“Eerste regel van engineering: pas op voor prototypes. Samen met, vermijd alles wat gemaakt is door een ingenieur die niet al zijn eigen vingers heeft.” Simon R. Green

Van binnenuit: Een kijkje in de CONNECT

Door Tim Clark, voorzitter en ingenieur

We houden allemaal van gadgets en gereedschap. Als je een ingenieur in hart en nieren bent, wil je graag ergens aan prutsen. Je wilt een probleem oplossen door het af te breken om de oorzaak te achterhalen of door een tool te ontwerpen om het probleem op te lossen. Bij DECIDE4ACTION is dit een van mijn taken… problemen oplossen. Ik doe dit al meer dan 25 jaar en meestal op het gebied van software.

Klanten komen naar ons op zoek naar een oplossing voor een probleem, of vragen “Kunnen we dit doen?” of “Hoe kunnen we dit doen?”. Wij leveren eenvoudige, kosteneffectieve oplossingen die de prioritaire problemen aanpakken. We helpen fabrikanten bij het vastleggen van gegevens en het bewaken van activiteiten, processen en apparatuur en doen dit al voordat Windows werd uitgebracht en jaren voordat het internet bekend werd.

En dit is de aanpak die ik gebruik om meer details over onze oplossingen te delen. Ingenieurs houden van details. Ze lezen misschien niet altijd instructies, maar ze willen de details en de redenen voor het “waarom” bij het evalueren van technologie en hardware.

Deze post is de eerste in een reeks die meer technische en ontwerpinzichten biedt over onze hulpmiddelen voor procesverbetering, zoals productiemonitoring, labinformatiebeheer, kwaliteitscontrole, kwaliteitsborging en nalevingsbeheer. Wat volgt is een blik van binnenuit op onze CONNECT-oplossing, een eenvoudig te implementeren apparaat waarmee je een interface kunt maken met alle apparatuur, zodat het snel deel kan uitmaken van de bewaakte apparatuur.

SAMENVATTING: WAAROM KOPEN EN WAAROM IMPLEMENTEREN

Laten we de belangrijkste vraag beantwoorden: “Waarom dit apparaat kopen en/of implementeren?” Vanuit mijn perspectief, als ik een fabrieksmanager ben, zou ik de CONNECT-apparaten kiezen om twee belangrijke redenen: Ontwerp en flexibiliteit.

ONTWERP

We hebben de CONNECT ontworpen als een goedkope oplossing voor het vastleggen en bewaken van machines. En we hebben veel aandacht besteed aan het ontwerp van het apparaat zelf in termen van gebruik in de praktijk. Ingenieurs en operators zullen het “gebruiksgemak” snel opmerken. Het aansluiten van sensoren zal veel eenvoudiger zijn dan verwacht. We hebben headers met twee rijen met snel aan te sluiten aansluitklemmen en speciale aansluitklemmen voor de voeding van sensoren.

De CONNECT is ontworpen rond de Raspberry Pi Compute Module 3, een versie met langdurige ondersteuning van de populaire Raspberry Pi single board computer die nu het populairste computerplatform is voor IOT-ontwikkeling met meer dan 12,5 miljoen verkochte kaarten in de afgelopen 5 jaar. De Compute Module biedt de basisarchitectuur van de normale Pi in een flexibele vormfactor bedoeld voor industriële toepassingen.

Normaal gesproken zullen digitale signalen van industriële sensoren een Raspberry Pi-apparaat kapotmaken zonder de juiste signaalconditionering. Dat wisten we, dus hebben we ervoor gezorgd dat zowel de digitale ingangen als uitgangen beveiligd zijn voor DC signalen tot 30 VDC.

FLEXIBILITEIT

De CONNECT bedient zowel digitale als analoge IO. Hij kan verbinding maken met een serieel apparaat met een RS-232 interface. In principe kan het met zowat elk apparaat spelen en op zowat elke manier communiceren: Bedraad 10/100 Ethernet, draadloos Ethernet, Bluetooth en zelfs LoRa.

We hebben Raspberry Pi in een industrieel apparaat gestopt om een gegevensmonitoringeenheid te maken die kan worden aangepast en gebruikt door de gebruikers en ontwikkelaars van een organisatie. We wilden geen beperkingen opleggen aan het gebruik van zijn kracht en functionaliteit. We wilden een gateway creëren zodat innovatie en vooruitgang kunnen worden gestimuleerd.

DE JUISTE KEUZE

Dit is het juiste apparaat voor fabrikanten van elk formaat die op zoek zijn naar een kosteneffectieve, geavanceerde oplossing voor machinebewaking en gegevensvastlegging. Dit apparaat registreert en analyseert gegevens nauwkeurig en vereist geen kapitaaluitgaven voor het upgraden van apparatuur of het aanschaffen van gigantische software. Alles draait in dit embedded apparaat en het begint met het verzamelen en analyseren van gegevens zodra het op de machine is aangesloten. Download de PDF.

MEER OVER DE CONNECT door DECIDE4ACTION

Dit industriële apparaat biedt de betrouwbaarheid van een PLC en de flexibiliteit van een pc-gebaseerd apparaat in een platform dat robuust genoeg is voor de fabrieksvloer en krachtig genoeg voor alle toezichthoudende managementbehoeften. En het doet veel meer dan alleen verbinding maken met een sensor of een machine. De CONNECT biedt wat een desktopcomputer ook biedt: een volledig standaard besturingssysteem, GUI, volledige netwerkmogelijkheden, webserverfaciliteiten, bestandsoverdracht en de mogelijkheid om relationele databases op de module zelf te hosten. Bovendien beschikt de CONNECT over Linux OS en Raspberry Pi-technologie met zijn wereldwijde ondersteuningsgemeenschap.

We hebben dit apparaat ontworpen op basis van een paar eenvoudige principes:

1. Uitgebreide industriële IO en communicatiemogelijkheden bieden
2. Maximaliseer zijn vindingrijkheid
3. Gemakkelijk te installeren, implementeren en onderhouden
4. Maak het gebruiksvriendelijk

Uitgebreide IO en communicatiemogelijkheden

De CONNECT heeft HDMI, 10/100 bedraad ethernet, 802.11 draadloos, een IoT LoRa Alliance netwerkinterface, 4 USB-poorten, 4 digitale uitgangen, 4 digitale ingangen en 2 analoge ingangen. Het systeem wordt gevoed door een enkele 24 VDC voedingsadapter. De CONNECT is veel beter dan wat doorgaans wordt geleverd door concurrerende bewakingsapparatuur van het OEE-type, en zelfs beter dan wat minimaal wordt verwacht, en integreert met een verscheidenheid aan soorten apparatuur.

Eerdere software en communicatiemogelijkheden van systemen met een microprocessor van een eerdere generatie waren beperkend vanwege de kleine hoeveelheden geheugen en het ontbreken van een echt besturingssysteem. Communicatie was beperkt tot seriële verbindingen zoals RS232 of RS435 of misschien Ethernet dat beperkt was tot 10 Mbps. Het was allemaal erg traag totdat moderne bedrade Ethernet en draadloze technologieën wijdverspreid werden.

Ingangen en uitgangen

Vergeleken met soortgelijke apparaten die door andere leveranciers van OEE-systemen worden gebruikt, hebben we de typische twee digitale in- en uitgangen uitgebreid naar vier elk. Het doel hiervan is dat we wilden dat de CONNECT in staat was om direct te communiceren met waarschuwingsapparaten voor de operator, zoals lampjes op de schoorsteen. Bovendien kan de CONNECT rechtstreeks communiceren met meer dan één sensor of machine tegelijk, zoals trillings- en temperatuursensoren, productie- en afkeurtellers, vul- en sluitmachines, enz.

Dankzij de vier USB-poorten kan de CONNECT gemakkelijker gegevens verzamelen en distribueren naar andere oplossingen. Het kan meerdere USB-apparaten ondersteunen, rechtstreeks of via USB-adapters. Dit maakt het nog eenvoudiger om het lab aan te sluiten op de productielijn. Met laboratorium- en testapparatuur zoals weegschalen, koppelmeters, enz. is het verzamelen van gegevens niet langer beperkt tot RS232-poorten. Sommige van de modernere apparatuur biedt nu ethernet of directe USB-aansluitingen.

Communicatie

Met meerdere opties om verbinding te maken met netwerken of rechtstreeks met het internet, maakt de CONNECT dure CAT-5/6-netwerklijnen naar elk apparaat overbodig. Met bedrade, draadloze en Bluetooth mogelijkheden kan dit apparaat gemakkelijker vastgelegde gegevens delen en overdragen, hetzij rechtstreeks naar het internet of via interne ad-hoc netwerken met een kleiner bereik zonder blootstelling aan het openbare internet. De CONNECT is ook vooruitstrevend omdat hij compatibel is met het IoT LoRa Alliance-netwerk. De LoRa Alliance is de Low Power Wide Area Networks (LPWAN) IoT door de ontwikkeling en promotie van de LoRaWAN open standaard.

Maximaliseer de vindingrijkheid

Meestal gebruiken we I/O om de status van apparaten te bewaken, zoals schakelaars en naderingssensoren. In het verleden had je voor het loggen en analyseren van gegevens platte tekstbestanden of CSV-bestanden. Die moest je ergens anders naartoe sturen om iets zinnigs uit de cijfers te kunnen extrapoleren.

We hebben de CONNECT gebouwd om steviger en goedkoper te zijn in vergelijking met pc’s met een kleine vormfactor die op Windows draaien. De apparaten bevinden zich in het netwerk en ontvangen gegevens rechtstreeks van de machine. En met de huidige SQL-databases hebben we de mogelijkheid om snel gebruik te maken van bekende technologie om niet alleen gegevens vast te leggen, maar die gegevens ook te analyseren en te beginnen met het afleiden van informatie uit de analyse. Door de CONNECT rechtstreeks op een machine aan te sluiten, zijn er geen toetsenborden en monitoren meer nodig. Bovendien kan het apparaat dankzij de HDMI-uitgang direct worden aangesloten op grote LCD-schermen voor digital signage en operatorfeedback. Feedback is niet alleen direct, maar ook direct zichtbaar.

Voor de CONNECT was onze aanpak eenvoudig. We beginnen met een kant-en-klare rekenmodule op basis van Raspberry Pi. Alles met betrekking tot processor, geheugen, opslag, enz. zit op een module met dezelfde vormfactor als een geheugenstick. Je hoeft hem alleen maar op de bijbehorende kaart aan te sluiten. Dit betekent dat het een zeer kosteneffectief, “off-the-shelf” type apparaat is.

Bovendien hebben we de grootste zorg aangepakt: beperkt geheugen. De Compute Module 3 is nu beschikbaar met 1 GB RAM en 8, 16 of 32 GB EMMC flashopslag. Wanneer u de Headless Linux-distributie draait, is 4 GB geheugen voldoende. Wanneer je echter een GUI wilt gebruiken of databases en andere OS add-on systemen wilt ondersteunen, kan het geheugen een probleem worden. Om online feedback van operators te krijgen en te benutten, was de beschikbaarheid van meer geheugen essentieel.

Extra functies

De definitie van vindingrijk is het vermogen om snelle en slimme manieren te vinden om moeilijkheden te overwinnen. Met de CONNECT hebben we gekeken welke andere problemen zich zouden kunnen voordoen en hebben we geprobeerd een apparaat te bouwen dat problemen verlicht en vermijdt via de volgende functies

• Aanpasbaar – De CONNECT is aanpasbaar en flexibel voor vrijwel elk gebruik. Het is bijvoorbeeld eenvoudig aanpasbaar voor de tijdsperiode waarin gegevens worden bemonsterd. Het apparaat kan ook worden geconfigureerd voor unieke situaties dankzij de verschillende aansluitingen zoals WiFi, Bluetooth, LoRa en de digitale, analoge en USB-ingangen. Bovendien kunnen organisaties met hun eigen ontwikkelteams, door gebruik te maken van Raspberry Pi en zijn uitgebreide gemeenschap van ondersteuning, hun eigen toepassingen en integraties maken die het beste passen bij hun behoeften.
• Programmeerondersteuning – We worden gevraagd om met allerlei apparaten en machines te werken, elk met verschillende interactie- en verbindingsmogelijkheden. Daarom ondersteunen we een groot aantal programmeertalen: C/C++, Python, HTML, CSS, Javascript en meer.
• Voeding – Ons apparaat heeft een enkele 24-Volt gelijkstroomvoeding. Dit betekent dat het een soort voedingsadapter of tablet is. Bij de huidige versie moet er lokaal stroom beschikbaar zijn om het apparaat te laten werken. Het apparaat kan ook worden geleverd in een waterdichte behuizing voor plaatsing in natte of afwasbare ruimtes.
• Statuskennis – We hebben drie status-LED’s toegevoegd zodat iedereen gemakkelijk kan zien of het apparaat actief is en functioneert. De statuslampjes laten zien of het apparaat is ingeschakeld, of de toepassing wordt uitgevoerd en of het apparaat is verbonden met de cloud of het web. Er zijn geen toetsenblokdisplays nodig om de gezondheidsstatus van het apparaat te zien.
• Interne real-time klok – De CONNECT heeft een real-time klok op batterijen om de juiste datum en tijd te behouden tijdens stroomonderbrekingen.
• Uitbreidingsmogelijkheden – Ons plan is om andere geavanceerde technologieën en software te integreren. We werken bijvoorbeeld samen met Cartesiam’s NanoEdge Artificial Intelligence-technologie. Deze technologie plaatst A.I. aan de rand en zorgt ervoor dat machines uit zichzelf kunnen leren in plaats van dat ze eerst een aantal regels krijgen. Met The CONNECT bevindt het apparaat zich aan de rand, d.w.z. direct verbonden met een machine of sensor, en het algoritme van A.I. bevindt zich ook aan de rand. Dit zorgt voor een meer gestroomlijnde vastlegging en analyse van gegevens om real-time intelligentie te produceren.

Eenvoudig te installeren, implementeren en onderhouden

Iedereen wil een allesomvattende oplossing voor productiebewaking zoals SCADA voor zijn activiteiten. De meeste faciliteiten hebben echter een breed scala aan machines langs de productielijnen, dat wil zeggen slimme machines of machines met digitale displays en aansluitingen, maar ook analoge machines of apparatuur zonder ingebouwde manier om met de buitenwereld te communiceren. Ongeacht het type of de leeftijd van de machines, kunnen we een CONNECT-apparaat plaatsen en indien nodig enkele van onze sensoren toevoegen en onmiddellijk beginnen met het verzamelen van gegevens voor die machine. Zodra dat gebeurd is, is die machine opgenomen in de SCADA-lijn en is er volledige bewaking van een productielijn.

Eenvoudigere bedrading

We hebben het apparaat zo ontworpen dat het snel geïnstalleerd kan worden en de standaard uitdagingen vermeden worden. Facility engineers worstelen meestal met het aansluiten van de bedrading. De CONNECT heeft Phoenix-connectoren, enkele schroefaansluitingen voor snelle verbindingen. We bieden ook aansluitpunten bij de ingangen en ze hebben ook voedingsaansluitingen en aardaansluitingen. Dit zorgt voor een zeer schone installatie van de bedrading. Het leent zich ook voor eenvoudig onderhoud. De doos is bijvoorbeeld gemakkelijk te vervangen als hij beschadigd is.

Cloud, SaaS of lokaal

Het ontwerp van de CONNECT stelt DECIDE4ACTION in staat om verschillende implementaties aan te bieden. Faciliteiten kunnen kiezen uit Cloud, SaaS of on-premise implementaties. Het apparaat zelf host de gegevens die het verzamelt en de applicatie om de vastgelegde en verzamelde gegevens te analyseren. Deze gegevens worden gehost en geback-upt naar de DECIDE4ACTION cloud of naar een specifieke locatie van de klant. Het apparaat heeft ook de mogelijkheid om het systeem te laten werken met een lokale database als databuffer voor het geval de verbinding met de cloud slecht is. Klanten hebben de mogelijkheid om de configuratie en het synchronisatieschema naar de cloud aan te passen.

Raspberry Pi

Een van de grootste voordelen van CONNECT is dat het is gebouwd rond de Raspberry Pi. Hierdoor kan DECIDE4ACTION lagere hardwarekosten, aanpassingsvermogen en flexibiliteit bieden. Raspberry Pi biedt voordelen zoals een enorme ondersteuningsgemeenschap die helpt wanneer technologieën en integraties veranderen. Het CONNECT-apparaat maakt ook gebruik van andere voordelen van Raspberry Pi:

• Klein formaat – deze computer is piepklein waardoor de CONNECT zo min mogelijk ruimte inneemt
• GPIO-pinnen – hiermee kan CONNECT communiceren met echte apparaten, elektronica, sensoren, machines, enzovoort.
• Energiezuinig – deze kan 24/7 draaien omdat er heel weinig elektriciteit voor nodig is

Gebruiksvriendelijk

De CONNECT is uiterst eenvoudig te gebruiken. Vanuit het standpunt van de interne IT-afdeling gaat het alleen om toegang tot stroom en internet via WiFi of Ethernet. Zodra de CONNECT is geïnstalleerd, aangesloten op de machine(s) en geregistreerd op het DECIDE4ACTION platform, begint het apparaat met het vastleggen van gegevens.

Organisaties kunnen het op een headless manier monteren zonder gebruikersinterface. Een organisatie heeft wel de mogelijkheid om een lokale webserver te hosten, waardoor werknemers en operators naar het apparaat kunnen lopen en verbinding kunnen maken met de webserver via WiFi of Bluetooth. Er is geen digitale interface nodig omdat operators hun geconfigureerde tablets of mobiele telefoons kunnen gebruiken om de gegevens en informatie te bekijken. De HDMI-poort van de CONNECT maakt een directe verbinding met een beeldscherm mogelijk. Vastgelegde en verzamelde gegevens worden real-time feedback die gedeeld kan worden met de fabrieksvloer en productieteams.

Met de directe analoge en digitale ingangen kan het apparaat rechtstreeks verbinding maken met apparatuur zoals trillings- en temperatuursensoren. De machine wordt rechtstreeks aangesloten op de borden en er kan een set lampjes op de schoorsteen worden aangesloten. Waarschuwingen voor de operator komen rechtstreeks van het apparaat zonder dat er toetsenborden of monitors nodig zijn.

Download de CONNECT PDF.