De l’intérieur : Un regard plus approfondi sur le CONNECT

“Première règle de l’ingénierie ; attention aux prototypes.  De même, évitez tout ce qui est fait par un ingénieur qui n’a pas tous ses propres doigts”.   Simon R. Green

De l’intérieur : Un regard plus approfondi sur le CONNECT

Par Tim Clark, président et ingénieur

Nous aimons tous les gadgets et les outils. Quand on est ingénieur dans l’âme, on a envie de tripoter quelque chose. Vous voulez résoudre un problème soit en le décomposant pour en déterminer la cause, soit en concevant un outil pour le résoudre. Chez DECIDE4ACTION, c’est l’un de mes rôles… résoudre des problèmes. Je le fais depuis plus de 25 ans et surtout dans le domaine du logiciel.

Les clients viennent nous voir pour trouver une solution à un problème, ou pour nous demander vraiment “Pouvons-nous faire ceci” ou “Comment pouvons-nous faire cela ? Nous proposons des solutions simples et rentables qui répondent aux questions ou problèmes prioritaires. Nous aidons les fabricants à saisir des données et à surveiller les opérations, les processus et les équipements, et ce depuis avant la sortie de Windows et des années avant la mise en service d’Internet.

Et c’est l’approche que j’ai adoptée pour partager plus de détails sur nos solutions. Les ingénieurs aiment les détails. Ils ne lisent pas toujours les instructions, mais ils veulent des détails et des raisons pour “pourquoi” lorsqu’ils évaluent la technologie et le matériel.

Ce billet est le premier d’une série qui offre un aperçu plus technique et conceptuel de nos outils d’amélioration des processus tels que la surveillance de la production, la gestion des informations de laboratoire, le contrôle de la qualité, l’assurance qualité et la gestion de la conformité. Ce qui suit est un aperçu de notre solution CONNECT, un dispositif facilement déployable qui vous permet de vous interfacer avec n’importe quel équipement afin qu’il puisse rapidement faire partie du parc d’équipements surveillés.

RÉSUMÉ : POURQUOI ACHETER ET POURQUOI METTRE EN ŒUVRE

Répondons à la question principale : “Pourquoi acheter et/ou pourquoi mettre en place ce dispositif”. De mon point de vue, si je suis directeur d’usine, je choisirais les appareils CONNECT pour deux raisons principales : La conception et la flexibilité.

CONCEPTION

Nous avons construit le CONNECT pour qu’il soit une solution peu coûteuse pour la capture et la surveillance des machines. Et nous avons beaucoup réfléchi à la conception de l’appareil réel en termes d’utilisation dans le monde réel. Les ingénieurs et les opérateurs remarqueront rapidement la “facilité d’utilisation”. Le raccordement des capteurs sera beaucoup plus facile que prévu. Nous avons des têtes à deux rangées avec des borniers à connexion rapide et des bornes dédiées pour l’alimentation des capteurs.

Le CONNECT a été conçu autour du Raspberry Pi Compute Module 3, une version de support à long terme du populaire ordinateur monocarte Raspberry Pi qui est maintenant la plateforme de calcul la plus populaire pour le développement des IOT avec plus de 12,5 millions de cartes vendues au cours des 5 dernières années. Le module de calcul fournit l’architecture de base du Pi normal dans un facteur de forme flexible destiné aux applications industrielles.

En général, les signaux numériques associés aux capteurs industriels détruisent un dispositif Pi à la framboise sans conditionnement approprié du signal. Nous l’avons reconnu et nous nous sommes donc assurés que les entrées et les sorties numériques étaient protégées pour les signaux DC jusqu’à 30 VDC.

FLEXIBILITÉ

Le CONNECT offre des services d’entrée/sortie numériques et analogiques. Il peut se connecter à un appareil série qui possède une interface RS-232. En gros, il peut fonctionner avec à peu près n’importe quel appareil et peut communiquer par à peu près n’importe quelle méthode : Ethernet 10/100 câblé, Ethernet sans fil, Bluetooth et même LoRa.

Nous avons intégré Raspberry Pi dans un dispositif industriel pour créer une unité de surveillance des données qui peut être personnalisée et utilisée par les utilisateurs et les développeurs d’une organisation. Le but était d’éviter de créer une restriction à l’exploitation de sa puissance et de ses fonctionnalités. Nous voulions créer une passerelle afin de favoriser l’innovation et le progrès.

LE BON CHOIX 

C’est l’appareil idéal pour les fabricants de toute taille qui recherchent une solution économique et avancée de surveillance des machines et de saisie des données. Cet appareil capture et analyse les données avec précision et ne nécessite pas de dépenses d’investissement pour la mise à niveau des équipements ou l’achat de logiciels monstrueux. Tout fonctionne dans ce dispositif intégré et il commence à collecter et à analyser les données dès qu’il est connecté à la machine.Téléchargez le PDF.

EN SAVOIR PLUS SUR LE CONNEXION par DECIDE4ACTION

T

Cet appareil de qualité industrielle offre la fiabilité d’un automate programmable et la flexibilité d’un appareil basé sur PC dans une plate-forme suffisamment robuste pour l’usine et suffisamment puissante pour répondre à tous les besoins de gestion de la supervision. Et il fait bien plus que se connecter à un capteur ou à une machine. Le CONNECT fournit ce qui est disponible dans un ordinateur de bureau : un système d’exploitation standard complet, une interface graphique, des capacités complètes de mise en réseau, des fonctions de serveur web, le transfert de fichiers et la possibilité d’héberger des bases de données relationnelles sur le module lui-même. De plus, le CONNECT est équipé de Linux OS et de la technologie Raspberry Pi, avec sa communauté de soutien mondiale.

Nous avons conçu ce dispositif en nous basant sur quelques principes simples :

  1. Fournir des capacités d’E/S et de communication étendues de niveau industriel
  2.  Maximiser son ingéniosité
  3.  Faciliter l’installation, le déploiement et la maintenance
  4.  Faciliter l’utilisation
Capacités d’OI et de communication accrues

Le CONNECT est équipé d’une interface HDMI, d’un port Ethernet 10/100 filaire, d’un port sans fil 802.11, d’une interface réseau IoT LoRa Alliance, de 4 ports USB, de 4 sorties numériques, de 4 entrées numériques et de 2 entrées analogiques. Le système est alimenté par un seul adaptateur d’alimentation 24 VDC. Loin au-dessus de ce qui est généralement fourni par les dispositifs de surveillance concurrents de type OEE, et même au-dessus de ce qui est attendu au minimum, le CONNECT s’intègre à divers types d’équipements.

Les logiciels et les capacités de communication associés aux systèmes à base de microprocesseurs de la génération précédente étaient auparavant restrictifs en raison de la faible quantité de mémoire et de l’absence de véritable système d’exploitation. Les communications étaient limitées à des connexions en série comme le RS232 ou le RS435 ou peut-être l’Ethernet qui était limité à 10 Mbps. Tout cela a été très lent jusqu’à ce que les technologies modernes Ethernet filaire et sans fil se répandent.

Intrants et extrants

Par rapport aux dispositifs similaires utilisés par d’autres fournisseurs de systèmes de l’OEE, nous sommes passés de deux entrées et sorties numériques typiques à quatre chacune. Nous voulions que le CONNECT puisse interagir directement avec les dispositifs d’alerte de l’opérateur, tels que les feux de cheminée. En outre, le CONNECT peut interagir directement avec plus d’un capteur ou d’une machine à la fois, c’est-à-dire des capteurs de vibration et de température, des compteurs de production et de rejets, des machines de remplissage et de bouchage, etc.

Les quatre ports USB permettent au CONNECT de collecter plus facilement les données et de les distribuer à d’autres solutions. Il peut prendre en charge plusieurs dispositifs connectés par USB, soit directement, soit par l’intermédiaire d’adaptateurs USB. Il est ainsi encore plus facile de connecter le laboratoire à la chaîne de production. Avec le laboratoire et les équipements de test tels que les balances, les couplemètres, etc., la collecte de données n’est plus limitée par les ports RS232. Certains des équipements les plus modernes offrent désormais des connexions Ethernet ou USB directes.

Communications

Doté de multiples options pour se connecter aux réseaux ou directement à Internet, le CONNECT a éliminé la nécessité de faire passer des lignes CAT-5/6 coûteuses à chaque appareil. Grâce à ses capacités filaires, sans fil et Bluetooth, cet appareil peut plus facilement partager et transférer des données capturées soit directement sur Internet, soit sur des réseaux internes ad hoc à courte portée, sans offrir d’exposition à l’Internet public. De plus, le CONNECT est avant-gardiste en étant compatible avec le réseau LoRa Alliance de l’IdO. L’Alliance LoRa les réseaux étendus de faible puissance (LPWAN) IoT grâce au développement et à la promotion de la norme ouverte LoRaWAN.

Maximiser la débrouillardise

En général, nous utilisons les E/S pour surveiller l’état des dispositifs, c’est-à-dire les interrupteurs, les capteurs de proximité, etc. Dans le passé, si vous enregistriez et analysiez des données, vous disposiez de fichiers texte plats ou de fichiers CSV. Vous deviez les envoyer ailleurs pour pouvoir extrapoler des chiffres.

Nous avons construit le CONNECT pour qu’il soit plus solide et moins cher que les petits PC fonctionnant sous Windows. Les appareils se trouvent sur le réseau et reçoivent les données directement de la machine. Et avec les bases de données SQL actuelles, nous avons la possibilité d’utiliser rapidement une technologie familière pour non seulement saisir des données, mais aussi les analyser et commencer à tirer des informations de l’analyse. En se connectant directement à une machine, The CONNECT supprime le besoin de claviers et d’écrans. De plus, grâce à la sortie HDMI, l’appareil peut être directement connecté à de grands écrans LCD pour être utilisé pour l’affichage numérique et les commentaires des opérateurs. Le retour d’information est non seulement instantané, mais aussi immédiatement visible.

Pour le CONNECT, notre approche était simple. Nous avons commencé avec un module de calcul standard basé sur Raspberry Pi. Tout ce qui concerne le processeur, la mémoire, le stockage, etc. se trouve sur un module ayant le même facteur de forme qu’une clé de mémoire. Il suffit de le brancher sur la carte d’accouplement. Il s’agit donc d’un appareil très économique, de type “prêt à l’emploi”.

De plus, nous avons abordé la plus grande préoccupation : la mémoire limitée. Le module de calcul 3 est maintenant disponible avec 1 Go de RAM et 8, 16 ou 32 Go de mémoire flash EMMC. Lorsque vous utilisez la distribution Linux Headless, 4 Go de mémoire suffisent. Cependant, lorsque vous souhaitez utiliser une interface graphique ou prendre en charge des bases de données et d’autres systèmes d’extension de système d’exploitation, la mémoire peut devenir un problème. Pour obtenir et exploiter le retour d’information des opérateurs en ligne, il était essentiel d’étendre la disponibilité de la mémoire.

Caractéristiques supplémentaires

La définition de débrouillardise est la capacité à trouver des moyens rapides et intelligents de surmonter les difficultés. Avec le CONNECT, nous avons examiné les autres problèmes qui pourraient survenir et nous avons cherché à construire un dispositif permettant d’atténuer et d’éviter les problèmes grâce aux caractéristiques suivantes

  • Personnalisable – Le CONNECT est adaptable et flexible pour presque tous les cas d’utilisation. Par exemple, il est facilement personnalisable en fonction de la période d’échantillonnage des données. L’appareil peut également être configuré pour répondre à des situations uniques grâce à la variété des connexions telles que WiFi, Bluetooth, LoRa et les entrées numériques, analogiques et USB. De plus, en utilisant Raspberry Pi et sa vaste communauté de soutien, les organisations ayant leurs propres équipes de développement pourront créer leurs propres applications et intégrations pour répondre au mieux à leurs besoins.
  • Aide à la programmation – On nous demande de travailler avec toutes sortes de dispositifs et de machines, chacun ayant des capacités d’interaction et de connexion différentes. C’est pourquoi nous prenons en charge une multitude de langages de programmation : C/C++, Python, HTML, CSS, Javascript et plus encore.
  • Alimentation – Notre appareil comprend une seule alimentation en courant continu de 24 volts. Cela signifie que c’est comme un adaptateur de tablette. La version actuelle exige que l’alimentation soit disponible localement pour que l’appareil soit actif. L’appareil peut également être fourni dans un boîtier étanche pour être placé dans des zones humides ou lavables.
  • Connaissance de l’état – Nous avons inclus trois LED d’état pour que chacun puisse facilement savoir si la machine est active et fonctionne. Les voyants d’état indiquent si l’appareil est sous tension, si l’application est en cours d’exécution et si l’appareil est connecté au Cloud ou au Web. Aucun affichage au clavier n’est nécessaire pour voir l’état de santé de la machine.
  • Horloge interne en temps réel – Le CONNECT est doté d’une horloge en temps réel alimentée par une batterie pour maintenir la date et l’heure correctes pendant les coupures de courant.
  • Capacités d’expansion – Notre plan consiste à intégrer d’autres technologies et logiciels avancés. Par exemple, nous avons un partenariat avec la technologie d’intelligence artificielle NanoEdge de Cartesiam. Cette technologie place l’intelligence artificielle à la pointe du progrès et permet l’apprentissage machine par lui-même au lieu de lui donner d’abord un ensemble de règles. Avec The CONNECT, le dispositif sera à la pointe, c’est-à-dire qu’il sera directement connecté à une machine ou à un capteur, et l’algorithme de l’I.A. sera également à la pointe. Cela permet une capture et une analyse plus rationnelles des données pour produire des renseignements en temps réel.

Facile à installer, à déployer et à entretenir

Tout le monde veut une solution complète de surveillance de la production comme le SCADA pour ses opérations. Cependant, la plupart des installations intègrent un vaste éventail de machines le long des lignes de production, c’est-à-dire des machines intelligentes ou des machines avec des affichages et des connexions numériques, ainsi que des machines ou des équipements analogiques sans moyen intégré de communiquer avec le monde extérieur.  Quel que soit le type ou l’âge des machines, nous pouvons placer un dispositif CONNECT et inclure certains de nos capteurs, si nécessaire, et commencer immédiatement à collecter des données pour cette machine. Une fois que cela est en place, cette machine est incluse dans la ligne SCADA et une surveillance complète d’une ligne de production existe.

Câblage simplifié

Nous avons conçu le dispositif pour qu’il soit rapidement installé et pour éviter les difficultés habituelles. Les ingénieurs de l’installation ont généralement du mal à connecter le câblage. Le CONNECT est équipé de connecteurs Phoenix, des bornes à vis unique qui permettent des connexions rapides. Nous fournissons également des points de connexion aux entrées et ils ont également des connexions d’alimentation et des connexions de terre. Cela permet une installation de câblage très propre. Il se prête également à une maintenance aisée. Par exemple, il est facile de remplacer le boîtier s’il est endommagé

Nuage, SaaS ou sur site

La conception du CONNECT permet à DECIDE4ACTION de proposer différents déploiements. Les installations peuvent choisir entre des déploiements en mode cloud, en mode SaaS ou sur site. L’appareil lui-même héberge les données qu’il collecte et l’application permettant d’analyser les données capturées et collectées. Ces données sont hébergées et sauvegardées soit dans le nuage DECIDE4ACTION, soit à un emplacement spécifique du client. Le dispositif a également la capacité de faire fonctionner le système en utilisant une base de données locale pour servir de tampon de données au cas où les connexions au nuage seraient irrégulières. Les clients ont la possibilité de personnaliser la configuration et de synchroniser le calendrier avec le nuage.

Framboise Pi

L’un des plus grands avantages du CONNECT est qu’il est construit autour de la framboise Pi. Cela permet à DECIDE4ACTION de fournir un matériel moins coûteux, ainsi qu’une adaptabilité et une flexibilité. Raspberry Pi offre des avantages tels qu’une énorme communauté de soutien qui aide à mesure que les technologies et les intégrations évoluent. Le dispositif CONNECT tire également profit d’autres avantages de Raspberry Pi :

  • Petite taille – cet ordinateur est minuscule, ce qui permet à CONNECT de minimiser son empreinte
  • Broches GPIO – cela permet à CONNECT de s’interfacer avec des appareils du monde réel, de l’électronique, des capteurs, des machines, etc.
  • Efficacité énergétique – ce système peut fonctionner 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 car il nécessite très peu d’électricité

Facile à utiliser

Le CONNECT est extrêmement simple à utiliser. Du point de vue du service informatique interne, les préoccupations sont uniquement l’accès à l’électricité et à l’Internet via WiFi ou Ethernet. Une fois en place, connecté à la ou aux machines et enregistré sur la plateforme DECIDE4ACTION, l’appareil commence à capturer des données.

Les organisations peuvent le monter sans tête, sans interface utilisateur. Une organisation a la possibilité d’héberger un serveur web local qui permettrait alors aux employés et aux opérateurs de se rendre à l’appareil et de se connecter au serveur web via WiFi ou Bluetooth. Aucune interface numérique n’est nécessaire car les opérateurs peuvent utiliser leurs tablettes ou leurs téléphones portables configurés pour visualiser les données et les informations. Le port HDMI du CONNECT permet une connexion directe à un écran d’affichage. Les données capturées et collectées deviennent un retour d’information en temps réel qui peut être partagé entre les équipes de production et l’usine.

Grâce aux entrées analogiques et numériques directes, l’appareil peut se connecter directement à des équipements tels que des capteurs de vibrations et de température. La machine se connecte directement aux tableaux et un ensemble de lampes de poche peut être connecté. Les alertes de l’opérateur se produisent directement à partir de l’appareil, sans avoir besoin de claviers ou d’écrans.

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