Zbieranie danych z maszyn – CNC, stare maszyny, Industrial Edge

Zanim powstanie jakikolwiek wskaźnik, maszyna musi zacząć mówić. Budujemy warstwę zbierania danych dla całego parku – nowych sterowników, obrabiarek CNC i maszyn starszych od niejednego pracownika – tak, aby wszystkie raportowały w jednym formacie. Prace prowadzimy z naszym partnerem produkcyjnym z Turcji, a rozliczasz się z polską spółką.

Jak podłączyć stare maszyny

Maszyna bez sterownika albo ze sterowaniem zamkniętym nadal pokazuje na zewnątrz wszystko, co potrzebne. Cykl widać na styku stycznika napędu głównego, stan pracy na lampce kolumny sygnalizacyjnej, sztuki na czujniku indukcyjnym albo optycznym umieszczonym na ruchu roboczym, a różnicę między pracą a biegiem jałowym najuczciwiej pokazuje pomiar prądu przekładnikiem. Do tego dochodzi mały panel albo przycisk do zamykania przyczyn postoju, jeżeli maszyna ma wchodzić do raportu na równi z resztą.

Obowiązuje przy tym jedna zasada, od której nie odstępujemy: nie ingerujemy w obwody bezpieczeństwa ani w logikę sterowania maszyny. Sygnały pobieramy równolegle, przez oddzielone wejścia, więc dołożenie pomiaru nie zmienia sposobu, w jaki maszyna pracuje, i nie wymaga ponownej oceny zgodności. Jeżeli maszyna jest jeszcze na gwarancji producenta, zakres montażu uzgadniamy z nim przed rozpoczęciem prac.

Sterowania CNC – Sinumerik i pozostałe

Z obrabiarek zbieramy dane, których nie da się odtworzyć z licznika sztuk: nazwę i wersję uruchomionego programu, czas cyklu, stan wrzeciona i posuwu, korekty prędkości wprowadzane przez operatora, alarmy sterowania oraz czas pracy narzędzia. Sterowania Sinumerik udostępniają te dane przez serwer OPC UA, więc podłączenie nie wymaga ingerencji w układ. W maszynach starszych, gdzie takiej możliwości nie ma, wracamy do sygnałów opisanych wyżej i uzupełniamy je danymi ze sterownika obsługującego peryferia.

Sterowania innych producentów – Fanuc, Heidenhain, Mitsubishi – sprawdzamy dla konkretnej maszyny: wersja sterowania i wykupione opcje komunikacyjne decydują o tym, co jest dostępne. Wynik takiego sprawdzenia zapisujemy w ofercie maszyna po maszynie, zamiast obiecywać obsługę całej rodziny.

Siemens Industrial Edge i bramki IIoT

Dane muszą mieć gdzie się zatrzymać po drodze. Warstwę brzegową budujemy na urządzeniach Siemens Industrial Edge albo na przemysłowych bramkach IIoT montowanych na szynie DIN, zasilanych 24 V DC, w istniejącej szafie lub w osobnej skrzynce przy maszynie. Urządzenie brzegowe czyta sterownik przez S7 albo OPC UA, przelicza sygnały na zdarzenia, buforuje je lokalnie i publikuje dalej – najczęściej przez MQTT – do systemu monitorowania produkcji lub do bazy zakładowej.

Bufor jest ważniejszy, niż się wydaje. Zerwane łącze albo restart serwera nie może kasować godzin pracy zmiany, a przy kilkudziesięciu maszynach zdarza się to regularnie. Aplikacje na urządzeniach brzegowych aktualizujemy centralnie, więc dołożenie kolejnej maszyny nie oznacza wyprawy z laptopem po całej hali. Protokoły, które pobieramy najczęściej, to Simatic S7, OPC UA i Modbus TCP; pozostałe potwierdzamy na etapie oferty. Jeśli maszyna wymaga przy okazji nowego sterownika lub przebudowy szafy, jesteśmy już w zakresie modernizacji linii produkcyjnej.

Bezpieczeństwo sieci OT i zdalny dostęp

Zbieranie danych zawsze otwiera pytanie o sieć. Projektujemy tę warstwę tak, żeby nie powiększała powierzchni ataku: sieć sterowania oddzielona od biurowej, ruch przechodzący przez wskazane punkty, połączenia inicjowane z zakładu na zewnątrz, bez portów otwartych do internetu. Dostęp serwisowy jest imienny, włączany przez uprawnioną osobę po stronie zakładu na czas zadania i rejestrowany razem z tym, co zostało zrobione. Model stref i kanałów opisany w normie IEC 62443 traktujemy jako punkt odniesienia przy projektowaniu; nie prowadzimy audytów certyfikacyjnych i nie sprzedajemy certyfikatu.

To ma także wymiar formalny. Nowelizacja ustawy o krajowym systemie cyberbezpieczeństwa, wdrażająca dyrektywę NIS2, obejmuje obowiązkami część przedsiębiorstw produkcyjnych – jeżeli Twoja firma jest podmiotem objętym, każdy zdalny dostęp do maszyn musi dać się opisać, ograniczyć i wykazać podczas kontroli. Lepiej zaprojektować to przy podłączaniu danych niż tłumaczyć później. Zasady, które stosujemy, zbieramy w bazie wiedzy.

Co dalej z danymi

Warstwa danych sama w sobie niczego nie poprawia – jest podstawą pod cztery zastosowania, które zwykle idą w tej kolejności. OEE i przestoje: dostępność, wydajność i jakość liczone z sygnałów, przyczyny zamykane przy maszynie; to zakres strony o monitorowaniu produkcji i OEE. Utrzymanie ruchu: MTBF i MTTR dla maszyny i dla całego gniazda, przeglądy planowane według faktycznego czasu pracy zamiast według kalendarza. Energia: liczniki z wyjściem Modbus podłączone do tej samej warstwy pozwalają policzyć zużycie na sztukę lub na tonę i pokazać, ile kosztuje bieg jałowy. Śledzenie produkcji: powiązanie partii, zlecenia i nastaw maszyny, przydatne przy reklamacji i przy audycie klienta.

Wycena

Wyceniamy per maszyna, bo maszyna maszynie nierówna: sterownik z gotowym interfejsem to inny koszt niż prasa, do której trzeba dołożyć czujniki i skrzynkę. W ankiecie maszynowej pytamy o typ i rok sterowania, dostępne sygnały, odległość do najbliższego punktu sieci, warunki w miejscu montażu i okno, w którym można prowadzić prace. Na tej podstawie powstaje oferta z podziałem na sprzęt, montaż i konfigurację. Zaczynamy zwykle od kilku maszyn – to wystarczy, żeby sprawdzić założenia, zanim policzysz całą halę.