Prikupljanje podataka sa senzora

Što se prati na robotskoj ćeliji

Robotska ćelija PO-1 prati nas kroz cijelo područje. U njoj šestoosni robot nosivosti 20 kg i dosega 1650 mm poslužuje CNC glodalicu. Ćelija radi 4000 h godišnje u taktu od 96 s. Iz zapisa održavanja poznato je srednje vrijeme između kvarova MTBF 620 h i srednje vrijeme popravka MTTR 3,5 h, iz čega slijedi raspoloživost 99,4 %. Godišnje se dogodi 6,5 kvarova i 22,6 h zastoja, a uz trošak zastoja 180 EUR/h to je 4063 EUR godišnje. Ukupna učinkovitost opreme iznosi OEE 78 %.

Cilj nije mjeriti sve što se izmjeriti može nego ono što se mijenja prije kvara. Zato se popis veličina izvodi iz analize kvarova iz četvrtog modula: ondje gdje se kvarovi ponavljaju, ondje se postavlja senzor. Na PO-1 to je dalo četiri veličine.

Uz te četiri veličine bilježi se i kontekst: koji program robot izvodi, masa obratka, temperatura okoline i je li ćelija u radu ili u mirovanju. Bez konteksta se mjerenje ne može protumačiti, jer isti iznos vibracija znači jedno pri nošenju obratka od 18 kg, a posve drugo pri praznom hodu. Tu razliku model iz jedinice 6.4 mora vidjeti u podacima, inače će je naučiti kao kvar.

Izbor senzora prema mjerenoj veličini

Senzor se ne bira po cijeni nego po tome što treba vidjeti. Za svaku veličinu postoji nekoliko izvedbi koje se razlikuju po mjernom području, odzivu i otpornosti na okolinu.

Akcelerometar mjeri ubrzanje titranja. Piezoelektrična izvedba s ugrađenim pojačalom uobičajena je u industriji: mjerno područje od nekoliko herca do 10 kHz, osjetljivost 100 mV/g i otpornost na temperature do 120 °C. Iz ubrzanja se integriranjem dobiva brzina titranja u mm/s, a upravo je efektivna brzina veličina po kojoj se ocjenjuje stanje stroja.

Temperatura se mjeri otporničkim osjetnikom PT100 ili termoparom. PT100 je platinski otpornik kojemu otpor raste s temperaturom i pri 0 °C iznosi 100 Ω. Točan je, stabilan i jednostavan za umjeravanje, ali sporiji i ograničen na područje do oko 600 °C. Termopar radi na termoelektričnom učinku: spoj dvaju različitih metala daje napon razmjeran razlici temperatura. Jeftin je, brz i podnosi visoke temperature, ali je manje točan i traži usporedni spoj.

Mjesto postavljanja i način pričvršćenja

Senzor mora biti što bliže mjestu na kojem sila nastaje i na putu kojim se titranje prenosi. Na robotu je to kućište reduktora one osi koja se prati, i to na kruti dio kućišta, a ne na poklopac, lim ili zaštitni mijeh. Mjerni smjer bira se prema očekivanom uzroku: radijalni smjer pokazuje neuravnoteženje i stanje ležaja, uzdužni smjer nesuosnost i istrošenost zupčanika.

Način pričvršćenja odlučuje koliko se visoko u frekvenciji smije vjerovati mjerenju. Isti akcelerometar na vijku daje uporabljiv signal do 10 kHz, na magnetu do 2 kHz, a na šiljku u ruci jedva do 1 kHz. Razlog je jednostavan: svaki popustljiv spoj djeluje kao opruga i guši visoke frekvencije, a uz to unosi vlastitu rezonanciju.

Kabel se vodi uz nepomične dijelove i pričvršćuje na svakih 200 do 300 mm. Na robotu to znači da mora pratiti postojeći energetski lanac i nikada ne smije prelaziti preko zgloba slobodno, jer kabel koji se savija milijun puta godišnje puca prije nego senzor. Za pokretne osi koriste se kabeli za vučenje, s oznakom broja savijanja koju navodi proizvođač.

Učestalost uzorkovanja i Nyquistov uvjet

Senzor daje neprekidan signal, a računalo pamti niz brojeva. Pretvaranje jednoga u drugo zove se uzorkovanje, a broj očitanja u sekundi učestalost uzorkovanja f_s. Osnovno pravilo poznato je kao Nyquistov uvjet: da bi se frekvencija f uopće mogla prepoznati, mora vrijediti f_s > 2f. Uzorkuje li se sporije, u zapisu se pojavi frekvencija koje u stroju nema.

Za PO-1 je odabrano f_s = 25,6 kHz, a mjerno područje iskazano je kao 0 – 10 kHz. Odnos 2,56 između te dvije vrijednosti nije slučajan: sklop ispred pretvornika propušta samo frekvencije ispod granice, a taj filtar ne reže naglo nego postupno. Rezerva od 2,56 puta osigurava da ostatak iznad granice bude toliko prigušen da više ne može stvoriti prividnu frekvenciju. Analizatori vibracija zato uvijek navode područje jednako f_s/2,56.

Za temperaturu vrijedi drugo mjerilo. Reduktor se grije minutama, pa je 1 Hz i više nego dovoljno; brže uzorkovanje samo puni pohranu. Za struju motora dovoljno je 100 Hz ako se prati srednje opterećenje, ali 10 kHz ako se traže znakovi u samom obliku struje. Pravilo je: učestalost se bira prema brzini pojave koja se traži, a ne prema mogućnostima uređaja.

Prikupljanje, prijenos i pohrana

Između senzora i baze podataka stoji nekoliko koraka. Signal se pojačava i filtrira, pretvara u brojeve, prikuplja u sabirniku uz ćeliju i tek onda šalje dalje. Sabirnik je u pravilu malo industrijsko računalo koje snimku obradi na licu mjesta i prema van pošalje sažetak, a cijelu snimku zadrži samo kad nešto odstupa. Takva podjela posla zove se obrada na rubu mreže.

Svaka vrijednost mora nositi vremensku oznaku. Bez nje se ne može usporediti vibracija s temperaturom, ni mjerenje sa zapisom o zahvatu. Oznaka se zapisuje u obliku 2026-03-14T07:20:00Z, dakle s datumom, vremenom i oznakom vremenske zone. Satovi svih uređaja usklađuju se prema jednom izvoru, jer razlika od nekoliko sekundi među uređajima poništi svaku usporedbu brzih pojava.

Uz vremensku oznaku ide i oznaka izvora: koji senzor, koja os, koji stroj i koja mjerna jedinica. Redak bez jedinice bezvrijedan je jednako kao redak bez vremena. Ustaljen zapis jednog mjerenja izgleda ovako:

{
  "vrijeme": "2026-03-14T07:20:00Z",
  "stroj": "PO-1",
  "mjesto": "os2-reduktor",
  "velicina": "rms_brzine",
  "vrijednost": 2.84,
  "jedinica": "mm/s",
  "program": "POSLUGA_A"
}

Pohrana se dijeli na dvije razine. Značajke su male i čuvaju se godinama, jer upravo one nose trend. Sirove snimke zauzimaju mnogo prostora i čuvaju se ograničeno, ali se snimka uz svaku uzbunu izdvaja i čuva trajno — ona je jedini dokaz kako je kvar izgledao u podacima.

Kada podatak izostane

Prekid u nizu nije rijetkost nego redovita pojava. Mreža zastane, sabirnik se ponovno pokrene, kabel se olabavi, senzor otkaže. Razlika između uređenog i neuređenog sustava nije u tome događa li se to, nego zna li se prepoznati i što se s time radi.

Prekid se prati i brojčano. Udio valjanih mjerenja u razdoblju zove se pokrivenost podataka. Na PO-1 se traži najmanje 95 %; ispod te granice zaključak o trendu postaje nesiguran, jer nedostaju upravo oni sati u kojima se nešto događalo. Pokrivenost je zato jedan od prvih pokazatelja na nadzornoj ploči iz jedinice 6.5.

Konačno, i sam senzor treba održavati. Akcelerometar se jednom godišnje provjerava na umjerivaču, PT100 usporedbom s referentnim osjetnikom, a spojevi i pričvrsni vijci pregledavaju se pri redovnom godišnjem zahvatu na robotu. Sustav koji mjeri stanje stroja i sam je oprema koja ima svoj plan održavanja.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.