Urządzenia pomiarowe w automatyce przemysłowej

W obecnym świecie każde, w pełni zautomatyzowane przedsiębiorstwo produkcyjne posiada na swojej hali zaawansowane linie produkcyjne, które wytwarzają swoje produkty z niezwykle wysoką jakością i dokładnością. Żadna z tych rzeczy nie miałaby miejsca gdyby nie urządzenia pomiarowe w automatyce przemysłowej. Należące do systemu automatyki i sterowania przemysłowego odpowiadają za kontrolę, monitorowanie, raportowanie i nadzór w czasie rzeczywistym całego procesu produkcyjnego. W świecie trwającego przemysłu 4.0, gdzie skuteczność, precyzja i optymalizacja procesów są kluczowe dla osiągnięcia sukcesu, rola urządzeń pomiarowych w automatyce przemysłowej staje się praktycznie niezbędna, to właśnie dzięki nim możemy szybko i bezproblemowo skontrolować obecne problemy mające miejsce w procesie produkcyjnym. Przed zakupem i wyborem takiego urządzenia na nasza halę produkcyjną należy sobie zadać szereg właściwych pytań: czy maszyna jaką potrzebujemy będzie spełniać wszystkie nasze wymagania? Czy będzie pasować do naszych obecnych przenośników? Oraz czy będzie spełniać podstawowe standardy i certyfikaty?

Urządzenia pomiarowe: efektywność i wysoka jakość

Od jakiegoś już czasu pomiary w przemyśle umożliwiły łatwiejsze przekazywanie informacji produkcyjnych i przetwórczych przekazywane od jednego pracownika do drugiego; taka komunikacja oznacza, że postępy w praktyce produkcyjnej może postępować i rozprzestrzeniać się szybciej mając pozytywny wpływ na tempo i wiedzę pracowników.

Jednak czasy się zmieniają a postęp technologiczny pokazuje nam, że technologia zastępuje człowieka w wielu aspektach, nie inaczej jest w przypadku mierzenia i kontroli procesu produkcyjnego. Dane wielu firm pokazujących efektywność i wpływ maszyn na przełomie lat 2010-2015 pokazuje, że kompleksowe oprzyrządowanie i zautomatyzowane rejestrowanie danych w zakładach doprowadziło do znacznego skrócenia czasu zwłoki i przezbrojeń na linii. Tylko dzięki pomiarom w przemyśle możemy naprawdę poznać wydajność wykorzystania materiałów, maszyn lub procesów. Jest to zatem niezbędna podstawa do odpowiedniego zarządzania produkcją. Oczywiście pomiary są wartościowe tylko wtedy, gdy wykorzystujemy ich wyniki i wyciągamy z nich odpowiednie wnioski. W badaniach podstawowych wykorzystujemy je do potwierdzenia lub ulepszenia testowanej teorii. W przemyśle używamy ich lub powinniśmy ich używać, aby zmienić nasze planowanie produkcji lub warunki pracy zakładu w celu osiągnięcia lepszych wyników, zarówno pod względem wydajności, jak i jakości produktu.

Urządzenia pomiarowe: synergia miary i inteligencji ludzkiej

Gdy interpretacja pomiaru jest prosta, a działanie kontrolne łatwo zdefiniowane, od wielu lat jesteśmy w stanie zrezygnować z ludzkiej interpretacji i zastosować automatyczne sterowanie, jak w przypadku systemów sterowania z pojedynczą zmienną sprzężenia zwrotnego. Obecnie, dzięki komputerom analogowym i cyfrowym, możemy dokonywać bardziej złożonej interpretacji lub przetwarzania informacji pomiarowych i automatycznie określać wymagane działania kontrolne w okolicznościach, w których wcześniej musieliśmy wykorzystywać ludzką ocenę i umiejętności. Przez automatyzację rozumiem automatyczne określanie działań kontrolnych na podstawie informacji pomiarowych. Jest to tylko kwestia stopnia, w jakim komputer cyfrowy jest zaangażowany w przetwarzanie informacji. Warto też wspomnieć o interfejsach HMI, do których wiedza użytkownika jest niezwykle niezbędna aby maszyna mierząca mogła być odpowiednio użytkowana. Do jednych z zadań interfejsów HMI jest umożliwienie operatorom kontrolowanie i monitorowania procesów produkcyjnych w czasie rzeczywistym.

Jak dopasować urządzenia pomiarowe do potrzeb naszej firmy?

Aparatura pomiarowa to zbiór różnorodnych urządzeń, które umożliwiają pomiar i analizę różnych parametrów procesów przemysłowych, do takich urządzeń możemy zaliczyć najbardziej popularne występujące na rynku: czujniki, przetworniki, mierniki, wskaźniki, rejestratory, systemy wizyjne, oraz wiele więcej urządzeń mierzących. Przed wyborem  urządzenia należy jasno określić w jakim obszarze będzie się ono poruszało, dla przykładu, jeżeli chcemy zmierzyć ilość bąbelków, substancji konserwujących w butelkach aby nasze produkty mogły przejść weryfikację FDA, to naszą listę możemy zamknąć do takich urządzeń jak: termometrów, manometrów, barometrów, amperometrów, pH-metrów. Dzięki nim możliwe jest uzyskanie precyzyjnych danych na temat temperatury, ciśnienia, stężenia substancji chemicznych i innych istotnych parametrów potrzebnych nie tylko nam ale także instytucjom monitorującym zawartość naszych produktów spożywczych. W automatyce przemysłowej aparatura pomiarowa jest wykorzystywana do ciągłego monitorowania warunków pracy maszyn i linii produkcyjnych, co pozwala na wczesne wykrywanie awarii i zapobieganie potencjalnym problemom.

Kolejnym ważnym aspektem jest utrzymanie maszyny w odpowiedniej kondycji. Biegła kontrola i przeprowadzanie częstych testów na urządzeniach jest kluczowa aby spełniać podstawowe standardy. Prócz wykonywania analiz zgodnie z normą typu PN-EN ISO 12100 należy wykonywać regularne utrzymanie higieny oraz konserwacji sprzętu, który może przyczynić się do minimalizacji błędów pomiarowych oraz przedłużenia jego żywotności. Odpowiednie czyszczenie i kontrola stanu technicznego zapewniają optymalne funkcjonowanie urządzeń pomiarowych, co ma istotne znaczenie w utrzymaniu jakości i efektywności procesów przemysłowych. Jeżeli środki w przedsiębiorstwie nie pozwalają na dokładne czyszczenie i konserwowanie maszyny należy zwrócić się do odpowiedniej firmy usługowej wykonujące odpowiednie konserwacje na maszynach. Najlepszym rozwiązaniem jest zakup personalizowanej maszyny, która będzie spełniać standardy firmy i jednocześnie będzie prosta w realizowaniu zadań konserwacyjnych.

Pokrótce warto jeszcze wspomnieć o odpowiednim wyborze miejsca dla urządzenia mierzącego oraz jego precyzyjnego usytuowania na hali produkcyjnej. Jeżeli nasz zakład nie pozwala nam na umiejscowienie urządzenia mierzącego przez jego gabaryty, warto przemyśleć o relokacji i małej restrukturyzacji całej linii produkcji.

Odpowiednie standardy i certyfikaty urządzeń pomiarowych

Urządzenia pomiarowe w przemyśle podlegają różnym certyfikatom i standardom, aby zagwarantować ich jakość, bezpieczeństwo oraz zgodność z wymaganiami przemysłowymi. Do przedsiębiorstw, które powinny pamiętać o takich certyfikaty należą chociażby branże farmaceutyczne, spożywcze, oraz kosmetyczne. Należy jednak zapamiętać, że konkretne certyfikaty i standardy, które są wymagane dla danych maszyn, mogą się różnić w zależności od sektora przemysłu, lokalnych regulacji oraz rodzaju pomiarów, które urządzenie ma przeprowadzać. Do podstawowych certyfikatów, o których warto wspomnieć należą chociażby takie jak:

• ISO 9001:2015 – Standard ten odnosi się do systemów zarządzania jakością. Certyfikacja ISO 9001 potwierdza, że producent maszyn mierzących wprowadza i utrzymuje system zarządzania jakością.
• ISO/IEC 17025:2017 – Ten standard określa ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i pomiarowych. Certyfikacja ISO/IEC 17025 potwierdza zdolność laboratorium do przeprowadzania precyzyjnych i wiarygodnych pomiarów.
• CE Marking (Oznakowanie CE) – W Unii Europejskiej (oraz innych obszarach, które przyjęły tę zasadę), maszyny mierzące muszą spełniać wymogi dyrektyw unijnych dotyczących bezpieczeństwa. Znak CE jest więc zapewnieniem, że dana maszyna przeszła odpowiednie analizy i spełnia wymogi bezpieczeństwa na każdym etapie użytkowania od transportu poprzez montaż i uruchomienie aż po ew. złomowanie. IMI Polska wydaje deklaracje zgodności na wszystkie swoje maszyny oraz linie produkcyjne.
• UL Listing (Listing UL) – W Stanach Zjednoczonych, UL (Underwriters Laboratories) jest organizacją certyfikującą, która ocenia bezpieczeństwo urządzeń. Certyfikat UL Listing oznacza, że dany produkt został przetestowany i spełnia odpowiednie normy bezpieczeństwa. Dlatego jeżeli twoja firma mierzy w rynek Ameryki Północnej, warto zaopatrzyć się maszynę właśnie z takim certyfikatem.
• NIST Traceability – W USA, Narodowy Instytut Standaryzacji i Technologii (NIST) jest odpowiedzialny za ustanawianie standardów pomiarowych. Wymaganie „NIST traceability” oznacza, że urządzenie ma precyzyjne i śledzone kalibracje zgodne z systemem NIST.
• VIM (Vocabulary in Metrology) – Standard ten określa terminologię i definicje stosowane w metrologii (nauce o pomiarach). Zapewnia spójność i jednoznaczność w komunikacji na temat urządzeń i wyników pomiarowych.
• „Dyrektyw Nowego Podejścia” – Dyrektywa Maszynowa 2006/42/WE –  Głównym celem Dyrektywy Maszynowej jest zapewnienie, że maszyny i urządzenia mechaniczne wprowadzane na rynek UE spełniają określone standardy bezpieczeństwa. Dyrektywa stanowi zbiór wymagań technicznych i procedur oceny zgodności, które producenci lub dostawcy muszą przestrzegać przed wprowadzeniem produktów do obrotu.

Zgodnie z aktualnie obowiązującymi przepisami za certyfikacja CE maszyn oraz wydania deklaracji zgodności WE odpowiada producent maszyny. Deklaracja ta to niejako oświadczenie producenta, że dane urządzenia pomiarowe spełnia wymagania „Dyrektyw Nowego Podejścia” (dla maszyn jest to Dyrektywa Maszynowa 2006/42/WE) oraz wytycznych które są określone w tzw. normach zharmonizowanych.

Podsumowanie

Technologia pomiarowa stosowana w przemyśle jest pewnego rodzaju guru linii i procesów produkcyjnych. Stała się ona istotnym i przeplatającym się składnikiem ogólnej technologii działania i kontroli przemysłowego procesu produkcyjnego. Ma to znaczący wpływ na działalność organizacji zaangażowanych w rozwój i produkcję przyrządów oraz na szkolenie technologów przyrządów. Nauka i technologia pomiarowa mają niewątpliwie znaczenie same w sobie. Dzięki mechanizacji i wykorzystaniu ogromnych maszyn, takich jak walcarki ciągłe, możemy produkować ogromne ilości taśmy stalowej na jednostkę zatrudnionego operatora. Oczywiście w takich zastosowaniach występuje duży nakład zasobów w postaci paliwa i inwestycji kapitałowych w maszyny, które zasadniczo są wytwarzane wysiłkiem człowieka. Ważne jest, aby zdać sobie sprawę, że omawiając produktywność, odnosimy się do produkcji jako funkcji całkowitego wkładu zasobów, a nie tylko produkcji na człowieka na maszynie.

1. Relokacja maszyn i urządzeń
2. SCADA: Bezpieczny nadzór procesu produkcyjnego
3. Czym jest OEE? Korzyści z jego monitorowania
4. Dyrektywa Maszynowa – obowiązki producenta, odpowiedzialność pracodawcy
5. Zabezpieczenia nadprądowe
6. Robot spawalniczy
7. Automatyzacja produkcji
8. Automatyka przemysłowa
9. Prefabrykacja szaf sterowniczych – dlaczego warto stosować standardy?
10. Projektowanie instalacji elektrycznych – maszyny
11. Kim jest integrator automatyki przemysłowej?
12. Zastosowanie robotów przemysłowych w różnych branżach i gałęziach przemysłu
13. Projektowanie i budowa maszyn przemysłowych
14. Linie produkcyjne i technologiczne
15. Certyfikacja maszyn CE
16. Analiza ryzyka, jego ocena oraz redukcja