Kraft Food si avvale del Graphical System Design per il rilevamento e l’analisi intelligente dei guasti macchina sulle linee di confezionamento
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Author(s):
A. Sarwal - HANDERPORTAL SYSTEM
Industry:
Consumer Goods
Products:
LabVIEW, PXI/CompactPCI
The Challenge:
Sviluppare strumenti avanzati di manutenzione e diagnostica per rilevare i guasti, ottimizzando la produzione e riducendo il tempo di fermo dei macchinari.
The Solution:
Utilizzare LabVIEW e i componenti hardware commerciali di National Instruments per realizzare uno strumento diagnostico per le macchine di confezionamento.
"L’ambiente LabVIEW di National Instruments per la progettazione grafica di sistemi è stato il fattore chiave dell’applicazione, perchè ha permesso di sviluppare rapidamente la piattaforma di rilevamento e analisi real-time."
Malfunzionamenti, rallentamenti e altri disservizi sono disagi che colpiscono tutte le linee di produzione. La velocità di queste macchine rende difficile isolare i problemi e le cause dei blocchi, e altri tipi di arresto imprevisto vengono spesso mal interpretati dagli operatori di linea e non vengono registrati o caratterizzati. In un sistema complesso, tipicamente, un problema o un malfunzionamento ne causa nuovi altri, creando un effetto domino che rende difficile l'identificazione della causa originale. Inoltre, è possible che i problemi si presentino senza regolarità o nell’arco di un periodo di tempo lungo, rendendone difficile l’identificazione.
Per risolvere il problema, i ricercatori di una delle maggiori industrie alimentari a livello mondiale, hanno realizzato il sistema ROME (Remote Observer of Manufacturing Equipment), una soluzione che ricostruisce gli eventi che hanno causato l'arresto del sistema. Simile alle scatole nere a bordo degli aerei, ROME è uno strumento diagnostico progettato per essere di supporto alle macchine che lavorano in campo alimentare. Il sistema combina segnali dati e video, usando diverse telecamere, e fornisce un insieme di dati formattati temporalmente.
ROME è il risultato del nostro AMS (Advanced Manufacturing Systems), un approccio sviluppato dai nostri ricercatori per risolvere i problemi che riducono l’efficienza dei macchinari, creando uno strumento avanzato di diagnostica e manutenzione per ottimizzare le prestazioni della linea e ridurre il tempo di fermo. ROME offre tutti gli strumenti necessari per l’acquisizione corretta di segnali video e dati analogici e digitali, nonchè i requisiti per l'analisi di questi dati al fine di rilevare problemi gravi quali arresti bruschi di macchinari che operano ad alta velocità, rallentamenti o inefficienze della linea di produzione.
Il sistema ROME dispone almeno di due telecamere a colori ad alta risoluzione, con inquadratura fissa e capacità di acquisizione da 30 a 60 fotogrammi al secondo. ROME è in grado di alloggiare fino a 256 ingressi digitali (input di tensione otticamente isolati da 5 a 250 VDC/VAC) e 16 segnali analogici da 4-20 mA (risoluzione a 12-bit) Il sistema è dotato di clock real-time ed è stato progettato senza output per eliminare la possibilità di influenzare il comportamento del sistema di controllo del macchinario.
I dispositivi di acquisizione immagini ad alta velocità permettono a ROME di acquisire fino a 10 secondi di filmato in corrispondenza di un trigger digitale o di un guasto rilevato, per effettuare successive analisi. ROME è in grado di acquisire dati in continua per un numero complessivo di 80 “eventi” da 10 secondi, mantenendo un buffer di 10 secondi; ciò significa che in qualsiasi istante è disponibile il filmato relativo ai 10 secondi precedenti. Inoltre, ROME può monitorare i macchinari dotati di qualsiasi tipo/marca di PLC (programmable logic controller). Il sistema originale ROME è stato aggiornato a ROME-2. Entrambe le applicazioni sono state sviluppate da Handeportal Systems.
Un prototipo di ROME-2 è stato sviluppato, testato in laboratorio e installato su una linea di produzione reale. Il sistema continua a fornire benefici su varie linee di produzione e rappresenta ormai un riferimento come strumento di rilevamento/diagnostica di guasti in grado di ottimizzare l’efficienza complessiva dei macchinari.
Per realizzare il sistema abbiamo utilizzato dei componenti hardaware commerciali di National Instruments e siamo riusciti a sviluppare un prototipo con circa 20.000 $. La realizzazione originale è stata effettuata da consulenti esperti nella programmazione real-time di sistemi di acquisizione dati e robot per la visione. Poichè l’utilizzo di un’interfaccia fisica può risultare nocivo alla linea di produzione, per ROME-2 è stata sviluppata un'interfaccia customizzata. Per fornire un meccanismo non invasivo a ROME, i segnali di acquisizione dati vengono trasmessi in modalità multiplex per permettere di identificare i trigger digitali dai LED ad alta risoluzione del sistema di controllo dell’impianto.
Infine, l'aggiunta di un hard disk FireWire® fornisce una risorsa di archiviazione inseribile a caldo, in grado di salvare numerose sequenze di trigger per eventi di guasto e permettere agli addetti d’impianto di estrarre a caldo il disco ed eseguire l’analisi dei dati e dei guasti. Lo scopo principale di questo strumento consiste nel garantire un notevole contenimento dei costi, riducendo il tempo di fermo delle macchine e supportando il concetto di manutenzione predittiva.
L’ambiente grafico di progettazione LabVIEW di National Instruments ha rappresentato il componente chiave di questa applicazione perchè ha permesso di sviluppare rapidamente la piattaforma di rilevamento e analisi real-time. Poichè NI LabVIEW è compatibile con diversi sistemi operativi, siamo riusciti a prototipare in ambiente Windows e distribuire su un sistema operativo real-time all'interno dei controller embedded PXI di National Instruments. L’hardware commerciale di National Instruments ha fornito componenti standard robusti che hanno consentito la distribuzione in ambienti industriali difficili. Inoltre, il supporto tecnico offerto da ingengeri ed esperti del prodotto si è rivelato utile nella soluzione di problemi specifici relativi a questa applicazione
Post Elaborazione
La fase meticolosa di post elaborazione degli eventi acquisiti da ROME viene gestita da un programma chiamato DataViewer, basato sulla piattaforma X86 Microsoft .NET. L’interfaccia grafica consente di analizzare passo-passo i fotogrammi video sincronizzati con i segnali provenienti dal buffer dati degli eventi.
Sono disponibili risoluzioni multiple e gli utenti possono indicare un insieme di segnali di interesse da visualizzare. Questa applicazione viene distribuita a tutti gli analisti di un dato impianto. Gli utenti possono utilizzare l’analisi off-line per comprendere le cause di una riduzione di operatività avvenuta in certe condizioni o di un funzionamento irregolare nel tempo; inoltre, si possono avvalere della raccolta dati on-line per mettere a confronto il funzionamento di un sistema di riferimento in condizioni ottimali con uno per il quale si hanno indicazioni di anomalie in corso. Questo tipo di confronto fornisce un mezzo efficace per la previsione di guasti che sarebbero altrimenti difficili da rilevare.
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