I automatizovaná výroba má slepá místa. Bezdrátové senzory je pomáhají odstranit

Moderní výrobní linky sázejí na robotizaci a automatizaci. Přesto na nich stále zůstávají „slepá místa“, kde informace získává člověk pohledem – kontroluje zásobu materiálu, ověřuje přítomnost kontejneru, zjišťuje, zda je skladová pozice volná. Bezdrátové senzory Wilsen od společnosti Pepperl + Fuchs tento paradox odstraňují a umožňují i tato místa digitalizovat, a to bez enormních rozpočtů a rozsáhlých zásahů do existující infrastruktury.

Robotizace výroby je obvykle spojována s průmyslovými roboty, autonomními mobilními roboty AMR, automaticky řízenými vozíky AGV nebo sofistikovanými výrobními linkami. Jejich efektivní fungování však v praxi závisí na dostupnosti přesných informací ve správný čas. „Technicky jde o relativně jednoduché sdělení typu volno či obsazeno, plno nebo prázdno, ale tyto zdánlivě jednoduché úkony často brání plné automatizaci podniku. V řadě stávajících provozů je totiž automatické získání těchto informací drahé, protože instalace kabelové senzoriky bývá složitá a u pohybujících se prvků často ani není možná. Řešením tedy může být právě bezdrátová senzorika,“ vysvětluje Jaroslav Nekolný, jednatel společnosti Pepperl + Fuchs.

Automatizace závisí nejen na robotech

Typickým příkladem je výrobní logistika. Automaticky řízený transportní systém potřebuje před příjezdem vědět, zda je cílové místo volné. Výrobní linka potřebuje informaci, zda má dostatek materiálu. Logistika zase musí včas zjistit, že je Kanban box prázdný nebo že zásoba komponentů dosáhla minimální úrovně. Tyto klíčové detaily stále často zajišťuje člověk vizuální kontrolou nebo ručním zadáním do systému, což přináší riziko chyb a neefektivní prostoje.

Proč firmy tyto body neosadí klasickými senzory? Zatímco u nových staveb lze kabeláž naplánovat předem, u existujících závodů znamená dodatečná instalace technickou i finanční zátěž. Právě na takové situace reaguje platforma bezdrátových senzorů Wilsen společnosti Pepperl + Fuchs. Její princip spočívá v propojení průmyslové senzoriky, bateriového napájení a bezdrátové komunikace LoRaWAN.

Základním prvkem systému je bateriově napájená centrální jednotka. Ta napájí připojené senzory a naměřená data prostřednictvím bezdrátové sítě LoRaWAN předává nadřazenému systému nebo IoT platformě. Zařízení je naprosto autonomní – nepotřebuje přívod proudu ani komunikační kabely. Ze standardního snímače se tak stává nezávislý zdroj dat pro IoT. „K tomu se přidávají další dvě výhody oproti kabeláži. Tou první je, že není nutná odstávka. Dodatečná instalace kabeláže znamená zásah do běžícího provozu, u bezdrátového řešení nikoli. Druhou výhodou je hledání poruch. V případě závady nemusíte složitě hledat, kde na vedení nastal problém, což se stává často,“ doplňuje Nekolný. Bezdrátová technologie navíc umožňuje automatizovat jednotlivé kontrolní body postupně a bez zásadní přestavby zařízení.

Od Kanban boxu k autonomní logistice

Příkladem je využití v zásobování výroby. Na montážní pracoviště jsou v Kanban boxech dodávány komponenty. V tradičním procesu pracovník kontroluje stav zásob nebo prázdné boxy sbírá podle stanoveného harmonogramu. Může ale přijet příliš brzy nebo naopak pozdě. Bezdrátový senzor sleduje přítomnost boxu nebo dosažení definovaného stavu. Informace je přenesena do nadřazeného systému, který ji může ihned využít k plánování dalšího zásobování.

Podobný princip lze aplikovat na skladovací pozice. Ještě před příjezdem autonomního vozíku či robota lze automaticky zjistit, zda je cílové místo skutečně volné. U zásobovacího kontejneru lze zase sledovat jeho naplnění a rozhodovat o doplnění nebo odvozu. „Senzor Wilson.sonic na bázi ultrazvuku například snímá naplnění odpadního kontejneru a přes síť LoRaWAN posílá informaci do svozového vozu nebo na dispečink. Tam podle toho plánují efektivní trasy svozu odpadu,“ uvádí příklad využití jednoho ze senzorů Nekolný.

Wilsen.node umožňuje připojit dva senzory, přičemž oba kanály mohou pracovat nezávisle. Podle charakteru aplikace lze využít například indukční senzor pro kovové objekty nebo kapacitní senzor pro nekovové materiály, plastové nádoby či kartonové krabice. Jedna platforma tak může pokrýt rozdílné detekční úlohy.

Verze Wilsen.valve bezdrátově signalizuje polohu ventilů, kterých je v provozech velké množství. „Senzor pozná přesné natočení ventilu a bezdrátově odešle informaci,“ vysvětluje jednatel Pepperl + Fuchs. „Pro obsluhu to znamená konkrétní změnu stavu. Na dispečinku na displeji s vizualizací ventilů vidí, které jsou otevřené a které zavřené. Operátor tak může snadno zkontrolovat stav v reálném čase,“ dodává.

Dlouhá životnost a kilometrový dosah

Bezdrátová komunikace v průmyslu vyžaduje specifický přístup. Wi‑fi je vhodná pro velké datové toky, ale má krátký dosah a vysokou spotřebu. Pro senzory přenášející pouze jednoduché stavové informace je nevhodná. Pepperl + Fuchs proto vsadil na mezinárodní otevřený standard LoRaWAN, který vyniká dlouhým dosahem a velmi nízkou spotřebou energie. „LoRaWAN je zabezpečená platforma podobná GSM, ale optimalizovaná pro přenos malých dávek dat na velké vzdálenosti,“ vysvětluje Nekolný. „Senzor v logistice nemusí každou vteřinu vysílat signál, že Kanban box stojí na místě. Stačí odeslat informaci v intervalech, nebo jen při změně stavu. Díky tomu je bezdrátový systém neuvěřitelně energeticky úsporný.“

Pepperl + Fuchs u platformy Wilsen uvádí životnost baterie až deset let v závislosti na konkrétním použití a nastavení. Dosah komunikace může činit několik kilometrů. Kromě samotných měřených hodnot mohou být do nadřazeného systému přenášena také diagnostická data a informace o stavu zařízení. Firma si může vybudovat vlastní uzavřenou vnitřní síť, čímž je zaručena stoprocentní kybernetická bezpečnost všech dat.

Robustní pouzdro s krytím IP66/67 a provozní teplotou od ‑25 do +70 °C umožňuje využití nejen uvnitř výrobních závodů, ale také ve venkovních nebo jinak náročných podmínkách.

Automatizace a robotizace

Stáhněte si přílohu v PDF

Automatizovat tam, kde to dává smysl

Při rozhodování o automatizaci nemusí být nejdůležitější otázkou, zda lze daný úkon technicky automatizovat. Podstatnější je dosáhnout automatizace s úměrnými náklady a bez nepřiměřených zásahů do fungujícího provozu. Právě zde se bezdrátová senzorika může uplatnit nejvíce. Důležité je také správně určit, jak často jsou data skutečně potřeba.

Bezdrátový systém s nízkou spotřebou není náhradou vysokorychlostní komunikace pro řízení stroje v reálném čase. Jeho síla je naopak v situacích, kdy stačí spolehlivě vědět, že se změnil stav, byla překročena určitá hodnota nebo nastal čas provést další logistickou operaci. „Takový přístup může změnit ekonomiku menších automatizačních projektů. Namísto rozsáhlé modernizace celého provozu lze postupně digitalizovat konkrétní místa, kde chybějící informace způsobuje zbytečnou manuální práci, čekání nebo neefektivní logistické pohyby,“ zdůrazňuje Nekolný.

Častým strašákem digitalizace bývá náročnost zprovoznění. Platforma Wilsen je však navržena s důrazem na jednoduchost. K její konfiguraci slouží bezplatná mobilní aplikace, se kterou se jednotka spojí lokálně, případně lze parametry upravovat dálkově přes příslušný kanál sítě LoRaWAN.

Další krok k autonomní výrobě

Skutečně autonomní výroba nevzniká pouze instalací většího počtu robotů. Stejně důležité může být odstranění malých informačních mezer mezi nimi. Právě dostupnost dat zůstává v mnoha provozech jednou z překážek další automatizace.

Přitom nemusí jít o revoluční projekt s obrovským rozpočtem. Díky bezdrátové senzorice mohou firmy postupovat evolučně – krok za krokem digitalizovat konkrétní úzká hrdla výroby a propojovat slepá místa do jednoho funkčního celku.

Článek byl publikován ve speciální příloze HN Automatizace a robotizace.