Nowa technologia w starych instalacjach

Dodatkowe bezprzewodowe urządzenie zbierające dane diagnostyczne pomogło rozwiązać problem z czujnikiem przepływu.
Fabryka papieru w Ameryce Północnej rozwiązała niedawno problem z czujnikiem przepływu ścieków, który notorycznie sprawiał problemy. Wykorzystano do tego bezprzewodowe urządzenie przekazujące dane diagnostyczne z czujnika do systemu sterowania. System sterowania DCS papierni zarządzał procesem kontrolowanym przez szereg jednostek PLC. Te z kolei wykorzystywały stare sieci polowe w standardzie 420 mA dokomunikacji z czujnikami i do sterowania zaworami. W tym samym czasie w innej części zakładu testowano bezprzewodową komunikację WirelessHART. Łącznikiem między bezprzewodowym a przewodowym światem była brama Emerson Smart Wireless Gateway.
Plan przestrzenny papierni
Felerny czujnik przepływu pracujący w standardzie HART 420 mA znajdował się w odległej o 150 m od głównej sterowni sekcji przetwarzania odpadów. Poza pomiarem przepływu PLC gromadziło dane procesowe, takie jak ciśnienie, temperaturę i poziom.
Przepływ ścieków przemysłowych mierzony przez czujnik magnetyczny notorycznie przyjmował nieprawdopodobne wartości. Czujnik był profilaktycznie wymieniany dwa lub trzy razy w miesiącu, a dział utrzymania ruchu i tak systematycznie otrzymywał zgłoszenia o przepływie zbliżającym się do granicy bezpieczeństwa. Technicy musieli dostać się do czujnika i odczytać wartość przepływu bezpośrednio z jego wyświetlacza. Okazało się, że dane na wyświetlaczu czujnika i te, które otrzymywał sterownik PLC, różniły się. Czujnik był więc sprawny. Problemu nie można było zbagatelizować ze względu na surowe przepisy dotyczące ochrony środowiska i potencjalne ryzyko podjęcia przez operatora niewłaściwych decyzji, opartych na błędnych danych.
Poszukiwanie źródła problemów
Personel papierni wraz ekspertami z Emerson Process Management byli zgodni co do tego, że przyczyna problemów może być złożona. Nieregularność występowania awarii sugerowała jednak zakłócenia na długiej linii łączącej czujnik ze sterownikiem PLC. Chociaż czujnik generował dane diagnostyczne, sieć nie miała do nich dostępu ? to typowy problem wielu procesów przemysłowych.
Menedżerowie papierni rozważali różne rozwiązania, mając na uwadze koszt zakupu i wdrożenia, czas instalacji, wymagane zasoby, bilans potencjalnych zysków i strat, wymagany czas przestoju itd. Wyłoniono trzy podejścia:

  • całkowitą wymianę instalacji i urządzeń,
  • modernizację instalacji,
  • rozszerzenie funkcjonalności posiadanych urządzeń.

Pierwsza opcja wymiany wszystkich instalacji i urządzeń oznaczała największe koszty i najdłuższy przestój. W nowym systemie dane procesowe nie byłyby zbierane przez PLC, ale przez nową multipleksującą kartę I/O systemu DCS.
Modernizacja instalacji polegałaby na wymianie czujnika, fragmentu orurowania i ponownym okablowaniu pętli pomiarowej.
Trzecia opcja okazała się być najbardziej atrakcyjna i przystępna, ponieważ w papierni właśnie zainstalowano bezprzewodową sieć komunikacyjną.
Dostęp do informacji
Czujniki w standardzie HART udostępniają zarówno dane procesowe, jak i dane diagnostyczne, ale te ostatnie są rzadko wykorzystywane, gdyż starsze systemy nie mają odbiorników zgodnych z HART. Istnieje wiele urządzeń stanowiących niezależne interfejsy HART, ale ich zastosowanie zostało odrzucone ze względu na koszt, komplikacje i czas potrzebny do wdrożenia. Zdecydowano się na komunikację bezprzewodową. Transmiter Emerson THUM Adapter nie wymaga dodatkowego zasilania, a potrafi bezprzewodowo przekazać dane procesowe i diagnostyczne z czujnika HART pracującego w standardzie dwu- lub czteroprzewodowym. Może być zamontowany bezpośrednio przy czujniku lub daleko od niego. Takie urządzenie pracuje jako klient samokonfigurującej się sieci WirelessHART i pozwala zwiększać jakość pomiarów, pewność działania, bezpieczeństwo oraz redukować koszty utrzymania.
W tym przypadku umieszczenie transmitera sieci bezprzewodowej w pobliżu czujnika przepływu nie było możliwe. Zamontowano go znacznie wyżej ? dzięki temu urządzenia nadawczo-odbiorcze były w swoim zasięgu widzenia.
Implementacja rozwiązania była nieskomplikowana,ponieważ wymagana infrastruktura znajdowała się już na miejscu. Wraz z bezprzewodową bramą zakupiono system zarządzania aparaturą obiektową Emerson Assent Manager System (AMS), więc instalacja dodatkowego urządzenia nie stanowiła większego wysiłku w porównaniu z innym opcjami. Gdy w adapterze THUM aktywowano opcje odczytywania danych diagnostycznych, system AMS od razu uzyskał dostęp do tych danych. Technicy mogli wreszcie odczytywać dane diagnostyczne bezpośrednio w sterowni, a nie robiąc wycieczki do wyświetlacza czujnika.
Przyczyna znaleziona
Zasilanie transmitera bezpośrednio z urządzenia HART 420 mA likwiduje problem pętli mas, często spotykany w dużych instalacjach z metalowymi rurami o znacznych długościach. Jeśli więc w wyniku zakłócenia w przewodach pojawią się szpilki napięcia, nie będą one automatycznie przekazane na wyjście transmitera.
System AMS na bieżąco monitoruje ciągłość przewodów, jakość sygnału i poziom zakłóceń. Jeśli przekroczy ustaloną wartość, wywoływany jest alarm.
Dostęp do danych diagnostycznych HART za pomocą bezprzewodowych adapterów pozwala technikom nie tylko dostrzegać problemy, ale również je przewidywać. Mogą dzięki temu planować przeglądy, zmniejszać czas przestoju i ograniczać czas pobytu pracowników w niebezpiecznych strefach. Badania pokazały, że prawie 75% zaworów było okresowo demontowanych i sprawdzanych zupełnie niepotrzebnie. Dane diagnostyczne i odpowiednie narzędzie do ich analizy, takie jak AMS ValveLink, stanowią podstawę do oceny sprawności zaworów i zarządzania ich cyklem życia.
Większa integracja
Bezprzewodowe czujniki i bezprzewodowe adaptery (interfejsy) sieci kablowych to rozwiązanie dla punktów pomiarowych w trudno dostępnych i niebezpiecznych miejscach. Dodatkowe zdolności diagnostyczne pozwalają unikać niezaplanowanych postojów i zwiększają bezpieczeństwo ekologiczne. W omawianym przypadku papiernia zwiększyła jakość, zredukowała czas przestojów i ograniczyła koszty utrzymania instalacji, eliminując okresowo występujący problem bez dużych nakładów finansowych. Ograniczenie pętli mas i odseparowanie pomiaru od zakłóceń to dodatkowa korzyść pewnego i stabilnego pomiaru przepływu.
Steven Moore jest specjalistą ds. sprzedaży systemów bezprzewodowych Emerson Process Management.
CE