This post is also available in: English (angielski)
Współczesne procesy produkcyjne są coraz bardziej skomplikowane, jednocześnie klienci wymagają wyższej jakości produktów, przy jak najniższej cenie. Sytuacja taka powoduje wzrost znaczenia optymalizacji procesów. Ponieważ technologie, produkty i wymagania zmieniają się coraz szybciej, technolodzy mają coraz mniej czasu, aby poznać proces i optymalizować go wyłącznie na podstawie własnego doświadczenia. Z drugiej strony bardzo często procesy są zautomatyzowane i szczegółowo opomiarowane, dzięki czemu dysponujemy dużą ilością danych dokładnie opisujących procesy.
W takiej sytuacji po prostu nie można odrzucić szansy wspomagania decyzji wynikami nowoczesnej analizy danych. Analiza danych może być wykorzystywana do optymalizacji procesów w różny sposób i dotyczyć bardzo wielu aspektów zarządzania procesami. Możemy wykrywać zakłócenia w procesie, znajdować przyczyny wpływające na problemy, z jakością, dobierać optymalne ustawienia dla procesu, porównywać różne procedury wytwarzania i wiele innych.
Warto zauważyć, że w procesy, a co za tym idzie w ich optymalizację, zaangażowane jest wiele osób mających różne zadania, przygotowanie i uprawnienia. W związku z tym narzędzie analizy danych powinno umożliwiać współpracę wielu osób, zapewniać kontrolę dostępu, łatwe korzystanie z danych i wyników. Projekt badawczy zakłada stworzenie dwóch platform pomiarowych: zestawu do badania przepływów i mini linii produkcyjnej. W pierwszym przypadku zestaw będzie odwzorowywał przepływ cieczy i powietrza, szczególnie istotny we wszelkiego typu reaktorach chemicznych gdzie wykorzystuje się powietrze do mieszania substancji.
W drugim przypadku zestaw będzie odwzorowywał pracę linii produkcyjnej, po której będą przemieszczały się przedmioty (produkty). Przedmioty te będą podlegały identyfikacji na podstawie znaczników RFID (ang. Radio-Frequency IDentification), jak również przy pomocy technik detekcji obrazu. Zestaw ten również wykorzystując czytniki biometryczne będzie zapewniał kontrolę dostępu do sterowania urządzeniem.
Rys. 1. Schemat budowy sondy pomiarowej w elektrycznej tomografii pojemnościowej.
Nadrzędnym problemem występującym w opisywanej technice obrazowania, jest pomiaru pojemności rzędu fF. Współczesne konstrukcje tomografów, realizują pomiar pojemności wykorzystując metodę „ładuj-rozładuj” (ang. charge-discharge). Polega ona na cyklicznym ładowaniu i rozładowaniu kondensatora, przy jednoczesnej rejestracji prądu ładowania, który jest wprost proporcjonalny do mierzonej pojemności.
Tomografia pojemnościowa znajduje szerokie zastosowanie w przemyśle energetycznym i petrochemicznym.. Wykorzystywana jest głównie do kontroli ilościowej i jakościowej materiałów transportowanych w rurociągach. Do jej głównych zalet można zaliczyć wysoką szybkość tworzenia obrazów tomograficznych, łatwość montażu systemu pomiarowego, jak również niski poziom skomplikowania. Alternatywnie stosuje się techniki bazujące na promieniowaniu rentgenowskim lub też falach ultradźwiękowych, jednakże rozwiązanie tego typu są kosztowne i kłopotliwe w realizacji.
Rozwój tomografii pojemnościowej jest ściśle związany z rozwojem algorytmów i metod rekonstrukcji obrazu. Pomimo wielu sukcesów możliwości aplikacyjne tej metody nie są w pełni wykorzystane. Powodem takiego stanu rzeczy jest brak jednolitych standardów, które umożliwiłby pełne wykorzystanie potencjału tej techniki obrazowania.
Koncepcja sprzętowa zestawu do badania przepływów
Podstawę platformy pomiarowej stanowi zestaw do badania przepływów wielofazowych. Schemat zestawu widoczny jest na poniższym rysunku (rys. 2).
Elektryczna tomografia pojemnościowa- opis technologii
Elektryczna tomografia pojemnościowa (ang. Electrical Capacitance Tomography – ECT) jest techniką obrazowania wynalezioną w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku. Została ona stworzona w celu określenia dystrybucji materiałów (płynów) wewnątrz zamkniętych przestrzeni na podstawie pomiarów pojemności wzajemnej powierzchniowych elektrod otaczających badany obiekt. W typowych układach pomiarowych wykorzystuje się od 8 do 16 elektrod symetrycznie rozmieszczonych na obwodzie cylindrycznego pojemnika (rury), jak zostało to przedstawione na poniższym rysunku.
Rys. 2. Model zestawu do badania przepływów wielofazowych. Zaznaczone na rysunku elementy to: 1 – zbiornik wyrównawczy, 2 – zbiornik zabezpieczający, 3 – przepustnica, 4 – pompa obiegowa, 5 – elementy przeźroczyste (elektrody pomiarowe), 6 – stelaż stalowy, 7 – elementy nie przezroczyste (PVCU), 8 – przyłącze sprężonego gazu (powietrza), 9 – zawór spustowy.
Konstrukcja zestawu umożliwia badania przepływów wertykalnych jak również horyzontalnych. Zastosowanie elementów sterownych takich jak: przepustnica, pompa obiegowa czy też elektrozawory (powietrza), umożliwiają dokładne powtarzalne odtwarzanie warunków pomiarowych. Dodatkowo taka konfiguracja pozwala na badania przepływów przeciwprądowych, bardzo istotnych z punktu widzenia zastosowań w rzeczywistych instalacjach przemysłowych.
Zastosowanie elementów przeźroczystych pozwala na równoległe prowadzenie kontroli przepływu metodami detekcji obrazu. Jednocześnie zestaw ten umożliwia badania korelacyjne ECT z wykorzystaniem dwóch zestawów elektrod pomiarowych. Prezentowany układ pomiary służy nie tylko do badania różnego rodzaju przepływów wielofazowych, ale przede wszystkim do rozwoju algorytmów wykorzystywanych w elektrycznej tomografii pojemnościowej.
Jednym z głównych celów tych badań jest stworzenie jednolitego systemu, który zapewni optymalizację i kontrolę procesu produkcyjnego. Poniższy rysunek (rys. 2) przedstawia schemat systemu, w którego skład wchodzi system detekcji optycznej oparty na przemysłowych kamerach IP i system tomografii pojemnościowej.
Rys. 3. Schemat systemu pomiarowego zestawu do badania przepływów.
Zastosowanie jednocześnie dwóch technik badawczych (tomografii i detekcji optycznej) pozwoli na dokładną kontrolę odtwarzanych procesów produkcyjnych.
Koncepcja sprzętowa zestawu linii produkcyjnej
Główną częścią systemu pomiarowego jest zamknięta (owalna) płytkowa linia produkcyjna o regulowanej prędkości przesuwu. Poniższy rysunek przedstawia schemat układu pomiarowego (rys. 3).
Główną częścią systemu pomiarowego jest zamknięta (owalna) płytkowa linia produkcyjna o regulowanej prędkości przesuwu. Poniższy rysunek przedstawia schemat układu pomiarowego (rys. 3).
Rys. 4. Schemat systemu pomiarowego linii produkcyjnej.
W skład systemu pomiarowego wchodzą kamery IP, czytnik RFID, czytniki biometryczne i system zapisu obrazu (DVR). Kontrola dostępu do panelu sterowania linii produkcyjnej zapewniona jest przez system czytników biometrycznych, które na podstawie odcisku palca „pracownika” będą uprawniały do dokonywania zmian np. prędkości przesuwu. System detekcji optycznej podobnie jak w poprzednim rozwiązaniu oparty jest na kamerach IP.
Obraz wideo z kamer będzie analizowany w czasie rzeczywistym rozpoznając wędrujące przedmioty po ich charakterystycznych cechach np.: kształt, rozmiar, kolor. Jednocześnie obraz będzie zapisywany na macierzy dyskowej. Dodatkowa identyfikacja przedmiotów będzie realizowana za pomocą programowalnych znaczników RFID umieszczonych na ich powierzchni. Taki system będzie zapewniał nie tylko dokładne odwzorowanie w mikro skali zakładu produkcyjne, ale również będzie stanowił bazę rozwoju szybkich algorytmów.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, skontaktuj się z nami. Chętnie odpowiemy na wszystkie pytania i znajdziemy rozwiązanie idealne dla twojego biznesu.
Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej.