IoT

  • Industrial IoT in de praktijk: De slimme accuboor!

    Industrial IoT in de praktijk: De slimme accuboor!

    Gepubliceerd op 16-06-2020

    In dit proefproject hebben we de mogelijkheid onderzocht om, met behulp van een virtuele sensor de resterende levensduur van een accuboormachine te berekenen. Daarnaast willen we de boormachine op afstand kunnen bedienen. Op basis van de afgeleide spoeltemperatuur van de boor, wordt de resterende levensduur, zoals gemeten in Ansys weergegeven in ThingWorx. Het project is een eerste voorbeeld van de krachtige combinatie van Ansys en PTC-software, gebundeld met kennis van CadCorner – GPO Solutions – Infinite.

    Het standaardmodel accuboor is een ‘gesloten’ systeem waarbij het technisch niet goed mogelijk is om sensordata direct uit het apparaat uit te lezen. Toch willen we weten wat de levensduur is van de boor, hoe pakken we dat aan?

    Het is bekend dat een boor warm wordt bij gebruik en warmer bij belasting voor langere tijd. Deze warmte vermindert de levensduur van de motor; hoe hoger de temperatuur, des te korter is de levensduur. In ons onderzoek is het belangrijk om te weten welke warmte het meest kritisch is voor de levensduur. Om deze vraag te beantwoorden is het nodig om een korte uitleg te geven over de werking van de elektromotor.

    Hieronder een foto van de accuboor in de proefopstelling (links) en van de motor (rechts).

     

     

     

     

     

     

    Om dit verder te verduidelijken hieronder een 2D (Ansys Maxwell) doorsnede van de motor.

     

     

     

     

     

     

     

    De kritische temperatuur van deze motor treedt op in de spoel in het roterende gedeelte (dit is een aanname op basis van veel voorkomend bezwijkgedrag). De spoel bevindt zich in een afgesloten, onbereikbare behuizing en de temperatuur kan niet worden gemeten tijdens gebruik van de boor.

    Dit is opgelost met behulp van een Simulation Driven Digital Twin. Hierbij wordt een virtuele temperatuursensor gemaakt waarmee de levensverwachting kan worden bepaald. Een virtuele sensor bepaalt een waarde (in dit geval temperatuur) op basis van andere informatie, in dit project de stroomsterkte in Ampères.

    Bij de accuboor willen we de berekening van de levensverwachting realtime kunnen uitvoeren en direct ter beschikking stellen aan de gebruiker. Dit kunnen we oplossen met PTC ThingWorx dat de communicatie regelt en de gebruiker inzicht geeft in de data.

    Vanuit de accuboor wordt via een kleine computer, Raspberry PI de stroomsterkte (in ampères) gemeten waarop de motor draait. Tevens brengt de Raspberry PI, door middel van een Java SDK Agent de verbinding naar ThingWorx tot stand. Dit had ook een PLC kunnen zijn. Hiermee wordt de stroomsterkte geregistreerd en doorgegeven. De gebruiker kan dan vanuit ThingWorx de resultaten uitlezen en ook de motor aansturen.

    In een dynamische cyclus van steeds 4 seconden zal continue de levensverwachting  van de boormachine opnieuw worden bepaald, daarvoor wordt Ansys Digital Twin gebruikt. In Ansys Digital Twin kunnen we snel een accuraat resultaat krijgen door gebruik te maken van een ROM (Reduced Order Modeling). De ROM (combinatie van DX-ROM en een LTI- ROM) bepaalt de spoeltemperatuur bij een bepaalde stroomsterkte.

    Nu we weten wat de spoeltemperatuur is kunnen we de levensverwachting bepalen. Deze wordt dan,  samen met de temperatuur doorgegeven aan ThingWorx. Zo krijgt de gebruiker een overzicht van de temperatuur van de motor en de bijbehorende levensverwachting bij een dynamische belasting.

    Het resultaat is een op afstand aangestuurde en gemonitorde accuboormachine waarbij de gebruiker realtime inzicht krijgt in de levensduur van de accuboormotor. In grafieken wordt dat als volgt weergegeven.

    Schematisch overzicht van het project

     

     

     

     

     

     

    Wat is hiervan de relevantie?

    Dit kleinschalige project toont aan dat het – met de juiste hulpmiddelen – relatief eenvoudig is om ontoegankelijke industriële systemen te ontsluiten en monitoren op afstand. Een principe dat onder andere gangbaar is in de Formule 1.

    Stelt u zich voor dat dit gereedschap wordt gebruikt voor een complete productielijn, op basis van waarden die kritisch zijn voor het proces. In combinatie met ThingWorx Manufacturing Apps kan de lijn realtime door de operator in de gaten worden gehouden en kan downtime worden voorkomen. Met alerts kan de operator worden gewaarschuwd als er een probleem ontstaat. Alle informatie staat in de Cloud zodat monitoring op afstand, eventueel van meerdere lijnen mogelijk is.

    De standaardsoftware die in dit project is gebruikt is Ansys Digital Twin en PTC ThingWorx Industrial IoT Platform. De unieke bundeling van kennis komt van de consultants van CadCorner – GPO Solutions – Infinite.