Zmierzyć więcej… bez kabli i przewodów

Najnowsze bezprzewodowe czujniki: temperatury, ciśnienia, poziomu cieczy, przepływu oraz innych wielkości pozwalają na dokonywanie pomiarów w znacznie bardziej krytycznych i niedostępnych środowiskach i lokalizacjach, niż możliwe to było kiedykolwiek dotąd. Czy jesteście więc przygotowani na ekspansję urządzeń bezprzewodowych?
Przesycone solą powietrze przyczynia się do korozji kanałów chłodniczych oraz stosowanych w amerykańskich elektrowniach jądrowych pomp o mocy 1,86 MW, zapewniających cyrkulację wody chłodzącej. Postępująca korozja powoduje zapychanie się tych kanałów i niewłaściwe odprowadzanie ciepła; co może ostatecznie doprowadzić do awarii takiego urządzenia, jeżeli zjawisko to nie zostanie w porę wykryte. Wraz ze wzrostem temperatury uzwojeń na stojanie pompy cyrkulacyjnej spada bowiem wydajność i poziom efektywności funkcjonowania całego układu chłodzącego. Temperatury takich uzwojeń i elementów pomp są podstawowym wskaźnikiem zbliżającej się awarii, która w skrajnych przypadkach może wiązać się z kosztami rzędu 400 tysięcy dolarów.
Bezprzewodowe czujniki temperatury firmy Sensicast umożliwiają prowadzenie w czasie rzeczywistym pomiaru temperatury każdego z uzwojeń stojana pompy, a następnie dzięki zastosowaniu metody „przeskakiwania” pomiędzy węzłami komunikacyjnej sieci typu mesh (siatka) dostarczają informację o jej poziomie do miejsc oddalonych o kilkadziesiąt lub nawet kilkaset metrów, poprzez bardzo trudne, pełne różnego rodzaju zaburzeń fizycznych środowiska (brud, opiłki żelaza, kurz itp.) oraz elektromagnetycznych. Fakty te wyjaśniają, dlaczego czujniki bezprzewodowe zostały zainstalowane również w innych miejscach i strefach omawianego w tym przykładzie zakładu, np. do zdalnego monitoringu stężenia gazów oraz przesyłania niezbędnych informacji o stanie niektórych urządzeń.
Podobne scenariusze funkcjonowania układów pomiarowych coraz częściej przybierają realne kształty, a ich liczba systematycznie rośnie. Wystarczy zaobserwować, w jaki sposób, praktycznie z dnia na dzień, użytkownicy i środowiska techniczne przyjęły standardy technologii komunikacji bezprzewodowej, opublikowane w formie dokumentów IEEE 802.11 przez IEEE – Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników (ang. the Institute of Electrical and Electronic Engineers). W związku z tym, że przeciętny użytkownik systemów automatyki przemysłowej nie dopuszcza praktycznie istnienia żadnej tolerancji błędów sterowania, implementacja czujników bezprzewodowych w środowiskach zakładów przemysłowych jest praktycznie przesądzona. – W ciągu najbliższych 10 lat 70-90% nowych zakładów powinno być wyposażonych w technologię komunikacji bezprzewodowej – przewiduje Tom Phinney, starszy pracownik laboratoriów badawczych zintegrowanych technik bezpieczeństwa w firmie Honeywell.
– W ostatniej dekadzie urządzenia bezprzewodowe stały się niezwykle popularne w zastosowaniach komercyjnych oraz prostych aplikacjach przemysłowych – komentuje Graham Moss, główny menedżer australijskiej firmy Elpro Technologies. – Dosłownie rzecz ujmując, nasza firma „zjadła zęby” na wdrażaniu i rozwoju zastosowań komunikacji bezprzewodowej w australijskich kopalniach.
Podkreśla on jednocześnie, jak wielkim wyzwaniem były dla firmy przypadki, gdy urządzenia bezprzewodowe miały być wykorzystane w środowiskach niebezpiecznych i zanieczyszczonych.
Wcześniejsze podejście Grahama Mossa do kwestii niezawodności funkcjonowania sieci bezprzewodowych sprowadzało się głównie do rozważań dotyczących konieczności właściwego rozmieszczenia anten nadawczo-odbiorczych na różnych urządzeniach monitoringu i sterowania. Firma Elpro wprowadziła już interfejsy transmisji danych z i do sterowników PLC oraz rozproszonych sieci sterowania – znacznie zwiększając wykorzystanie popularnych standardów sieci przemysłowych, jak: Profibus, Modus, DeviceNet oraz inne. Zgodnie z sugestiami Grahama Mossa specyfikacja standardu HART, której wprowadzenie planuje się w bieżącym roku, posłuży jako czynnik napędzający coraz większą ekspansję technologii bezprzewodowych. – Wielcy dostawcy, tacy jak firmy Emerson czy Honeywell, implementując w swoich urządzeniach bezprzewodowe moduły (chipy) HART, sprawią de facto, że protokół HART stanie się standardem w tym zakresie – przyznaje Graham Moos.
Postrzega on równieżsieci bezprzewodowe jako standard umożliwiający wprowadzenie w sieciach sterownia filozofii na w pół samoczynnego konfigurowania się systemów sterownia, podobnej do funkcjonującej w branży komputerów PC zasady „plug and play” (włącz i używaj).
Jednakże, wraz z rozwojem tego typu sieci oraz pojawienia się potrzeb zbierania coraz większej liczby informacji z całego przedsiębiorstwa i praktycznie wszystkich jego poziomów organizacyjnych, zaistniała konieczność produkcji i stosowania wystarczająco pewnych i niezawodnych urządzeń – w celu wyeliminowania sytuacji krytycznych, awaryjnych lub też możliwych błędów transmisji danych.
Wiceprezes działu sprzedaży i marketingu w firmie MicroStrain Inc., Mike Robinson stwierdza, iż dostrzega obecnie poszerzający się krąg branż przemysłowych, żywo zainteresowanych wprowadzeniem u siebie czujników bezprzewodowych. Należą do nich m.in.: przemysł kosmiczny, motoryzacyjny, biomedyczny, inżynieria lądowa oraz inne.
– Obserwowane przeze mnie tempo wzrostu w tym zakresie, wynosi nawet 200% rocznie, jednakże nie jestem przekonany, czy taki wskaźnik jest możliwy do utrzymania, a przede wszystkim do zrealizowania – wyjaśnia Mike Robinson.
Pomimo tego spodziewa się on, że ekspotencjalny wzrost wielkości rynku technologii bezprzewodowych w przemyśle jest wysoce prawdopodobny. W istocie, firma Moxa Technologies Inc., powołując się na opracowania grupy West Tech Research, stwierdza, że w roku 2009 rynek czujników bezprzewodowych niewielkich mocy może przekroczyć liczbę 550 milionów sztuk.
Zdaniem Mike’a Robinsona czynnikiem, który w największym stopniu przyczyni się do wzrostu zastosowań technik bezprzewodowych, będzie fakt, że wiele przedsiębiorstw niejako instynktownie rozpoznaje, iż koszty budowy i funkcjonowania systemów przewodowych są znacznie wyższe, wziąwszy pod uwagę konieczność budowy np. odpowiednich traktów kablowych itp. – Koszty te mogą być nawet trzykrotnie wyższe od kosztów zakupu samych kabli i czujników – stwierdza Mike Robinson.  – Ponadto niezwykle atrakcyjna jest łatwość fizycznej realizacji samej instalacji bezprzewodowej. Kiedyś realizowaliśmy system składający się z 18 czujników w budynku amerykańskiego Kapitolu. Dzięki zastosowaniu techniki bezprzewodowej jego instalacja zajęła nam pół dnia, w przypadku konwencjonalnych rozwiązań przewodowych mogłoby to trwać nawet tydzień – przyznaje Mike Robinson.
Według Toma Phinneya konieczność i wymogi zewnętrzne to niekiedy podstawowe czynniki motywujące do zastosowania techniki bezprzewodowej: – Koncern Shell miał już bezprzewodowy system bezpieczeństwa, od momentu gdy rząd nie zezwolił na to, by kable, co często zdarzało się, przecinały nitki autostrad.
– Naszą „motywacją” były niższe koszty, szybkość, łatwość instalacji i utrzymania, w porównaniu z systemami przewodowymi – stwierdza Matthew Piecuch, kierownik sprzedaży i marketingu firmy Adalet. – Spośród wielu dostępnych architektur systemów bezprzewodowych najczęściej wykorzystujemy systemy 900 MHz, pracujące w nielicencjonowanym paśmie transmisji ISM (ang. Instrument/ medical/scientific).
Wciąż zwiększa się również poziom skomplikowania tego typu systemów. Zdaniem Mike’a Robinsona niecały rok temu na rynku dostępne były tylko jednokanałowe czujniki naprężeń, obecnie mamy już do czynienia z czujnikami trójkanałowymi. Co więcej, przezwyciężane są kolejne problemy i bariery, które wydawały się do tej pory nie do pokonania: komunikacja bezprzewodowa z sukcesem zaaplikowana została w zakładach chłodniczych, dzięki zainstalowaniu w urządzeniach anten typu „sniffer antenna” zbierających sygnały radiowe.
Odnośnie kwestii zgęszczenia pasm częstotliwości oraz możliwych zatorów w kanałach transmisyjnych przedstawiciele firmy Adalet używają porównania znanego z sieci Internet: „Kiedyś wielu ludzi załamywało ręce, że w niedługim czasie wyczerpie się zasób dostępnych adresów IP. Tak się jednak nie stało i dziś nikt już nie porusza tej kwestii. Dlatego też należy przypuszczać, że nowa technologia już wkrótce upora się ze wspomnianymi problemami, jak to zazwyczaj miało
miejscedotychczas”.
Zapewnienie wyjątkowych możliwości
Dodatkowo, czujniki bezprzewodowe mogą dostarczyć jedynych w swoim rodzaju, unikalnych możliwości, jak: monitoring nacisku, naprężenia lub temperatury elementów występujących w procesach produkcyjnych. Pozwala to na bieżącą kontrolę i napływ danych o procesie w czasie rzeczywistym, zamiast dotychczasowych rozwiązań bazujących na pomiarze w wybranych etapach procesu produkcji konkretnych elementów.
Firma MicroStrain oferuje czujniki typu etykiety RFID z sygnałowymi możliwościami bieżącego monitoringu procesu produkcji. Jednakże Mike Robinson ubolewa nad zastosowaną tu semantyką oraz nad tym, że technologia RFID jest ze swej natury postrzegana jako „z natury” tania. Twierdzi, że wszystkie czujniki typu RFID powinny być wyceniane na więcej niż 1 USD za sztukę.
W istocie, firma Adalet Wireless dostrzega wzrost ogólnego trendu, by czujniki bezprzewodowe miały wspólny interfejs z istniejącymi już termoelementami oraz czujnikami ciśnienia. Co więcej, moduł radiowy staje się coraz bardziej powiązany i zintegrowany z samym elementem czujnikowym. Niektóre ograniczenia zastosowań czujników bezprzewodowych wynikają z faktu postępującej ich miniaturyzacji – jak np. rozmiary terminali łączeniowych. Same czujniki zaś są coraz mniejsze i tańsze. Pracownik firmy Adalet Wireless, Steve Walker stwierdza, że czujniki bezprzewodowe już wkrótce mogą stać się czymś na kształt znaczków pocztowych, elementów przyklejanych bezpośrednio do powierzchni, np. zbiornika i przesyłającymi dane o jego temperaturze w postaci fali radiowej o niewielkim zasięgu. Nie jest oczywiście żadnym zaskoczeniem, że obecnie wśród zakładów instalujących u siebie tego typu czujniki są przede wszystkim zamożne koncerny farmaceutyczne i energetyczne, szczególnie zaś petrochemiczne.
Wskazują na to doświadczenia rynkowe firmy Adalet Wireless. W gronie tym znajdują się również niewielkie miasta i firmy chemiczne oraz niektóre z firm zajmujących się integracją systemów automatyki. Wśród najbardziej znanych można wymienić: Pfizer, Merck czy BP.
Typowy schemat wdrożenia urządzeń bezprzewodowych to ich wstępne wypróbowanie w pojedynczych aplikacjach, a następnie – po stwierdzeniu odpowiednich korzyści – rozszerzenie obszaru zastosowań na inne aplikacje i funkcje w przedsiębiorstwie i jego systemie automatyki. Jako przykład może tu posłużyć system monitoringu zbiornika, w którym następują powolne zmiany poziomu cieczy, a ich częstotliwość jest bardzo niska. Inny przykład to moduł sygnalizacji dyskretnej; wejście przełącznika może być łatwo kopiowane, powtarzane w różnych lokalizacjach – z wykorzystaniem kabli lub bez nich.
Firma Adalet współpracuje ze swymi klientami tak, by spełnić jak najlepiej ich niekiedy specyficzne wymagania i zamówienia. Matthew Piecuch stwierdza, że przy zastosowaniu technologii 900 MHz istnieje niewielkie prawdopodobieństwo kolizji transmisji danych z innymi urządzeniami w zakładzie, takimi jak np. krótkofalówki, walkie-talkie. Steve Walker opisuje kilka interesujących aplikacji. Jedna z nich, zrealizowana w szpitalu w Teksasie, zgodnie z wymaganiami NEC 700.7, 701.8, 702.7, ma sygnalizację zaniku głównego zasilania i załączenia generatorów awaryjnych, poprzez alarmowy sygnał świetlny lub stroboskopowy; wszystko to dla zapewnienia odpowiedniej opieki dla szczególnie wymagających pacjentów (w stanie krytycznym). Druga zaś aplikacja to ośrodek narciarski, gdzie sprzęt niezbędny do utrzymania stoku (np. armatki wodne), zarządzane są dzięki komunikacji bezprzewodowej.
Firma Adalet ma również zupełnie odmienne od wspomnianych wcześniej doświadczenia, wynikające z jej wieloletniej współpracy z podziemnymi kopalniami węgla, dla których od dziesięcioleci już produkuje i dostarcza przeciwwybuchowe obudowy, mieszczące w sobie przekaźniki elektryczne itp. Ostatnie katastrofy w kopalniach wskazują na potencjalne możliwości zastosowania urządzeń bezprzewodowych jako awaryjnych lampek dla górników. Koncepcja alarmowej „sieci transmisyjnej” mogłaby korzystać z sygnałów radiowych technologii 900 MHz. W istocie, firma Adalet postrzega miejsca i środowiska niebezpieczne, jako olbrzymi potencjalnie obszar do zastosowania czujników bezprzewodowych. W środowiskach klasy I, kategorii I zastosowanie obudów odpornych na wybuchy oraz technik radiowych pozwala na uzyskanie znacznie lepszych wyników funkcjonowania systemu, niż w przypadku standardowej komunikacji radiowej z wbudowanymi procedurami bezpieczeństwa i urządzeniami nadawczymi o mocach do 1 W.
– Tego typu rozwiązanie jest około 50-krotnie lepsze od urządzeń z wbudowanymi procedurami bezpieczeństwa, a zasięg transmitowanego sygnału jest proporcjonalny do pierwiastka kwadratowego gęstości mocy, czyli zasięg jest lepszy około 7 razy – stwierdza Steve Walker.

Kwestie energetyczne
Cytowany już wcześniej Mike Robinson z firmy Micro- Strain zauważa, że najbardziej energochłonnym elementem czujnika bezprzewodowego jest nadajnik i to jest główny powód, dlaczego urządzenia te tak pochłaniają tak duże ilości energii elektrycznej. Stąd też nie jest dla nikogo zaskoczeniem, iż najistotniejszą kwestią w tej branży jest odpowiednie zasilanie. Ono zaś z kolei decyduje o uniwersalności urządzeń bezprzewodowych. Zdaniem Mike’a Robinsona stosowanie baterii o wydłużonej żywotności nie jest w tym przypadku rozsądnym podejściem. Oczywistym zaś krokiem zmierzającym do oszczędności energii jest zmniejszenie okresów próbkowania czujnika oraz w miarę możliwości przechowywanie niewielkich zbiorów danych w jego pamięci oraz ich okresowe przesyłanie do sieci sterowania. Przy niewielkich szybkościach próbkowania możliwe jest uzyskanie kilkuletnich okresów żywotności baterii, nawet do pięciu lat, zależnie od częstotliwości transmisji danych. Kierownik produkcji firmy Siemens, Jeff Raimo stwierdza, że choć koszty zasilania urządzeń poprzez technologię pozyskiwania i gromadzenia energii są dziś o kilka dolarów wyższe w porównaniu do tradycyjnego zasilania bateryjnego, powinny być one jednak rozpatrywane w perspektywie co najmniej dwu- lub trzyletniej. Właśnie wtedy, w długim okresie używania urządzeń (np. 15 lat), możemy spodziewać się znaczących oszczędności przy zastosowaniu samowystarczalnych urządzeń z własnym zasilaniem.
Pomimo wszystkich technologicznych poprawek i udoskonaleń jeden fakt pozostaje niezmienny: baterie stanowią istotny problem w dużych aplikacjach bezprzewodowych. Musi być bowiem monitorowany na bieżąco stan ich naładowania. Żywotność zależy w znacznym stopniu od środowiska, w jakim baterie znajdują się, a ponadto należy uwzględnić koszty związane z ich funkcjonowaniem, składowaniem i wymianą. Co więcej, same urządzenia muszą umożliwiać taką wymianę, a baterie są uważane za niezwykle niebezpieczne odpady.
Technologia pozyskiwania i gromadzenia energii gwarantuje ciągłe, odnawialne i obfite źródło energii, co ostatecznie oznacza możliwość częstszego monitorowania i przesyłania danych w porównaniu z typowymi urządzeniami o zasilaniu bateryjnym. Potencjalnym źródłem energii dla takich urządzeń są: światło, drgania, gradienty temperatury, różnice ciśnień, ruch i zjawisko piezoelektryczne (np. ręczne naciśniecie guzika) – występujące w danym środowisku. Do niedawna ilość pozyskiwanej w ten sposób energii nie była niestety wystarczająca do wysłania sygnału radiowego na rozsądną odległość. Jednakże wprowadzone ostatnio usprawnienia technik przetwarzania i gromadzenia energii, przy jednoczesnym ograniczeniu zapotrzebowania
na nią w elementach elektronicznych, sprawiły, że perspektywa produkcji komercyjnej urządzeń samowystarczalnych energetycznie stała się realna. Moc wyjściowa zasilanych w ten sposób urządzeń osiągnęła już poziom 10 mW, co przy porównaniu z poziomem 1 mW dla typowych urządzeń bateryjnych oznacza wzrost zasięgu sygnału radiowego. Przy zastosowaniu współczesnych technik inżynierowie mogą
spodziewać się zasięgu transmisji rzędu 30 m w przestrzeniach zamkniętych, przy zachowaniu mocy sygnału pozwalającej na przenikanie ścian i innych elementów konstrukcyjnych.
Kluczową cechą takich urządzeń jest zastosowana w nich wysoce wydajna technologia zarządzania energią oraz niezwykle krótki czas trwania emisji pojedynczych sygnałów. W czasie gdy urządzenia nie transmitują sygnałów danych, przechodzą w stan uśpienia, charakteryzujący się minimalnym poborem energii. Jednakże w momencie transmisji szybko przechodzą w stan aktywny, wysyłają pakiet danych i ponownie powracają do stanu uśpienia. Cała operacja trwa mniej niż 0,001 sek. Do najbardziej popularnych samowystarczalnych czujników bezprzewodowych należą zasilane energią słoneczną czujniki temperatury. Inny typ urządzeń, zyskujący coraz większą akceptację na rynku, to montowane w ścianie wyłączniki piezoelektryczne, wykorzystujące energię zgromadzoną w momencie fizycznego przyciśnięcia przycisku przez człowieka. Jeszcze inne aplikacje to zasilane energią słoneczną łącza w systemach bezpieczeństwa.
Ze względu na konieczność utrzymania minimalnego poziomu zużycia energii dane z czujników muszą być przesyłane w małych pakietach. Nie jest to oczywiście kwestią problematyczną w aplikacjach typu pomiar temperatury, gdzie dane mogą być przesyłane nieregularnie w niewielkich pakietach. Jednakże w przypadku wielu aplikacji przemysłowych, takich jak sterowanie w czasie rzeczywistym czy bieżący monitoring danych w długich okresach, energia pozyskiwana przez czujniki nie jest już niestety wystarczająca dla zapewnienia ich poprawnej pracy. Innego rodzaju kwestią jest niezawodność komunikacji, ponieważ sygnał komunikacji bezprzewodowej może być przesłany tylko w jedną stronę; nie ma tu sygnałów potwierdzenia, że wysłane dane dotarły do zamierzonego wcześniej odbiorcy. Oczywiście nie ma to większego znaczenia w aplikacjach, gdzie użytkownik może sam naocznie stwierdzić prawidłowość transmisji, ale w bardziej skomplikowanych systemach sterowania stan pracy urządzenia to zawsze aspekt krytyczny i najważniejszy dla poprawności funkcjonowania oraz integralności całego systemu.
Wyzwania w zakresie oprogramowania
Poza wspomnianymi powyżej czynnikami dotyczącymi zasilania czujników dyrektor naczelny firmy Tendril Networks, Tim Enwall podkreśla, że zakłady decydujące się na wprowadzenie technologii bezprzewodowych, powinny wziąć pod uwagę jeszcze dwa zasadnicze wyzwania związane z oprogramowaniem czujników bezprzewodowych:

  • zaprogramowanie nawet najprostszych sieci bezprzewodowych, przy wykorzystaniu oprogramowania używanego obecnie przez użytkowników końcowych, może potrwać nawet kilka miesięcy,
  • podobne trudności związane są z dołączeniem specjalnych, wymaganych w danym zakładzie możliwości funkcjonalnych dla każdego z czujników połączonych w sieci.

Oczywiście Tim Enwall niemal jednym tchem wspomina również o tym, że jego firma zajmuje się na bieżąco rozwiązaniem wspomnianych tu problemów i wyzwań. Dodaje również, że część sprzętowa dotycząca czujników jest już dość na obecnym etapie pewna i właściwie rozpracowana, jednakże kwestia oprogramowania niezbędnego do programowania i zarządzania systemami czujników bezprzewodowych wciąż ma liczne braki.
Właśnie ze względu na nie zakłady przemysłowe muszą zatrudniać specjalne zespoły programistów z niejednokrotnie wyszukanymi zdolnościami do tworzenia aplikacji dla takich systemów. Jednakże nawet w takich przypadkach głównym przedmiotem rozważań pozostają kwestie opracowania właściwych, użytecznych pakietów danych przesyłanych pomiędzy urządzeniami, nie zaś sam rozwój i opracowanie zaawansowanych funkcji wyższego poziomu dla całego systemu sterowania i monitoringu. Zdaniem Tima Enwalla te właśnie kwestie i wyzwania dotyczące oprogramowania sieci bezprzewodowych czynią je obecnie rozwiązaniem dość czasochłonnym i drogim, ale już w niedługim czasie należy spodziewać się udostępnienia pakietów programowych, które powinny rozwiązać tę kwestię. Na przykład proponowany przez firmę Tendril pakiet Service Broker zapewnia skrócenie czasu instalacji oraz integracji systemu z miesięcy do kilku dni oraz umożliwia kadrze inżynierskiej zakładów dodanie nawet skomplikowanych funkcji sterownia, dzięki odpowiedniemu, specjalizowanemu i jednocześnie prostemu narzędziu programowemu.
Fizyka – czy to jakaś przeszkoda?
Fizyczne rozmiary niektórych zakładów przemysłowych mogą być ogromne, ograniczając tym samym skuteczność działania czujników bezprzewodowych. Na przykład rafineria koncernu ExxonMobil w Baytown (Teksas USA) zajmuje obszar 65 km2, nie licząc przylegających do niej zakładów chemicznych. – W tym przypadku naturalnym podejściem mogłoby być zastosowanie struktury komórkowej obejmującej cały zakład, z podziałem komórek uwzględniającym naturalny podział na sektory w tymże zakładzie – stwierdza Tom Phinney. Jego zdaniem propagacja sygnału radiowego może być jednak w takim przypadku wysoce zróżnicowana, ze względu na uwarunkowania fizyczne środowiska. Ruchy dźwigów lub innych ogromnych urządzeń mogą powodować powstawanie odbić, zaników sygnału itp. Co więcej, preferowana częstotliwość 2,4 GHz, która jest wykorzystywana w większościkrajów świata, jest identyczna jak ta stosowana w kuchenkach mikrofalowych. Oznacza to, że jakakolwiek nieszczelna kuchenka znajdująca się w takim zakładzie, staje się źródłem fali zaburzeń o mocy 1 kW, a więc nieporównanie większej od sygnałów generowanych lub otrzymywanych przez czujniki bezprzewodowe (moce rzędu nW i pW). Co więcej: ponieważ w typowych zakładach przemysłowych około jedna trzecia gniazd wtykowych ma zamienione przewody fazowe, tak więc zaburzenia od kuchenek mikrofalowych przenoszą się na dwie fazy w systemie zasilania. Dodatkowym źródłem zaburzeń są również, w niektórych przypadkach, małe lokale gastronomiczne rozmieszczone w pobliżu zakładu, w których niejednokrotnie zlokalizowane są punkty bezprzewodowego dostępu do Internetu (tzw. WiFi HotSpots). Tim Phinney stwierdza: – Najwyraźniej w dłuższej perspektywie czasu instytucje państwowe powinny wyznaczyć osobne pasmo transmisji radiowej dla systemów oraz infrastruktury o wymogu wysokiego stopnia bezpieczeństwa transmisji, które nie będzie zajmowane przez inne podmioty i branże.
Standard SP 100 zaproponowany przez organizację ISA, określa zasady strategicznego podejścia do kwestii koegzystencji różnych systemów, stwierdzając jednoznacznie, iż w różnych rejonach jednego zakładu mogą jednocześnie współistnieć zróżnicowane instalacje radiowe, które powinny zachować odpowiedni stopień niezawodności transmisji.
W przypadku gdy modernizowana jest niewielka cześć zakładu, można wówczas zastosować i rozbudować istniejącą już w niej sieć bezprzewodową. Jeżeli jednak modernizowana jest znaczna część przedsiębiorstw, np. 20%, wówczas należy zastosować do komunikacji najnowsze dostępne na rynku standardy i technologie. Tim Phinney jest przekonany, że w ciągu najbliższych 10 lat czynniki wprowadzające zaburzenia mogą zostać niemal całkowicie wyeliminowane, dzięki szybkiemu rozwojowi takich technologii, jak nadajniki niskich mocy programowane komputerowo. – Wówczas możliwa będzie niemal 90% penetracja rynku przemysłowych systemów sterowania właśnie przez technologie bezprzewodowe – podsumowuje Tim Phinney.
Pomimo licznych wyzwań i problemów aplikacje przemysłowe coraz częściej korzystają z czujników bezprzewodowych, w celu uzyskania osiągów nieporównywalnych z klasycznymi systemami przewodowymi. Odpowiednia technologia już została stworzona, a bazujące na niej rozwiązania są sukcesywnie wprowadzane i rozpowszechniane. A zatem – czy jesteś przygotowany na zastosowanie techniki bezprzewodowej?
ce
Artykuł pod redakcją
Andrzeja Ożadowicza


 W modułach nadajników może być zgromadzona „nieograniczona” ilość energii

Wraz z rozwojem nowoczesnej technologii, napędzanym dodatkowo przez coraz większe nakłady finansowe i wymagania dostawców urządzeń, można spodziewać się sytuacji, w której coraz bardziej skomplikowane urządzenia bezprzewodowe, wysyłające coraz większe ilości danych, doprowadzą do szybkiego wyczerpywania się baterii, będących dla nich źródłem zasilania. Wzrost zastosowań tego typu urządzeń jest wysoce prawdopodobny i związany bezpośrednio z faktem, iż zakłady przemysłowe poszukują wciąż nowych rozwiązań do wykorzystania technologii bezprzewodowej w sytuacjach, gdzie brak kabli i przewodów powoduje powstawanie dodatkowych oszczędności lub też innych korzyści w funkcjonowaniu zakładu i jego zarządzaniu.

Kierownik produkcji firmy Siemens, Jeff Raimo wymienia firmę EnOcean jako jedną z pierwszych, która zajęła się kwestią możliwości pozyskiwania i gromadzenia dodatkowej energii w zastosowaniach komercyjnych. Przyznaje on, że dzięki rozwojowi nowoczesnej elektroniki zmniejszają się rozmiary czujników i układów nadajników oraz maleje ich zapotrzebowanie na energię elektryczną. Co więcej, pojawiają się nowe obszary zastosowań czujników bezprzewodowych w dziedzinie pomiarów tlenku i dwutlenku węgla.

Właśnie w tym obszarze zastosowań działania firmy Siemens skupiają się obecnie na programie MEMS (MicroElectronic Mechanical Systems – mikroelektroniczne mechaniczne systemy), ukierunkowanym na zintegrowanie 15 chemicznych i biochemicznych czujników oraz niewielkich klamer systemu bezpieczeństwa, opierając się na urządzeniach wykorzystujących zjawisko polowe (ang. FET – Field-Effect Device) lub też technologię FET. Przyszłość w tej dziedzinie należeć będzie do nanotechnologii.

Niewielkie panele baterii słonecznych są wykorzystywane w wielu aplikacjach zdalnego sterownia lub monitoringu. Moduły gromadzenia energii firmy MicroStrain pozyskują ją korzystając ze zjawiska wibracji maszyn lub naprężeń występujących w częściach mechanicznych (np. konstrukcje mostów). Inne podejście do tej kwestii prezentuje firma Honeywell, która bada ogniwa paliwowe, oferujące od 3 do 5 razy większą gęstość energii w porównaniu z konwencjonalnymi bateriami, jednakże mają one również pewne ograniczenia prądowe i nie mogą być znacząco chwilowo obciążane. Ogniwa tego typu mają stosunkowo długi okres żywotności i są odpowiednie do zastosowań w aplikacjach z 5-, 10-sekundowymi cyklami skanowania i transmisji.