Zbieranie danych z zakładowych urządzeń

Jakość zebranych danych zależy od tego, na ile pomiar określonego parametru odzwierciedla jego rzeczywiste wartości. Praktyka wskazuje na to, że uzyskany wynik może się znacząco różnić od stanu faktycznego. Wiele zależy od momentu, w którym wykonamy pomiar, oraz tempa, w jakim parametr ulega zmianom.  

Próbki pobierane ze zbyt małą częstotliwością (patrz: wykres obok) nie będą reprezentować mierzonego procesu na tyle dokładnie, aby wystarczyły do podejmowania właściwych decyzji. Elliot Middleton, kierownik wyrobów działu Historian w Wonderware podkreśla, że wiele procesów ulega wyraźnej zmianie pomiędzy jednym a kolejnym pomiarem.

Jeżeli wykres prędkości samochodu na szosie sporządzony na podstawie pomiarów wykonywanych co 2 minuty nie jest poprawną reprezentacją prawdziwego przebiegu zmian prędkości samochodu, to wtedy jakość czujnika, jakość sieci transmisyjnej czy oprogramowania służącego do analiz nie ma żadnego znaczenia.
Dla uzyskania większej precyzji prawdopodobnie powinniśmy wykonywać pomiary (pobierać próbki) co 5 sekund lub ze zbliżoną częstotliwością – mówi Middleton. – Jeżeli jednak będziemy chcieli przetestować prędkość swojej jazdy samochodem na 200-kilometrowym odcinku krętej, górskiej trasy szybkiego ruchu, wykonywanie pomiarów co 2 minuty może być zupełnie wystarczające. Różnice w danych będą wiarygodną miarą zmian prędkości, podobnie jak poziom dokładności oraz liczba próbek.

W opinii Briana Bettsa, specjalisty z National Instruments na jakość gromadzenia i wstępnej obróbki danych wpływa pięć elementów. Są to:

  •  czujniki i przetworniki,
  • sygnały i ich stan,
  • uwarunkowanie i ocena sygnałów,
  • sprzęt przyjmujący i gromadzący dane,  
  • oprogramowanie użytkowe.

System zbierania danych można stworzyć własnymi siłami, kupić lub korzystać z modułu wbudowanego w inny system.
Zmierzyć właściwy parametr  

Aby dobrze przeprowadzić gromadzenie i wstępną obróbkę wyników pomiarów, powinno spełnić się trzy warunki:  

  • mierzony parametr musi dobrze charakteryzować proces,
  • sygnał powinien być zintegrowany,
  • analiza musi być dokładna.

Według Johna Lehmana z Dataforth, większość błędów popełnianych przy zbieraniu danych wynika z cech urządzenia pomiarowego (pojemności elektrycznej i właściwości magnetycznych) oraz wpływu środowiska (głównie prądów błądzących, przepięć, krótkotrwałych spadków napięcia, interferencji elektromagnetycznej oraz zmian częstotliwości fal radiowych).

We współczesnym, dynamicznym środowisku przemysłowym przewody sygnałowe i zasilające ulegają wpływom wywoływanym przez urządzenia elektroniczne oraz elektryczne elementy wyposażenia zakładu – wskazuje Lehman. – Często ma to charakter szumu, który może zniekształcać ważne sygnały pomiarowe i regulacyjne.   

W takich przypadkach pomocne są techniki kondycjonowania sygnałów. Gdy sygnały są zbyt słabe lub bezpośredni pomiar grozi niebezpieczeństwem, przez kondycjonowanie sygnałów można dokonać ich wzmocnienia lub złagodzenia, ale też pobudzenia czujników.

Można również wprowadzić pewne funkcje, takie jak mostkowanie czy jednoczesne próbkowanie orazwybieranie sygnałów – dodaje Brian Betts z National Instruments.  

Zdaniem Keitha Jonesa, specjalisty HMI oraz SCADA w Wonderware warto skorzystać z rozlicznych programów dokonujących analiz oraz zapisywania i przechowywania danych. Najczęściej takie zabiegi stosuje się dla celów regulacji.  

Systemy zbierania danych zmieniają się w takt narastających potrzeb, dostosowując do nich swoje funkcje oraz szybkość działania. Na przykład najnowsze oprogramowanie Yokogawa jest w stanie jednocześnie obsługiwać zapisywanie danych otrzymywanych z 32 urządzeń: rejestratorów, urządzeń pomiarowych, regulatorów oraz innych.

– Stwarza to możliwość odbierania w ciągu 1 sekundy danych z 1 600 kanałów – twierdzi Todd Stainer, specjalista do spraw rozwiązań sieciowych w Yokogawa.

Inne oprogramowania są w stanie zarejestrować ponad tysiąc próbek na sekundę. Przy tym uzyskane dane mogą być od razu wykorzystane do podejmowania decyzji, zaalarmowania operatora lub wprowadzenia korekty w toczący się proces technologiczny.

Mark T. Hoske
Artykuł pod redakcją inż. Józefa Czarnula, automatyka z wieloletnim stażem