SENSTATION – integrované řešení pro inteligentní snímače

 

V současné době jsou již snímače pro analýzu kapalin celkem běžně vybaveny integrovaným převodníkem s digitálním komunikačním rozhraním pro nadřazené systémy. Yokogawa představila první verzi svého inteligentního snímače pH a ORP před dvěma lety. Nyní jsou k dispozici snímače FU20F, FU24F a SC25F (obr. 1). Inteligentní převodník umístěný v hlavici snímače s mechanickým závitovým připojením Pg 13,5" a pětipólovým voděodolným konektorem M9 uchovává kalibrační data (nula, strmost, teplotní offset) a identifikaci senzoru, a tím umožňuje kalibraci mimo provoz v precizně udržovaných laboratorních podmínkách. Snímače pH a ORP Yokogawa, vybavené zemnicí platinovou elektrodou, tzv. kapalnou zemí, měří pH pomocí rozdílu potenciálů měřicí a referenční části vzhledem k této zemnicí elektrodě. Diferenční zapojení senzor-převodník umožňuje zjišťovat impedance v referenčním i měřicím okruhu. Tak lze velmi snadno zjistit znečištění senzoru, poškození měřicí skleněné membrány nebo nezaplavení elektrody. Inteligentní snímač potřebuje napájení minimálně 20 mW a jeho výstupem je obousměrná digitální komunikace se sériovou linkou RS-485 a protokolem Modbus. Snímače FU20F a FU24F díky platinové zemnicí elektrodě mohou měřit kromě pH také ORP, takže výstupem jsou hodnoty pH, pH teplotně kompenzované, ORP, ORP kompenzované na pH, rH, teploty a mnoho identifikačních a diagnostických informací. Protože kabel již nepřenáší vysokoimpedanční signály, nejsou jeho izolační parametry tak kritické, jak tomu bývalo zvykem u měřicích kabelů klasických snímačů pH. Proto lze zobrazovač umístit až do vzdálenosti 100 m. Inteligentní snímače Sencom vzhledem k tomu, že umožňují přenos dat na dálku a nevyžadují místní kalibraci, nepotřebují separátní lokální zobrazovače.

Společnost Yokogawa je známa kromě mnoha jiných produktů špičkovými zapisovači, jejichž vývojem a výrobou se zabývá od roku 1950. Nejnovější modelové řady bezpapírových zapisovačů GX a GP 10 a 20 z roku 2013 obsahují několik novinek, které překonávají vlastnosti dřívějších zapisovačů. Zdokonalená dotyková obrazovka umožňuje tzv. dvojdotyk s roztažením nebo smrštěním časové osy, přetažení datových oken, displejů, ruční záznam či vytvoření podpisu na displej, který se potom ukládá s daty. Podpora dvaceti vzájemně provázaných uživatelských obrazovek, tvořených datovými poli, tlačítky, trendy, hlášeními, bitmapovými obrázky technologie, spolu se standardními skupinami trendů (až 50), sloupcovými nebo číselnými zobrazeními, kombinovanými i přehledovými panely poskytuje široké spektrum interpretací naměřených výsledků. Čelní panel s krytím IP65, odolný i 10% kyselině solné, 5% hydroxidu sodnému a etanolu, má možnost uzamknout přístup k vypínači, USB nebo paměťové kartě SD.

 

Menší typ GX/GP10 s 5,7" obrazovkou a panelem 144 × 144 mm má až třicet univerzálních vstupních kanálů, padesát výpočtových kanálů a padesát externích datových vstupů prostřednictvím sériové nebo ethernetové komunikace. Větší model GX/GP20 (obr. 2) s 12,1" obrazovkou a panelem 288 × 288 mm má až sto přímých měřicích vstupů, sto výpočtových a tři sta komunikačních kanálů. Pro vzdálené vstupy jsou určeny externí moduly GM. Velkou výhodou zapisovačů Smartdac+ je modularita a škálovatelnost. Pořídit lze zapisovač jen s komunikačním rozhraním a jednotlivé vstupní moduly, jejichž sortiment je průběžně rozšiřován a které lze vzájemně zaměňovat, je možné dokoupit podle potřeby (obr. 3). Na zapisovač je možné připojit a zobrazit externí regulátory UT3xA/MDL a UT5xA/MDL bez displeje s montáží na lištu DIN nebo PLC a realizovat tak i složité regulační úlohy.

 

Zapisovač má binární zabezpečený záznam dat se zálohováním ve vnitřní paměti 500 MB, na externí kartě SD nebo prostřednictvím USB (až 32 GB) a na primárním či sekundárním datovém serveru FTP. Víceúrovňový uživatelský přístup SSL zabezpečený hesly (Secure Socker Layer) pro FTP, HTTP a SMTP, audit trail, elektronický podpis a aktivní adresář umožnily schválení zapisovače podle FDA 21 CFR Part 11 a schválení pro záznam přepravy potravin podle USDA a učinily z něj velmi atraktivní datovou stanici pro různé úlohy ve farmaceutickém a potravinářském průmyslu. Každý ze vstupů může mít až dvanáctibodovou korekční kalibrační křivku. Nastavení lze importovat z tabulkových procesorů. Zapisovač provádí podle potřeby logické, integrační a matematické operace s naměřenými hodnotami (např. počítá teplotní sterilizační účinek – tzv. hodnotu F0) a zpracovává celou škálu výstupních sestav (reportů) podle předem připravených šablon a následně vytváří přímý výstup pdf souborů na tiskárnu. Zapisovač má webový prohlížeč a podporuje zabezpečené připojení chytrých telefonů a tabletů (Android, IOS) prostřednictvím WiFi. Pro nastavení zapisovače, prohlížení, konverzi a tisk dat je k dispozici volně přístupný software GA10. V řadě Smartdac+ je také typ GX20W s integrovanou komunikační bránou, který má přístupový bod pro bezdrátovou komunikaci podle ISA 100.11a s až padesáti bezdrátovými přístroji a může z nich načítat až pět set datových vstupů.

 

Integrace snímačů Sencom a zapisovačů Smartdac+ je zabezpečena pomocí napájecích a oddělovacích modulů S8000. Jeden modul napájený 24 V DC poskytuje napájení a galvanické oddělení pro čtyři snímače Sencom. Modul má porty USB, RS-485 i Ethernet a k dispozici je v provedení s krytím IP20 nebo IP65. Je možné jej použít také ke kalibraci a k nastavení snímačů Sencom prostřednictvím softwaru SPS24. Senstation GX10_Q/S8000 umožňuje připojit až osm snímačů Sencom, GX20_Q/S8000 jich zvládne šestnáct. Snímače Sencom lze připojit také pomocí bezdrátového multiprotokolového modulu FN310 s adaptérem a anténou FN110 se ziskem 2 dB_i na síť ISA 100.11a. Ve stanici GX20W je integrován přístupový bod s retranslační funkcí, která zdvojnásobuje dosah z 600 m až na 1,2 km (obr. 4). Jestliže stanice GX20 využije oddělený přístupový bod YFGW510 a oddělenou komunikační bránu YFGW410, lze realizovat s třemi routery čtyři přeskoky (hops) komunikace a dosáhnout vzdálenosti mezi stanicí a snímačem až 2,4 km.

 

Senstation prostřednictvím bezdrátové komunikace přijímá nejen měřené hodnoty, ale i všechny diagnostické a kvalitativní údaje snímače. Bezdrátová komunikace je výhodná zejména tam, kde je třeba zajistit napojení snímačů v bezpečných, bariérami oddělených prostorách nebo snímačů umístěných na pohyblivých tancích a nebo částech technologických zařízení. Elegantně tak lze vyřešit monitorování kontaminace spodních vod u podniků s rozlehlými a geograficky distribuovanými výrobními jednotkami. Další výhodou měřicí stanice Senstation je možnost integrovat analogové signály o průtocích, poloze hladin, tlacích a teplotách, které souvisejí s měřeným analytickým údajem, a zpracovat ucelenou informaci pro obsluhu. Stanice Senstation je při objednání nakonfigurována na zadaný počet jednotek S8000 a snímačů Sencom. Předdefinovány jsou všechny komunikační, měřicí i diagnostické registry zapisovače.

 

Stanice Senstation může pomocí digitálních výstupů přepínat analyzované proudy a řídit sekvence čištění. Umí podle povahy alarmových stavů rozesílat e-mailové zprávy nebo zprávy SMS na předem zadané adresy a čísla: provozní alarmy vedoucím výroby a poruchy přístrojů zástupcům údržby. Všechny alarmy jsou logovány, včetně času jejich kvitování. Verifikace provozních měření laboratoří je centrálně zaznamenávána stejně jako výměna nových kalibrovaných senzorů. Na řídicím systému nezávislé grafické znázornění časových průběhů (trendů) umožňuje obsluze získat přehled o časovém sledu provozních stavů a lépe odhalit příčiny poruch analyzátorů v souvislosti s dalšími parametry procesu (obr. 5).

 

Společnost Yokogawa uskutečnila testy s napojením inteligentních snímačů od dalších výrobců, např. snímačů vodivosti nebo rozpuštěného kyslíku. Rovněž připravuje rozšíření nabídky snímačů Sencom o další měřené veličiny.

 

Centrální automatická kontrola všech dostupných snímačů, integrace laboratorních kontrol, automatická eskalace alarmů k zodpovědným osobám, automatická tvorba čisticích, údržbových a kalibračních cyklů a automatická tvorba provozních deníků (reportů) spoří čas i náklady a přináší větší spolehlivost a důvěryhodnost provozních analyzátorů. Redukce různých samostatných analyzátorů a jejich nahrazení inteligentními snímači zapojenými do centrální měřicí stanice Sensation zmenšuje počet náhradních dílů a zjednodušuje údržbu zařízení.

 

(YOKOGAWA GesmbH Central East Europe)
 

Obr. 4. Konfigurace pro Senstation GX20W
Obr. 5. Příklady obrazovek měřicí stanice Senstation