Internet of Things (IoT) – przykłady, urządzenia, systemy

Czym jest Internet rzeczy (IoT) w przemyśle?

IoT (ang. Internet of Things) to pojęcie opisujące sieć połączonych ze sobą urządzeń, które mogą wzajemnie się komunikować, gromadzić i wymieniać informacje, a także podejmować autonomiczne decyzje w określonych scenariuszach. W środowisku przemysłowym (często określanym mianem Industrial IoT lub IIoT) dotyczy to m.in.:

• maszyn produkcyjnych (np. robotów, obrabiarek),

• urządzeń kontrolno-pomiarowych (czujników, systemów wizyjnych),

• układów pneumatycznych i hydraulicznych,

• systemów zasilania oraz linii montażowych.

Głównym założeniem IIoT jest ciągłe monitorowanie stanu maszyn (condition monitoring), analiza danych w czasie rzeczywistym, a następnie wykorzystanie informacji do optymalizacji procesów, predykcji awarii i redukcji kosztów utrzymania ruchu.

IoT a Przemysł 4.0 – kluczowe korzyści dla zakładów produkcyjnych

Wprowadzenie technologii IoT do przemysłu stanowi fundament koncepcji Przemysł 4.0, która zakłada zintegrowaną, cyfrową i elastyczną produkcję. Korzyści z tego płynące to m.in.:

1. Predykcyjne utrzymanie ruchu (Predictive Maintenance)

   Dzięki monitoringowi w czasie rzeczywistym można wcześnie wykryć potencjalne problemy – np. wzrost wibracji siłownika, nienaturalnie wysoką temperaturę zaworu czy spadek ciśnienia w układzie. To przekłada się na unikanie nieplanowanych przestojów i obniżenie kosztów serwisu.

2. Poprawa jakości i wydajności

   Analiza danych o pracy maszyn pozwala na bieżąco identyfikować wąskie gardła produkcyjne oraz reagować, np. poprzez zmianę parametrów sterowania. W efekcie rośnie jakość wyrobów, a spada ilość braków.

3. Elastyczna produkcja

   Układy sterowania oparte na wymianie danych z maszynami w sieci IoT ułatwiają szybką rekonfigurację linii produkcyjnych pod nowe produkty czy zmieniające się wielkości zamówień.

4. Zwiększone bezpieczeństwo

   Czujniki w systemach IoT informują o nieprawidłowych warunkach pracy (np. przekroczone temperatury lub ciśnienia), dzięki czemu można zapobiec niebezpiecznym sytuacjom i ochronić pracowników oraz infrastrukturę.

Pneumatyka w kontekście IoT – dlaczego to tak ważne?

Systemy pneumatyczne są powszechnie wykorzystywane w różnego rodzaju aplikacjach przemysłowych: od prostych manipulatorów i linii pakujących, przez automatyzację montażu, aż po zaawansowane roboty współpracujące z ludźmi (coboty). Ponieważ pneumatyka bazuje na sprężonym powietrzu, kluczowe jest:

• Monitorowanie ciśnienia, przepływu i jakości powietrza,

• Kontrola pracy siłowników i zaworów,

• Wykrywanie wycieków (co wpływa na koszty i efektywność),

• Zarządzanie stanem filtrów, osuszaczy i innych podzespołów.

Wprowadzenie rozwiązań IoT pozwala na integrację tych danych z ogólnym systemem zarządzania produkcją (MES, SCADA), co dostarcza informacji w czasie rzeczywistym o stanie całego przedsiębiorstwa. W rezultacie możliwa jest nie tylko szybsza reakcja na ewentualne usterki, ale też długofalowa optymalizacja całej infrastruktury sprężonego powietrza.

Przykłady urządzeń i systemów IoT w pneumatyce

A) Inteligentne czujniki i siłowniki

Nowoczesne siłowniki pneumatyczne są często wyposażone w inteligentne czujniki pozycji (np. Festo CMMO-ST w przypadku napędów elektrycznych albo cyfrowe czujniki zbliżeniowe dla siłowników pneumatycznych). Czujniki te potrafią gromadzić dane dotyczące:

• Liczby cykli pracy,

• Dokładnej pozycji tłoka,

• Rozkładu ciśnień podczas posuwu,

• Dynamiki ruchu (przyspieszenie, prędkość).

Te informacje mogą być wysyłane do systemów nadrzędnych poprzez sieć przemysłową (Profinet, EtherCAT, IO-Link). W przypadku odchyleń od normy (np. nadmierne drgania, zbyt długi czas ruchu), system IoT generuje alerty, umożliwiając interwencję zanim dojdzie do awarii.

B) Zawory i wyspy zaworowe z interfejsem sieciowym

Wiele układów pneumatycznych korzysta z tzw. wysp zaworowych (ang. valve terminals), które integrują kilka zaworów w jednym module. W rozwiązaniach IoT te moduły są wyposażone w:

• Cyfrowy interfejs komunikacyjny (np. IO-Link, Ethernet/IP, Profinet),

• Wbudowany system diagnostyki (monitoring błędów, ciśnienia, stan zaworów),

• Funkcjonalność automatycznego raportowania w przypadku niesprawności.

Przykładowo, wyspy zaworowe Festo potrafią wymieniać się danymi na temat cykli przełączeń, ciśnienia zasilania czy temperatury. Pozwala to operatorowi nadzorować pracę zaworów z poziomu aplikacji SCADA lub systemu chmurowego.

C) Systemy monitoringu przepływu i wycieków

W przemyśle istotnym problemem mogą być mikrouszkodzenia instalacji (np. pęknięcia węży) powodujące wycieki sprężonego powietrza. Czujniki przepływu i ciśnienia zamontowane w kluczowych węzłach pozwalają wykryć nieszczelności w czasie rzeczywistym, generując alarm lub automatycznie przełączając układ na rezerwową linię zasilania, aby zapobiec przestojom.

D) Bramy IoT i oprogramowanie do analizy danych

Aby scentralizować gromadzone dane, w układach przemysłowych coraz częściej stosuje się bramy IoT (IoT gateways), łączące lokalne sieci przemysłowe z chmurą. Oprogramowanie (np. Festo Cloud, systemy SCADA, platformy Big Data) analizuje dane, przedstawia je na intuicyjnych dashboardach i wspiera prognozowanie usterek czy planowanie prac serwisowych.

Oferta Festo w zakresie IoT

Festo jest jednym z liderów w dziedzinie automatyki i pneumatyki przemysłowej, aktywnie rozwijającym rozwiązania wpisujące się w koncepcję Industrial IoT. W portfolio Festo znajdziemy m.in.:

1. Wyspy zaworowe z interfejsem sieciowym

   Linie produktów takie jak VTEM (Motion Terminal) czy CPX/MPA umożliwiają dwukierunkową komunikację z systemami nadrzędnymi, a także wbudowaną diagnostykę stanu zaworów.

2. Napędy elektryczne i serwopneumatyczne

   Oprócz klasycznych siłowników pneumatycznych firma Festo oferuje napędy elektryczne (np. EPCO, EMCA) z wbudowanymi enkoderami i kontrolerami, co pozwala na precyzyjne sterowanie ruchem oraz zbieranie szczegółowych danych.

3. Czujniki i systemy diagnostyki

   Festo posiada w ofercie m.in. inteligentne czujniki zbliżeniowe, czujniki przepływu, wyłączniki krańcowe i inne elementy pomiarowe przeznaczone do integracji w sieciach przemysłowych.

4. Oprogramowanie i usługi chmurowe

   Festo rozwija narzędzia programistyczne, konfiguratory online i platformy do zdalnej analizy danych (przykładowo usługi typu Condition Monitoring).

5. Szkolenia i doradztwo

   Firma słynie z rozbudowanej oferty edukacyjnej: prowadzi kursy i seminaria w swoich centrach szkoleniowych, pomagając inżynierom wdrażać technologie IoT w automatyce przemysłowej.

Przykłady wdrożeń IoT z wykorzystaniem pneumatyki

1. Linia pakująca w branży spożywczej

Czujniki przepływu i ciśnienia wykrywają nadmierne zużycie sprężonego powietrza, co może wskazywać na wyciek, zużyte uszczelki czy nieprawidłowy montaż węża. Wyspa zaworowa Festo z komunikacją IO-Link integruje się z systemem SCADA, który wizualizuje stan zaworów i ostrzega o ich przeciążeniu.

2. Automatyzacja montażu w sektorze automotive

Inteligentne siłowniki elektryczne z napędem serwo od Festo zapewniają płynne sterowanie i gromadzenie danych o liczbie wykonanych cykli, prędkości czy siłach działających na siłownik. Zebrane dane pozwalają na planowanie konserwacji i szybką wymianę zużywających się komponentów.

3. Instalacje w przemyśle chemicznym

Specjalistyczne czujniki analizują warunki środowiskowe (temperatura, wilgotność), a zawory typu On/Off (odcinające) monitorowane są zdalnie w celu zapobiegania awariom na linię produkcyjną. W razie wykrycia nieprawidłowości (np. spadku ciśnienia w instalacji) system IoT automatycznie alarmuje operatora i może odciąć newralgiczną część instalacji.

Wyzwania i przyszłość IoT w pneumatyce

Choć Industrial IoT oferuje ogromne możliwości, przedsiębiorstwa muszą zmierzyć się z pewnymi wyzwaniami:

• Bezpieczeństwo i ochrona danych - Konieczność zabezpieczenia sieci przemysłowych przed atakami cybernetycznymi.

• Standaryzacja protokołów komunikacyjnych - wiele fabryk korzysta z różnych rozwiązań, co utrudnia ich integrację (choć powszechność EtherCAT, Profinet czy IO-Link znacznie to ułatwia).

• Niezawodność sieci - w środowisku przemysłowym sieci bezprzewodowe (Wi-Fi, 5G) narażone są na zakłócenia, dlatego kluczowe jest stosowanie sprawdzonych i solidnych technologii przesyłu danych.

• Koszty i kompetencje - inwestycje w IoT często wymagają modernizacji infrastruktury i przeszkolenia personelu. Jednak długofalowe korzyści w postaci ograniczenia przestojów i wzrostu efektywności zazwyczaj przewyższają początkowe wydatki.

Autor:
Piotr Szmit
Product Manager
Pneumat.

Autor:
Piotr Szmit
Product Manager
Pneumat.