Ručne ovládané ventily sa v súčasnosti nepoužívajú na riadenie, no informácie o ich stave sú napriek tomu dôležité. Bezdrôtové technológie dokážu preniesť spätnú väzbu z ručne ovládaných ventilov do automatizačných a riadiacich systémov. Táto jednoduchá zmena prináša tri podstatné zlepšenia smerujúce k zvýšeniu spoľahlivosti procesov: ochraňuje kvalitu výroby, chráni pred znehodnotením a redukuje náklady na čistenie ventilov.
Výhody automatizácie ventilov
Ručne ovládané ventily sa automatizujú z troch hlavných dôvodov.
Po prvé, pootočenie ventilom môže vyžadovať veľkú manuálnu silu.
Po druhé, je žiaduce eliminovať riziko spojené s prácou v nebezpečným
podmienkam, napr. v nezabezpečených výškach alebo vo výbušnom
prostredí. Po tretie, môže vzniknúť požiadavka na zníženie zložitosti
koordinácie nastavenia ventilov počas prevádzky a skrátenie na to potrebného
času. Aplikácie, v ktorých sa používajú regulačné ventily, majú
z procesov spätnú väzbu, ktorá je prezentovaná tzv. „prevádzkovými
premennými“, napr. tlakom, teplotou, výškou hladiny a prietokom.
Bez prevádzkových premenných sú regulačné slučky „slepé“. Zvyčajne
to tak nie je: ventil sa pohybuje a prevádzkové premenné sa menia.
Avšak samotné ventily môžu byť slepé, a to vtedy, ak sa do ventilu posiela riadiaci signál na zmenu jeho polohy, ale ako spätná väzba sa
používajú prevádzkové premenné, nie poloha ventilu. Takéto ventily sú
zvyčajne osadené prevodníkom prúd/pneumatika, pneumatickým alebo
elektropneumatickým polohovacím členom. Spätná väzba o polohe
však môže vplývať na náklady alebo účelnosť prevádzky. Na vytvorenie
spätnej väzby sa používa skupina vodičov (čo v porovnaní s dvojčinnými
ventilmi „zapni/vypni“ predstavuje menšie výdavky na káblovanie),
ktoré sa pripájajú na analógový vstup do riadiaceho systému. Analógy
sú zvyčajne drahšie ako diskrétne vstupy používané na spätnú väzbu
z dvojstavového procesu zapni/vypni.
Výhody bezdrôtových technológií
V prípadoch, kde ešte neexistuje monitorovanie polohy ventilov predstavujú
bezdrôtové technológie spôsob monitorovania s minimálnym
rizikom. No majú aj ďalšie výhody:
Bezdrôtové technológie neobsahujú žiadne vodiče, a preto sú z pohľadu
inštalácie jednoduchšie. Zariadenia sa môžu napájať z batérie
a dokážu v prevádzkovom prostredí pracovať 5 až 10 rokov. Napr.
zariadenia na realizáciu spätnej väzby o polohe ventilu s komunikačným
protokolom WirelessHART sú veľmi energeticky úsporné a pri
zasielaní hodnoty polohy ventilu každé 4 sekundy vydržia pracovať
10 rokov bez zmeny napájacieho modulu.
Implementácia bezdrôtového zariadenia sa pohybuje na úrovni 10 až
20 % nákladov na spojenie zariadení káblami. K tomu sa môžu pridružiť
dodatočné náklady s batériovo napájanými zariadeniami; napriek
tomu pri očakávanej životnosti batérií od 7 do 10 rokov sa tieto
režijné náklady významne redukujú.
Nainštalovanie bezdrôtového zariadenia môže byť otázkou niekoľkých
minút a vyžiada si menší počet ľudí. Batériovo napájané zariadenia
nemajú žiadne inštalačné rúrky alebo káblovanie – jednoducho
sa namontujú na ventil. Spätná väzba z ručne ovládaného ventilu má výnimočnú hodnotu najmä z hľadiska bezpečnosti. To je dôvodov,
prečo má úprava ventilov zmysel.
Bezdrôtové zariadenia často vyžadujú menej výkresových zmien
a menej inžinierskych zdrojov. Menší počet pracovných stretnutí
na posúdeniu funkčnosti vedie k rýchlejšej kompletizácii projektu s
nižším počtom ľudí.
Bezdrôtové zariadenia možno inštalovať aj tam, kde pevne káblované
zariadenia nie – na ťažko dostupných miestach, v nebezpečnom
prostredí, na miestach bez možnosti zrealizovať pripojenie k elektrickej
sieti alebo položiť nové káblové trasy a tam, kde by použitie
káblov bolo neúmerne nákladné. Takéto bezdrôtové zariadenia majú
podobné možnosti a funkcie ako iskrovo bezpečné zariadenia
a PDA, ktoré sa v podobných prostrediach už používajú.
Schválenia a certifikácie pre nebezpečné prostredia sú menej komplikované,
obzvlášť v prípadoch, ktoré si vyžadujú dokladovanie zabezpečenia
proti výbuchu. Keďže tieto zariadenia nepotrebujú káblovanie
ani prípojnicový systém, certifikácia na iskrovú bezpečnosť je
dokonalejšia: vďaka veľmi malej spotrebe energie nemôžu byť zdrojom
iniciácie výbuchu, čo znamená, že si nevyžadujú žiadne špeciálne
krytie.
Bezdrôtové zariadenia pracujúce s veľmi malými napätiami a prúdmi
možno ľahko pripojiť na externý zdroj energie a odstrániť tak potrebu
údržby batérií. Tieto zdroje napájania môžu byť tiež certifikované
na iskrovú bezpečnosť. Inštalácia využívajúca lokálny zdroj napájania
je výrazne úspornejšia ako natiahnutie V/V káblov do miestnosti
riadenia. Niektorým koncovým používateľom (obzvlášť vo vzdialených
prevádzkach) môžu ako zdroj napájania poslúžiť aj solárne panely.
Prenosové rýchlosti bezdrôtových technológií sa čoraz viac približujú
k rýchlosti prenosu cez káblové rozvody. V súčasnosti sú dostupné monitorovacie
zariadenia s frekvenciou aktualizácie 1 sekunda. Keď sa
zvolí rýchlosť aktualizácie posielania informácií, je potrebné určiť životnosť
batérie bezdrôtového zariadenia. Prenos údajov môže byť „inteligentnejší“:
zariadenie sníma polohu a informácie zasiela len vtedy, ak sa
poloha ventilu aktuálne zmení. Tým sa zrýchli proces a zníži celková
spotreba energie.
Spoľahlivosť
Samoorganizujúca sa sieťová technológia „mesh“ poskytuje 99,9 %
spoľahlivosť (s komunikáciou prostredníctvom WirelessHART). Pokroky,
ktoré sa v tejto technológii dosiahli, umožnili zredukovať potrebu
prieskumu prostredia prevádzky. Napr. vzdialenosť medzi prístrojmi
v samoorganizujúcej sa sieti s protokolom WirelessHART je 200 metrov.
Bezpečná prevádzka
Do bezpečnosti prenosu prostredníctvom bezdrôtových technológií
vstupuje niekoľko dôležitých prvkov. Prvým je šifrovanie, čo je vlastne
metóda využívania zdanlivo náhodných znakov ktoré sú súčasťou každého
prenosu. Šifrovacie kľúče sú v rámci bezdrôtového prenosu nastavené
tak, aby zabezpečili požiadavky bezpečnosti. IT systémy môžu
nastaviť, ako často sa budú tieto kľúče meniť. Navyše každý prenos sa musí overiť, t. j. vysielacie a prijímacie zariadenia sa musia vzájomne
spoznať. Ak sa nespoznajú, prenos sa ignoruje. Údaje sa kontrolujú aj
v prijímači. Každý vysielač obsahuje špecifické pravidlá autorizácie
a kontroly, takže žiadne cudzie zariadenie nemôže odchytiť alebo prerušiť
prenos, alebo zaslať do prijímacej stanice falošné informácie.
Ďalšou výhodou samoorganizujúcej sa bezdrôtovej siete je technológia
preskakovanie kanálov, ktorá chráni pred úmyselným aj neúmyselným
rušením frekvencie. Ak nejaký kanál alebo frekvencia nefunguje, zariadenie
môže automaticky bez zásahu prevádzkovateľa využiť jednu
z ďalších 15 rôznych frekvencií.
Bezdrôtové vysielače komunikujú svoje údaje do zariadenie na prístup
do siete, nazývaného aj brána. Koncoví používatelia si môžu zvážiť
nainštalovanie záložných brán, aby znížili pravdepodobnosť neočakávaných
situácií, pri ktorých by mohli niektoré brány využívané v kritických
aplikáciách zlyhať. Technológia preskakovania kanálov spolu s viaccestnými
sieťami a zálohovanými bránami predstavuje odolnú infraštruktúru
na bezpečné využitie bezdrôtových technológií v kritických aj riadiacich
aplikáciách.
Výhodné riešenie
Automatizované ventily možno koordinovať prostredníctvom jednoduchého
riadenia (napr. PLC), pričom PID riadenie môže byť jednoducho
prepojené s riadiacim systémom. Brány sa navrhujú na všeobecné
použitie – prepájajú prevádzkové zariadenia s riadiacimi systémami
a databázami a môžu komunikovať s mnohými typmi zariadení, ktoré
používajú rozličné komunikačné jazyky. Výsledkom je jednoduchá integrácia
s akýmkoľvek riadiacim systém, ktorý je aktuálne nasadený.
Automatizované ventily a regulačné slučky budú využívať otvorené
štandardy (napr. WirelessHART), čo vývojárom umožní vybrať si z niekoľkých
dodávateľov a nahradiť zariadenia bez toho, aby bolo potrebné
vymieňať celú sieť alebo riadiaci systém. Bezdrôtové technológie
zjednodušujú monitorovanie ventilov, vďaka čomu veľa podnikov plánuje
v blízkej budúcnosti prejsť na takéto riešenia.
Autor článku: Kurtis Jensen, produktový manažér prevádzkových prístrojov v spoločnosti Emerson Process Management. Článok bol pôvodne publikovaný v časopise VALVE Magazine v januári 2010.
Článok bol publikovaný v časopise AT&P Journal 05/2010.
Ručne ovládané ventily sa v súčasnosti nepoužívajú na riadenie, no informácie o ich stave sú napriek tomu dôležité. Bezdrôtové technológie dokážu preniesť spätnú väzbu z ručne ovládaných ventilov do automatizačných a riadiacich systémov. Táto jednoduchá zmena prináša tri podstatné zlepšenia smerujúce k zvýšeniu spoľahlivosti procesov: ochraňuje kvalitu výroby, chráni pred znehodnotením a redukuje náklady na čistenie ventilov.
