W dobie powszechnej rejestracji danych jest rzeczą oczywistą, że wszystkie wskaźniki, z którymi mamy do czynienia w trakcie rutynowych prac w zakładzie przemysłowym – począwszy od kontroli jakości produktu i wydajności urządzeń po bezpieczeństwo i sprawność mechanizmów kontrolnych środowiska pracy – muszą być stale monitorowane.
Co więcej, rosnąca popularność utrzymania ruchu zorientowanego na niezawodność (ang. Reliability Centered Maintenance – RCM) oraz naciski na redukcję personelu zakładów wymusiły konieczność stosowania bardziej efektywnych narzędzi zarządzania we współczesnych programach Lean Maintenance. Rosnące zapotrzebowanie na rozwiązania gwarantujące wysoką jakość i skuteczną interpretację wyników sprawiło, że w znacznym zakresie pracy zakładów przemysłowych konieczne stało się stosowanie przenośnych, precyzyjnych i efektywnych pod względem kosztów, autonomicznych urządzeń do akwizycji danych.
W każdym procesie przemysłowym występują maszyny, procesy i wielkości fizyczne, których parametry trzeba na bieżąco mierzyć, prognozować, rejestrować, analizować i umieszczać w raportach. Także przy okazji wielu innych czynności, takich jak okresowe kontrole wydajności i monitorowanie środowiska pracy, wielokrotne powtarzanie operacji bezpośredniego sczytywania danych wydaje się kosztowną przesadą. Sprawdzanie bieżących parametrów i wyników produkcji powinno wchodzić w zakres tego rodzaju czynności w zdecydowanie mniejszym stopniu niż zasadnicze zadania UR, wykrywanie i usuwanie usterek urządzeń oraz nadzór nad warunkami ich pracy – czyli czynności bezpośrednio wpływające na wydajność zakładu.
W tym właśnie obszarze przydatne okazują się przenośne urządzenia rejestrujące. Wykonywanie doraźnych testów i pomiarów za pomocą uniwersalnych, szybkich przenośnych rejestratorów eliminuje konieczność stosowania bardziej zaawansowanych urządzeń lub obciążania działającej skomputeryzowanej sieci. Oznacza to także, że dane zebrane przez operatora mogą zostać w późniejszym czasie poddane dokładnej analizie komputerowej przez wyższą kadrę inżynierską.
Możliwości przenośnych rejestratorów
Wysokiej klasy przenośny rejestrator danych to nie tylko rozbudowany woltomierz, ale przede wszystkim element systemu akwizycji danych. Modele wyposażone w aktywny ekran dotykowy i głośnik umożliwiają dokonanie szybkiej oceny całego testu lub procesu i natychmiastowe dokonanie odpowiednich poprawek. Mogą one również pobierać próbki sygnałów i przechowywać przeliczone dane pomiarowe – automatycznie (w określonych odstępach czasu) albo po wykryciu określonego zdarzenia, takiego jak przekroczenie zakresu lub podanie sygnału cyfrowego. Z obliczeń przeprowadzanych w urządzeniu na podstawie danych pochodzących z różnych źródeł można odczytywać i monitorować inne zmienne procesowe, takie jak moc, sprawność, przepływ skorygowany, a także wartości: maksymalną, minimalną i średnią.
Przenośne urządzenia rejestrujące mogą, zależnie od potrzeb, pobierać i przekształcać na postać cyfrową różne rodzaje fizycznych i elektrycznych sygnałów pomiarowych: słabe sygnały termoelementów (liczone w miliwoltach), wzmacniane sygnały przemysłowe (0 – 10 V DC – w pomiarach ciśnienia, przesunięcia, obciążenia, przepływu i prędkości), standardowe sygnały przyrządów (4 – 20 mA), wysokie (120 – 240 V AC) prądy zasilające sprężarki, pompy i silniki. Mogą również posłużyć do analizy stanów logicznych w przekaźnikach i stykach sterowanych przez przemysłowe sterowniki PLC i układy sterowania sekwencyjnego oraz sygnały impulsowe enkoderów, przetworników i innych urządzeń generujących sygnał o określonej częstotliwości.
Uzyskane dane można wyświetlać w czasie rzeczywistym lub przegrać do komputera w celu dalszej obróbki, wizualizacji i analizy. Istotnym kryterium przy wyborze przenośnego rejestratora jest liczba i rodzaj wymaganych kanałów analogowych i cyfrowych, częstotliwość próbkowania (szybkość pobierania sygnałów analogowych i przekształcania ich na postać cyfrową), a także dokładność i precyzja (odpowiednia rozdzielczość) odczytów.
Zakres stosowania i ograniczenia
Warto znać zakres skuteczności oraz podstawowe ograniczenia przenośnych rejestratorów. Nie należy sądzić, że mają one zastąpić systemy SCADA i sterowanie obsługiwane bezpośrednio przez komputer lub sterownik PLC lub też stacjonarne urządzenia rejestrujące zainstalowane na liniach produkcyjnych i w komorach testowych. Przenośne rejestratory mają za zadanie przede wszystkim uzupełniać pracę dużych, wbudowanych instalacji w zakresie kontroli i profilaktyki.
Ponieważ urządzenia te zasilane są zwykle z baterii, nie są one w stanie zasilać podłączonych przetworników. Ponadto, ze względu na niewielkie rozmiary (urządzenie trzyma się w ręku), można do nich podłączyć ograniczoną liczbę wejść. Przenośny tester nie jest ani komputerem, ani przekaźnikiem danych. Funkcje komunikacyjne z reguły celowo ogranicza się do minimum, ponieważ dane zapisuje się na standardowych kartach CF w postaci prostego i uniwersalnego formatu ASCII.
Należy pamiętać, że przenośne rejestratory mają spełniać dwie zasadnicze funkcje. Po pierwsze poprzez ciągłe dostarczanie wiarygodnych danych pomiarowych w czasie rzeczywistym, umożliwiają operatorowi dokonanie szybkiej oceny badanego procesu i wprowadzanie ewentualnych poprawek. Po drugie służą do rejestrowania danych pomiarowych w ramach różnych trybów zapisu, na przykład mogą rejestrować wartości, które wystąpiły tuż przed określonym zdarzeniem. Zebrane w ten sposób informacje można następnie przetwarzać oraz generować na ich podstawie analizy tendencji i raporty.
Zastosowanie przenośnych przyrządów rejestrujących
Najważniejsze obszary zastosowań omawianych urządzeń to prace konserwacyjne oraz wykrywanie i usuwanie usterek. Są one pomocne nie tylko w rutynowych działaniach profilaktycznych czy w razie awarii. Oddają nieocenione usługi także w zakresie ciągłego lub doraźnego monitorowania wydajności zakładowych systemów energetycznych, ogrzewania, chłodzenia, wentylacji, transportu itp. Ważne aspekty czynności diagnostycznych to rejestrowanie nieprawidłowości (monitorowanie stanów niesprawnej maszyny lub procesu w celu późniejszej analizy) oraz analiza tendencji pod kątem statystycznego sterowania procesem/jakością (ang. Statistical Process Control – SPC, Statistical Quality Control – SQC). Operator może na przykład szybko skonfigurować odpowiednie parametry i wartości graniczne, a następnie dokonać próbkowania, które wychwyci minimalne błędy taktowania lub amplitudy.
Przenośne rejestratory sprawdzają się również w trakcie okresowych czynności regulacyjnych, takich jak wykrywanie drgań, kalibracja, regulacja sygnałów zadających, przepływu, parametrów czasowych i progów w układach serwo i pętlach sterowania, kontrola nastaw i testowanie wzorcowe. Przenośny charakter omawianych urządzeń okazuje się ogromną zaletą, gdy w grę wchodzi testowanie obiektów odległych lub pobieranie pomiarów w terenie, w miejscach trudno dostępnych, a nawet w obrębie pracujących urządzeń transportowych.
Typowym obszarem zastosowania przenośnych przyrządów rejestrujących są pomiary w silnikach, urządzeniach i wyposażeniu systemów ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji, ponieważ łatwo zmierzyć pobory mocy i porównać je z normami sprawności. W trakcie wzorcowania lub diagnozowania zainstalowanego systemu sprężania i chłodzenia za pomocą przenośnego testera można bez trudu monitorować parametry wejściowego prądu ac i przy użyciu funkcji reagowania na określone zdarzenia wykrywać i rejestrować szkodliwe zakłócenia napięcia. Może on również posłużyć do kontrolowania temperatury instalacji, monitorując jej parametry i efektywność chłodzenia. Ze względu na dużą szybkość rejestracji i minimalny czas zwłoki, przenośny rejestrator może nadzorować takie krytyczne parametry, jak poziom drgań sprężarki, ciśnienie chłodziwa i stan włączników, aby następnie na ich podstawie określać profile napraw w prognozowanym utrzymaniu ruchu i usprawniać obsługę.
Czy warto?
Zastosowanie przenośnych urządzeń rejestrujących umożliwia znaczącą konsolidację i uproszczenie oprzyrządowania zakładu. Jedno niewielkie urządzenie wyposażone w wiele czujników i wyświetlacz może z powodzeniem zastąpić baterię mierników, wskaźników, rejestratorów i ciągnącą się za nimi plątaninę kabli. Do zalet przenośnego testera należy zaliczyć łatwość przemieszczania, podłączania, konfiguracji i użytkowania. Uniwersalna dostępność do danych wynika z zalet wymiennych kart pamięci oraz zapisywania informacji w prostym formacie tekstowym, który może zostać odczytany przez oprogramowanie różnych producentów, bez konieczności stosowania specjalnych sterowników i systemów operacyjnych. Różnorodność dostępnych metod graficznej prezentacji danych, takich jak bezpośredni odczyt w czasie rzeczywistym, arkusz stanów, wykres słupkowy, tendencji i zakresu, widmo DFT oraz możliwość wyliczania innych parametrów sprawności, ułatwiają operatorowi interpretację pomiarów i w sposób oczywisty zwiększają skuteczność nadzoru.
Nasilanie się tendencji do rejestrowania stanów wszystkich zasobów zakładu wyjaśnia wzrastającą popularność autonomicznych urządzeń przenośnych. Wydaje się, że rosnące znaczenie prostych w obsłudze urządzeń przenośnych na „peryferyjnych” obszarach pracy zakładu słusznie równoważy tendencję do instalowania coraz bardziej złożonych, scentralizowanych komputerowych systemów długookresowej rejestracji danych i sterowania.
Artykuł pod redakcją
Michała Andrzejczaka
