pobierz (PDF, 1.7 MByte) - Control Engineering Polska

Komentarze

Transkrypt

pobierz (PDF, 1.7 MByte) - Control Engineering Polska
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
Sieci bezprzewodowe
w aplikacjach przemysłowych – przewodnik
Użytkownicy coraz częściej decydują się
na industrial wireless – badanie VDC
Monitoring poziomu w zbiornikach
Dodatek do
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
Sieci bezprzewodowe w aplikacjach przemysłowych – przewodnik
Mądry wybór
Bezprzewodowe sieci w przemysłowych systemach sterowania i monitoringu
oszczędzają czas, wysiłek i pieniądze. Artykuły zamieszczone w niniejszym dodatku
mają na celu ułatwienie wyboru odpowiedniej technologii sieciowej, pokazanie
możliwości współczesnego sprzętu, a także przedstawienie najnowszych trendów.
W
niektórych publikacjach bezprzewodowe sieci przemysłowe
przedstawia się jako technologię zapewniającą całkowitą
swobodę organizacji systemów sterowania
i wymiany informacji. Ma ona uwalniać wyobraźnię i możliwości inżynierów. Czy jednak
ta swoboda i dowolność jest zupełna? Czy
możliwa jest rezygnacja ze wszystkich wymogów stawianych tego typu systemom, zwłaszcza w aplikacjach przemysłowych? Niestety,
w praktyce sytuacja nie jest tak prosta. Wdrażając systemy z komunikacją bezprzewodową należy pamiętać o pewnych zasadach
i wymogach technicznych, które muszą być
spełnione, by systemy działały poprawnie.
To kwestia szczególnie istotna ze względu na
dość dużą różnorodność dostępnych na rynku standardów i technologii komunikacji radiowej. Każda charakteryzuje się właściwymi
sobie parametrami, ma pewne wady i zalety
predysponujące ją do konkretnych zastosowań (np. szybkość i bezpieczeństwo wymiany danych czy energochłonność). Poza tym
należy pamiętać o kompatybilności różnych
standardów komunikacji. Dlatego zawsze
konieczna jest szczegółowa ocena warunków
funkcjonowania systemu bezprzewodowego
w konkretnym miejscu, przy danej aplikacji.
Niekiedy warunki mogą zmieniać się praktycznie z godziny na godzinę. Na przykład
zależnie od położenia maszyn i powstających
w czasie procesu produktów.
Wspomniane kwestie nabierają szczególnego znaczenia w perspektywie szybkiego
rozwoju systemów bezprzewodowych. Zdaniem specjalistów w ciągu najbliższych 10
2
CONTROL ENGINEERING POLSKA DODATEK ● www.controlengpolska.com
lat mogą całkowicie zdominować technologie
komunikacyjne, wypierając powszechnie stosowane obecnie sieci przewodowe.
Ekspansja bezprzewodówki
w przemyśle
Gazownictwo, metalurgia, energetyka, produkcja artykułów spożywczych i napojów oraz
wodociągi. W tych pięciu branżach przemysłowych najczęściej stosuje się sieci bezprzewodowe. Najpopularniejsze aplikacje to: monitoring poziomu cieczy w zbiornikach, sterowanie
dźwigami, kontrola temperatury, monitoring
przepływu oraz kontrola pracy taśmociągów.
Sukcesywną ekspansję sieci bezprzewodowych
w zastosowaniach przemysłowych przewiduje
Ian McPherson, prezes stowarzyszenia WINA
(ang. Wireless Industrial Networking Alliance), działającego w ramach Federacji Automatyki oraz wiceprezes działu architektury sieci
komunikacyjnych w Apprion.
– Już wkrótce sieci bezprzewodowe pojawią się we wszystkich oddziałach zakładów
przemysłowych – stwierdza Ian McPherson.
– Przenikną je, podobnie jak współczesne, przewodowe systemy interfejsów HMI i SCADA.
Przedstawiciel Apprion wyjaśnia, że komunikacja bez kabli umożliwia automatyzowanie procesów przemysłowych na jeszcze
większą skalę niż dotychczas. Jego zdaniem
wprowadza ona nową jakość pomiędzy możliwościami komunikacji a jej kosztem.
– To prawda, że opracowanie i wdrożenie
pierwszych instalacji jest dość skomplikowane
i drogie, jednak w porównaniu z klasycznymi sieciami przewodowymi oszczędności mogą sięgać
niejednokrotnie 90% – wyjaśnia McPherson.
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
Kolejne korzyści zastosowania sieci bezprzewodowych to obecne w nich coraz lepsze
algorytmy i narzędzia zabezpieczające transmisję danych. Umożliwiają ochronę nie tylko
sterowników PLC czy regulatorów z pętlami
sprzężeń, ale również takich urządzeń, jak:
układy śledzenia pozycji produktów na linii
montażowej czy innych zdalnych urządzeń
wykonawczych. Ostatecznie systemy bezprzewodowe pojawią się również w obsłudze
tzw. aplikacji krytycznych, o szczególnych
wymaganiach. Pozwolą na redukcję kosztów
systemów sterowania, gwarantują bezpieczeństwo i niezawodność.
– Wybór i dobór odpowiedniej technologii
sieci bezprzewodowej to kwestia kompromisu pomiędzy takimi czynnikami, jak: energochłonność, przepustowość i koszt instalacji
– podkreśla Ian McPherson.
– Konieczne jest zatem dokładne przeanalizowanie kosztów systemu i stawianych przez
daną aplikację wymagań.
Istotę problemu prezentuje rys. 1., na którym
przedstawiono możliwości dopasowania technologii komunikacji radiowej do wybranych typów
aplikacji przemysłowych. Niestety, podobnie
jak to ma miejsce w tradycyjnych systemach
przewodowych sieci przemysłowych, nie należy
spodziewać się, że funkcjonujące na rynku stan-
dardy sieci bezprzewodowych umożliwią pełną
interoperacyjność urządzeń sieciowych.
– Firmy i koncerny produkujące elementy
systemów sieciowych opracowują swoje własne technologie komunikacji bezprzewodowej,
skupiając się przede wszystkim na wysokich
osiągach i specjalizacji – dodaje Ian McPherson. – Wiąże się to z dodatkowymi kosztami,
gdy użytkownik dąży do kompatybilności
oraz interoperacyjności z innymi technologiami. Nie jest w interesie żadnego z producentów i dostawców sprzętu sieciowego, aby jego
urządzenia mogły być łatwo zamienione przez
użytkownika na urządzenia konkurencji.
Pomimo tych niedogodności korzyści z zastosowania systemów bezprzewodowych są
znaczące. Ich rozwój i dominacja są nieuniknione, a w opinii ekspertów systemy takie już
w ciągu najbliższych 10 lat będą szeroko stosowane również w najbardziej wymagających
aplikacjach przemysłowych. Ian McPherson
radzi wszystkim zainteresowanym automatyką przemysłową, aby na bieżąco śledzili rozwój i zdobywali wiedzę o dostępnych technologiach komunikacji bezprzewodowej. Jego
zdaniem powinni uwzględniać tego typu rozwiązania w swoich aplikacjach, starannie analizując korzyści ich zastosowania oraz koszty
i wskaźniki zwrotu ponoszonych nakładów.
Przemysłowe aplikacje bezprzewodowe – przybliżone parametry pracy sieci:
szybkość transmisji, zużycie energii, koszt i technologie
specjalizowane, firmowe
satelitarne
UWB
3G
2.5G
W-WAN
wideo, kamery
2G
zużycie energii
koszt / złożoność
1G
bezprzewodowy
szkielet sieci
802.11a
HiperLAN
wewnątrz
WIFI
bezprzewodowe
sieci lokalne
802.11
802.11g
gateway 802.11b
bezprzewodowy
– obsługa
RFID active
czujniki
czujników
Wimedia
WLAN
przemysłowe
Mobile
operator
Bluetooth
(tablet PDA)
ZigBee
systemyLow Rate
802.15.3
przemieszczania
WPAN
i transportowe
RFID passive WPAN
0
1
Mbps
10
Mbps
Wimax
802.16
WMAN
UWB
na zewnątrz
100
Mbps
szybkość transmisji
danych
Źródło: Control Engineering i Apprion
www.controlengpolska.com ● DODATEK CONTROL ENGINEERING POLSKA
3
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
Technologie i architektura:
jak wybierać
tzw. siatki (ang. mesh). Połączenia tego typu
częściowo lub w całości umożliwiają uzyskanie redundancji ścieżek wymiany danych pomiędzy węzłami sieciowymi. Jak podkreśla
Young, sieci te charakteryzują się również
tendencją do rozbudowania i skomplikowania. Wszystkie lub niektóre węzły mogą być
zarówno routerami, jak punktami końcowymi sieci. Na przykład, aby sieć typu gwiazda
stała się siecią siatkową, wystarczy, by przynajmniej jeden z jej węzłów został ustawiony
jako router. W ten sposób powstaje już sieć
typu point-to-multipoint, peer-to-peer.
W opinii Joela Younga największe obecnie
wyzwania w dziedzinie rozwoju sieci bezprzewodowych to:
zasady dostępu do medium – nasłuchiwanie jest ważniejsze niż nadawanie; jeżeli
wszystkie urządzenia będą nadawać w jednej chwili, ich nasłuchiwanie i komunikacja będzie znacznie utrudniona;
ustalenie ścieżek komunikacyjnych – optymalne zaplanowanie ścieżek przepływu
danych między węzłami lub zastosowanie
dynamicznych algorytmów wyszukiwania
najkrótszej dostępnej ścieżki; wprowadzenie funkcji adaptacji systemu wymiany danych na wypadek awarii niektórych węzłów
i ich „wypadnięcia” z toru komunikacji;
Joel Young, zastępca kierownika działu badawczo-rozwojowego w Digi International
radzi krótko: – Wybierz zawsze odpowiednią
technologię dla swojej aplikacji. Jeśli tego nie
zrobisz, będziesz bardzo niezadowolony.
Young zwraca szczególną uwagę, aby nie
dać się zwieść hasłom reklamowym i „słodkim” opowieściom przedstawicieli dostawców
systemów bezprzewodowych. Tym, którzy roztaczają wizje, że to właśnie ich unikalna technologia sprosta praktycznie każdemu zadaniu
i wyzwaniu. To niemożliwe. Topologia i architektura komunikacyjna każdej sieci bezprzewodowej ściśle definiuje zasady wymiany informacji pomiędzy urządzeniami sieciowymi.
– Pojęcie topologii sieci nabiera tu nowego
znaczenia – wyjaśnia Young. – W sieciach
przewodowych ścieżki wymiany danych są
stosunkowo proste do ustalenia i zorganizowania. W systemach bezprzewodowych medium transmisji współdzielone jest przez wiele urządzeń, które muszą z sobą wzajemnie
współpracować.
Najpopularniejsze obecnie topologie sieciowe to: ring, sieć magistralowa bus i sieć typu
star (gwiazda) z punktem centralnym. Sieci
bezprzewodowe zwykle przybierają postać
Technologie bezprzewodowe dla przemysłu – przybliżone parametry pracy sieci:
szybkość transmisji, zużycie energii, koszt i technologie
specjalizowane, firmowe
satelitarne
UWB
3G
2.5G
W-WAN
2G
koszt / złożoność
zużycie energii
1G
Wimax
802.16
wewnątrz
802.11a
HiperLAN
WIFI
802.11
802.11b
WMAN
802.11g
sieci RFID
aktywne
WLAN
UWB
Wimedia
Bluetooth
ZigBee
802.15.3
wolne sieci
WPAN
sieci RFID
WPAN
pasywne
0
1
Mbps
Źródło: Control Engineering i Apprion
4
CONTROL ENGINEERING POLSKA DODATEK ● www.controlengpolska.com
10
Mbps
na zewnątrz
100
Mbps
szybkość transmisji
danych
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
sprawne funkcjonowanie mechanizmów sygnałowych – przejście do trybu uśpienia węzła i jego sprawne wybudzenie w razie konieczności odbioru lub nadawania danych.
Podstawowymi kryteriami porównawczymi
różnych technologii przemysłowych sieci bezprzewodowych powinny być:
bezpieczeństwo – rozważane zarówno pod
kątem zagrożeń występujących aktualnie
w danej aplikacji, jak i możliwych nowych
zagrożeń w przyszłości; w tym pojęciu
mieszczą się takie kwestie, jak: kodowanie
danych, identyfikacja nadawcy informacji
i autoryzacja dostępu do danych;
niezawodność i wytrzymałość – czy informacja dotrze w określonym czasie od
nadawcy do odbiorcy; istotne parametry
to: częstotliwość nadawania, potencjalne zagrożenie utratą pakietów danych,
zdolności adaptacyjne sieci do tworzenia
ścieżek wymiany danych oraz awaryjność
węzłów sieciowych;
zarządzanie energią – optymalne wykorzystanie energii z baterii montowanych
w węzłach sieciowych; podstawowe pytanie brzmi: jak długo może funkcjonować
urządzenie bez wymiany baterii?; odpowiedź zależy przede wszystkim od architektury sieci: liczba węzłów końcowych
i routerów, metody hibernacji i wybudzania urządzeń (cykliczne lub na żądanie),
stosunek czasu nasłuchiwania do czasu
nadawania (nasłuchiwanie jest stanem
zwiększającym wydajność);
skalowalność – możliwość rozbudowy i reorganizacji sieci; pojawiają się tu ograniczenia zarówno praktyczne, jak fizyczne
(zwykle o mniejszym znaczeniu); rozmiary
sieci zależą również od potrzeb i wymagań
konkretnych aplikacji w zakresie ilości
przesyłanych danych: dane sporadyczne
– szczątkowe, duże pakiety danych, ciągłe
strumienie danych;
parametry transmisji danych – szybkość
transmisji, opóźnienia, rozmiary pakietów
danych, fragmentacja danych, zasięg i determinizm czasowy;
koszty – mierzone na jednostkę węzła sieci oraz ogólne; trudne jest oszacowanie
kosztów utrzymania już działającej sieci;
często zapomina się o kosztach rozmieszczenia elementów systemu i ich poprawnej instalacji; prostszym podejściem jest
analiza kosztów na jednostkę węzła sieci
w odniesieniu do jego wartości czy ilości
transmitowanych danych.
Udogodnienia i przeszkody
Bez wątpienia podstawowym udogodnieniem
związanym z wykorzystaniem sieci bezprzewodowych jest wyeliminowanie połączeń
kablowych i związanych z nimi fizykalnych
ograniczeń, chociażby w rozmieszczaniu elementów systemu sterowania. Dzięki temu
pojawiły się nowe możliwości w: optymalizacji procesów przemysłowych, redukcji kosz-
Już wkrótce sieci bezprzewodowe pojawią się
we wszystkich oddziałach zakładów przemysłowych.
Przenikną je, podobnie jak współczesne,
przewodowe systemy interfejsów HMI i SCADA.
tów systemów sterowania, zwiększenia ich
wydajności energetycznej, bezpieczeństwa
i integralności oraz zmniejszenia kosztów
ogólnych systemów i infrastruktury przemysłowej. Jednak użytkując systemy bezprzewodowe pamiętać należy o przeszkodach
i utrudnieniach związanych z transmisją sygnałów radiowych, które mogą całkowicie
sparaliżować funkcjonowanie sieci komunikacyjnej. Do przeszkód tych należą duże konstrukcje i przedmioty. Zwłaszcza metalowe
zarówno nieruchome, jak i poruszające się,
silniki, transformatory, urządzenia generujące mikrofale oraz pracownicy zakładu.
Technologie przemysłowych sieci bezprzewodowych rozwijają się niezwykle dynamicznie. Decydując się na ich implementację
w zakładzie warto mieć świadomość, że trzeba będzie nadążyć za tym rozwojem. Warto
śledzić pojawiające się wciąż nowe rozwiązania i funkcjonalności, które w znakomitej
większości zapewniają lepsze i efektywniejsze wykorzystanie urządzeń automatyki, monitoringu i sterowania.
Mark T. Hoske
Artykuł pod redakcją
dra inż. Andrzeja Ożadowicza, adiunkta
w Katedrze Automatyki Napędu
i Urządzeń Przemysłowych
Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie
www.controlengpolska.com ● DODATEK CONTROL ENGINEERING POLSKA
5
ARTYKUŁ SPONSOROWANY
Nadchodzi era bezprzewodowa
Rozwiązania bezprzewodowe stosowane do modernizacji
systemu lub budowy nowego zapewniają dostęp do wielu parametów urządzeń pomiarowych i całe bogactwo diagnostyki.
Do tego dochodzą korzyści wynikające z większej elastyczności sieci bezprzewodowej. Kto wie jaką kreatywność wyzwoli
to u projektantów?
Aleksandra Górska, Rafał Rygielski
Emerson Process Management
owe technologie zwykle wprowadzają duże zmiany
w dziedzinie automatyzacji procesów ze względu na
nowe możliwości, które niosą. Użytkownicy otrzymują
coraz więcej informacji o zmiennych procesowych oraz o bieżącym i przyszłym stanie urządzeń i samego procesu. Więcej
danych zapewnia większe bezpieczeństwo procesu oraz krótsze przestoje przy mniejszych kosztach operacyjnych.
Jednak nawet uwzględniając wszystkie korzyści, które daje
technologia cyfrowa, wciąż jest ogromne pole do popisu jeśli
chodzi o poprawę działania instalacji i zwiększenie efektywności całego zakładu. Część istotnych informacji jest wciąż
niedostępna, bo ich uzyskanie jest zbyt kosztowne lub niepraktyczne z technologicznego punktu widzenia.
Zastanówmy się, co by było gdyby... natychmiast wykrywać
wszelkie wycieki i nieszczelności zanim spowodują awarię?
Punktową korozję rurociągu, drgania lub skoki temperatury
zagrażające urządzeniom? Jak wzrosła by wydajność, gdyby
wszystkie informacje o procesie i systemie sterowania były
dostępne na terenie całego zakładu?
Pionierzy technologii bezprzewodowej podejmują te i inne
wyzwania. Opracowany standard WirelessHART szeroko
otwiera okno dla wciąż nowych urządzeń i systemów bezprzewodowych.
Dziś najwięcej dyskusji dotyczących urządzeń bezprzewodowych skupia się na tym, jak szybko podłączyć przetwornik
mierzący wartość parametru procesowego w niedostępnym
miejscu. Ale technologia bezprzewodowa daje znacznie więcej możliwości niż tylko dodanie nowego punktu pomiarowego do instalacji. Może, miedzy innymi, pomóc obniżyć koszty
rutynowego serwisowania urządzeń pomiarowych. I ma wystarczający potencjał, by zrewolucjonizować strategie systemów sterowania.
N
6
CONTROL ENGINEERING POLSKA DODATEK ● www.controlengpolska.com
CO DAJE SIEĆ BEZPRZEWODOWA?
Jeśli dobrze zastanowić się nad przełomami technologicznymi, które miały miejsce w przeszłości, dochodzi się do wniosku, że ich siłą napędową były aplikacje wykorzystujące technologię do stworzenia nowych, lepszych rozwiązań. Podobnie
rozwój technologii bezprzewodowej napędzany jest przez
możliwości, które ona ze sobą niesie.
Technologia bezprzewodowa nie w pełni zastępuje rozwiązania tradycyjne, przynajmniej na chwilę obecną. Ale dostarcza narzędzia umożliwiające skuteczne rozwiązanie tych problemów, które w świecie kabli były zbyt kosztowne. Możliwości są nieograniczone. Wyobraźmy sobie zakład, w którym:
Monitorowane są emisje z zaworów bezpieczeństwa, by
ułatwić spełnienie wymagań przepisów ochrony środowiska
24 godz. na dobę, 7 dni w tygodniu monitorowane są kurtyny wodne w systemie przeciwpożarowym
Bezprzewodowe czujniki drgań przekazują informacje
o stanie urządzeń wirujących w czasie rzeczywistym – a nie
raz na miesiąc/kwartał lub podczas obchodu
Stan urządzeń dotąd niemonitorowanych jak np. zawory
odcinające jest znany i archiwizowany w czasie rzeczywistym, co zwiększa bezpieczeństwo instalacji
Operatorzy nie muszą robić „obchodów z nototnikiem” by
zebrać dane
Dostępne są informacje diagnostyczne z urządzeń komunikujących się poprzez protokół HART – nawet te wcześniej
niewykorzystywane
Pracownicy z dowolnego miejsca na obiekcie mogą podejmować potrzebne działania, włącznie z przeglądaniem
i odpowiadaniem na alarmy z obiektu
ARTYKUŁ SPONSOROWANY
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
Lokalizacja pracowników i urządzeń na terenie zakładu jest
monitorowana
Można rozsyłać wiadomości do wybranych grup pracowników, niezależnie od tego, gdzie na obiekcie w danej chwili
się znajdują
System bezpieczeństwa sprawdza i zapewnia autoryzowany dostęp do obiektu
Systemy kamer nie tylko patrolują teren, ale także czuwają
nad procesem
Korozja urządzeń i rurociągu jest monitorowana przez bezprzewodowe czujniki
Wiele z tych aplikacji można zrealizować metodą tradycyjną,
ale koszty okablowania lub ograniczenia techniczne czynią je
nieopłacalnymi. A technologia bezprzewodowa jest prosta
w realizacji i łatwo ją zintegrować z innymi systemami.
ŁATWO DOSTĘPNE INFORMACJE O INSTALACJI
I PROCESIE
Im więcej wiemy o procesie, urządzeniach i działaniu instalacji, tym produkcja jest bardziej opłacalna i bezpieczniejsza.
Więcej pomiarów oznacza redukcję kosztów operacyjnych,
zwiększenie wydajności instalacji, poprawę jakości produktu
i ograniczenie liczby przestojów. Na dodatek nowe przepisy
dotyczące bezpieczeństwa i ochrony środowiska wprowadzono całkiem niedawno, więc wcześniej wybudowane instalacje
zmagają się z problemem dostępu do informacji potrzebnych
do spełnienia tych przepisów. Dlaczego więc nie zwiększą po
prostu liczby pomiarów? Zbyt często koszt dodania nowego punktu pomiarowego znacznie przekracza korzyści, które pomiar by przyniósł. Zwłaszcza w przypadku technologii
tradycyjnych, gdy odległość lub złożoność problemu może
sprawić, że połączenie punktu pomiarowego z systemem sterowania lub zarządzania jest po prostu niepraktyczne i nieekonomiczne.
Technologia bezprzewodowa znosi wiele dotychczasowych
barier umożliwiając dostęp do wielu informacji, które wcześniej były nieosiągalne (np. dodatkowy pomiar temperatury
przy wykrywaniu skroplin w rurociągach pary, opomiarowanie
skidów pomiarowych czy zbiorników stokażowych).
ZDALNA INFRASTRUKTURA
W Milford Power, 500-megawatowej elektrowni w USA przetworniki bezprzewodowe monitorują temperaturę w 11 budynkach z urządzeniami produkcyjnymi. W każdym budynku
znajdują się małe grzejniki chroniące zimą pompy przed zamarznięciem, które wyłącza pompę z ruchu na 3 dni i wymaga
kosztownej naprawy. Dotychczas temperatura była sprawdzana tylko przez operatorów podczas obchodów obiektu ponieważ rozwiązanie przewodowe było zbyt drogie. Zastosowane
urządzenia bezprzewodowe umożliwiły automatyczny monitoring temperatury co znacznie ograniczyło liczbę uszkodzonych pomp.
Technologia bezprzewodowa to nie tylko pomiar zmiennych
procesowych, ale również dostęp do informacji o urządzeniach pomiarowych. Miliony zainstalowanych na obiektach
inteligentnych urządzeń HART-owskich posiadają wbudowane możliwości diagnostyczne. Niestety wiele zakładów nie ma
odpowiedniej infrastruktury by system sterowania odbierał
dane przesyłane w standardzie HART. Z tego powodu więk-
szość informacji diagnostycznych jest tracona. Technologia
bezprzewodowa może temu zaradzić. Można zmodernizować
istniejące przewodowe urządzenia HART przy pomocy bezprzewodowego modułu, który będzie przesyłać informacje
diagnostyczne do sterowni lub warsztatu. A sygnały dla systemu sterowania będą nadal bez zakłóceń przesyłane w sposób
tradycyjny, za pomocą komunikacji przewodowej.
Możliwości są praktycznie nieograniczone. Wreszcie jest
okazja zmierzyć te wszystkie zmienne, których pomiar był
wcześniej nieopłacalny.
MOBILNI PRACOWNICY
Technologia bezprzewodowa tworzy nową generację pracowników mobilnych. W dzisiejszych czasach, gdy setki ludzi
pracują na obiekcie z dala od sterowni, biura czy warsztatu,
technologia bezprzewodowa może znacznie zwiększyć ich
wydajność zapewniając stały dostęp do wszelkich potrzebnych informacji. Chociaż operatorzy wiele obowiązków mogą
wykonać ze sterowni, to jednak wciąż się zdarza, że muszą
wyjść na obiekt. W niektórych zakładach muszą robić rutynowe obchody obiektu, żeby sprawdzić jak instalacja pracuje.
Zdalny dostęp do systemów sterowania i zarządzania zasobami oraz komputer bezprzewodowy mogą znacznie zwiększyć
efektywność działań operatora, który może od razu skonfrontować to co widzi z tym co dzieje się w procesie i szybko podjąć stosowne działania.
LEPSZE ZARZĄDZANIE PROCESEM I ZAKŁADEM
Aplikacje bezprzewodowe mogą poprawić poziom bezpieczeństwa obiektów przemysłowych. Wiele zakładów produkcyjnych stosuje już systemy bezprzewodowe do zapewnienia
bezpieczeństwa obiektu. Bezprzewodowe kamery telewizji
przemysłowej i elektroniczne karty dostępu umożliwiają monitorowanie zakładu w celu zapewnienia bezpieczeństwa
i ograniczonego dostępu do stref chronionych. Bezprzewodowe systemy lokalizacji umożliwiają monitorowanie urządzeń
i pracowników na instalacji. Dzięki temu można znacznie skrócić czas poświecany zlokalizowanie konkretnego obiektu np.
cysterny. Możliwość zlokalizowania każdego urządzenie i pracownika przydaje się zwłaszcza w sytuacjach awaryjnych.
Dzięki coraz większej ofercie produktów bezprzewodowych,
każdy zakład może je wypróbować i znaleźć aplikacje, w których urządzenia bezprzewodowe rozwiążą problemy spowodowane ograniczonymi możliwościami technologii tradycyjnej
i będą najkorzystniejsze z ekonomicznego punktu widzenia.
www.controlengpolska.com ● DODATEK CONTROL ENGINEERING POLSKA
7
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
Użytkownicy coraz częściej decydują się na systemy bezprzewodowe
Więcej zadowolonych
Według najnowszych badań rynkowych następuje gwałtowny rozwój technologii
bezprzewodowych w: akwizycji danych, sieciach komunikacyjnych, interfejsach
operatorskich, a także zdalnej kontroli i obsłudze czujników. Dzięki temu
w najbliższych czterech latach ten segment rynku ma rosnąć o 19% rocznie.
Z
godnie z ostatnimi badaniami przeprowadzonymi przez ośrodek Venture Development Corp.(VDC),
w latach 2007–2012 spodziewany
jest coroczny 19-procentowy wzrost w branży systemów bezprzewodowych w aplikacjach
przemysłowych monitoringu i sterowania.
Ankieterzy ośrodka VDC przewidują wzrost
wartości rynku aplikacji bezprzewodowych
z poziomu 629 milionów USD w 2007 roku,
do ponad 1,5 miliarda USD w roku 2012.
W kwocie tej zawierają się takie produkty, jak:
systemy akwizycji danych,
produkty sieciowe (punkty dostępu, moduły We/Wy, modemy, repeatery, routery,
transceivery),
terminale interfejsów operatorskich (moduły przenośne, notebooki, tablety, moduły do montażu na pojazdach, komputery,
PDA),
moduły zdalnego sterowania, piloty,
czujniki / przetworniki (przepływu, poziomu, ciśnienia, temperatury, wibracji
i inne).
Ponadto w szacowanym wzroście uwzględniono również segmenty rynkowe związane
z aplikacjami sieci siatkowych (mesh), w których spodziewane są jeszcze większe poziomy
wzrostu.
Poziom zadowolenia z bezprzewodówki – rok 2005
Zdaniem użytkowników
Jednym z elementów badania przeprowadzonego przez firmę VDC były rozmowy i ankiety internetowe z producentami urządzeń systemów bezprzewodowych automatyki oraz
ich użytkownikami oraz integratorami. Informacje pozyskano od użytkowników, którzy
już korzystają z takich systemów lub planują
ich instalację oraz takich, którzy jej nie planują, ale mają w swoich zakładach aplikacje
nadające się do obsługi przez systemy bezprzewodowe. Do najczęściej wymienianych
powodów instalacji tego typu systemów należały niskie koszty wdrożenia, jak również
duża elastyczność i łatwość wdrożenia systemu oraz jego ewentualnej reorganizacji.
Większość ankietowanych jest przekonana,
że proponowane aktualnie ceny sprzętu i oprogramowania dla systemów bezprzewodowych
są promocyjne i preferencyjne dla nabywców.
Niższe koszty, większa elastyczność i prostota
implementacji to, jak już wspomniano, najwyżej
plasujące się czynniki przemawiające za wykorzystaniem systemów bezprzewodowych. Na kolejnych pozycjach znalazły się m.in.: mobilność,
zasięg (jedyny sposób na dotarcie do trudno dostępnych miejsc), ochrona przed uszkodzeniem
mechanicznym kabli oraz zwiększone bezpieczeństwo i niezawodność systemu komunikacji.
Poziom zadowolenia z bezprzewodówki – rok 2007
Bardzo wysoki
13%
Bardzo wysoki
Wysoki
32%
Wysoki
43%
Średni
50%
Średni
35%
Niski
3%
Niski
6%
Bardzo niski
2%
---
Tabela 1.
8
CONTROL ENGINEERING POLSKA DODATEK ● www.controlengpolska.com
16%
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
Gdzie te oszczędności?
Potencjalni użytkownicy bezprzewodowych
sieci przemysłowych oczekują jak najszybszego zwrotu inwestycji, do pięciu lat. Warto
więc wiedzieć, w jakich obszarach spodziewać się można największych oszczędności po
implementacji tego typu systemów. Oto one:
mniejsze ogólne koszty instalacji (materiały i praca),
mniejsze koszty utrzymania i serwisowania,
większa elastyczność, łatwiejsze wprowadzanie zmian funkcjonalnych i rekonfiguracja,
większa niezawodność w niektórych, specyficznych aplikacjach,
większa wydajność funkcjonalna; możliwość obsługi i diagnostyki przez terminale
mobilne.
Warto zaznaczyć, że aż 42% respondentów
badań wśród czynników decydujących o zadowoleniu użytkowników sieci bezprzewodowych wskazuje na dopasowanie do specyficznych wymogów użytkownika.
Wzrost zadowolenia
użytkowników
Porównując najnowsze wyniki z ankietą przeprowadzoną przez ośrodek VDC w 2005
roku, można stwierdzić wzrost zadowolenia
użytkowników technologii bezprzewodowych
(patrz: tabela 1.).
Aplikacje: dane, sterowanie,
poziom
Aplikacje
systemów
bezprzewodowych
w przemyśle mogą być bardzo zróżnicowane.
Aplikacje przemysłowe sieci bezprzewodowych
I/O
I/O
pomiar przepływu
analizator
gazów
sterownia
I/O
alarm dla obsługi
PLC
gateway
bezprzewodowy
I/O
alarmy procesowe,
kalibracja
I/O
panele sterowania
napędami, zaworami
Źródło: Control Engineering oraz Venture Development.
Respondenci wśród najczęstszych aplikacji
wskazywali: przesył danych (np. między sterownikami), obsługę sterowników oraz programowanie modułów sterujących.
Ponadto w wypowiedziach ankietowanych
pojawiły się m.in.:
kontrola poziomu cieczy w zbiornikach,
obsługa urządzeń kontroli jakości powietrza,
obsługa urządzeń w procesach chemicznych,
Zainteresowanie rośnie
Dla Control Engineering Polska mówi Andrzej Górczak, Product Manager Automation Systems,
Phoenix Contact:
rzyszły rok będzie stał pod znakiem dalszego rozwoju technologii
bezprzewodowych. Należy spodziewać się wprowadzenia na rynek anten
zintegrowanych z urządzeniem. Nastąpi przyspieszenie w uruchamianiu
urządzeń i zestawianiu połączeń wielu urządzeń jednocześnie. Zauważamy rosnące
zainteresowanie przemysłu transmisją bezprzewodową. Dlatego kontynuujemy
działania między innymi w przemyśle motoryzacyjnym. Koegzystencja różnych
urządzeń działających w tej samej częstotliwości, odporność na zakłócenia, pewność
transmisji to zadania na nadchodzące lata. Warto podkreślić, że nie tworzymy
produktów uniwersalnych, idealnych dla każdej aplikacji. Chcemy, aby klienci dobierali
produkty optymalnie spełniające ich oczekiwania. Stąd w naszej ofercie technologie, takie jak: WLAN,
Bluetooth oraz Trustedwireless. Potrafimy przesyłać sygnały IO, RS232/485, a także Ethernet.
P
www.controlengpolska.com ● DODATEK CONTROL ENGINEERING POLSKA
9
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
sprzęt pracujący w wodociągach i oczyszczalniach ścieków,
moduły kontroli jakości wody,
aparatura elektryczna,
taśmociągi,
obsługa urządzeń w gospodarce odpadkami.
Potencjalni użytkownicy bezprzewodowych
sieci przemysłowych oczekują jak najszybszego
zwrotu inwestycji, najlepiej do pięciu lat.
W sumie zarejestrowano aż 46 różnego typu
aplikacji i zastosowań. Odnotowano ponadto,
że największy potencjalny wzrost zastosowań
systemów bezprzewodowych w przemyśle
spodziewany jest w takich aplikacjach, jak:
programowanie sterowników,
wytwarzanie elementów półprzewodnikowych,
obsługa pieców do obróbki cieplnej elementów,
testy i kontrola produktów na liniach produkcyjnych,
monitoring urządzeń i części wibrujących.
Dlaczego nie
Ankietowanych, którzy jak dotychczas nie zastosowali w swoich przedsiębiorstwach systemów bezprzewodowych, poproszono o podanie przyczyn. Najczęściej wymieniali oni:
oszczędności,
konieczny wysoki poziom bezpieczeństwa
transmisji,
niezawodność na poziomie podobnym lub
większym niż w aplikacjach przewodowych.
Na dalszych pozycjach znalazły się m.in.:
brak wystarczającej wiedzy o produktach
i technologii przewodowej, wymogi klientów,
większa wydajność dotychczasowych technologii oraz brak konieczności modyfikacji istniejących aplikacji.
Wymienione czynniki powinny podpowiedzieć dostawcom technologii bezprzewodowych, w jaki sposób dotrzeć do tych
potencjalnych klientów. Wyraźnie widać,
że konieczna jest większa edukacja i uświadomienie realnych korzyści wynikających
z zastosowania tych technik w aplikacjach
niemożliwych do obsłużenia przez klasyczne
systemy przewodowe.
Czynniki decydujące o bieżącym lub planowanym wykorzystaniu
technologii bezprzewodowych w aplikacjach monitoringu
i sterowania w przemyśle
(Odsetek respondentów – użytkowników)
niższe koszty
52%
większa elastyczność systemu
51%
prostota implementacji
50%
42%
wymagania klientów
zwiększona mobilność
36%
jedyny sposób na dojście do danej lokalizacji
35%
21%
zabezpieczenie przed zniszczeniem przewodów / kabli
zwiększenie bezpieczeństwa
16%
0
10
20
30
40
50
Uwaga: Suma wartości procentowych przekracza 100% ze względu na możliwość udzielenia kilku odpowiedzi przez respondentów
Źródło: Control Engineering oraz Venture Development.
10
CONTROL ENGINEERING POLSKA DODATEK ● www.controlengpolska.com
60
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
[email protected]ü6HQDKDRRü
[email protected]üRHD­ü[email protected]
$LDQRNMü[email protected][email protected]ü6HQDKDRRüˆüADYOHDBYM«üRNKHCM«ü[email protected]@MHYTI«B«üRH»ü
RHD­üADYOQYDVNCNV«üHMSDKHFDMSM«üHüË@SV«üVüTõXBHTü9Dü[email protected]ü6HQDKDRRüVRYXRSJHDü
TQY«[email protected]ü Vü RHDBHü LNF«ü [email protected]­ü RH»ü LH»CYXü RNA«ü /Nü [email protected]@MHTü [email protected]ËDIü
OQYDRYJNCXü KTAü [email protected]ü [email protected]ü [email protected]@MHYTI«[email protected]ü RH»ü RHD­ü @[email protected]ü
[email protected]@ü MNV«ü CQNF»ü [email protected]ËTü Yü ONLHMH»BHDLü OQYDRYJNCXü [email protected]ü 6HQDKDRRü IDRSü [email protected]@üü
Hü[email protected]@üˆüTCNVNCMHNMNüYCNKMNÝ­üOQYDRË@[email protected]ü[email protected]ü[email protected]üü[email protected]ü[email protected]@[email protected]ü
[email protected]üRSQNM»üVVV$LDQRNM/[email protected]
VVV$LDQRNM/QNBDRROK
Logo Emerson jest znakiem handlowym i usługowym firmy Emerson Electric Co. © 2007 Emerson Electric Co.
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
Poziom zadowolenia z zastosowania technologii bezprzewodowych
w aplikacjach monitoringu i sterowania w przemyśle
(Odsetek respondentów – użytkowników)
bardzo wysoki
16%
wysoki
43%
35%
średni
6%
niski
0
10
20
30
40
50
Źródło: Control Engineering oraz Venture Development.
Niemal 60% respondentów wyraża swoje zadowolenie z zastosowania technik bezprzewodowych na poziomie
wysokim i bardzo wysokim. Czy to już czas przejścia na technologie bezprzewodowe?
Warto również nadmienić, że wspomniana wcześniej niezawodność nie dotyczy jedynie sprzętu i oprogramowania, ale również komunikacji i wymiany danych między
elementami systemu. Kwestie odnoszące
się właśnie do niezawodnej komunikacji
i bezpieczeństwa transmitowanych danych
mogą w znacznym stopniu przyczynić się
do ograniczenia rynku dla systemów bezprzewodowych w zastosowaniach przemysłowych.
W ankiecie VDC wyraźnie widać wzrost
znaczenia tego czynnika dla klientów i użytkowników. Aż 34% nie zwracało na nią uwagi w 2005 roku, zaś w roku 2007 odsetek
ten zmalał do poziomu zaledwie 3%.
Jak zwiększyć bezpieczeństwo
komunikacji
Udział ocen bardzo wysokich, wysokich i średnich dotyczących kwestii bezpieczeństwa komunikacji w systemie bezprzewodowym jest
Szybki wzrost zastosowań urządzeń bezprzewodowych
w przemyśle produkcyjnym i przetwórczym
astosowanie urządzeń bezprzewodowych w aplikacjach przemysłu przetwórczego i produkcyjnego może być znacznie
szybsze, niż w innych branżach przemysłowych. Przedstawiciele ARC w raporcie „Wireless in Process Manufacturing
Worldwide Outlook” stwierdzili, że do 2012 roku wartość rynku urządzeń bezprzewodowych w aplikacjach produkcji
i przetwórstwa może przekroczyć sumę 1,1 miliarda USD, utrzymując 32-procentowy roczny poziom wzrostu.
Implementacja modułów bezprzewodowych w branżach przemysłu ciężkiego (przetwórstwo ropy i gazu, zakłady chemiczne,
kopalnie, huty i elektrownie) przebiega z pewnym opóźnieniem w porównaniu z innymi branżami. Tego typu zakłady są zwykle
bardzo rozległe, większość aplikacji znajduje się na wolnym powietrzu, istnieją zagrożenia wybuchami. Co za tym idzie, pojawiają
się niezwykle trudne warunki dla funkcjonowania systemów bezprzewodowych, a stosowane tam moduły muszą mieć specjalne
certyfikaty w zakresie bezpieczeństwa i niezawodności.
Największy wzrost spodziewany jest w segmencie bezprzewodowych czujników. W roku 2008 stanowi on niewielki udział
w ogólnej wartości rynku modułów bezprzewodowych. Jednak zgodnie z prognozami ARC w ciągu najbliższych pięciu lat stanie
się on największym segmentem na skutek „zalania” rynku systemów monitoringu całymi seriami nowych czujników. Będą one
dostosowane do różnych aplikacji przemysłowych i będą działać we wszystkich technologiach komunikacji bezprzewodowej.
Ponadto najistotniejszym czynnikiem wciąż ma być zmniejszający się koszt tego typu modułów, przy rosnącej funkcjonalności.
Będzie to przemawiało za coraz częstszym ich stosowaniem, nawet w aplikacjach dotychczas zdominowanych przez tradycyjne
rozwiązania przewodowe.
Z
12
CONTROL ENGINEERING POLSKA DODATEK ● www.controlengpolska.com
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
teraz znacznie większy, niż w poprzednim
badaniu. Fakt ten potwierdza regułę, zgodnie z którą czym więcej doświadczeń z nową
technologią, tym większa świadomość znaczenia bezpieczeństwa systemów sterowania.
Najczęściej w sieciach bezprzewodowych
stosuje się różne algorytmy i metody kodowania przesyłanej informacji. Innymi sposobami zabezpieczeń jest zakładanie kodów
dostępu, ograniczenie mocy, a tym samym
zasięgu nadajników oraz zastosowanie anten
kierunkowych. Podstawowymi zaburzeniami
ograniczającymi zasięg komunikacji lub zakłócającymi wymianę danych są: konstrukcje metalowe, sygnały użytkowe tłumiące lub
rozpraszające oraz zaburzenia elektromagnetyczne od przewodów, kabli elektrycznych,
urządzeń energoelektronicznych, napędów
elektrycznych oraz innych.
Zakłócenia transmisji danych mogą też powodować same systemy komunikacji bezprzewodowej, jeżeli w danym zakładzie jest sporo
tego typu systemów. Jeszcze gorzej, gdy pochodzą od różnych dostawców (kompatybilność technologii transmisji i kodowania).
Dlatego też, decydując się na instalacje sieci bezprzewodowej warto zwrócić uwagę na
kilka podstawowych kwestii, które pozwolą
na uniknięcie wielu problemów:
przeprowadzenie dokładnej analizy w zakresie lokalizacji urządzeń sieciowych,
organizacja sieci w topologii siatkowej
mesh – z możliwością wielu ścieżek transmisji danych między punktami sieciowymi,
odpowiednie uziemienie wszystkich urządzeń,
kontrola poprawności wykonania sieci,
odpowiednie ekranowanie urządzeń sieciowych,
zastosowanie technologii transmisji z FHSS
(metodą rozpraszania widma w systemach
szerokopasmowych).
Jim Taylor, Venture Development
Artykuł pod redakcją
dra inż. Andrzeja Ożadowicza,
adiunkta w Katedrze Automatyki
Napędu i Urządzeń Przemysłowych
Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie
Lek na rosnące koszty energii
Dla Control Engineering Polska mówi Tomasz Kochanowski, specjalista ds. sprzedaży, ASTOR:
omunikacja bezprzewodowa od kilku lat rozwija się dynamicznie. W 2009
roku ta tendencja na pewno się utrzyma. Systemy bezprzewodowe
umożliwiają wymianę danych m.in. z ruchomymi obiektami. Dzięki temu
znajdują coraz to nowsze zastosowania. Przykładem takich aplikacji jest wdrożony
w tym roku w jednej z kopalń siarki system monitorowania bieżącego poboru ciepłej
wody niezbędnej w procesie wydobywczym. Punkty wydobycia nie dość, że
rozproszone na znacznym obszarze, są dodatkowo, w zależności od wielkości złoża,
co kilka, kilkanaście miesięcy przenoszone. Zastosowanie komunikacji opartej
na radiomodemach SATEL umożliwia dyspozytorowi optymalizację bieżących
poborów ciepłej wody na poszczególne punkty wydobywcze w ramach dostępnego, określonego przez
dostawcę medium limitu. Koszty energii elektrycznej, gazu czy wody są głównymi czynnikami wprowadzania
w zakładach przemysłowych bezprzewodowych systemów monitoringu mediów. Systemy takie dają realne
oszczędności dzięki optymalizacji poborów, ograniczeniu obsługi czy skróceniu czasu usuwania awarii.
Warto wspomnieć, że po kilku latach współistnienia komunikacji w sieciach GSM/GPRS i radiomodemach,
można zaobserwować zjawisko łączenia tych dwóch technologii bezprzewodowych w ramach jednego
systemu. Podnosi to jego funkcjonalność i elastyczność. Tego typu hybrydowe rozwiązanie znalazło
zastosowanie w systemach sterowania sygnalizacją świetlną do potrzeb realizacji „zielonej fali”. W takim
systemie częsta komunikacja pomiędzy sterownikami, niezbędna do prawidłowej synchronizacji,
przekazywana jest na łączu radiomodemowym. Z kolei diagnostyka urządzeń odbywa się z wykorzystaniem
technologii GSM/GPRS.
K
www.controlengpolska.com ● DODATEK CONTROL ENGINEERING POLSKA
13
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
Bezprzewodowe aplikacje monitoringu poziomu w zbiornikach
Do trzech razy sztuka
Instalacja bezprzewodowych systemów pomiaru poziomu w zbiornikach przyczyniła
się do wzrostu wydajności i bezpieczeństwa, lepszej kontroli zasobów i surowców
przetwórczych oraz poprawniejszego przystosowania do norm ochrony środowiska.
S
ystemy bezprzewodowe sprawdziły się doskonale m.in. w przemyśle
farmaceutycznym, w aplikacjach
monitoringu poziomu substancji w zbiornikach (zlokalizowanych w strefach ściśle chronionych) oraz w zakładach
uzdatniania wody i oczyszczalniach ścieków.
Systemy bezprzewodowe odpowiadają za
monitoring zbiorników, ochronę przed przepełnieniem oraz kontrolę przepływu w sieci
wodociągowej. W artykule opisano pokrótce
wszystkie trzy wdrożenia.
Monitoring zbiorników
Wykorzystanie systemów bezprzewodowych
w firmie farmaceutycznej CSL Behring pozwoliło na zwiększenie bezpieczeństwa procesów
produkcyjnych i poprawiło dostępność do niezbędnych danych. Jednocześnie usprawniono
procesy decyzyjne i strategię produkcji.
– Nadajniki bezprzewodowe pozwalają nam
na monitorowanie poziomu substancji w zbiornikach w czasie rzeczywistym, zamiast ręcznego pomiaru dokonywanego raz dziennie przez
pracownika – wyjaśnia Jeff Dabney, starszy
inżynier procesów w CSL Behring. – Dzięki
temu uzyskaliśmy znacznie lepszą kontrolę
nad zasobami płynów i surowców.
W aplikacji wykorzystano moduły bezprzewodowe Honeywell XYR 5000, które stworzyły możliwość:
poprawy bezpieczeństwa pracowników dzięki wyeliminowaniu ręcznych pomiarów,
redukcji emisji szkodliwych substancji do
atmosfery,
redukcji liczby połączeń kablowych, a tym
samym zmniejszenia kosztów instalacji i jej
późniejszego utrzymania oraz serwisu,
CSL Behring monitoruje poziom substancji
w zbiornikach w czasie rzeczywistym za pomocą
nadajników bezprzewodowych Honeywell.
Dzięki temu nastąpiła poprawa bezpieczeństwa
pracowników dzięki wyeliminowaniu ręcznych
pomiarów. Poza tym zredukowano liczbę połączeń
kablowych, a tym samym zmniejszono koszty
instalacji i jej późniejszego utrzymania oraz serwisu.
14
CONTROL ENGINEERING POLSKA DODATEK ● www.controlengpolska.com
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
zwiększenia niezawodności systemu monitoringu oraz dokładności danych
pomiarowych, które pozwalają
na stosowanie bardziej precyzyjnych metod sterowania i regulacji,
prowadzenia dokładniejszych, miarodajnych i szybkich pomiarów niezbędnych
parametrów procesowych.
W CSL Behring wytwarza się produkty pomocne
w leczeniu takich chorób,
jak hemofilia oraz inne zaburzenia krzepnięcia krwi
oraz zaburzenia wytwarzania
przeciwciał i układu immunologicznego. Ponadto produkowane są medykamenty używane do tamowania krwotoków
w czasie operacji chirurgicznych oraz tzw. ekspandery plazmowe, stosowane przy oparzeniach, w chorobach krążenia oraz innych.
W zakładach zlokalizowanych w 18 krajach
zatrudnionych jest w sumie ponad 6 000
osób. Zbiorniki z alkoholem znajdują się zwykle na zewnątrz zakładów produkcyjnych.
Dotychczas wyznaczeni pracownicy musieli
wchodzić po wąskich drabinach na szczyt
olbrzymich zbiorników (poj. ok. 40 000 litrów), liczących sobie niejednokrotnie nawet
50 lat, o wysokości ok. 4,6 m.
– Nasi pracownicy zmuszeni byli do wychodzenia na te zbiorniki niezależnie od pogody
– w słońcu, deszczu, śniegu i mrozie – stwierdza jeden z kierowników CSL Behering.
Ręczna kontrola poziomu alkoholi w zbiornikach stwarzała dodatkowo realne zagrożenie bezpieczeństwa pracowników i całych zakładów, ze względu na możliwość wybuchu.
Stąd też dążenie zarządu do wyeliminowania
tej czynności. Okazało się jednak, że wybór
właściwego rozwiązania technologicznego,
zdolnego do pracy w strefie klasy 1. kategorii
1., wcale nie był taki prosty.
– Aplikacja miała być zlokalizowana na zewnątrz budynków i przekazywać dane pomiarowe przez linie przecinające co najmniej kilka
dróg wewnętrznych, po których poruszają się
pojazdy technologiczne – mówi Jeff Dabney,
starszy inżynier w CSL Behring. – Konieczne
więc byłoby wykonanie specjalnych, odpowied-
Urządzenia systemowe Weidmuller spełniały
wszystkie wymagania stawiane przez
pracowników JEA. Włącznie z darmowym
dostępem do aplikacji programowych
i prostotą ich użytkowania.
nio zabezpieczonych tras kablowych, co generowałoby znaczne koszty instalacji systemu.
Kładzenie linii kablowych na odcinkach
o długości około 150 m było wysoce nieopłacalne. Dlatego też zdecydowano się na technologię bezprzewodową, gdzie koniecznym
okazało się tylko zainstalowanie odpowiednich nadajników / odbiorników bazowych,
umiejscowionych obok chłodni kominowej,
w odległości około 300 m od zbiorników.
Przetworniki ciśnieniowe w zbiorniku mie-
Nadajniki bezprzewodowe pozwalają nam
na monitorowanie poziomu substancji w zbiornikach
w czasie rzeczywistym, zamiast ręcznego pomiaru
dokonywanego raz dziennie przez pracownika.
rzą ciężar zgromadzonego w nim alkoholu,
wysyłając dane pomiarowe do bazowych
modułów nadawczo-odbiorczych, które z kolei przekazują je do odpowiednich sterowników PLC. Pracownicy w każdej chwili mają
dostęp do danych pomiarowych z poziomu
ekranów komputerów PC. Ponieważ nie są
już konieczne ręczne pomiary poziomu cieczy
w zbiornikach, nie trzeba ich również otwierać. Dzięki temu do atmosfery nie wydostają
się szkodliwe opary. Jeff Dabney przestrzega
jednak tych, którzy chcieliby zainstalować
system bezprzewodowy, że zawsze konieczne
www.controlengpolska.com ● DODATEK CONTROL ENGINEERING POLSKA
15
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
jest dokładne sprawdzenie i przeanalizowanie terenu i miejsca. Zwłaszcza pod kątem
możliwości zainstalowania bazowych modułów nadawczo-odbiorczych.
– W naszym przypadku pomiędzy punktem pierwotnej lokalizacji modułu bazowego
a czujnikami na zbiorniku znajdowała się
System Weidmuller dał pracownikom oczyszczalni JEA możliwość
monitoringu i pełnej kontroli nad transmisją danych oraz wydłużenia
czasu działania baterii zasilających moduły transmisyjne.
chłodnia kominowa, która nie działała jesienią, gdy uruchamiano system bezprzewodowy – wyjaśnia Dabney. – Jednak później, gdy
zmieniła się pora roku i wzrosła temperatura
powietrza, chłodnia zaczęła działać, powodując spore zakłócenia w transmitowanym
sygnale. Konieczne było przeniesienie modułów bazowych w takie miejsca, aby powstała
bezpośrednia linia komunikacji fal radiowych
między zbiornikiem a modułem bazowym.
Wówczas komunikacja zaczęła funkcjonować
bez zarzutu.
Zapobieganie przepełnieniom
w oczyszczalni
Zapobieganie przelaniu ścieków w zbiornikach to kwestia niezwykle istotna dla wszystkich zakładów oczyszczania ścieków i uzdat-
16
CONTROL ENGINEERING POLSKA DODATEK ● www.controlengpolska.com
niania wody. Konieczne jest tam zachowanie
bezpieczeństwa i czystości, zgodnie z wymagającymi normami ochrony środowiska
i zdrowia ludzi. Strefy, w których realizowane są te procesy, mają zwykle klasę 1., kategorię 1. Jedna z amerykańskich oczyszczalni
– JEA w Jacksonville w stanie Floryda zainwestowała w instalację wysoko odpornego na
zaburzenia zewnętrzne systemu SCADA. Jego
zadaniem jest kontrola i monitoring ponad
1 200 stacji, które tworzą aplikację monitoringu zbiorników ściekowych. Podstawowym
zadaniem aplikacji jest ciągła kontrola stanu zapełnienia zbiorników i powiadamiania
o ewentualnych zagrożeniach, aby interwencje serwisowe były jak najszybsze.
Po przeprowadzeniu szeregu praktycznych
testów poprawności działania i mocy transmitowanych sygnałów zdecydowano się na
instalację technologii bezprzewodowej Weidmuller. O wyborze zadecydowała wysoka
niezawodność i dobre wsparcie techniczne.
Wiele innych testowanych technologii i rozwiązań niestety nie zdało egzaminu w rzeczywistych warunkach funkcjonowania aplikacji.
Ostatecznie system komunikacji bezprzewodowej zainstalowano w 17 zbiornikach.
Nadajniki umieszczone w ich wnętrzu muszą mieć na tyle silny sygnał, aby wydostał
się na zewnątrz zbiornika, poprzez stalową
pokrywę. Ponadto muszą być odporne na
działanie szkodliwych substancji wewnątrz
zbiornika oraz pracować dostatecznie długo
przy zasilaniu bateryjnym. Kolejną konieczną cechą modułów jest mobilność. Tak, aby
w przypadku reorganizacji lub modernizacji
systemu nadajniki można przenieść w inne
miejsce i swobodnie połączyć z siecią wymiany informacji oraz systemem SCADA.
Urządzenia systemowe Weidmuller spełniały wszystkie wymagania stawiane przez
pracowników JEA. Włącznie z darmowym dostępem do aplikacji programowych i prostotą
ich użytkowania. W procesie instalowania
i testowania systemu aktywnie uczestniczyli
przedstawiciele lokalnego dystrybutora Weidmuller. Weryfikowali oni poprawność działania poszczególnych modułów i całego systemu
wymiany informacji. Zaproponowana aplikacja dała pracownikom oczyszczalni JEA możliwość monitoringu i pełnej kontroli nad transmisją danych oraz wydłużenia czasu działania
baterii zasilających moduły transmisyjne.
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
Kładzenie linii kablowych na odcinkach o długości
około 150 m było wysoce nieopłacalne. Dlatego też
zdecydowano się na technologię bezprzewodową,
gdzie koniecznym okazało się tylko zainstalowanie
odpowiednich nadajników / odbiorników bazowych,
umiejscowionych obok chłodni kominowej,
w odległości około 300 m od zbiorników.
Monitoring wodociągów
Firma MTS Systems Sensor Division, przy współpracy z OleumTech,
zrealizowała system monitoringu
zaopatrzenia w wodę rezydencji
w Pie Town. Jej mieszkańcy zgłosili
potrzebę dokładniejszego pomiaru
poziomu wody w zbiorniku ogólnym
o pojemności około 11 500 litrów.
Zastosowany system pozwala na
efektywniejsze wykorzystanie zasobów zbiornika oraz jego ekonomiczne zasilanie i uzupełnianie. W aplikacji zastosowano czujnik poziomu
cieczy Level Plus model MG, przeznaczony do pomiarów w zbiornikach składowania cieczy. Dane pomiarowe przesyłane są poprzez sieć
Modbus do modułu OleumTech Level Mate Monitor. Transmisja następuje drogą radiową (przez obszar zadrzewiony i trzy ściany) do centrum
zbierania danych OleumTech Data
Hub, znajdującego się w zamkniętym budynku. Z kolei wyjścia tego
modułu połączone są z siecią magistrali miejscowej, przez którą informacje przesyłane są do sieci lokalnej
Ethernet i globalnej Internet. Dzięki
takiemu rozwiązaniu użytkownicy
systemu, korzystając z przeglądarki
internetowej, mogą swobodnie przeglądać dane pomiarowe oraz ustalić
indywidualny okres odświeżania
wartości i częstotliwość odczytów
z modułu radiowego.
– System bezprzewodowy umożliwił nam uzyskanie dokładnych informacji o dostępności zasobów wody,
zgromadzonych w zbiorniku, umieszczonym w odległości około 45 m od
domu – wyjaśnia Anne Dorough,
właścicielka rezydencji. – Ze względu na niepełnosprawność ruchową
mego męża: nie jest on wstanie samodzielnie sprawdzać poziomu wody
w zbiorniku. Prowadzenie ich przeze
mnie, zwłaszcza w trudnych warunkach pogodowych, stwarzałoby zagrożenie dla mojego zdrowia. Dlatego
zdecydowaliśmy się na omawiane
rozwiązanie, z którego jesteśmy bardzo zadowoleni.
Odizolowanie rezydencji państwa
Dorough od innych zabudowań powoduje, że woda dostarczana jest
tam beczkowozem. Nowy system
monitoringu zasobów zbiornika pozwala właścicielom na monitorowanie ewentualnych wycieków, planowanie dostaw świeżej wody oraz
optymalne użytkowanie urządzeń,
które ją pobierają. Użytkowanie
zautomatyzowanego i bezprzewodowego systemu monitoringu jest przy
tym bardzo wygodne i bezpieczne.
Zastosowane w nim czujniki MG
prowadzą jednocześnie bardzo dokładne pomiary poziomu cieczy i jej
temperatury. Są niezawodne, proste
w instalacji i ewentualnej reorganizacji systemu. Zakres mierzonych
przez nie odległości wynosi od 508
mm do 18 288 mm. Pracują przy
zasilaniu 12 lub 24 V DC przez magistralę Modbus.
Peter Welander
Artykuł pod redakcją dra inż. Andrzeja Ożadowicza, adiunkta w Katedrze Automatyki Napędu i Urządzeń
Przemysłowych Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie
W PRAKTYCE: DZIAŁ SPONSOROWANY PRZEZ HONEYWELL
TECHNOLOGIA BEZRZEWODOWA
W POMIARACH KOROZJI
Wstęp
Większość współczesnych inżynierów uważa, iż
w dziedzinie przemysłowych pomiarów szybkości korozji wszystko lub prawie wszystko zostało już powiedziane. Od wielu lat na szeroką skalę stosuje się różnorodne techniki monitoringu korozji zaczynając od
pomiarów grubości ścianek technikami ultradźwiękowymi, przez kupony korozyjne po bardziej zaawansowane technologie jak pomiary rezystancyjne (ER –
Electrical Resistance), FSM (Field Signature Method)
etc. Oprócz technik pomiarowych stosuje się ponadto mniej lub bardziej zaawansowane sposoby oceny
ryzyka wystąpienia uszkodzeń wywoływanych procesami korozyjnymi czy wreszcie wprowadza się systemy kompleksowego „zarządzania korozją” (corrosion
management). W tej perspektywie zadziwiające jest,
iż nadal większość zdarzeń korozyjnych rejestrujemy
„post factum”, czyli w momencie wystąpienia przecieku, eksplozji, itp., Co więcej, znalezienie czynnika
odpowiedzialnego za intensyfikację procesów korozyjnych prowadzących do wspomnianych uszkodzeń
nie jest łatwym procesem i wymaga znacznego nakładu środków finansowych (specjalistyczne testy
laboratoryjne, analiza danych historycznych itp.).
O wadze problemu, niech świadczy fakt, iż według
różnych szacunków całkowite koszty zdarzeń związanych z korozją mogą sięgać nawet 4% PKB (w krajach uprzemysłowionych.
Jakie są zatem przyczyny tak wielu porażek przemysłu w walce z korozją? Bez wątpienia jedną z nich
jest konserwatywne spojrzenie technologów oraz
inżynierów procesowych na problem pomiarów korozyjnych. Wielu z nich nie postrzega korozji jako
tzw. zmiennej procesowej a więc parametru, który
Rysunek 1. Kupony korozyjne
18
CONTROL ENGINEERING POLSKA DODATEK ● www.controlengpolska.com
Rysunek 2. Przykład sond LPR
może ulegać gwałtownym fluktuacjom, który może
pojawiać się niespodziewanie i równie niespodziewanie znikać. Nie bez znaczenia jest tutaj fakt braku
odpowiedniego powiązania danych korozyjnych z innymi parametrami procesowymi, czyli brak integracji
z systemami sterowania (DCS).
W ostatnich latach można jednak zaobserwować
pewne pozytywne trendy w technikach pomiaru korozji skutkujące coraz częstszym wprzęganiem korozji
do systemów sterowania i automatyki. Kluczowymi
elementami są tutaj przesyłanie danych korozyjnych
z dowolnego miejsca na instalacji w jak najkrótszym
czasie, możliwość łatwej i szybkiej migracji punktów
monitoringu korozji, płynna integracja z systemami
sterowania itp. Na tym polu nowoczesne rozwiązania
komunikacji bezprzewodowej (m.in. OneWireless)
w technikach pomiaru korozji stanowią bez wątpienia
milowy krok w rozwiązywaniu przemysłowych problemów korozyjnych.
Przemysłowe technologie pomiaru
szybkości korozji
Historycznie najstarszą i równocześnie najchętniej
stosowaną w przemyśle techniką pomiaru szybkości
korozji jest metoda wagowa zwana również metodą kuponową. Polega on na pomiarze ubytku masy
płytek stalowych – kuponów (Rysunek 1) eksponowanych w środowisku korozyjnym. Typowa długość
jednego cyklu pomiarowego wynosi najczęściej 3060 dni. Podstawową zaletą metody kuponowej jest
niski koszt jednostkowy pomiaru oraz możliwość
uzyskania cennych informacji dotyczących np. osadotwórczości w układzie. Niezaprzeczalną wadą stosowania kuponów jest bardzo długi czas pomiaru,
W PRAKTYCE
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
Zaletą techniki LPR jest możliwość względnie
szybkiego pomiaru szybkości korozji równomiernej.
Metoda LPR nie jest jednak użyteczna w układach
o niskiej przewodności elektrochemicznej i ponadto
nie daje możliwości detekcji korozji wżerowej.
Inną stosowaną w technice przemysłowej metodą pomiaru korozji jest tzw. metoda sygnatury
pola (FSM – field signature method). Technika ta
nie wymaga ekspozycji elementów pomiarowych
w strumieniu procesowym i dlatego jest szczególnie
przydatna w miejscach trudno dostępnych, gdzie
zastosowanie typowych sond intruzyjnych jest niemożliwe. W technice FSM stosujemy system czujników (pins) przymocowanych do powierzchni elementu, który mamy zamiar analizować. Porównując
spadek średniego napięcia na czujnikach pomiarowych z napięciem na elemencie odniesienia możemy wyznaczyć szybkość korozji równomiernej.
Czas pomiaru:
miesiące
Czas pomiaru: dni,
tygodnie
Pomiary w czasie
rzeczywistym
(minuty, sekundy)
Możliwość obserwacji
zmian długoterminowych
KOROZJA JAKO
ZMIENNA PROCESOWA
Przybliżona ocena
korozyjności
SmartCET
Szybkość korozji
Czas
Czas
Czas
Rysunek 3 Popularne techniki pomiaru korozji
versus czas odpowiedzi
Zaletą techniki FSM jest możliwość monitorowania
korozji wżerowej, do wad można zaliczyć trudności
interpretacji danych oraz brak możliwości rozróżnienia zewnętrznych skaz oraz ubytków materiału
testowanego elementu.
Jedną z najciekawszych technik pomiaru szybkości korozji w strumieniach przewodzących prąd
jest wprowadzona niedawno na rynek technologia
OneWireless SmartCET®. Technika ta, bazująca na
kombinacji trzech znanych metod: pomiaru impedancji, analizy harmonicznej oraz pomiaru szumów
elektrochemicznych umożliwia dokonanie pomiaru
zarówno szybkości korozji równomiernej jak i dokonać oszacowania potencjału korozji wżerowej (pitting
factor). Ponadto technologia SmartCET® umożliwia
wyznaczanie w systemie on-line stałej empirycznej
B (Równanie 1), która w zależności od środowiska
może zmieniać swoją wartość w przedziale od 10
do 200mV – w tradycyjnych przetwornikach LPR
stosuje się zazwyczaj ustaloną wartość stałej B na
poziomie ok. 30mV. Pomiary rzeczywistej wartości
stałej B daje możliwość bieżącej weryfikacji i uaktualniania wartości szybkości korozji równomiernej.
Ponadto analizując zmiany kolejnego mierzonego
parametru – Wskaźnika Mechanizmu Korozji – (CMI
– Corrosion Mechanism Indicator) – mamy możli-
PRZETWORNIK
DANE KOROZYJNE
KOROZJONISTA
tygodnie,
miesiące
DANE
KOROZYJNE
Rp = B/icor
Równanie 1.
gdzie: Rp – opór polaryzacji (∆E/∆i);
icorr – prąd korozyjny; B – stała empiryczna
LPR,
ER,
Okresowe przeglądy UT unowocześnione ER,
Ubytek metalu
toda rezystancyjna (ER – electrical resistance).
Technologia ER polega na pomiarze oporu elementu
pomiarowego eksponowanego w środowisku korozyjnym. Ubytek masy elementu pomiarowego skutkujący zmianą jego rezystancji pozwala na proste
obliczenie liniowej szybkości korozji. Podstawową
zaletą techniki ER jest możliwość jej stosowania we
wszystkich możliwych strumieniach procesowych
m.in.: węglowodorowych, wodnych, gazowych, parowych itp. Do głównych wad metody ER należą między innymi czas odpowiedzi jak również brak możliwości różnicowania korozji wżerowej, która należy do
najbardziej groźnych form korozji.
Do pomiarów szybkości korozji w strumieniach
przewodzących prąd (układy wód chłodzących, rafineryjne wody kwaśne itp.) stosuje się najczęściej
metodę pomiaru oporu polaryzacji (LPR – Linear Polarization Resistance). Zasada działania techniki
LPR polega na przyłożeniu do elementu pomiarowego (elektrody) niewielkiego, zmiennego potencjału
(w granicach 10-30mV) i następnie mierzeniu odpowiedzi prądowej. Stosunek przyłożonego potencjału
do wartości odpowiedzi prądowej określamy mianem
oporu polaryzacji, i jest on odwrotnie proporcjonalny
do wartości prądu korozyjnego (lub upraszczając do
szybkości korozji równomiernej), zgodnie z uproszczonym równaniem 1.
Kupony,
Ocena wizualna,
przeglądy UT
Szybkość korozji
przez co możemy jedynie monitorować skumulowany efekt korozyjny bez możliwości wglądu w krótkotrwałe trendy zmian.
Rozwojową wersją metody kuponowej jest me-
SONDA
KOROZYJNA
ZMIANA PARAMETRÓW PROCESU
tygodnie,
miesiące
OPERATOR,
TECHNOLOG
Rysunek 4. Schemat obiegu danych korozyjnych
w typowym układzie przemysłowym
www.controlengpolska.com ● DODATEK CONTROL ENGINEERING POLSKA
19
W PRAKTYCE
Nowe limity
bezpieczeństwa
Ciśnienie
Temperatura
Korozja
Przepływ
pH, itp.
Nowy model
oceny ryzyka
“Nowy model” (Projektowanie,
Testy, Weryfikacja,
Implementacja)
a) Sytuacje alarmowe - działanie
b) Raport efektywności
Dane dodatkowe:
laboratorium, instalacja
Dane z DCS
Możliwość integracji z modułami np.:
Operations Management, Alarm Management
Rysunek 5. Schemat nowej koncepcji zintegrowanego
systemu oceny ryzyka korozyjnego na instalacjach
przemysłowych
wość oceny zmian zachodzących na powierzchni
elektrod (tworzenie osadów mineralnych lub biologicznych, tworzenie warstwy pasywnej itp.). Zastosowanie specjalnych technik próbkowania oraz
algorytmów obliczeniowych skraca pojedynczy cykl
pomiarowy do zaledwie 30 sekund, co czyni korozję rzeczywistą zmienną procesową (Rysunek 3).
Dopiero w tym momencie można rozważać pełną
integrację pomiarów korozyjnych z systemami sterowania procesem.
Integracja pomiarów szybkości korozji
z systemami sterowania (DCS)
Do chwili obecnej w zdecydowanej większości
przypadków dane korozyjne zbierane za pomocą
kuponów, sond ER, sond LPR itp. były i nadal są
traktowane jako odseparowany strumień danych,
którego przetwarzaniem najczęściej zajmują się
wyspecjalizowane działy korozjonistów lub specjalistów materiałowych. Sytuacja ta jest konsekwencją
stosowanych rozwiązań pomiarowych bazujących
najczęściej na okresowym odczycie danych z odpowiednich przetworników a następnie ich manualnym przetworzeniu za pomocą wyspecjalizowanego
oprogramowania. Pełny cykl analizy sytuacji korozyjnej od momentu uzyskania danych pomiarowych
do momentu np. modyfikacji parametrów procesowych trwa co najmniej miesiąc (Rysunek 4).
Nowoczesne rozwiązania techniczne (np.: OneWireless SmartCET®) umożliwiające przesył danych
korozyjnych bezpośrednio do systemu sterowania
w minutowych/sekundowych interwałach czasowych
dają służbom nadzoru procesu (operatorzy, technolodzy) pełny wgląd w bieżącą sytuację korozyjną na
instalacji. Już nie miesiące czy tygodnie, ale minuty
i sekundy dzielą operatorów procesu od momentu
wystąpienia zagrożenia korozyjnego do jego wykrycia, analizy i eliminacji. Zatem, możemy również
zmodyfikować koncepcję zintegrowanego zarządzania korozją gdzie zmiany parametrów korozyjnych
analizujemy w perspektywie zmian on-line pozostałych parametrów procesowych (Rysunek 5).
Bezprzewodowe pomiary korozji
w aplikacjach przemysłowych
Jednym z ciekawszych przykładów praktycznego
zastosowania bezprzewodowych systemów pomiaru korozji, jest ocena wpływu parametrów procesowych na korozyjność strumienia wody obiegowej
w przemyśle papierniczym.
Coraz ostrzejsze wymagania odnośnie zagadnień
ochrony środowiska wymuszają na przemyśle pa-
Strumień procesowy
dostrzyk
chemikaliów
OBRÓBKA
PROCESOWA
Mieszalnik
Korekcja pH
woda
obiegowa
Komunikacja
bezprzewodowa
Rysunek 6. Uproszczony schemat
układu do monitoringu korozji
na strumieniu wody obiegowej
20
DCS
CONTROL ENGINEERING POLSKA DODATEK ● www.controlengpolska.com
HC900
MultiNoda
Punkt dostępowy
W PRAKTYCE
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
10.0
1.2
9.5
1
9.0
0.8
8.5
pH
0.6
8.0
0.4
7.5
0.2
7.0
0
6.5
intensyfikacja korozji wżerowej
6.0
2-09
-0.2
2-09
2-09
3-09
3-09
3-09
3-09
3-09
4-09
Współczynnik wżerowości
pH poza zakresem
pomiarowym
Rysunek 7.
Zmiany współczynnika
wżerowości versus zmiany
wartości pH wody obiegowej
CZAS
pierniczym podejmowanie zdecydowanych kroków
ograniczających ilość zrzucanych ścieków. Zamykanie obiegów i recykling strumieni prowadzi jednak
do powolnego, ale nieuniknionego pogarszania się
jakości wody, co w niebagatelny sposób wpływa
również na jej własności korozyjne.
W tradycyjnych układach wody obiegowej (white
water) w papierni, bez recyrkulacji, stężenia np. jonów
chlorkowych kształtują się na relatywnie niskim poziomie 100-200ppm. Ten sam układ, ale z recyrkulacją
wody wykazuje już zawartość chlorków na poziomie
400ppm, co nie pozostaje bez wpływu na całkowity
poziom korozyjności strumienia. Z uwagi na charakter
stosowanych materiałów konstrukcyjnych (najczęściej
stale nierdzewne typu 316) kluczowym elementem
ich odporności jest trwałość warstwy pasywnej. Niewielkie uszkodzenia mogą prowadzić do gwałtownej
propagacji niebezpiecznej korozji wżerowej (dysproporcja obszarów anodowych i katodowych), co z kolei
w układach pracujących pod obciążeniem (rolki) może
propagować korozję naprężeniową.
Na rysunku 6 przedstawiono uproszczony schemat pojedynczego układu do pomiaru szybkości
korozji z wykorzystaniem komunikacji bezprzewodowej (OneWireless) zintegrowanego z istniejącym
systemem sterowania.
Na rysunku 7 przedstawiono wyniki niewielkiego
fragmentu badań zależności parametrów korozyjnych (w tym przypadku współczynnika wżerowości) od zmian parametrów procesowych. W oparciu
o wstępną analizę zmian kluczowych parametrów
procesowych jak również ich potencjalnego wpływu
na korozyjność strumienia wody obiegowej wytypowano poziom pH jako jeden z istotnych czynników
mogących oddziaływać na korozję w układzie.
Rzeczywiście, jak widać na rysunku 7, okres,
w którym utrzymywał się podwyższony poziom pH
(przekroczony zakres pomiarowy) idealnie pokrywa się z okresem wzrostu wartości współczynnika
wżerowości. Ponieważ współczynnik ten określa
prawdopodobieństwo wystąpienia korozji wżerowej
w układzie widać wyraźnie, iż po uzyskaniu właściwego poziomu pH tendencja układu do inicjowania
wżerów gwałtownie maleje (współczynnik <0.1).
W oparciu o te wyniki w kolejnym etapie prac zostanie podjęta próba optymalizacji procesu tak, aby
zminimalizować lub całkowicie wyeliminować okresy, w których występuje podwyższone prawdopodobieństwo pojawienia się korozji wżerowej.
Podsumowanie
Nowoczesne technologie pomiaru szybkości korozji w systemie on-line w kombinacji z możliwością
bezprzewodowego przesyłania danych korozyjnych
bezpośrednio do systemu sterowania dają niezwykłe możliwości do kontroli procesów korozyjnych w instalacjach przemysłowych. Obecnie już
operator procesu, w sterowni zakładu, może aktywnie wpływać na modyfikowanie i neutralizację
niebezpiecznych zmian parametrów procesowych
odpowiedzialnych za, nawet chwilowy, wzrost korozyjności układu. Ponadto integracja pomiarów
korozyjnych z systemami do optymalizacji procesu
daje możliwość znaczących oszczędności nie tylko
w obszarze bezpośredniego nadzoru korozyjnego,
ale również m.in. w obniżaniu kosztów inhibitorów
oraz chemikaliów stosowanych do obróbki strumienia procesowego z punktu widzenia jego korozyjności (np. neutralizatory).
Dr inż. Sławomir Kuś
Specjalista ds. korozji, Honeywell
www.controlengpolska.com ● DODATEK CONTROL ENGINEERING POLSKA
21
Komunikacja bezprzewodowa w przemyśle
Ekonomiczne radiomodemy
serii RE
Transparentne i ekonomiczne radiomodemy
serii RE firmy RACOM pracują w licencjonowanym paśmie częstotliwości, w zakresie
400-470 MHz. Umożliwiają tworzenie rozległych sieci o dowolnej topologii, z punktami odległymi nawet o dziesiątki kilometrów,
niezależnie od operatorów sieci GSM (brak
opłat za przesyłanie pakietów danych, jakość
i niezawodność transmisji nie jest zależna od
chwilowego natężenia sieci komórkowej).
Urządzenia pozwalają na ustawienie
dwóch poziomów mocy wyjściowej (0,2 lub
2 W) oraz trzech różnych prędkości transmisji danych: 2,6 kbit/s w kanale 6,25
kHz, 5,2 kbit/s w kanale 12,5 kHz, 0,4 kbit/s w kanale 25 kHz.
Radiomodemy serii RE wyposażone są
w dwa interfejsy komunikacyjne: szeregowy RS 232 i Ethernet. Port Ethernetowy
pozwala na wykorzystanie zwykłej przeglądarki WWW do konfiguracji parametrów,
sterowania i diagnostyki (np. sprawdzania
jakości i mocy sygnału dla indywidualnych
połączeń w sieci). Radiomodemy RE mogą
być zasilane bezpośrednio z sieci 10-30 V
DC lub poprzez port Ethernet (PoE).
Wyłączny dystrybutor produktów RACOM
w Polsce: SABUR Sp. z o.o.
www.sabur.com.pl
Przetworniki bezprzewodowe serii XYR 6000
firmy Honeywell
Przetworniki bezprzewodowe eliminują bariery monitorowania
zmiennych z obszarów, gdzie zastosowanie tradycyjnych przetworników przewodowych jest zbyt kosztowne, skomplikowane
lub wymaga dużo czasu. Urządzenia te zostały zaprojektowane
z myślą o aplikacjach, które nie mają dostępu do zasilania, oddalonych lub trudno dostępnych, wymagających częstych zmian
rozmieszczenia urządzeń lub specyficznych wymogów aplikacji.
W skład rodziny przetworników XYR™ 6000 wchodzą urządzenia do pomiaru nadciśnienia, ciśnienia absolutnego, różnicy
ciśnień, temperatury oraz korozji. Linia produktowa zawiera
również interfejs wejść analogowych, służący do dodania cech
bezprzewodowych urządzeniom 4-20 mA. Zasięg przetworników XYR 6000 wynosi do 610 m i jest zależny od topologii
sieci. Pomiary ciśnień, różnicy ciśnień, temperatury oraz pomiary analogowe zapewniają dokładność ±0,1% zakresu pomiarowego. Cechy charakterystyczne: niezależny system zasilania (wbudowana bateria zapewnia działanie bez dodatkowych
urządzeń zasilających do 10-ciu lat); wielofunkcyjny monitoring (monitoring stanu instalacji, generowanie alarmów i rejestracji zdarzeń z jednosekundowym czasem próbkowania); bezpieczeństwo (ochrona i bezpieczeństwo przesyłanych informacji poprzez zaawansowane szyfrowanie danych); wydajność (optymalizacja wydajności następuje przez współdzielenie
pasm częstotliwości, nadawanie priorytetów oraz przesyłanie
krytycznych informacji w pierwszej kolejności); możliwość
obsługi różnych protokołów
komunikacyjnych (dopuszcza
się połączenie różnych systemów, wykorzystując komunikację w aktualnie stosowanych
standardach sieci bezprzewodowych); znaczną redukcję
kosztów (szybka i łatwa instalacja oraz oszczędność kosztów
okablowania).
www.honeywell.com.pl
LANTRONIX WiPort – miniaturowy serwer seryjny OEM realizujący komunikację radiową
(802.11b/g) i sieciową (Ethernet)
WiPort to miniaturowy moduł (34 x 33 x 10 mm) w wersji OEM (do wbudowania), o wysokim stopniu integracji, przeznaczony dla wytwórców i projektantów, którzy w bardzo łatwy i szybki sposób chcą rozbudować swe urządzenia o możliwość komunikacji bezprzewodowej. WiPort wyposażony jest w: dwa porty szeregowe,
własny niezawodny i sprawdzony system operacyjny, kompletny stos TCP/IP, wbudowany serwer stron WWW, możliwość wysyłania informacji o sytuacjach wyjątkowych (alarmach) pocztą elektroniczną, zestaw różnorodnych zabezpieczeń (256-bitowa szyfracja
AES). Wbudowany serwer WWW, wykorzystujący aplety JAVA lub strony HTML, umożliwia poprzez standardowe przeglądarki internetowe komunikację z urządzeniem oraz
wizualizację odczytów lub nastawów.
Dzięki serwerom seryjnym firmy LANTRONIX możliwy jest zdalny nadzór z jednego miejsca wielu instalacji złożonych z tysięcy urządzeń zlokalizowanych w różnych
miejscach na świecie. Z rozwiązań firmy LANTRONIX korzystają m.in.: HONEYWELL,
BOSCH, SIEMENS, MOELLER, FANUC, LINDE.
TRADEX SYSTEMS Sp. z o.o.
www.lantronix.com, www.tradex.pl
22
CONTROL ENGINEERING POLSKA DODATEK ● www.controlengpolska.com
Potężne możliwości komunikacyjne
radiomodemów serii MR 400
Wąskopasmowy radiomodem MR 400 firmy
RACOM pracuje w częstotliwości 350-470
MHz z mocą wyjściową regulowaną programowo (16 kroków) w przedziale od 0,1 do 25 W.
W ofercie znajdują się modele wykorzystujące
do transmisji kanały o szerokościach 12,5 kHz
lub 25 kHz. Czas przełączania między nadawaniem a odbieraniem w trybie half-duplex
jest krótszy niż 1,5 ms, co znacznie zwiększa
efektywność transmisji. Transmisja danych
drogą radiową osiąga prędkość 10,84 kbit/s
w kanale 12,5 kHz i 21,68 kbit/s w kanale
25 kHz. MR400 obsługuje ponad 70 protokołów przemysłowych, w tym: Modbus, IEC,
DF1, DNP3 i wiele innych. Wbudowane funkcje diagnostyczne
umożliwiają zdalną kontrolę stanu urządzenia. Modułowa budowa
pozwala dostosować funkcjonalności modemu do specyficznych wymagań klienta.
Dodatkowe moduły: interfejsy szeregowe (RS 232, RS 232
optycznie izolowany, RS 422/485) Ethernet, automatycznie ustawiający prędkość na 10 lub 100 Mbit/s GPS, 16 kanałowy odbiornik z dokładnością do 2,5 m T-port, Ethernetowy konwerter
na interfejs szeregowy RS 232 I/O (analogowe/cyfrowe).
Wyłączny dystrybutor produktów RACOM w Polsce:
SABUR Sp. z o.o.
www.sabur.com.pl
LANTRONIX XPress-DR+W – przemysłowy
bezprzewodowy serwer seryjny z obsługą
komunikacji radiowej 802.11b/g i Ethernet.
XPress-DR+W to serwer seryjny, montowany na szynie DIN, pozwalający na szybkie i łatwe przyłączenie urządzeń asynchronicznych do sieci radiowej (802.11b/g) lub Ethernet, wspierający wiele
protokołów przemysłowych (Modbus, DF1), wyposażony w ochronę
przeciwprzepięciową portów szeregowych 15 kV. Pozwala, aby dowolne urządzenia asynchroniczne z interfejsem RS-232 (centralki
alarmowe, czujki, sterowniki, czujniki, bramki,
wagi) mogły być przyłączone do sieci Ethernet,
WAN lub Internet. Unikatowa funkcjonalność
SwitchPort+™ daje możliwość łańcuchowego
łączenia rożnych urządzeń przemysłowych z pojedynczego przyłącza sieciowego. Oprogramowanie ComPort Redirector™ pozwala na stworzenie
wirtualnych portów szeregowych dla urządzenia
poprzez sieć (802.11, Ethernet). Dzięki takiemu rozwiązaniu możliwe jest zdalne zarządzanie
z jednego miejsca, instalacjami złożonymi z tysięcy urządzeń zlokalizowanych w różnych miejscach na świecie. Z rozwiązań firmy LANTRONIX korzystają m.in.: HONEYWELL, BOSCH,
SIEMENS, MOELLER, FANUC, LINDE.
TRADEX SYSTEMS Sp. z o.o.
www.lantronix.com,
www.tradex.pl

Podobne dokumenty