Podobnie jak idea rozproszonych systemów sterowania w latach 80. ubiegłego stulecia, tak obecnie nowinką technologiczną w dziedzinie przemysłowych systemów sterowania jest zastosowanie w nich komunikacji bezprzewodowej. Na krok ten decyduje się coraz więcej firm produkcyjnych i przetwórczych, ze względu na zwiększoną w ten sposób elastyczność systemu sterowania, możliwość obsługi wielu niedostępnych dotychczas miejsc oraz redukcję kosztów okablowania. W efekcie technologia bezprzewodowa zyskuje uznanie jako element zwiększający funkcjonalność systemów sterowania i monitoringu w takich obszarach, jak bezpieczeństwo i ochrona życia ludzkiego, monitoring wycieków niebezpiecznych substancji chemicznych, monitoring parametrów środowiskowych, np. w trudno dostępnych miejscach, monitoring naprężeń elementów wirujących, ruchomych itp.
Menedżerowie zakładów przemysłowych zalewani są informacjami o nieograniczonych wprost możliwościach komunikacji bezprzewodowej oraz najnowszych osiągnięciach w tej dziedzinie. Jednakże dopiero praktyczne testy komunikacji bezprzewodowej w rzeczywistych aplikacjach i warunkach przemysłowych są w stanie zweryfikować te informacje.
Komunikacja bezprzewodowa – większe bezpieczeństwo
Firma CSL Behring to światowy lider branży bioterapeutycznej protein plazmowych (w serum krwi), zatrudniająca ponad 6000 osób w 18 krajach.
Olbrzymie zbiorniki alkoholu wykorzystywanego w produkcji medykamentów w tej firmie zlokalizowane są najczęściej na zewnątrz, a kontrola ich stanu i poziomu zapełnienia realizowana jest zwykle poprzez podejście pracownika obsługi, wspięcie się po wąskiej drabince na niejednokrotnie kilkudziesięcioletnie zbiorniki, o wysokości nawet do 5–8 m. – Nasi pracownicy regularnie monitorują w ten sposób zbiorniki, niezależnie od pogody – czy słota, czy zima – stwierdza Jeff Dabney, starszy inżynier procesów w jednym z amerykańskich oddziałów firmy. Zbyt duże stężenie alkoholu w zbiornikach stanowi dla nich potencjalne zagrożenie eksplozją, przez co wpływa również na ogólny poziom bezpieczeństwa robotników pracujących w pobliżu zbiornika oraz dokonujących jego okresowych monitów. Z tych też względów firma Behring od dłuższego już czasu poszukiwała alternatywnego rozwiązania w stosunku do praktyki manualnych odczytów poziomów stężenia alkoholu w zbiornikach i ostatecznie zdecydowano się na zastosowanie komunikacji bezprzewodowej z modułami czujników. Ponadto ewentualne wykorzystanie bardziej tradycyjnej metody z okablowaniem wymagałoby przecięcia przez nie wielu dróg dojazdowych i serwisowych wokół zbiorników, co wiązałoby się z dodatkowymi wykopami. – Było dla nas sporym wyzwaniem znalezienie systemu pomiarowego działającego z zachowaniem klasy 1 kategorii 1 bezpieczeństwa pożarowego, który nie wymagałby dodatkowych nakładów finansowych, koniecznych do utrzymania tej klasy ochronności – wyjaśnia Dabney. – Co więcej, system z okablowaniem wymaga należytego utrzymania kanałów kablowych, co znów generuje koszty serwisowe itd. – dodaje.
Zastosowana ostatecznie technologia bezprzewodowa pozwoliła na sprawne zrealizowanie systemu zdalnego monitoringu zbiorników w czasie rzeczywistym, z czujnikami umieszczonymi nawet w trudno dostępnych miejscach, gdzie ich implementacja w wersji tradycyjnej byłaby znacznie bardziej czasochłonna i wiązałaby się z dodatkowymi kosztami. W zakładach Behring stacja bazowa komunikacji bezprzewodowej zlokalizowana jest około 270 metrów od zbiorników składowych, obok chłodni kominowej w kampusie zakładowym. Czujniki ciśnienia zlokalizowane na zbiornikach mierzą wagę/ciężar zgromadzonego w nich alkoholu i wysyłają dane do stacji bazowej, która z kolei przekazuje je do sterowników PLC. Dzięki temu pracownicy zakładu mają ciągły wgląd w dane z poziomu ekranów komputerowych, zamiast manualnego odczytu danych na czujnikach. Ponadto zmniejszyły się straty związane z odparowywaniem alkoholu ze zbiorników przy każdorazowym ich otwieraniu w trakcie pomiarów.
Dzięki zastosowaniu technologii bezprzewodowej Behring może z większą skutecznością dostosować się do wymagających norm bezpieczeństwa i wydajności, przy jednoczesnym zwiększeniu dostępności niezbędnych danych procesowych, co znacznie ułatwia procesy decyzyjne i zarządzania produkcją. Zwiększyło się również bezpieczeństwo pracy osób z obsługi zbiorników.
Niezawodność monitoringu
Firma Repsol YPF to z kolei duży koncern gazowo-naftowy, działający na terenie 28 krajów. Strategia firmy bazuje na stosowaniu najnowszych technologii, przy jednoczesnym zachowaniu troski o środowisko naturalne. W roku 2004 firma oddała do użytku rurociąg biegnący po dnie rzeki Colorado w okręgu przemysłowym Puesto Molina w Argentynie, na który składa się jedna rura z ropą, dwie z gazem oraz elementy towarzyszące, na długości ok. 500 km. W tego typu konstrukcjach rurociągowych obowiązują bardzo restrykcyjne przepisy związane z monitoringiem wycieków i uszkodzeń mechanicznych rur biegnących po dnie rzeki.
Koncern Repsol rozważał instalację na rurociągach przetworników ciśnieniowych, reagujących na nadmierne zmiany ciśnienia w rurach, jednak po uwzględnieniu kosztów montażu i późniejszego ich utrzymania rozwiązanie to okazało się wysoce nieekonomiczne. Wówczas wzięto pod uwagę nowe moduły czujników z bezprzewodową transmisją danych, które wnoszą ze sobą dodatkowe funkcjonalności. Wybrano rozwiązanie systemowe cechujące się niskim poborem prądu dla pracy nadajników, z możliwością pracy w niezwykle wymagających warunkach i w miejscach trudno dostępnych, w środowisku wodnym. Bezprzewodowy system pomiaru ciśnień pozwolił na redukcję kosztów montażu i integracji, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiego poziomu bezpieczeństwa i niezawodności. Ponadto został on bezpośrednio zintegrowany z zakładowymi systemami SCADA. Do podstawowych korzyści, jakie zaobserwowano po instalacji wspomnianego bezprzewodowego systemu, należą:
- redukcja kosztów ogólnych inwestycji o ok. 37% w stosunku do technologii tradycyjnych,
- niskie koszty projektu, instalacji, integracji i uruchomienia systemu,
- zwiększona niezawodność transmisji danych pomiarowych; wyeliminowanie błędów transmisji,
- ok. 50-procentowa redukcja kosztów utrzymania systemu pomiarowego, dzięki jego niezawodności, stabilności i zautomatyzowanej samodiagnostyce,
- ominięcie barier technologicznych związanych z pomiarami w miejscach trudno dostępnych, gdzie tradycyjne techniki są zbyt kosztowne.
Decyzja strategiczna
Okazuje się zatem, że technologia bezprzewodowa to już nie tylko element wygody w organizacji systemów monitoringu i sterowania. To również swego rodzaju narzędzie biznesowe, oferujące redukcję kosztów związanych z jego implementacją i późniejszym utrzymaniem. Pozwala ponadto na ograniczenie strat produkcyjnych i zwiększenie bezpieczeństwa pracy osób. Wiele firm podkreśla również jej pośrednie znaczenie w ochronie środowiska i utrzymaniu wysokich standardów produkcji na konkurencyjnym rynku.
W jak dużym stopniu technologia komunikacji rozprzestrzeni się w zastosowaniach przemysłowych, zależy jednak przede wszystkim do samych przedsiębiorstw, na ile potraktują decyzje o jej zastosowaniu jako strategiczną, mającą znaczący wpływ na rozwój firmy i jej status rynkowy.
Artykuł pod redakcją dr. inż. Andrzeja Ożadowicza, AGH Kraków
Autor: Jeff Becker
