Get Adobe Flash player

Késmári Tamás
Nor-Service Kft.
(forrás: ELTAV Wireless Monitoring Ltd.)

 

Az ipari folyamatirányításban használt armatúrák jelentős része semmilyen véghelyzet, vagy pozíció visszajelzéssel sem rendelkezik. Figyelembe véve tervezési, installációs és biztonságos üzemeltetés teljes költségét, vezeték nélküli rendszerek ma már versenyképes megoldást jelenthetnek az irányítástechnikában.

Most of the valves in the process control used without any remote monitoring capabilities. Considering the total cost of design, installation and safety operating, today the wireless monitoring systems are able to provide a competitive solution in the control technic.

 

nor-pict1

 

A biztonságos és hatékony üzemeltetési feladatok egyre nagyobb kihívást jelentenek a rendszert üzemeltetők számára. Egyre több és pontosabb információra van szükség a szigorú technológia paraméterek betartásához. Ezek az információk nem csak a megbízható üzemeltetéshez, de a szerelvények állapotának folyamatos figyeléséhez, ezen keresztül a megelőző karbantartásokhoz is szükségesek. Ezzel jelentősen csökkenthető a karbantartási idő ráfordítás, ezáltal a karbantartási és az állásidőből adódó költségek.

A fokozottan veszélyes alapanyagok, vagy a veszélyes technológia körülmények miatt különös jelentőséggel bírnak elsősorban a gyógyszergyártás, vegyipar, vagy az olaj és gázipar, vízkezelés folyamatirányításában.

Manapság világszerte több százmillió beavatkozó szerelvényt, gömbcsapot, tolózárat, pillangószelepet és egyéb szelepet helyeznek üzembe évente. Ezen szerelvények kb. 80% kézi működtetésű, amelyek jelentős hányada semmilyen véghelyzet, vagy állapotjelzéssel nem rendelkezik. De a működtetett ipari szelepeknek is mintegy 40% működik mindenféle véghelyzet érzékelő nélkül.
Könnyű belátni, hogy különösen kiterjedt, vagy veszélyes, nem ritkán robbanásveszélyes környezetben működő rendszerek esetén milyen veszélyeket rejt, ha a beavatkozó szerelvényekről a technológiát felügyelő személyzet egyáltalán, vagy csak részleges információkkal rendelkezik.

Felismerve ezeket az igényeket az újonnan telepített rendszerek esetében már lehetőség van a megfelelő véghelyzet érzékelők beépítésére, de a ma még rendkívül nagy számban működő, korábban telepített rendszereknél a véghelyzet érzékelők utólagos beépítése a kábelezés magas költsége, esetenként a terepi fogadóállomások I/O kapacitás hiánya miatt sokszor csak magas költségek mellett oldható meg.

Ezekre a műszaki kihívásokra nyújthatnak költséghatékony megoldást az armatúrák széles körében alkalmazható vezeték nélküli érzékelő rendszerek.

Ma az ipar területén használt vezeték nélküli rendszerek jelentős része, 2,4 GHz frekvencia tartományban működő, Wireless HART, vagy ZigBee Pro kommunikációs protokollt alkalmazzák. Egy vezeték nélküli rendszer tipikus topológiáját egy robbanásveszélyes környezetben az 1. ábra mutatja.

 

nor1

1. ábra. Vezeték nélküli rendszer alkalmazása
robbanásveszélyes környezetben

 

Az állapotérzékelésére szolgáló vezeték nélküli érzékelőket (VD) közvetlenül a kézi működtetésű, vagy a legtöbbször pneumatikus működtetésű hajtóművekre szerelik.

A vezeték nélküli szenzorok jeleit a közelükben elhelyezett routerek (VDR) fogadják és egy, vagy több kitüntetett routeren (TVDR) keresztül kapcsolódnak a felső szintű vezérlés Ethernet hálózatához. A routerek egymás közötti szabadon szerveződő (Wireless Mesh Network) kommunikációja, valamint az Ethernet hálózathoz történő redundáns router csatlakozás nagyfokú rugalmasságot és üzembiztonságot biztosít a rendszerfelügyelet számára. A hálózathoz kapcsolódik a vezeték nélküli rendszer beállítására, ellenőrzésére szolgáló menedzsment rendszer és egy PLC adapter, ami szabványos hardver portokon és protokollokon keresztül (pl. Modbus RTU/TCP, Profibus) a vezeték nélküli szenzoroktól érkező adatokat továbbítja a felsőszintű vezérlés biztosító PLC, DCS, SCADA rendszerek számára.

Előny az érzékelésben

Az elzáró szerelvények a folyamatirányító rendszerek kulcsfontosságú elemei. A rájuk szerelt érzékelők a legtöbb esetben csupán a nyit-zár állapothoz tartozó fizikai véghelyzeteket jelezi vissza.

A vezeték nélküli szenzorok használata további előnyöket biztosítják:

ŕ Pontos pozíció visszajelzés
Az elmozdulás százalékos, vagy elfordulási szög értéke, 0,1° felbontásban, ± 1° pontossággal.

ŕ Valós idejű visszajelzés
kb. 50 ms, függetlenül az érzékelők számától.

ŕ Dinamikus működési diagnosztika
Az armatúra futásidejének folyamatos ellenőrzése. Ha a futásidő egy előre beállított tartományon kívül esik, akkor a rendszer automatikusan egy hibajelet generál. A rendszer a működési folyamatot grafikusan is rögzíti és ábrázolja.

ŕ Szenzor paraméterek diagnosztikája
Szenzor hőmérséklet, beépített elem feszültség, jel erősség.

 

nor2

2. ábra. A szelep paraméterek másodperc pontossággal visszakereshetők a rendszerben

 

Előny a telepítésben

A vezeték nélküli érzékelők különböző szabványos, vagy egyedi adapter szerelvények segítségével szinte valamennyi kézi, vagy működtetett elzáró szerelvényre felszerelhetők, legyenek azok akár 90°-s, vagy lineáris működésűek. Ezek a szerelvények robosztus kivitelüknek, IP66 védettségüknek köszönhetően széles hőmérséklet tartományban (-40 … +85 °C) szabadtéren is, de akár zóna 1 robbanásveszélyes környezetben (II 2 G Ex ia IIC T4) is alkalmazhatók.

Mivel a szenzorok önálló áramforrással rendelkeznek, ezért nem igényelnek külön kábelezést, új berendezések esetében pedig nem szükséges a kábeltartó szerelvények, elosztódobozok, terepi szekrények gyártása és kiépítése. Ezzel mind a tervezési, mind a telepítési idő és ezzel az installációs költségek is jelentősen csökkenthetők.

A routerek elhelyezésénél célszerű figyelembe venni a berendezés kialakítását, különös tekintettel a fémes alkatrészekre (csőhálózat, tartályok), amelyek a vezeték nélküli jelátvitelt leginkább befolyásolhatják. A routerek számának és helyének optimális megválasztásával biztosítható a rendszer egyszerű bővíthetősége, mivel csupán a szenzorok felszerelése szükséges, a többi beállítás a felügyeleti rendszeren keresztül elvégezhető.

Előny az üzemeltetésben, karbantartásban

Az üzemeltetés során az elzáró szerelvények hibás, vagy téves működtetése komoly termeléskiesést okozhat. Különösen nehéz a hiba okának kiderítése azoknál az szelepeknél, amelyek semmilyen pozíció visszajelzéssel sem rendelkeznek. A vezeték nélküli szenzorok, amelyek akár utólag is felszerelhetők, a véghelyzeteken kívül adatokat szolgáltatnak a szelepek pontos pozíciójáról, futásidejéről. Ezeket a paramétereket a rendszer regisztrálja és grafikusan ábrázolja. Ezek alapján a szelepek működési paraméterei, pozíciója, működtetése évekre visszamenőleg, másodperc pontossággal visszakövethetők, így a téves, vagy hibás működtetése ténye is megállapítható.

 

nor-pict2

 

A futásdiagramok (3. ábra) alapján a karbantartó személyzet következtetni tud a hiba jellegére, de ezek az információk hatékony segítséget nyújthatnak a megelőző karbantartás területén.

nor3

3. ábra

 

A vezeték nélküli szenzorok palettáját ma már a szelepekre, vagy működtetőkre szerelt pozícióérzékelőkön túl nyomás- és hőmérséklet érzékelők, valamint digitális bemenő modulok is kiegészítik.