Kamery w systemie sterowania

Kamery zwykle wykorzystywane są do zadań ochrony i bezpieczeństwa. Tymczasem mogą również z powodzeniem pełnić funkcje kontrolne w sterowaniu procesami krytycznymi.

Czasami urządzeniom przemysłowym przypisywane są pewne specyficzne, ściśle określone zadania. Traktowane są tak, jakby nie było możliwości, aby zostały użyte w inny sposób. Przykładem takiego podejścia są przemysłowe systemy wizyjne, traktowane przeważnie jako przydatne głównie w systemach ochrony i nadzoru. Jednak kreatywne spojrzenie na ich możliwości pozwoli na wykorzystanie tych urządzeń w aplikacjach sterowania.
Amerykańska spółka Nitta Gelatin wykorzystuje funkcjonalność najnowszych kamer wideo do poprawienia procedur wytwarzania i kontroli jakości. Pracujący na dedykowanych stacjach roboczych system monitoringu oprócz tradycyjnych funkcji nadzoru pozwala równocześnie na zdalny monitoring procesów produkcyjnych oraz na bezpośredni – aktywowany alarmami – przekaz wideo. Taki rozproszony system może być kontrolowany i monitorowany z lokalnego centrum dyspozycyjnego bądź nawet z regionalnego centrum (w tym przypadku mieszczącego się w Kanadzie).
W tradycyjnych instalacjach monitoringu obraz z kamery jest porównywany przez specjalistyczne oprogramowanie z predefiniowanymi obrazami wzorcowymi. W przypadku zaistnienia pewnych odchyleń od wzorca lub przekroczenia określonych poziomów tolerancji system alarmuje operatora o nieprawidłowościach. Możliwe jest przeprowadzenie awaryjnego wyłączenia linii produkcyjnej. W siedzibie Nitty wykorzystanie kamer wykracza dalece poza ich typowe funkcje. Przede wszystkim stosowane tam kamery nie są typowymi przemysłowymi urządzeniami wykorzystywanymi w systemach monitoringu (sieciowe kamery nadzoru Panasonic i-Pro). Obrazy z tych urządzeń mogą być w czasie rzeczywistym przedstawiane obsłudze systemu oraz przesyłane do aplikacji analizujących proces. W sytuacji stanu alarmowego oprogramowanie kamery automatycznie poprzez sieć wysyła obraz do centrum sterowania.

Wybór właściwego sprzętu  

System został zaprojektowany i zainstalowany przez Cross Automation, autoryzowanego dilera Panasonic Security Systems. Wsparcia projektowi udzielało CBX Electronics. Klient zażyczył sobie, aby system pozwalał na monitoring procesu równocześnie lokalnie i z głównej siedziby firmy w Toronto. Mike Godsey, menedżer w dziale e-data Cross Automation wyjaśnia, że pierwotnie sformułowane zadanie było dość typowe, ale znalezienie odpowiedniej kamery i systemu kontroli stanowiło poważne wyzwanie.
– Nitta wskazała nam kilka różnych kamer, które mogłyby zostać wykorzystane w projekcie, ale żadna z nich nie okazała się odpowiednia do stawianych zadań – mówi przedstawiciel integratora. – Niewystarczająca była albo jakość obrazu, albo możliwości kamery. A kiedy wszystko było OK, to okazywało się, że cena jest zbyt wysoka. Zaproponowaliśmy przetestowanie kamer nadzoru i-Pro Panasonica. Okazało się, że tego właśnie potrzebował klient. Wymagał również oprogramowania, które automatycznie skierowałoby obraz do centrum kontroli w momencie wykrycia sytuacji alarmowej. Wybór padł na pakiet WV-ASM100 Panasonica.

Zastana infrastruktura  

Zanim Cross Automation zostało zaangażowane w projekt, Winn Jenkins, technik służby utrzymania ruchu w Nitta, przygotował szkielet 1-gigabajtowej sieci monitoringu. Zbudowano ją z nieekranowanej skrętki i dwóch 48-4 switchy zasilanych w technologii Power over Ethernet. Sieć połączono z siedzibą główną firmy w Toronto poprzez VPN, co pozwala na bezpieczny zdalny dostęp do wszystkich kamer.
– Kierownictwo firmy może w bezpieczny sposób połączyć się z naszym systemem kamer – podkreśla Jenkins.
Obrazy z kamer nagrywane są przez sieciowe magnetowidy Panasonic WJ-ND300 w formacie MPEG-4 z prędkością 30 klatek na sekundę. W przypadku problemów prosta procedura pozwala operatorom znajdującym się w lokalnym centrum kontroli lub w siedzibie głównej przejrzeć historię zapisu kamer. Zdaniem Jenkinsa możliwość wyszukiwania i przeglądania na bieżąco zarejestrowanych obrazów wideo w znacznym stopniu zwiększyła wydajność zakładu.
– Kamery wykorzystują technologię skanowania progresywnego, co sprawia, że obraz na naszych monitorach plazmowych jest niewiarygodnie ostry – mówi technik Nitty.
W jego opinii możliwość monitorowania całego procesu na wyraźnym obrazie w połączeniu z takimi możliwościami, jak trendy alarmów i wykresy udostępniane przez system wizualizacji Cross Automation w bardzo dużym stopniu poprawiły jakość pracy.

Praca non stop

Otwarte w 2006 roku zakłady Nitta produkują około 3 000 ton żelatyny wieprzowej wykorzystywanej przeważnie w przemyśle farmaceutycznym. Szesnastu pracowników pracujących w trybie czterech ośmiogodzinnych zmian kontroluje produkcję 24 godziny na dobę przez 365 dni w roku. Zintegrowany sieciowy system nadzoru również wykorzystuje kamery Panasonic i-Pro WV-VS202 na potrzeby ochrony. Urządzenia zainstalowane są na zewnątrz budynku, a ich obraz dostarczany jest poprzez sieć do pomieszczenia nadzoru poprzez VPN. Kamery pozwalają na wykrywanie ruchu i przesyłają sygnał w momencie aktywacji. 22-krotny zoom oraz minimalne oświetlenie wynoszące jedynie 0,7 luxa zapewnia bardzo dobry obraz przy słabym świetle. Według Jenkinsa kamery są zintegrowane z systemem zarządzania i kontroli WV-ASM100. Zostały zaprogramowane na podstawie wypracowanych przez niego parametrów, które uwzględniają między innymi wbudowane systemy detekcji ruchu.  
– Mamy utworzonych wiele stref chronionych oraz ścieżek automatycznego śledzenia z możliwością zmiany panoramy, kąta widzenia, zbliżenia – mówi Winn Jenkins. – Jeśli coś niepokojącego wydarzy się w jednej z kontrolowanych stref, kamery automatycznie wykryją to i zaczną monitorować „zapalny” sektor. Ich sygnał zostanie równocześnie przesłany na odpowiedni monitor w centrum kontroli.
Zintegrowany system w Nitta jest dobrym przykładem na to, jak technologie nadzoru wykorzystywane są z powodzeniem w aplikacjach daleko wykraczających poza zwykła ochronę.

Artykuł pod redakcją dra inż. Pawła Dworaka, adiunkta w Zakładzie Automatyki
Instytutu Automatyki Przemysłowej Politechniki Szczecińskiej