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इंटेल एंबेडेड हार्डवेयर और जेम इंडस्ट्री 4.0 सॉफ्टवेयर के साथ जटिल घटना प्रक्रिया नियंत्रण
परिचय GEM PRECARE प्लेटफॉर्म निर्माताओं को विरासत मशीनों में अपने निवेश को बनाए रखते हुए, सचमुच रातोंरात उद्योग 4.0 में परिवर्तन करने में सक्षम बनाता है; इस प्रकार, दक्षता, उत्पादकता और गुणवत्ता में सुधार के लिए मशीन डेटा तक रीयल-टाइम पहुंच की क्षमता में टैप करने में सक्षम होना। मशीन डेटा तक रीयल-टाइम एक्सेस सेंसर, सीरियल और समानांतर पोर्ट इंटरफेस, ईथरनेट और के किसी भी संयोजन के माध्यम से हो सकता है। सेंसर, कोई फर्क नहीं पड़ता कि डेटा कहां से आ रहा है, यानी सीधे मशीन से, या परोक्ष रूप से पीएलसी या नेटवर्क पर डेटा स्टोर से। क्लाउड के किनारे या मशीन पर जटिल घटना प्रक्रिया नियंत्रण के लिए पर्याप्त प्रसंस्करण शक्ति वाले हार्डवेयर प्लेटफॉर्म की आवश्यकता होती है। GEM Precare शक्तिशाली सॉफ्टवेयर एजेंटों के उपयोग के माध्यम से एज प्रोसेसिंग का समर्थन करता है। ये एजेंट अंतर्निहित हार्डवेयर की क्षमताओं का पूरा लाभ उठाते हैं। इस श्वेत पत्र में हम दिखाते हैं कि कैसे GEM Precare Industry 4.0 IoT प्लेटफॉर्म Intel® x86 प्रोसेसर और Intel® Altera® Cyclone V SoC FPGA हार्डवेयर क्षमताओं का लाभ उठाता है ताकि एक औद्योगिक प्रवाह नियंत्रण अनुप्रयोग में प्रक्रिया की निगरानी और किनारे पर नियंत्रण को लागू किया जा सके। GEM PRECARE मोटर नियंत्रण एजेंट मशीनों और उत्पादन प्रक्रियाओं में उपयोग की जाने वाली मोटरें बहुत आम हैं और वास्तविक समय में उनकी निगरानी करने की क्षमता महत्वपूर्ण महत्व की है। GEM ने Intel® और B&R Automation® के सहयोग से एक एंड-टू-एंड मोटर नियंत्रण और निगरानी समाधान विकसित किया है, जो सीईपी के लिए बहुमुखी और शक्तिशाली GEM एजेंटों का लाभ उठाता है और निगरानी और भविष्य कहनेवाला रखरखाव के लिए GEM प्रीकेयर क्लाउड प्लेटफॉर्म का लाभ उठाता है। . नीचे दिखाया गया प्रक्रिया आरेख प्रवाह नियंत्रण अनुप्रयोग उदाहरण दर्शाता है। एक पंप का नियंत्रण एक पाइप में प्रवाह दर को नियंत्रित करता है, और एक सुरक्षा वाल्व पाइप के अंदर अधिक दबाव को रोकता है।
पाइप के लिए इस सेटअप में नियंत्रित किए जाने वाले महत्वपूर्ण पैरामीटर दबाव, प्रवाह दर और प्रवाह पथ हैं। उत्तरार्द्ध एक सुरक्षा वाल्व द्वारा नियंत्रित किया जाता है। पंप के लिए ये महत्वपूर्ण पैरामीटर पंप के मोटर तापमान, आरपीएम, वर्तमान खपत, कंपन और ध्वनिक शोर हैं। पाइप का दबाव और प्रवाह दर सीधे पंप की मोटर के आरपीएम से प्रभावित होती है। इन मापदंडों की निगरानी और मोटर और सुरक्षा वाल्व को नियंत्रित करने के लिए सिस्टम आरेख नीचे दिखाया गया है।
A PCIe add-on card with an Intel® Cyclone V SoC FPGA performs the actual motor control and sensing of motor current consumption, RPM and temperature. An X20CP PLC from B&R Automation monitors vibration and acoustic noise. An Intel® Skylake x86-based computer runs the GEM Agent and provides the communication link over Ethernet with the GEM PRECARE platform running in the cloud. This computer functions at the same time as a gateway and communicates over Ethernet with the B&R Automation® X20CP PLC.
A GEM Agent runs on the embedded ARM processor in the Cyclone V FPGA, collecting the motor parameters. Another GEM Agent runs in OPC UA client mode on the computer based on the Intel® Skylake CPU. This agent collects the sensor data coming from the GEM Agent on the FPGA and from the B&R Automation® X20CP PLC. This PLC runs in OPC UA server mode. The OPC UA client/server model adds the benefit that all communication between the different entities in the network conform to open industry standards.
GEM PRECARE MOTOR CONTROL DASHBOARD
The GEM PRECARE dashboard is shown below. The dashboard uses gauge widgets to present the pipe pressure and flow, as well as the pump’s motor temperature in real-time. Pump motor RPM and current consumption, as well as the pump motor vibration and acoustic noise are shown in real-time in graph widgets. The safety valve status is displayed by a “traffic light” widget, which switches on the corresponding light when the valve is open or closed.
The complex event processing (CEP) rules implemented for the control of the motor are as follows:
- If motor temperature exceeds temperature threshold level 1 and motor RPM exceeds RPM threshold, then the GEM Agent will start reducing the RPM; the GEM PRECARE platform will display a high temperature alarm and the action undertaken by the GEM Agent to prevent a catastrophic failure, until the temperature has dropped again below temperature threshold level 1.
- If motor temperature exceeds temperature threshold level 2 and motor RPM exceed RPM threshold, then the GEM Agent will immediately reduce the motor RPM to zero and simultaneously open the safety valve to relieve pressure in the pipe; the GEM PRECARE platform will display a catastrophic high temperature alarm and the action undertaken by the GEM Agent, until the temperature has dropped again below temperature threshold level 1.
- If motor RPM exceeds RPM threshold and pipe pressure exceeds pressure threshold 1, then the GEM Agent will start reducing the RPM; the GEM PRECARE platform will display a high pressure alarm and the action undertaken by the GEM Agent to prevent a catastrophic failure, until the pressure has dropped again below pressure threshold level 1.
- If motor RPM exceeds RPM threshold and pipe pressure exceeds pressure threshold 2, then the GEM Agent will immediately reduce the motor RPM to zero; the GEM PRECARE platform will display a catastrophic high pressure alarm and the action undertaken by the GEM Agent, until the pressure has dropped again below pressure threshold level 1.
The above illustrates the power and advantage of the GEM Agent in order to execute edge CEP for time-critical monitoring and control. This allows the GEM Agent to take immediate action and do so autonomously rather than under control of GEM PRECARE.
The same motor control instance can be repeated many times in a large plant with multiple motors and safety valves, such as in a distillery for instance. Each instance is connected via the GEM Agents to the GEM PRECARE platform. Whereas the GEM Agents perform control and CEP at the edge, the GEM PRECARE platform is fed data from all motor control instances in the plant, allowing it to present a dashboard for each instance, calculate OEE, MTBF and MTBA for each instance as well as for the entire plant, and analyze the monitored signals to create predictive maintenance models.
CONCLUSIONS
GEM Agents are able to take full advantage of the hardware they run on for complex event processing at the edge rather than in the cloud. This includes optimal use of the compute power available on Intel® x86 CPUs and the application specific circuits programmed into Intel® Altera® Cyclone V FPGAs. Such capability reduces latency for time-critical monitoring and control applications, such as for a complex system of motor and valve as illustrated here. Furthermore, GEM Agents support the OPC UA client/server model for interoperability with modern PLCs. And finally, GEM Precare allows real-time remote monitoring and visualization via the cloud of critical parameters and signals with notifications for alarms and other events.
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