB AMS – BASE
• HUB AMS – REMOTO
• Valvola limitatrice della pressione residua
• AMS-B (vedi Figura 2)
• Regolatore di pressione manuale
• HUB AMS – BASE
• HUB AMS – REMOTO
• Valvola limitatrice di pressione residua con avviamento progressivo

Le funzionalità di sostenibilità dell'unità AMS includono la gestione della modalità operativa della macchina, della modalità standby e della modalità di isolamento. Quando la portata misurata scende al di sotto di un valore definito dall'utente, per un tempo superiore a quello definito dall'utente, e il segnale di ingresso digitale della macchina (24 V CC) è ON (fornito all'AMS HUB), l'AMS riduce la pressione di uscita (operativa setpoint di pressione) all'impostazione di pressione secondaria o di stand-by (l'impostazione di pressione più bassa possibile sulla macchina). Se la modalità standby continua fino a un tempo definito dall'utente, la valvola di isolamento si chiude per scaricare la pressione di uscita.
Dalla modalità standby o dalla modalità isolamento, la pressione di uscita dell'AMS è impostata per aumentare alla modalità di pressione operativa quando il segnale di ingresso standby si disattiva (0 V CC), riportando così la macchina in modalità operativa.
L'AMS installato per il nostro test è stato progettato per sostituire la tradizionale unità filtro/regolatore per una facile installazione e manutenzione. Le sue dimensioni compatte occupavano poco spazio aggiuntivo nella struttura o sulla macchina, rendendolo una soluzione interessante per gli utenti che desiderano migliorare le proprie prestazioni ambientali senza incorrere in costi di installazione significativi.

AMS e IO-Link

I dispositivi connessi stanno acquisendo importanza per la loro maggiore capacità, la facilità di configurazione e la possibilità di modificare i parametri mentre il sistema è in funzione, fornendo dati a risoluzione più elevata per operazioni migliorate. L'AMS è stato sviluppato per semplificare e standardizzare il cablaggio e l'installazione dei dispositivi. I sensori di pressione, flusso e temperatura dell'aria compressa IO-Link sono stati integrati nell'AMS HUB. Inoltre, l'AMS comprendeva a webstrumento di configurazione basato su per impostare il
parametri dell'unità AMS. Sebbene non utilizzata nel caso di studio iniziale, l'unità AMS era in grado di supportare un sensore IO-Link aggiuntivo (come punto di rugiada o vibrazione) che poteva essere collegato all'AMS HUB.
La Figura 3 mostra un ecosistema digitale in cui i dispositivi IO-Link sono collegati e monitorati utilizzando un sistema di gestione dell'aria (AMS) in una rete con topologia a stella.

AMS e OPCUA

I produttori di tutto il mondo stanno dando priorità alla necessità di digitalizzare i dati di fabbrica. L’avvento dell’Industria 4.0 ha spinto l’ambiente produttivo verso la comunicazione macchina-macchina o la comunicazione macchina-cloud per prendere decisioni migliori sulla produzione. Ciò rende OPC UA lo standard più diffuso al mondo per la connettività dati di automazione aperta, poiché è indipendente dal produttore, dalla piattaforma e dal linguaggio di programmazione. Grazie ai meccanismi di sicurezza integrati, OPC UA evita l'uso del Distributed Component Object Model (DCOM) ed elimina il middleware di traduzione. Gli AMS non richiedono l’utilizzo di dispositivi “Edge Computing” ma funzioneranno con architetture che li utilizzano.
Tecnologie e metodologie innovative come nuovi protocolli di trasporto, algoritmi di sicurezza, standard di codifica o servizi applicativi possono essere incorporati in OPC UA mantenendo la compatibilità con le versioni precedenti per i prodotti esistenti. I prodotti OPC UA realizzati oggi funzioneranno con i prodotti futuri.
Il sistema di gestione dell'aria nel nostro test aveva un server OPC UA integrato che forniva connettività dati sicura per l'integrazione diretta nella rete aziendale del cliente.

CASO DI STUDIO – CONDIZIONI DI BASE

Linea di produzione
Nella linea di riempimento bottiglie sono state configurate dieci macchine.
Le macchine erano numerate da 1 a 10 nell'ordine del processo produttivo; le funzioni delle macchine erano:

• Macchina 1 – Ribaltamento bottiglie
• Macchina 2 – Riordino bottiglie
• Macchina 3 – Etichettatura
• Macchina 4 – Riempimento
• Macchina 5 – Tappatura
• Macchina 6 – Selezione tappi
• Macchina 7 – Fardellatura
• Macchina 8 – Formatura di scatole di cartone
• Macchina 9 – Pesatura scatole
• Macchina 10 – Pallettizzazione
  Le ore annuali di operatività della struttura sono state 8760:
• 60 % – Modalità di produzione o Prodotto realizzato
• 38% – Modalità inattiva
• Nessun prodotto realizzato
• Macchine a piena pressione
• 2% – Modalità di isolamento
• Macchine senza pressione

Operazione

Nel tipico processo di produzione, le bottiglie vengono scaricate e ribaltate in un tamburo. Un trasportatore trasporta le bottiglie dal tamburo e le deposita in un riordinatore.
Le bottiglie vengono posizionate in posizione verticale, caricate nelle tasche su un trasportatore e spostate verso la riempitrice. Il prodotto viene erogato e i tappi della selezionatrice vengono indicizzati nella tappatrice mediante ugelli ad aria. La tappatrice applica i tappi e sigilla le bottiglie. Le bottiglie si muovono verso l'etichettatrice dove vengono applicate le etichette, e un gruppo di bottiglie viene poi termoretraibile prima di essere trasferito all'inscatolamento. Contemporaneamente, le scatole di cartone vengono montate sulla rispettiva macchina e le bottiglie avvolte vengono posizionate nelle scatole. Una pesa scatole confronta il peso delle scatole con lo standard e scarta pneumaticamente quelle non conformi. La scatola si sposta quindi alla stazione di pallettizzazione dove un gruppo di scatole viene termoretraibile su un pallet.

Ogni azione su ogni macchina è azionata pneumaticamente e comporta l'uso di numerosi componenti pneumatici. Qualsiasi incidente nel processo o una macchina in attesa (modalità inattiva) dell'arrivo del prodotto ancora ferma
consuma aria compressa in termini di perdite o scarichi.

• Per stimare il risparmio energetico e la riduzione delle emissioni di carbonio per un dato sistema, è importante considerare:
• Il consumo energetico specifico dei compressori (kW/CFM)
• I costi energetici dell’aria compressa ($/kWh)
• Il fattore di emissione di CO2 (kgCO2/kWh)
• Le ore annuali di funzionamento (vedi Tabella 1)
  

  Costo energetico ($/ft3)	0.0013
  Orario annuale di attività	8760
  Potenza specifica (kW/CFM)	0.2
  Fattore di emissione (kgCO2/kWh)	0.777

L'obiettivo per la riduzione dei costi dell'aria compressa è in genere il "consumo d'aria in modalità inattiva", che include le perdite interne della macchina, l'aria utilizzata per gli scarichi, l'aria utilizzata per raffreddare i motori elettrici e gli armadi elettrici e altre funzioni pneumatiche. Preoccupano anche i punti di pressione della macchina, le portate medie, massime e minime ed eventuali fluttuazioni.

Strumentazione

L'attività è iniziata con la scelta e l'installazione della strumentazione necessaria per misurare la pressione e il flusso dell'aria compressa per comprendere il consumo d'aria della macchina.

Misure di pressione e portata

Ogni macchina aveva un tubo di ingresso dell'aria da 1 pollice nella macchina. L'aria compressa scorreva da sinistra a destra attraverso un'unità di trattamento dell'aria opportunamente dimensionata con valvola limitatrice manuale della pressione residua. Misuratori di portata in linea e sensori di pressione sono stati installati all'ingresso dell'aria di tutte e 10 le macchine. I dati sul flusso d'aria e sulla pressione sono stati ottenuti utilizzando registratori di dati proprietari.
La tabella 2 mostra le letture della pressione sulle macchine in modalità produzione e in modalità inattiva. La tabella 3 mostra le letture del flusso sulle macchine in modalità produzione e in modalità inattiva.

Macchine	Modalità di produzione [PSI]	Modalità inattiva [PSI]
Macchina 1	103.0	100.3
Macchina 2	97.2	94.3
Macchina 3	94.3	91.4
Macchina 4	101.5	98.6
Macchina 5	97.2	94.3
Macchina 6	108.8	105.0
Macchina 7	94.3	93.0
Macchina 8	95.7	94.5
Macchina 9	94.3	93.5
Macchina 10	108.8	106.0

Tabella 2

Macchine	Modalità di produzione [CFM]	Modalità inattiva [CFM]
Macchina 1	11	7
Macchina 2	15	4
Macchina 3	5	2
Macchina 4	35	32
Macchina 5	13	12
Macchina 6	37	35
Macchina 7	21	15
Macchina 8	11	2
Macchina 9	2	0
Macchina 10	7	2

Tabella 3

Installazione dell'AMS

Le unità AMS valutate avevano un grado di protezione dall'ingresso (IP) pari a 65, che eliminava la necessità di un involucro protettivo. Sono stati installati come mostrato nella Tabella 4.

Numero macchina	Funzione della macchina	Configurazione dell'AMS
Macchina 1	Mancia	AMS-B, remoto
Macchina 2	Decifrare	AMS-B, base
Macchina 3	Etichettatura	AMS-B, remoto
Macchina 4	Riempimento	AMS-B, remoto
Macchina 5	Tappatura	AMS-B, remoto
Macchina 6	Selezione dei tappi	AMS-A, Base
Macchina 7	Avvolgimento termoretraibile	AMS-A, remoto
Macchina 8	Montaggio scatole di cartone	AMS-A, remoto
Macchina 9	Pesatura di scatole	AMS-A, remoto
Macchina 10	Pallettizzazione	AMS-A, remoto

Tabella 4

Altre considerazioni sull'installazione includevano:

• Integrazione digitale delle unità AMS
• Cavo di comunicazione (cavo Ethernet M12 -RJ45) per collegare l'unità base AMS a uno switch di rete e assegnare un indirizzo IP.
• Fornire alimentazione a 24 V CC alle unità AMS dalle macchine host
• Segnali di ingresso macchina per l'attivazione delle modalità standby e isolamento. In questo caso, per attivare la modalità standby e la modalità isolamento è stato utilizzato un segnale digitale che forniva lo stato della macchina.
• Architettura IIoT, come mostrato nella Figura 4
• Server OPC UA integrato
• Gateway IoT – con client OPC UA
• Data cloud – per l'elaborazione dei dati
• Software di visualizzazione dei dati
• Creazione dell'OPCUA tags, in modo che i client OPC UA possano accedere ai dati di pressione e portata

RISULTATI E DISCUSSIONE

Riduzione del consumo energetico in modalità inattiva Per stabilire innanzitutto le prestazioni di base, abbiamo misurato la pressione e il consumo di aria compressa su tutte e dieci le macchine della linea di produzione. Come previsto, non si è verificata alcuna riduzione significativa della pressione o del consumo d'aria da parte delle macchine durante la modalità di inattività.
La riduzione media della pressione tra la modalità di produzione e la modalità di inattività nell'intera linea, come osservato nella Figura 5, è stata del 2%.

Dopo l'installazione delle unità AMS sulle macchine, i dati sono stati analizzati approfonditamente dal software di visualizzazione dati proprietario del cliente. Le unità AMS hanno ridotto in modo semiautomatico la fornitura di pressione sulla macchina durante la tradizionale modalità di inattività della macchina attivando la modalità standby. L'utente ha definito la pressione secondaria (o la pressione in modalità standby) e la portata soglia sull'AMS web configuratore dopo aver compreso la pressione e il flusso di base
requisiti e funzioni pneumatiche della macchina. È evidente nella Figura 6 che la riduzione media della pressione sulla linea di produzione, a causa della modalità standby, è stata del 63%.

Non sono state apportate modifiche alla produttività né al normale funzionamento della macchina in modalità produzione. Le macchine beneficiano delle funzionalità di modalità standby e isolamento solo quando la produzione viene interrotta. La significativa riduzione della pressione contribuisce alla significativa diminuzione del consumo d'aria.
L'attivazione della funzione standby durante la modalità di inattività della macchina ha ridotto significativamente la domanda artificiale che altrimenti esisteva. Quando le macchine sono passate alla modalità di isolamento, non si è verificato alcun consumo, come mostrato nella Figura 7.

La Tabella 5 e la Tabella 6 (sottostanti) mostrano una diminuzione del 26% del consumo energetico annuo (da 230,570 a 170,719 kWh) nell'intera linea di produzione, realizzata installando un AMS e sfruttando tutti i vantaggitage delle funzionalità della modalità standby e della modalità isolamento. I risparmi sono stati ottenuti passando la linea di produzione in modalità di isolamento per il 36% dell'anno, rispetto allo stato precedente in modalità inattiva (in pausa sotto piena pressione) per il 38% dell'anno. Il calcolo del risparmio sui costi (vedere la Tabella 7 di seguito) sottrae il costo annuale dell'aria dopo l'installazione del sistema di gestione dell'aria dal costo annuale dell'aria compressa prima dell'installazione dell'AMS.

• $ = (consumo annuo [ft3]) × (USD/ft3)
• ROI = (investimento totale) / (risparmio sui costi annuali)
• kWh = [(kW/CFM) × 60] × (ft3)
• Riduzione delle emissioni = (kgCO2/kWh) × (kWh)
• $ = costo annuoft3=consumo d'aria annuo
• USD/ft3 = costo/piede cubo
• kW/CFM = potenza specifica
• kWh = risparmio energetico annuo
• kgCO2/kWh = fattore di emissione

Proposta di valore

Dalla Tabella 7 e dalla Tabella 8 riportate di seguito si può vedere che il valore del sistema di gestione dell'aria (AMS), basato solo sulla proposta di risparmio energetico, ha generato un ritorno sull'investimento (ROI) di poco più di un anno. Naturalmente, il risparmio sarà specifico per ciascuna applicazione e potrà variare notevolmente a seconda della portata di ogni singola macchina. Raccogliere dati di base e dare priorità a quelle macchine o linee di produzione che hanno il potenziale per generare un buon ritorno sull’investimento è sempre una buona strategia.
Tabella 7 – Caso finanziario

	Costo [USD]
Investimento totale	$ 30,000.00
Risparmio totale	$ 24,000.60
Periodo ROI (in anni)	1.
Periodo ROI (in mesi)	15.0

Tabella 5

Tabella 8 – Caso di sostenibilità
Risparmio energetico (kWh)	59,851
Risparmio Energetico (MWh)	60.
Riduzione di CO2 (kgCO2e)	46,501.

Tabella 6

CONCLUSIONE

Nonostante quanto accennato in precedenza, quantificare i risparmi aggiuntivi sui costi e gli incrementi di efficienza ottenibili utilizzando i dati generati da un sofisticato sistema di monitoraggio (AMS) va oltre lo scopo di questo documento.
Considera, tuttavia, che un AMS può fornire dati di pressione e flusso in tempo reale su ciascuna macchina. Tali dati possono essere utilizzati per identificare future esigenze di manutenzione prima che si verifichi un arresto della macchina o della linea. Come minimo, è possibile impostare un sistema di raccolta dati per fornire un allarme quando il flusso o la pressione media aumentano oltre un livello di base stabilito, segnalando la necessità di ispezione della macchina durante la successiva finestra di manutenzione programmata.
Un miglioramento allo scenario di cui sopra impiegherebbe un sistema SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) per “osservare i valori anomali” e confrontarli con i dati di base, segnalando ancora una volta la necessità di manutenzione (analisi dei dati). Si potrebbe ottenere una granularità ancora maggiore impiegando l'intelligenza artificiale (AI) per mappare i dati di pressione e flusso rispetto al sensore di movimento di una macchinafile. In tal caso, un aumento del flusso in un momento particolareamp potrebbe essere utilizzato non solo per identificare che si stava sviluppando una perdita, ma per specificare quale parte del circuito stava iniziando a guastarsi. Quindi le parti di riparazione potrebbero essere ordinate in anticipo e la manutenzione programmata quando conveniente.
Ognuna delle possibilità sopra descritte può fornire i dati necessari per eseguire la manutenzione predittiva, con l'obiettivo finale di tempi di inattività non programmati minimi o nulli. Sfortunatamente, i costi evitati derivanti da ritardi di produzione non programmati sono difficili da calcolare dall’esterno. È certo che ogni impianto di produzione ha un “costo di produzione persa” interno per ogni ora di fermo della produzione. Questi costi sono spesso significativi.
Dal punto di vista aziendale, la “digitalizzazione” apporta valore anche. Anche confrontare macchine simili in luoghi separati e ottenere un senso di produttività a livello aziendale ha un valore significativo.

ULTERIORI “TAKEAWAY”

• È possibile realizzare risparmi energetici significativi nei sistemi pneumatici monitorando, regolando e isolando in modo semiautomatico l'aria compressa.
• Un sistema di gestione dell'aria (AMS) può ridurre la domanda artificiale di aria compressa durante i periodi di non produzione.
• Una pressione controllata ramp La funzione evita improvvisi “strappi pneumatici” durante il ripristino dell'alimentazione di aria compressa alla macchina.
• Potenziali problemi dovuti a problemi di controllo elettrico non influenzeranno il sistema pneumatico poiché è possibile selezionare un AMS che funziona “Normalmente aperto (NO)”.
• Il consumo di flusso da parte delle macchine nella linea di produzione può essere convertito in energia (kWh) e costo energetico ($) ed essere correlato ai parametri di produzione, vale a dire la comprensione del consumo energetico per articolo prodotto, il costo del prodotto difettoso, il costo per turno a causa degli sprechi, ottimizzando così i processi produttivi.
• La porta IO-Link aggiuntiva sull'AMS può essere utilizzata per sensori di vibrazione, sensori di visione, sensori di punto di rugiada, ecc., per raccogliere dati su variabili di processo critiche.
• È possibile monitorare pressione, flusso, temperatura e altre variabili di processo per stabilire le condizioni di base per macchine e altri consumatori di aria compressa. Se le condizioni operative cambiano, l'utente ora informato può intraprendere azioni preventive.
• I dati ad alta risoluzione forniti da un AMS possono consentire il benchmarking di macchine e fabbriche. Gli utenti possono confrontare le macchine per imparare da esse e implementare le migliori pratiche a livello aziendale.
• L'installazione di un AMS (Figura 8) sul sistema pneumatico di una macchina e la valutazione del consumo d'aria sulla macchina portano a un consumo d'aria ottimizzato, una maggiore durata dei componenti pneumatici e un miglioramento del processo decisionale relativo al processo di produzione.

RIFERIMENTI

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   1-7, doi: 10.1109/ETFA.2014.7005141.

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Documenti / Risorse

Soluzioni di monitoraggio intelligenti e sostenibili di SMC per macchine ad azionamento pneumatico [pdf] Guida utente Soluzioni di monitoraggio intelligenti e sostenibili per macchine ad azionamento pneumatico, Soluzioni di monitoraggio intelligenti e sostenibili per macchine ad azionamento pneumaticoSoluzioni di monitoraggio sostenibili per macchine ad azionamento pneumatico

Riferimenti

• Manuale d'uso