Desarrollo de un sistema de captura de datos a alta velocidad basado en PC embebido para monitorizado del estado de las rectificadoras basado en industria 4.0

Abstract

[ES] En este proyecto se pretende definir y desarrollar un sistema de captura de datos a alta velocidad, basándose en plataformas de PC embebido, para su posterior tratamiento en un sistema remoto mediante comunicaciones ethernet vía sockets. El tratamiento de los datos obtenidos en la captura se lleva a cabo gracias al análisis mediante algoritmos de Big Data, Machine Learning y otras técnicas de minería de datos en un proyecto separado. Concretamente, se toman como objetivos dos tareas: la definición de un sistema de captura que incluye el desarrollo de la estrategia y software capaz de procesar dichos datos y la tarea de enviar dichos datos convenientemente tratados a un servidor remoto para su análisis. Es decir, procurar una correcta persistencia en base de datos, que resulte idónea y que permita un acceso rápido a los mismos para su posterior análisis. El fin del proyecto es poder controlar o monitorizar los distintos ejes o motores de movimiento de los que disponen las rectificadoras Landis CNC3200. Antiguas y potentes máquinas empleadas para la fase u operación de mecanizado final de los puntos de apoyo y retén trasero de los cigüeñales en la planta de motores de Ford España, S.L. Toda esta labor se da con la finalidad de poder prever fallos o cualquier tipo de anomalías en los ejes, y así actuar con antelación y rapidez debido a que se acota el problema detectando la fuente de la anomalía y evitando así problemas mayores. Por ello, se ha desarrollado un sistema software completo basado en el llamado lenguaje G o gráfico utilizando la herramienta LabVIEW 2011 con la cual somos capaces de crear un sistema potente para realizar capturas a alta velocidad con la ayuda de un módulo o tarjeta de adquisición de datos (Advantech USB-4716) incluyendo el diseño y uso de una base de datos donde persistir correctamente (Microsoft SQL Server o Cassandra). El software de captura y persistencia se ejecuta en un PC embebido y se ha escrito en Labview dado que es muy indicado a nivel industrial para captura y tratamiento de datos entre otras aplicaciones. El sistema de captura de datos obtiene en alta velocidad datos en cuanto a tiempo/voltaje de los distintos ejes de la máquina cuando se encuentran trabajando o mecanizando la pieza o cigüeñal en cada tiempo de ciclo (tiempo de mecanizado de cada cigüeñal). Mediante estos voltajes capturados, se puede proceder a un estudio del consumo de los distintos ejes de la máquina persistiendo los datos en un almacén de datos y representando dichos datos en gráficas. Finalmente, comentar que este sistema permite acelerar enormemente el desarrollo de software de captura. La capacidad de visualizar de forma gráfica los datos capturados con gran precisión que simplifica la detección de errores, la facilidad que ofrece al diseñador ante un desarrollo gráfico del sistema software y la potencia de cálculo del PC, son características que concluyen en un sistema potente y muy eficiente.

[CA] En aquest projecte es pretén definir i desenvolupar un sistema de captura de dades a alta velocitat, basant-se en plataformes de PC embegut, per al seu posterior tractament en un sistema remot per mitjançant de comunicacions ethernet via sockets. El tractament de les dades obtingudes en la captura es du a terme gràcies a l'anàlisi per mitjà d'algorismes de Big Data, Machine Learning i altres tècniques de mineria de dades en un projecte separat. Concretament, es prenen com a objectius dues tasques: la definició d'un sistema de captura que inclou el desenvolupament de l'estratègia i programari capaç de processar les anomenades dades i la tasca d'enviar eixes convenientment tractades a un servidor remot per al seu anàlisi. És a dir, procurar una correcta persistència en base de dades idònies, que permeta un accés ràpid als mateixos, per al seu posterior anàlisi. El fi del projecte és poder controlar o monitoritzar els distints eixos o motors de moviment dels quals disposen les rectificadores Landis CNC3200. Antigues i potents màquines empleades per a la fase o operació de mecanitzat final dels punts de suport i dependències posteriors dels cigonyals en la planta de motors de Ford Espanya, S.L. Tota esta labor es dóna amb la finalitat de poder preveure errors o qualsevol tipus d'anomalies en els eixos i així actuar amb antelació i rapidesa a causa de que es delimita el problema detectant la font de l'anomalia i evitant així problemes majors. Per això, s'ha realitzat un sistema de programari complet basat en el anomenat llenguatge G o gràfic utilitzant la ferramenta LabVIEW 2011 amb la qual som capaços de crear un sistema potent per a realitzar captures a alta velocitat amb l'ajuda d'un mòdul o targeta d'adquisició de dades (Advantech USB-4716) incloent el disseny i ús d'una base de dades on persistir correctament (Microsoft SQL Server o Cassandra). El software d’adquisició i persistència s’executa en un PC embegut i s’ha realitzat en Labview ja que es molt indicat a nivell industrial per a captura i tractament de dades entre altres aplicacions. El sistema de captura de dades obté en alta velocitat dades pel que fa al temps/voltatge dels distints eixos de la màquina quan es troben treballant o mecanitzant la peça o cigonyal en cada temps de cicle (temps de mecanitzat de cada cigonyal). Per mitjà d’aquests voltatges capturats, es pot procedir a un estudi del consum dels distints eixos de la màquina persistint les dades en un magatzem de dades i representant les dades obtingudes en gràfiques. Finalment, comentar que aquest sistema permet accelerar enormement el desenvolupament de programari de captura. La capacitat de visualitzar de forma gràfica les dades capturades amb gran precisió, simplifica la detecció d'errors i dona facilitat al dissenyador davant d'un desarrollament gràfic del sistema de programari, que junt a la potència de càlcul del PC, són característiques que conclouen en un sistema potent i molt eficient.

[EN] This project aims to define and develop a high-speed system of data acquisition, based on platforms on embedded PC for further treatment on a remote system through ethernet communications via sockets. The treatment of the data obtained in the acquisition, is carried out thanks to the analysis done through BigData algorithms and Machine Learning, and other techniques of data mining in a separate project. Specifically, two tasks are taken as targets: the definition of a system acquisition that includes the development of the strategy and software capable of processing such data and the task to send this conveniently-treated data to a remote server for analysis. I.e., to ensure a correct persistence in a suitable database, allowing for quick access to them for further analysis. The goal of the project is to control and monitor different axes or motors of movement in the CNC3200 Landis grinding machine. These old and well-used but still powerful machines are used for the stage of end machining of the support points and the rear catch of the crankshaft produced at the Ford Spain, S.L. engine plant. All this work is performed in order to be able to predict failures or any anomalies in the axes, and to act quickly in advance since it limits the problem of detecting the source of the anomaly, and we avoid any bigger problems. Therefore, the software system has been developed using the called G or graphic language LabVIEW 2011 tool, with which we are able to create a powerful system for acquisitions at high speed with the help of a module or data acquisition card (Advantech USB-4716) including the design and use of a database to correctly persist (Microsoft SQL Server or Cassandra). The acquisition and persistence software runs on an embedded PC and has been written in Labview due to it being very industrially suitable for acquisition and processing data among other applications. The acquisition system obtains high-speed data in terms of the time/voltage of the different axes of the machine when they are working or machining the workpiece or crankshaft in each cycle time (machining time of each crankshaft). Through these acquired voltages, you can firstly proceed to a study of the consumption of the different axes from machine persisting data in a data warehouse, and then represent them in graphs. Finally, we would like to point out that this system allows us to greatly accelerate the development of acquisition software. The ability to display data graphically with great accuracy, which simplifies the error detection and ease offered to the designer to develop a graphical software system and the computing power of the PC, are characteristics that result in a powerful and highly efficient system.