Czym dla ciebie jest przemysłowa sieć bezprzewodowa? To ponad 90% oszczędności przy budowie infrastruktury. Miej także na uwadze produktywność, bezpieczeństwo, ochronę danych oraz zgodność z przepisami ? to wszystko wpływa na wskaźnik zwrotu z inwestycji ROI.
Ostatnie implementacje przemysłowych rozwiązań bezprzewodowych w Western Refining i Toyota Motor Manufacturing Kentucky wykazały blisko 90% oszczędność środków przy budowie infrastruktury, zwiększenie produktywności, bezpieczeństwa, zapewnienie ochrony danych i wysoki wskaźnik zwrotu z inwestycji ROI.
Przewiduje się, że do 2015 r. sprzedaż przemysłowych komponentów bezprzewodowych wzrośnie z 1,2 miliona w 2009 r. do ponad 3 milionów, dając średnią roczną stopę zwrotu na poziomie 18%. Instytut badań IMS Research tłumaczy:
- Wielu użytkowników dostrzega wartość systemów bezprzewodowych.
- Wielu z nich szacuje, że inwestycja zwróci się już w pierwszym roku.
- Przyszły wzrost będzie napędzany przez nowe obszary zastosowań sieci bezprzewodowych (rozejrzyj się zatem dobrze).
- Zanim użytkownicy końcowi zdecydują się na infrastrukturę bezprzewodową, rozszerzenie jej na większy obszar będzie jeszcze bardziej atrakcyjne.
- Brak standaryzacji będzie bardzo istotny w inwestycjach o długim czasie zwrotu.
Aby długoterminowa inwestycja mogła być atrakcyjna, użytkownicy końcowi będą wymagać pewnego źródła części zmiennych.
Wyniki takich badań powinny skłonić do refleksji na temat implementacji przemysłowych rozwiązań bezprzewodowych ? zamiast sprawdzać ROI, zastanów się, czemu jeszcze nie czerpiesz z nich korzyści.
Mniejsze koszty kablowania, większa wydajność
W należącej do Western Refining rafinerii koło Gallup w stanie Nowy Meksyk w USA proces ratyfikacji i procesy przygotowawcze, są kontrolowane za pośrednictwem sieci bezprzewodowej. Doświadczenie Western Refining pokazuje, że systemy bezprzewodowe są w wielu aplikacjach alternatywą dla kosztownych, wymagających konserwacji i czasem zawodnych sieci kablowych. Technologia bezprzewodowa pozwala ograniczyć koszty infrastruktury przedsiębiorstwa przy jednoczesnym dużym wskaźniku ROI. Przedsięwzięcia, które nie były do tej pory ekonomicznie uzasadnione, stają się warte uwagi.
Ogromne projekty
Operacja odbywa się na wysokości ponad 2100 m, w górzystym terenie. Sam proces, ale i magazyny wymagają dużej powierzchni, dlatego koszt instalacji monitorującej może być duży.
Przeprowadzono ekspertyzę systemu, w której szczególną uwagę zwrócono na odległości między poszczególnymi fragmentami procesu, istniejące źródła zasilania i obecną infrastrukturę sieciową. Określono także krótko- i długoterminowe cele. Ekspertyza nie byłaby pełna, gdyby nie wykonano pomiarów zakłóceń elektromagnetycznych i nie przeanalizowano kwestii bezpieczeństwa całego systemu oraz potencjalnych zagrożeń.
Rafineria w pobliżu Gallup wykorzystuje system DCS TDC 3000 firmy Honeywell. Zarządzający przedsiębiorstwem poszukiwali możliwości rozszerzenia systemu nadzoru na zdecentralizowany magazyn produktów. Koszt tradycyjnego okablowania wraz z niezbędnymi akcesoriami każdego z wielu zbiorników został oszacowany na 15 00022 000 dolarów.
Nawet 90% kosztów systemu nadzorowania pracy może być pochłonięte przez koryta kablowe, ich akcesoria i konstrukcje mocujące. Bezprzewodowa technologia czyni monitorowanie znacznie tańszym i umożliwia połączenie punktów, które są trudno dostępne lub niedostępne ze względów ekonomicznych, a infrastruktura może być łatwo modernizowana i rozszerzona. Gwarantuje bezpieczeństwo, możliwość zarządzania energią i podziału łącza czyni sieć przewidywalną, a wartością dodaną jest zasięgWi-Fi.
Bezprzewodowe korzyści
Przemysłowe technologie bezprzewodowe:
- rewolucjonizują monitorowanie i nadzór nad procesem,
- tworzą nowe możliwości optymalizacji wydajności, niezawodności i bezpieczeństwa procesu, oferując przy tym niższy koszt wdrożenia,
- oferują ? przy wykorzystaniu najnowszych technologii radiowych i protokołów komunikacji ? stabilną pracę nawet w najbardziej wymagającym i niesprzyjającym otoczeniu,
- mają mechanizmy automatycznej zmiany konfiguracji sieci w przypadku awarii jednego (i więcej) z węzłów.
W 2008 roku w rafinerii w pobliżu Gallup rozpoczęto implementację bezprzewodowego systemu komunikującego się z przemysłowymi urządzeniami I/O, który oferuje zgodność z wieloma protokołami i standardami, w tym Wi-Fi. System wykorzystuje także dodatkowe zsynchronizowane ze sobą bramy, które łączą sieć bezprzewodową z siecią sterowania procesem.
Architektura bezprzewodowej sieci została opracowana tak, że łączy warstwę procesową i warstwę sieci rozproszonej w jedną zunifikowaną sieć. Cały obszar działania sieci został pokryty zasilanymi zewnętrznie punktami dostępowymi. Urządzenia te wspierają przemysłowe standardy bezprzewodowe i współpracują z aplikacjami do sterowania procesami, a także zapewniają redundantną komunikację z elementami pomiarowymi.
Punkty dostępowe komunikują się ze sobą, a ich zaawansowane mechanizmy routingu (trasowania) dbają o to, aby pakiety zostały dostarczone do głównej bramy, gdzie trafią do większej, przewodowej sieci sterowania procesem. Routing odbywa się na poziomie komunikacji między punktami dostępowymi, a nie między punktem dostępowym a elementem pomiarowym. Dane z urządzenia pomiarowego są odbierane przez co najmniej dwa punkty dostępowe ? taka redundancja gwarantuje bezpieczeństwo i pewność działania.
Brama, 38 urządzeń
Bezprzewodowa sieć kratowa zaimplementowana w rafinerii Gallup oferuje dostęp dla wielu aplikacji. Pierwotnie system wykorzystywany był do monitorowania poziomu w zbiornikach, teraz wykorzystuje się go do wielu wysokiej jakości pomiarów analogowych i cyfrowych. Dane przesyłane przez sieć bezprzewodową trafiają bezpośrednio do systemu DCS i innych aplikacji.
Bezprzewodowe transmitery zastąpiły przestarzałe pneumatyczne urządzenia wykorzystywane do pozycjonowania zaworów i badania procesu. Zoptymalizowana infrastruktura wykorzystująca automatycznie przełączane pasma zapewnia maksymalną wydajność. Bezprzewodowe czujniki przesyłają dane do stacji bazowej podłączonej do systemu sterowania procesem.
Instalacja Western Refinings zawiera jedną bramę bezprzewodową i cztery redundantne punkty dostępu, które obsługują 38 urządzeń pomiarowych. Urządzenia pomiarowe wysyłają dane do punktów dostępu, a te dbają, aby dane zostały bezpiecznie i z maksymalną prędkością dostarczone do bramy.
Bezprzewodowa infrastruktura pomiarowa w rafinerii Gallup umożliwiła pomiar tam, gdzie był on do tej pory ekonomicznie nieuzasadniony. Urządzenia są zaprojektowane do aplikacji, w których dostęp do zasilania jest ograniczony lub go nie ma, do punktów, w których obecnie pomiary są przeprowadzane ręcznie, oraz do systemów wymagających częstej zmiany konfiguracji.
Mając zdalne transmitery, inżynierowie rafinerii mogą łatwo zwiększyć ilość pomiarów, a także zmienić ich częstotliwość i typ. Mają też możliwość zwiększenia dokładności i powtarzalności pomiaru procesu, zastępując ręczne pomiary zautomatyzowanym systemem bezprzewodowym. Bezprzewodowa, ciągła komunikacjaz systemem ułatwia także poszukiwanie problemów ? wszystkie dane zgromadzone przez system są zsynchronizowane i mają swój znacznik czasowy.
Wyniki projektu
Dla Western Refining technologia bezprzewodowa okazała się być doskonałym rozwiązaniem. Bezprzewodowe transmitery zgodne ze standardem ISA100 DSSS mogą być wykorzystywane do monitorowania różnych procesów oraz dokonywania pomiarów w miejscach trudno dostępnych i niebezpiecznych. Zebrane dane są dostępne dla wielu aplikacji i mogą być dowolnie przetwarzane.
Technologia rozpraszania widma FHSS zwiększa bezpieczeństwo, gwarantując jednocześnie zwiększoną odporność na interferencje oraz pewność, że żadna częstotliwość nie zakłóci transmisji.
Wdrożenie sieci bezprzewodowej było szybkie, tanie i proste. Operatorzy, inżynierowie i technicy musieli poznać i zacząć dbać o jeden spójny system. Ponieważ inwestycja w infrastrukturę przedsiębiorstwa jest niewielka, można oczekiwać wysokich wartości ROI. Koszt każdego z punktów I/O jest zredukowany ? projekty, które wstrzymywano do tej pory z przyczyn finansowych i logistycznych, powinny być ponownie rozpatrzone.
Do końca 2011 roku Western Refining planuje zainstalować w swojej rafinerii w pobliżu Gallup ponad 100 bezprzewodowych transmiterów, które będą wykorzystane w różnych zadaniach monitorowania pracy systemu, a także w niekrytycznych aplikacjach. Zdecydowano także o wykorzystaniu technologii bezprzewodowej do monitorowania innych procesów i sterowania nimi. Pierwszym sterowanym bezprzewodowo procesem będzie proces mieszania. Zyskano więcej niż oszczędność na kosztach kabli ?największa zaleta systemów bezprzewodowych leży w możliwości łatwego udostępnienia danych zarówno do obecnych systemów sterowania, jak i innych systemów działających w sieci.
Bezprzewodowe monitorowanie, zgodność z wymaganiami
Susan Schnelbach, projektant techniczny w dziale produktów bezprzewodowych Banner Engineering, wyjaśnia, w jaki sposób bezprzewodowe monitorowanie poziomu wody w zbiornikach przeciwpowodziowych pomaga Toyota Motor Manufacturing Kentucky przestrzegać prawa.
Zbiorniki przeciwpowodziowe wykorzystywane są do kontroli przepływu po gwałtownych opadach, często także do oczyszczania zanieczyszczeń pochodzących z parkingów samochodowych i dachów budynków. Bezprzewodowy system monitorowania poziomu w zbiornikach eliminuje ręczny pomiar poziomu w każdym z nich.
Przepisy dotyczące kontroli spływającej w czasie burz wody regulują amerykańskie przepisy z 1972 roku. Miały one na celu przywrócenie rzekom dawnej czystości, niezbędnej do życia zwierzętom wodnym i lądowym. W 1987 roku przepisy zaostrzyły się i wprowadzono kontrolę wody deszczowej spływającej z zakładów przemysłowych. Obecnie to na zakładach spoczywa odpowiedzialność kontroli ilości i jakości wypływającej wody deszczowej.
Toyota Motor Kentucky, duży wytwórca branży samochodowej w Georgetown, w stanie Kentucky w USA, ma cztery zbiorniki przeciwpowodziowe położone w promieniu prawie dwóch kilometrów. Pomiędzy nimi znajdują się duże budynki.
Woda opadowa musi być badana po pierwszym deszczu każdego miesiąca. Jeśli spełnia wymagania, odpływ zbiornika zostaje otwarty, a woda podąża do lokalnych strumieni i jezior. Na koniec miesiąca odpływ jest zamykany ? aż do następnego deszczu, kiedy cykl się powtarza. Jeśli deszcz zacznie padać zanim woda zostanie przebadana, pracownicy Toyoty muszą obserwować poziom wody deszczowej w zbiorniku.
Bez kontaktu wzrokowego
Ponieważ zbiorniki znajdują się w znacznej odległości od siebie, a między nimi są inne budynki, Toyota Motor Manufacturing Kentucky postanowiła ? w porozumieniu z producentem sprzętu bezprzewodowego ? zastosować urządzenia radiowe, które współpracując ze sobą przekażą informację do centralnego sterownika, bazującego na komputerze klasy PC. Wykorzystanie komunikacji radiowej eliminuje potrzebę kontaktu wzrokowego między zbiornikami a budynkiem, gdzie znajduje się system sterowania.
Sieć bezprzewodowa składa się z jednego radia głównego i wielu wtórników (repeaterów) lub urządzeń podrzędnych. Urządzenia mają funkcje automatycznej konfiguracji i automatycznego rozwiązywania problemów.
Kiedy sieć jest uruchamiana po raz pierwszy, główne radio wyszukuje jednostki podrzędne będące w zasięgu. Wtórniki i urządzenia podrzędne, które nie znajdują się w zasięgu, same poszukują innych wtórników, z którymi nawiązują komunikację, tworząc tym samym możliwie najbardziej efektywną sieć, w której zasięg między poszczególnymi urządzeniami jest na tyle silny, aby zapewnić bezbłędną komunikację.
Sieć potrafi nie tylko sama stworzyć swoją architekturę, ale także sama się naprawić. Jeśli dane urządzenie podrzędne straci synchronizację z jednym wtórnikiem, automatycznie zacznie poszukiwać innego wtórnika, będącego w zasięgu.
W każdym zbiorniku przeciwpowodziowym zamontowano analogowy czujnik ciśnienia. Obwód czujnika i jego nadajnik są zasilane przez ładowany za pomocą ogniwa słonecznego akumulator. Pomiar ciśnienia wykonywany jest w pięciominutowym interwale.
Zmierzony poziom w zbiorniku jest przesyłany do głównego radia w sieci, które zostało umieszczone na dachu jednego z budynków i zasilone dostępnym tam napięciem stałym. Wszystkie urządzenia nadawczo-odbiorcze sieci wykorzystują anteny dookolne o dużym zysku, aby zapewnić stabilną komunikację na duże odległości we wszystkich kierunkach.
Radio podłączone do systemu logowania danych, w razie potrzeby informuje pracowników Toyoty o podnoszącym się poziomie wody.
Automatyczna konfiguracja i naprawa
System radiowego monitorowania poziomu został uruchomiony we wszystkich czterech zbiornikach przeciwpowodziowych.
Toyota Motor Manufacturing Kentucky i pracownicy odpowiedzialni za wykonywanie ręcznych pomiarów poziomu w zbiornikach dysponują teraz dokładnym i pewnym w działaniu systemem monitorowania. Automatyczna konfiguracja i naprawa sieci, a także duży dookolny zasięg urządzeń powoduje, że jest ona łatwa w instalacji i utrzymaniu. Zanim system został wdrożony, pracownicy musieli wielokrotnie sprawdzać poziom we wszystkich zbiornikach. Z pomocą przyszły czujniki poziomu i bezprzewodowa sieć. Problem pomiaru poziomu w zbiornikach został rozwiązany.
System monitorowania zbiorników wzbogacono o dodatkowe pomiary, które są wykorzystywane do lepszego kontrolowania odpływu ze zbiorników.
Art. pod redakcją mgr. inż. Łukasza Urbańskiego, doktoranta w Katedrze Automatyki Przemysłowej i Robotyki Wydziału Elektrycznego Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie.
CE