Процесс передачи данных: неуправляемые
Новые инструменты и технологии управления, который связывается по радио вместо жесткого провода, медленно, но верно продвигается вперед в процессе химической промышленности (ИПЦ). В последние годы многие производители контрольно-измерительные приборы, аналитические и диагностические инструменты, а также данные передатчики начали предлагать беспроводные технологии, которые зависят от радиочастотных сигналов для передачи данных по автоматизации и управления сетью. Эти неуправляемые устройства и сети обещают повышение прибыли за счет облегчения труда требует, резки проводов и затраты на установку, связанные с комплексным мониторинга и контроля операций, оправдывая поиска некритические, но полезные данные, которые иначе не возможно с помощью жесткого проводного соединения.
Беспроводная передача данных, однако, не преподносится в качестве замены обычных жестких связи проводки. "Контроль и безопасность применения будет оставаться привязанный, пока безопасность и надежность вопросы доказано", говорит Wii Чин, директор по исследованиям в области устройств ARC Advisory Group (Дедхэм, MA; <A HREF = "http://www.arcweb.com" целевых = "_blank" относительной = "NOFOLLOW"> www.arcweb.com </ A>), добавив, что проводных соединений быстрее и способны обрабатывать гораздо выше скорость передачи данных, чем беспроводные. "Но, Есть множество других операций, в которых для устройств беспроводной связи может достичь значительной экономии расходов капитала и ускорить обработку данных процесса", продолжает он. Пожалуй, самое большое преимущество беспроводных технологий является то, что датчик установлен стоимость прибора доля, что для обычных жестких проводной документа.
Беспроводная система Датчик состоит из беспроводной блок датчика и области сеть базовых радио. Это называется трансивер, когда обе части имеют возможность отправлять и получать данные. "Базовая радиостанция, которая говорит около 50 подразделений на местах (с помощью Modbus, RS485, RS232 Ethernet или 4-20 мА) и передает данные на компьютер или центральную систему управления, расходы чуть более $ 1000", говорит Клифф Льюис, вице-президент по маркетингу и продажам в AccuTech, разделение адаптивного инструменты, LLC (Гудзон, штат Массачусетс, <a target="_blank" href="http://www.savewithaccutech.com" rel="nofollow"> www.savewithaccutech . COM </ A>). Подразделения на местах, в котором содержится беспроводной датчик, стоит меньше $ 1000 для типов, которые измеряют температуру, давление, мА, мВ и акустики; беспроводные датчики перепада давления оцениваются в $ 1500. Общая стоимость системы зависит от количества подразделений на местах и базы радиостанций. "Но, из своего кармана расходы на инструменты будут стоить примерно столько же, как традиционные проводные передатчик и ввода карточки в центральную систему управления", говорит Льюис ..
Расходов для выполнения проводов в химическом заводе варьируется в зависимости от местоположения. "Многие растения план проводки расходов на за фут ($ 30 - $ 80/ft), в то время как другие используют фиксированную плату за каждый цикл, который подключен ($ 5000 - $ 10000 / цикл)," объясняет Сэмюэл господин, менеджер по продукции AccuTech. "Можно видеть, что на любой основе, расходов на обеспечение функционирования провода намного превышает затраты на приобретение приборов", заключает он.
Фронтовые беспроводных приложений
Означало проникновение беспроводной технологии чувствительности в ИПЦ, Honeywell промышленные измерения и контроль группы (Morris Township, NJ; <a target="_blank" href="http://www.honeywell.com" rel="nofollow"> WWW . honeywell.com </ A>), который недавно начал XYR 5000 беспроводного передатчика (рис. 1). Эти приборы используются на сайте 1 клиента для мониторинга реки и огонь давления и уровня в двух емкостях находится 1000-2000 м от диспетчерской. "Традиционные установки будет стоить $ 50000 - $ 100000 в верхней части расходов на оборудование", предсказывает, Гектор Barresi, менеджер продукта для беспроводных технологий. система Мед и могли делать работу за $ 6000, включая установку 4 передатчиков и базовая радиостанция с интерфейсом ModBus и радио / интерфейс). XYR 5000 передатчики используют частоты перескоков с расширением спектра (FHSS) техники для поддержки надежной связи между передатчиками и управления. Они также имеют обширные программы самоконтроля и оборудования для постоянного мониторинга работы прибора и достоверность данных ..
В ИПЦ, измерение основных параметров процесса (температура, давление, расход и т.д.) имеет решающее значение, и беспроводные технологии способны продлить мониторинга, измерения или контроля этих параметров мест никогда не думал, возможно, такие, как или внутри оборудования во время движения (например, агитируя реакторы, сушильные машины, плиты и т.д.), где нет проводов может быть подключен. XYR 5000 беспроводные передатчики были использованы для измерения температуры внутри вращающегося фен, отказа от использования дорогостоящей и ненадежной электропроводки и установке электрических связей. Устройства с точностью до 0,1% от полномасштабного чтении на стандартных условиях и терпеть скорости вращения 10-30 об / мин.
Между тем, микродеформации, Inc 'S (Williston, В.Т.; <a target="_blank" href="http://www.microstrain.com" rel="nofollow"> www.microstrain.com </ A>) имеет разработали крошечный беспроводной датчик называемые EmbedSense, которая не допускает крайней г уровней (до 50 000 G) и температуры HO0C к 15O0C), и могут быть посажены на прядильных машин и в композиционных материалов для создания нового поколения интеллектуальных приборов и материалов. "Датчик имеет даже встроенные в спинной имплантатов для определения нагрузки слишком тяжел, что может означать, что кость не заживают, надлежащим образом вокруг имплантата," говорит Крис Таунсенд, вице-президент микродеформаций.
В основе системы имплантируемые беспроводной узел в составе 25-мм и 5-мм PC доска, на которой схемы до 4-12 датчиков монтируется (рис. 2). Слой меди на периферии борту получает питание через индуктивный ссылку на другую спираль располагается в отдельном, внешний аккумулятор или electricpowered устройство под названием следователь, который находится 20 мм от встроенного узла. Следователь дает переменного магнитного поля, что полномочия встроенных датчиков и позволяет передавать информацию к следователю в 10-мс интервалы на частоте 125 кГц до тех пор, как полномочия узла. Внешнее устройство подключено к КПК, что записи данных. "Низкочастотный сигнал путешествует эффективно на основе металлов и позволяет датчики будут имплантированы или внедренные", говорит Таунсенд.
AccuTech отбывает нишу на рынке с устройствами, которые предлагают экономичный способ мониторинга удаленных перепускной клапан, либо вытекающих конденсатоотводчик, или предоставления временного контролировать процесс, который может быть установлен и легко снимается. передатчиков фирмы недавно был одобрен Factory Mutual как взрывобезопасные для использования во взрывоопасных средах, а также использовать licensefree 900-МГц радио полосу пропускания для передачи данных (например, подходит для низкого уровня datatransfer в диапазоне от нескольких тысяч кв.м). Передатчики могут передавать чтении каждые 10 с до 5 лет, а требует только C-клеточной батареи питания.
Беспроводные инструменты могут быть основными времени, затрат и экономии энергии для компаний, которые хотят контролировать их конденсатоотводчики удаленно, задача выполняется путем установки ультразвукового (акустического) и окружающего датчики температуры на конденсатоотводчика. "Установка производится быстро и просто - 45 минут по сравнению с 2 или более часов для проводных устройств, в месте, - и это можно сделать без остановки работы, говорит господин.
AccuTech подход к беспроводной контроль, что из в общей системе области сбора данных, дает возможность для своих беспроводных искробезопасные документов, которые необходимо рассматривать более критически важных приложений. Беспроводная сеть включает в себя базу радиостанций, каждая из которых вмещает до 250 подразделений на местах, и беспроводных приборов менеджер программного обеспечения для мониторинга в реальном времени, сбор данных, отчетности и управления сетью.
С помощью этой платформы, новые акустические AccuTech на местах контролировать устройство (например, ультразвуковых элемента датчика и трансивер обеспечения двусторонней связи) может помочь компаниям определить, монитор, количественном и доклад неорганизованных выбросов в соответствии с местными, государственными и федеральными экологических регулирующих органов, не больших капитальных затрат и оперативных сложностей. "Раннее выявление и коррекция источников выбросов загрязняющих веществ с помощью контроля давления клапан может повысить эффективность завода и смягчения и ликвидации последствий отчетности требованиям", говорит господин.
Ориентация на нефте-и газовой промышленности
OleumTech корпорации (Лейк-Форест, Калифорния; <a target="_blank" href="http://www.oleumtech.com" rel="nofollow"> www.oleumtech.com </ A>) разработала беспроводной мониторинга и datacollection решение под названием Sentinel, что система предназначена для удовлетворения потребностей промышленности нефти и газа. "Мониторинг и сбора производственных данных из скважин не должны предусматривать ежедневные визиты к каждому сайту, или рыть траншеи и укладке Hardwire на" автоматизации "операций", говорит Майкл Armani, президент компании. Флагманский продукт OleumTech в сеть Sentinel системы, состоит из одного Сентри DataHub находится в скважине, компрессорную станцию или подобные сайты (рис. 3), а Sentry Monitor, которая питается от литиевой батареи технологии, которая может длиться до 10 год, в зависимости от конфигурации (она зимует, когда он не используется). Монитор собирает данные с расстояния до 4 части полевого оборудования, расположенных в 6000-м радиус (с использованием направленных антенн), или непосредственно соединяется с цифровых или аналоговых портов контроллеров и измерительных устройств, для передачи данных на DataHub в диапазоне 900 МГц использованием запатентованной технологии spreadspectrum.
Duke Energy полевой службы (Denver, CO) установил Sentinel систем в 10 крупных объектов компрессора, в первую очередь удаленного сбора данных, необходимых для контроля за потоком доходов на каждом участке, а также контролировать операции и аварийные сигналы другого оборудования поле. OleumTech также обеспечили первоначальный заказ на поставку из ChevronTexaco установить Sentinel системы на двух крупнейших мировых нефтяных и газовых месторождений в Бейкерсфилд, штат Калифорния, и пермского бассейна, штат Техас. Сейчас он находится в стадии установки данного проекта. Типичным для установки (1 DataHub и до 3 мониторов) будет стоить примерно $ 3000 - $ 6000, говорит Армани.
Нажав на конверт
Как приобрести опыт пользователей, беспроводные технологии дюйма ближе и ближе к реальном времени, критически важных приложений завода этаже. "Hardwired системы, конечно, не исчезнут, а будет дополняться гибкой технологии беспроводной связи для того, чтобы удовлетворить новые требования, в то время как экономить деньги", говорит Чин в АРК. Продавцы уже производству беспроводных передатчиков аналогового интерфейса ввода для беспроводной передачи аналогового сигнала обычного инструмента для базы радио, что в сеть с системой управления или устройство сбора данных, таких, как магнитофон или компьютер.
Elpro Technologies '(Стаффорд QID, Австралия; <a target="_blank" href="http://www.elprotech.com" rel="nofollow"> www.elprotech.com </ A>) 905U беспроводной I / O модули в центре завода всей беспроводной сети называют беспроводной магистральной приборостроения (WIB). Эти модули образуют точка-одноранговой сети беспроводной коробках, которые подключаются к приборов и сигналов управления, либо напрямую, либо через шины. 905U трансивер передает и принимает цифровой, пульс и аналоговых сигналов в спектре 902-928-МГц распространение без лицензии группы. Датчик сигналов на один модуль (входные сигналы) могут быть переданы любые другие беспроводной распределительной коробке, быть воссозданы в качестве выходного сигнала, или прошли через различные fieldbuses к хосту устройств, таких как ПЛК или SCADA системы.
Pharmacia, Inc, в настоящее время часть Pfizer, Inc (New York, NY; <a target="_blank" href="http://www.pfizer.com" rel="nofollow"> www.pfizer.com </ A>), использует беспроводную я Elpro / вывода подразделений указывают на открытие / закрытие статус водно-корма клапана на верхнем уровне sevenfloor здания. "Беспроводное решение сократить стоимость проекта на 75% против проводной системы", говорит Грэм Lane, Elpro технологии "В Северной Америке менеджер по продажам.
Прочный, безопасный сигналов
Многие компании, которые экспериментировали с беспроводными компонентами, столкнулась с теми же проблемами один опыт использования мобильного телефона упала сигналов, стены, потолок и пол завалами, связь трудности, вызванные частоты помех; короткий срок службы батарей; отказ от совместимости с системами и приборов в настоящее время на месте, и вмешательство и прием "дыр". Беспроводные протоколы создаются для удовлетворения определенных потребностей промышленности, таких, как совместимость, дальность передачи, низкие обратить энергопотребления, надежности и экономической эффективности, с тем чтобы содействовать принятию клиента технологии.
В суровых условиях, например как те, что в условиях производственного процесса, существующие беспроводные технологии для офиса, в том числе IEEE 802.11 и Bluetooth, не добились успеха из-за различных требований завода окружающей среды. Кроме того, для таких устройств, как датчики температуры, которые могут отправить только несколько байт данных в минуту, этих громких стандарты часто слишком дорого, предлагают чрезмерного трафика (измерительных приборов), которые потребляют слишком много энергии, либо для предоставления ограниченного круга, говорит Чин. Наряду с надежной работы, других ключевых соображений безопасности, защиты от отказа в обслуживании из-за радиочастотных помех и защиту от вредоносных операции, или "взлома". Чтобы избежать этих проблем, большинство производителей сегодня используют собственные протоколы, чтобы отправить беспроводной сообщения с помощью расширения спектра радио-передачи (см. врезку), с шифрованием данных.
Консорциум известен как ZigBee Альянса (Сан-Рамон, Калифорния; <a target="_blank" href="http://www.zigbee.org" rel="nofollow"> www.zigbee.org </ A>) является планирует выпустить спецификацию в 2004 году, что позволит разработчикам проектировать взаимодействия, но надежный продуктов, ориентированных на автоматизации зданий, промышленного контроля и электронных рынков. Новый стандарт будет основываться на IEEE 802.15.4, который описывает физические аспекты радио технологии, доступ к носителям, а также взаимодействие, необходимое для малой мощности, надежные, безопасные беспроводные технологии трансивера. "За месте контроля и управления приложениями, принятие этого открытого стандарт беспроводной связи также поможет снизить стоимость этих инструментов", говорит председатель ZigBee Боб Хейл.
Беспроводная технология поставщиков и конечных пользователей в последнее время создали беспроводной сети промышленного альянса (Wina, Сан-Рамон, Калифорния; <a target="_blank" href="http://www.wina.org" rel="nofollow"> www.wina . Org </>), чтобы изучить основные проблемы и препятствия для принятия отрасли беспроводных технологий, а также разработки стратегических подходов к их решению. Восторженные поддержки для формирования Wina происходит от программы промышленных технологий Министерством энергетики США (DOE, Вашингтон, округ Колумбия, <A HREF = "http://www.doe.gov" целевых = "_blank" относительной = " NOFOLLOW "> <www.doe.gov />), который выделил 10,3 млн. долл. США в развитие энергосберегающих беспроводных зондирования и управления приложениями для федеральных назначенных" отрасли в будущем. " Проекта, часть в размере $ 61 млн программу энергоэффективности, объявил в ноябре 2003 года министр энергетики Спенсер Абрахам, занимается шесть бизнес-единиц с медом также в автоматизации и контроля Solutions (ACS) группы и почти 20 промышленных членов команды по радио, программное обеспечение , шифрование, интерфейс управления и других отраслей промышленности, чтобы развивать мониторинг приложений, которые происходят потери энергии из растительных компонентов, таких как пара ловушек и электродвигателей.
"Беспроводных приложений мониторинга можно сохранить до 256 трлн Btu / год, при соответствующем сокращении расходов и экологических выгод", говорит Дэн Sheflin, вице-президент и главный технический директор группы АСУ компании Honeywell. Эта архитектура, для которых прототип будет готов в следующем году, как ожидается, будет принят IEEE и ISA.
Низкая стоимость и низкое энергопотребление решения
Беспроводные портативные устройства и карманные ПК уже завоевали популярность в качестве способа позволяют операторам собирать производственные данные вручную, но с большей скоростью и точностью. В результате, многие поставщики, обслуживающих этот промежуточный этап для объектов, которые могут не быть в состоянии оправдать полностью беспроводной платформы для таких задач, как обслуживание и оборудование для контроля, мониторинга окружающей среды и нормативной отчетности.
Тем не менее, специальных беспроводных ячеистых сетей зондирования (WSNs) может оказаться протокола в будущем. Их использование экспертных-точка или повторителей может не только обеспечить присущие избыточности, необходимой для промышленного применения, а также при условии, что при очень низкой цене. Эти системы подходят для приборов (например, используется для мониторинга оборудования и повышение избыточности), и будет одной из основных причин более $ 250 млрд на добавленную стоимость услуг (в результате интернет-технологий - например, для управления активами и оптимизации цепочки поставок) , говорит Глен Allmendinger, президент Харбор исследований (Сан-Франциско, Калифорния; <a target="_blank" href="http://www.harborresearch.com" <rel="nofollow"> www.harborresearch.com /> ).
Малой мощности, самоорганизующиеся WSNs, таких, как тысячелетнего Net, Inc 'S (Кембридж, Массачусетс; <a target="_blank" href="http://www.millennial.net" rel="nofollow"> WWW . millennial.net </ A>) я-бобы и Эмбер Корпорация 'ы встроенные сетевые решения, производят большой интерес, потому что они более легко и экономически эффективно установлено, развертывания и преобразованного, чем датчики с физического провода и подключение питания. Кроме того, стандарт IEEE 802.15.4 низкой скорости передачи данных с низким энергопотреблением беспроводной связи как ожидается, повысит возможности для WSNs.
В этом году, Эмбер начала поставки первых 2,4 ГГц / 250 Кб / с приемопередатчиком чип соблюдать стандарт IEEE 802.15.4. Разработанная совместно с дизайн полупроводников и производства компании Chipcon (Осло, Норвегия; <a target="_blank" href="http://www.chipcon.com" <rel="nofollow"> www.chipcon.com /> ), EM2420 объединяет энергоэффективные радио с гибким интерфейсом микроконтроллеров и встраиваемых сетевого программного обеспечения для поддержки приложений, начиная от дистанционного управления промышленного оборудования на предприятиях и станциях очистки сточных вод, в процессе мониторинга температуры и влажности.
В конечном итоге, разработке эффективной системы беспроводной сети требует понимания компромиссов, связанных с использованием недорогого подключения. "Основным фактором, это сила, и вы не сохраните много не пришлось бежать кабель для передачи данных, если вам все равно придется бежать питания для радио. Тем не менее, вы не хотите торговать с себя бремя руководства сбора данных для бремени ручной замены батареи, "говорит Роберт Бедный, директор по технологиям корпорации Эмбер (Boston, MA; <a target="_blank" href="http://www.ember.com" rel="nofollow"> www.ember.com </ A>). Для обеспечения долгого срока службы аккумулятора - то есть, через несколько лет непрерывной работы - у вас есть, чтобы сбалансировать пропускную способность, задержки, дальность, сложность топологии, безопасность и универсальность, или найти альтернативу батарей.
Достижения в области вибрации основе, энергии заготовки методы позволили обеспечить мощность, достаточную для работы WSNs и сделать батареек WSNs возможно. Собирающие энергию устройства изготавливаются из пьезоэлектрических материалов, которые генерируют электричество из вибраций, которые едва заметны на прикосновение человеческой руки, говорит, Tod Ридель, соучредитель и вице-президент по развитию бизнеса и маркетинга в Чистый тысячелетнего. Фирма объединилась с Ферро Solutions (Рослиндейл, MA; <a target="_blank" href="http://www.ferrosi.com" rel="nofollow"> www.ferrosi.com </ A>) в октябре прошлого года для разработки первого батареек беспроводное устройство сетей датчиков, я, которое будет власть тысячелетнего Net "Beans.
