Nowoczesne pomiary poziomu z dostępem zdalnym w chmurze

Globalne megatrendy, jak cyfryzacja, urbanizacja, zmiany demograficzne czy klimatyczne wpływają na nasze życie prywatne, nie omijając również rzeczywistości przemysłowej.

Tam, gdzie liczą się szybkość reakcji, bezpieczeństwo procesu, a planowanie produkcji odbywa się przy uwzględnieniu dużej ilości danych, do głosu dochodzą rozwiązania chmurowe. Jakie nowe możliwości wiążą się z wykorzystaniem technologii obliczeniowych w przypadku urządzeń do pomiaru poziomu?

Dlaczego mierzy się poziom różnych substancji?

Poziom jest jednym z najczęściej mierzonych parametrów w procesach przemysłowych. Informacje o ilości danego produktu są wykorzystywane do regulacji i sterowania procesem, mogą być podstawą do rozliczeń, a przeliczając poziom na objętość lub masę otrzymujemy niezbędne informacje o ilości surowca czy produktu końcowego, co jest wykorzystywane do zarządzania stanami magazynowymi.  W wielu przypadkach pomiar poziomu to podstawa układów kontrolnych w systemach automatyki, a od poprawności działania danego instrumentu zależy bezpieczeństwo zakładu. Od dokładności i powtarzalności pomiaru napełnienia reaktora lub mieszalnika zależy jakość produktu końcowego. Sondy poziomu służą także do zabezpieczenia zbiorników przed przepełnieniem i ochrony pompy przed suchobiegiem. Dlatego tak ważna jest niezawodność urządzenia. Najnowsze technologie umożliwiają spełnienie wymagań przemysłu w zakresie nie tylko poprawnego odczytu wartości mierzonej, ale oferują również nieznane dotąd możliwości. W przemyśle bardzo popularne stały się pomiary radarowe, które z powodzeniem zastępują do tej pory wykorzystywane sondy hydrostatyczne, ultradźwiękowe czy zawodne rozwiązania mechaniczne.

Jaki działa radar do pomiaru poziomu?

Zasada pomiaru w urządzeniach radarowych opiera się na analizie czasu przelotu wiązki mikrofalowej i określenie na tej podstawie odległości powierzchni mierzonego medium. Metoda ta pozwala dokonywać pomiaru niezależnie od zmian gęstości, ciśnienia, temperatury czy nierównego usypu dla materiałów sypkich. Radary potrafią poprawnie pracować także w warunkach dużego zapylenia, parowania czy innych niekorzystnych okoliczności. Oprócz zalet wynikających z samej technologii pomiarowej urządzenia te posiadają dodatkowe funkcje, chętnie wykorzystywane w przemyśle.

Urządzenia inteligentne potrafią zadbać o siebie i proces

Już od jakiegoś czasu można zaobserwować trend, zgodnie z którym urządzenia oprócz podstawowej informacji pomiarowej są w stanie przesłać też komunikaty diagnostyczne i inne przydatne informacje. Przykładem takiej rozwiązania jest Heartbeat Technology dostępna w radarach mikrofalowych produkcji Endress+Hauser. Unikatowy mechanizm autodiagnostyki polega na ciągłej weryfikacji parametrow wewnętrznych urządzenia i porównywaniu ich z fabrycznym wzorcem. Zbyt duże odchylenie od wartości wzorcowej spowoduje negatywny wynik takiej weryfikacji, a sama analiza umożliwia wykrycie niemal każdej usterki, jaka pojawić się może w trakcie pracy urządzenia. Co najważniejsze funkcjonalność ta zapewnia użytkownikowi ten komfort, że o każdej nieprawidłowości zostanie z wyprzedzeniem poinformowany. Ponadto weryfikacja i diagnostyka Heartbeat pozwalają wykryć specyficzne sytuacje, z jakimi możemy mieć do czynienia w procesie, a które mają znaczenie zarówno z punktu jego bezpieczeństwa, jak i ze względu na wymagane parametry jakościowe. Może to być na przykład informacja o powstaniu piany na powierzchni mierzonej cieczy, zawilgoceniu anteny czy zbyt dużym osadzie na niej, a także sytuacje, gdy nastąpi uszkodzenie uszczelnienia czy przerwanie linii sygnałowej.

Cyfrowa rzeczywistość, czyli jak efektywnie korzystać z danych procesowych

W znakomitej większości przypadków potencjał urządzeń inteligentnych nie jest wykorzystywany w praktyce. Zainstalowany instrument posiada wprawdzie dostępne wszystkie najnowsze funkcjonalności, ale użytkownik nie jest w stanie ich wykorzystać w praktyce w swoim zakładzie. Jak zatem to zrobić?

Z pomocą w wykorzystaniu zdolności cyfrowych urządzeń przychodzi rozwiązanie chmurowe Endress+Hauser, jakim jest usługa Netilion. W odróżnieniu od klasycznych systemów automatyki podłączone do chmury urządzenia wysyłają nie tylko surowe dane pomiarowe, niezbędne do prawidłowego prowadzenia procesu, ale też wspominane wcześniej dane diagnostyczne. Informacje te wysyłane są niezależnie od przesyłu danych do wewnętrznej sieci zakładowej, a dla każdego urządzenia tworzony jest tzw. cyfrowy bliźniak, czyli bezpieczna kopia zapasowa składników majątku zakładowego. Podłączenie aparatury do świata wirtualnego wraz z udostępnieniem danych za pomocą technologii informacyjnych stwarza użytkownikom nieznane do tej pory możliwości. Kierownik produkcji jest w stanie dowiedzieć się więcej na temat sprawności samego czujnika, jego wewnętrznych obwodów oraz potencjalnych zagrożeń związanych z jego nieprawidłowym funkcjonowaniem. Innymi słowy wiele sytuacji awaryjnych jest możliwych do wykrycia z wyprzedzeniem – zanim nastąpi całkowite odstawienie czujnika i w konsekwencji zatrzymanie procesu czy pracy całej linii produkcyjnej. Praca służb związanych z utrzymaniem ruchu nie musi zatem oznaczać usuwania na bieżąco awarii, ale może polegać na wdrożeniu działań predykcyjnych i zapobieganiu awariom zanim one się pojawią. To natomiast przekłada się na wymierne korzyści, ponieważ każdy przestój oznacza realnie utracone pieniądze. Ponadto, mając wgląd w kondycję poszczególnych urządzeń, możemy oszczędzić sporo czasu na szukanie przyczyny poprzez fizyczne łączenie się z odpowiednim aparatem serwisowym. Dzięki najnowszym rozwiązaniom cyfrowym wszelkie niezbędne informacje procesowe i diagnostyczne mogą być dostępne z dowolnego miejsca na Ziemi, o dowolnej porze.

Łatwiejsze niż się wydaje

Aby rozpocząć korzystanie z rozwiązania chmurowego, nie jest potrzebna gruntowna przebudowa obecnego systemu sterowania, ponieważ transmisja danych odbywa się niezależnie. Najprostsza droga do cyfryzacji pomiaru poziomu to wybór radaru Endress+Hauser z komunikacją Bluetooth lub z dodatkowym adapterem z taką komunikacją.

Nie należy się tutaj obawiać o bezpieczeństwo, ponieważ połączenie takie jest szyfrowane i z powodzeniem może być stosowane także w przemyśle. System Netilion, bazujący na rozwiązaniu chmurowym AWS (Amazon Web Services) spełnia najnowsze normy i standardy cyberbezpieczeństwa, jak ISO 27001 – w zakresie bezpieczeństwa informacji, ISO 27017 traktujący o zabezpieczeniu usług w chmurze obliczeniowej czy normę PN-EN 62443-4-1, która precyzuje wymagania cyklu rozwoju dotyczące tworzenia bezpiecznych produktów wykorzystywanych w systemach sterowania i automatyki przemysłowej.

Odpowiednie urządzenie brzegowe wyposażone w kartę SIM jest w stanie zebrać dane nawet z pięciu radarów.  – Szczególnym przypadkiem jest radar zasilany bateryjnie, który bezpośrednio łączy się z chmurą. Takie rozwiązanie znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie do tej pory nie było możliwe doprowadzenie zasilania, a tym bardziej zdalny odczyt danych pomiarowych. Z poziomu chmury użytkownik natomiast może dane odczytać w aplikacji przy użyciu swojego telefonu czy tabletu. Opcjonalnie dane te mogą zostać przekazane do systemu użytkownika z wykorzystaniem interfejsu API. Dla każdego punktu pomiarowego możemy ustawić progi alarmowe, po przekroczeniu których użytkownik otrzymuje powiadomienia. Dodatkowo w aplikacji Health istnieje możliwość podglądu kondycji podłączonych urządzeń, a całą aparaturę i jej status widzimy w postaci przejrzystego dashboardu. W aplikacji Value istnieje możliwość podejrzenia bieżącej wartości pomiarowej, a także wartości historycznych, które mogą okazać się pomocne w optymalizacji procesu lub prześledzeniu prawidłowości jego przeprowadzenia – wyjaśnia Bartosz Fras, Product Manager Digital Solutions w Endress+Hauser.

W dobie szybko zmieniających się realiów rynkowych każde przedsiębiorstwo, które korzysta już z możliwości przetwarzania danych w chmurze, zwiększa swoją konkurencyjność i elastyczność korzystając z jeszcze wydajniejszych metod zarządzania procesami przy jednoczesnej redukcji potrzeby bezpośredniej obsługi parku maszyn i urządzeń. Z gotowymi zasobami urządzeń inteligentnych w zakładzie rozpoczęcie cyfryzacji jest zatem na wyciągnięcie ręki – czy też lepiej byłoby powiedzieć: za jednym kliknięciem.