Vířivé a vírové průtokoměry ABB s podporou Ethernetu-APL

Ethernet-APL poskytuje nové možnosti digitálního sběru a analýzy dat v chemickém, petrochemickém a plynárenském průmyslu a při zpracování vodíku. Tento článek představuje vířivé (swirl) a vírové (vortex) průtokoměry od ABB, do nichž byl tento komunikační standard nově zaveden. Inovativní komunikační standard Ethernet-APL vnáší do prostředí s nebezpečím výbuchu všechny výhody Ethernetu. Nejde jen o připojení velkého počtu provozních přístrojů k řídicí jednotce, ale také o možnosti komunikace v rámci edge a cloud computingu.

Ethernetové kabely zná téměř každý, kdo používá počítač. Poskytují vysokorychlostní kabelové připojení k lokálním, metropolitním i rozlehlým sítím (LAN, MAN, WAN). Až donedávna však nebylo možné tyto kabely používat na provozní úrovni řízení v prostředí s nebezpečím výbuchu. K překonání této překážky vyvinula skupina předních dodavatelů z oblasti zpracovatelského průmyslu, včetně společnosti ABB, spolu s mezinárodními normalizačními organizacemi komunikační síť, v níž je plně integrována jiskrová bezpečnost, včetně profilu, který omezuje napájecí napětí a proud, čímž eliminuje riziko vzniku elektrických jisker. Řešení pojmenované Ethernet Advanced Physical Layer (APL) nabízí rychlost přenosu dat až 10 Mb/s, stíněné dvouvodičové připojení pro přenos napájení a dat po stejném kabelu a délku kabelu až 1 000 m [1]. To otevírá nové možnosti pro digitální sběr a analýzu dat v chemickém, petrochemickém a plynárenském průmyslu a také při výrobě a distribuci vodíku.

Výhody sítě Ethernet-APL

Síť Ethernet-APL je schopna výrobním podnikům pomoci zlepšit provozní efektivitu tím, že vytváří vysokorychlostní kanál pro provozní data i konfigurační a diagnostické informace. Dále představuje snadno škálovatelné řešení pro připojení provozních zařízení k řídicímu systému a umožňuje zjednodušené propojení se všemi provozními zařízeními. To otevírá nové možnosti optimalizace procesů využitím cenných dat, která byla dříve nedostupná.

S ohledem na tyto výhody přidala společnost ABB rozhraní pro Ethernet-APL ke svým dobře známým vířivým FSS4x0 (swirl) a vírovým FSV4x0 (vortex) průtokoměrům [2]. (Pozn. red.: Pro připomenutí: vířivý průtokoměr využívá pro vytváření víru v ose proudění zakřivené vstupní lopatky, kdežto vírový využívá vírové tělísko zpravidla trojúhelníkovitého průřezu, za nímž se tvoří Karmánova vírová stezka, více viz [3].)

Připojení přes Ethernet-APL umožňuje využít všechny výhody vysokorychlostního přenosu dat v provozních podmínkách včetně prostředí s nebezpečím výbuchu. To šetří náklady a zjednodušuje komunikační infrastrukturu. Nutnost respektovat bezpečnostní omezení komplikovala vytváření komunikačních sítí v rozsáhlých průmyslových zařízeních procesního průmyslu.

Průtokoměry FSS4x0 a FSV4x0 jsou první přístroje společnosti ABB, které získaly certifikaci pro Ethernet-APL od sdružení FieldComm Group, které vede, koordinuje a unifikuje vývoj tohoto standardu (https://www.fieldcommgroup.org/). Tato certifikace zajišťuje špičkovou kvalitu provozní přístrojové techniky a spolehlivou interoperabilitu v průmyslových komunikačních sítích.

Vírové a vířivé průtokoměry v praxi

Vírové a vířivé průtokoměry, které jsou v oboru technických měření jedny z nejčastěji používaných průtokoměrů, patří mezi průtokoměry rychlostní: na základě znalosti rychlosti proudění a průtočného průřezu je možné určit objemový průtok. Součástí průtokoměru je i senzor teploty. To potom umožňuje, je-li měřen také tlak (tlakoměr je nutné instalovat zvlášť), určit hmotnostní průtok, množství tepla předaného párou nebo horkou vodou apod. Kromě toho tato zařízení usnadňují přístup k údajům o stavu zařízení na dálku. Diagnostické informace jsou cenné při plánování údržby zařízení.

Jaké jsou přednosti vířivých průtokoměrů ve srovnání s vírovými? Jedinečná technika vířivých průtokoměrů ABB přináší výhody v podobě minimálních požadavků na instalaci a vynikající přesnosti měření. Vířivým průtokoměrům postačuje náběžná délka 3D, zatímco vírové vyžadují minimálně 5D. Také uklidňovací délka za snímačem je menší. Přesnost vířivých průtokoměrů dosahuje u kapalin i plynů 0,5 % z rozsahu, což je lepší hodnota než u průtokoměrů vírových. Tlaková ztráta je přibližně stejná.

Konfigurace parametrů a funkcí průtokoměrů

Průtokoměry ABB podporují široce rozšířený standard FDI (Field Device Integration, https://www.fieldcommgroup.org/technologies/field-device-integration) pro konfiguraci provozních přístrojů. Jsou snadno konfigurovatelné pomocí integrovaného webového rozhraní – nejsou zapotřebí žádné softwarové nástroje ani ovladače. Rozložení obrazovky je responzivní a automaticky se přizpůsobuje velikosti displeje počítačů, tabletů a chytrých telefonů.

Díky schopnosti měřit objemový průtok a teplotu procesního média, hmotnostní průtok a množství předané energie otevírají vírové a vířivé průtokoměry s rozhraním Ethernet-APL operátorům nové možnosti při rozhodování o regulaci a optimalizaci průběhu procesů a při plánování prediktivní údržby na základě dat v reálném čase, čímž se výrazně snižuje možnost vzniku chyb a zkracují prostoje.

Systém pro správu výrobních prostředků

Díky rychlému přístupu k rozšířenému spektru provozních a diagnostických dat ze zařízení nabízí Ethernet-APL v kombinaci se sadou ABB Ability™ SmartMaster výhody také pro provozovatele zařízení, kteří čelí problému shromažďovat data ze stovek, nebo dokonce tisíců zařízení. Sada SmartMaster je platforma pro správu činnosti výrobních prostředků, která kombinací provozních a diagnostických dat, technických dat přístrojů a IT služeb umožňuje rychlé řešení problémů, diagnostiku poruch na dálku, neinvazivní analýzu procesů a mnoho dalšího. Společnost ABB plánuje integrovat komunikaci Ethernet-APL do všech svých provozních přístrojů a již na tom pracuje.

Literatura:

[1] MERLIN, T. How the Ethernet is going to change operations in the field. Online. ABB. Dostupné z: https://new.abb.com/products/measurement-products/measurement-products-blog/how-the-ethernet-is-going-to-change-operations-in-the-field. (Zpřístupněno 7. června 2024.)

[2] ABB. ABB transforms flow measurement in the field with Ethernet-APL connectivity. Online. Dostupné z: https://new.abb.com/news/detail/116352/abb-transforms-flow-measurement-in-the-field-with-ethernet-apl-connectivity. (Zpřístupněno dne 7. června 2024.)

[3] ABB. Vířivé a vírové průtokoměry ABB: cenově výhodné řešení měření průtoku. Online. Automa. 2014, č. 10, s. 50–51. Dostupné z: https://automa.cz/Aton/FileRepository/pdf_articles/53038.pdf

Tilo Merlin,
ABB Measurement & Analytics

Ethernet pro průmysl

Ethernet a protokol TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) jsou dnes ve světě dominantním komunikačním standardem. Základní myšlenkou tohoto standardu je, že k němu má přístup více počítačů, které mohou kdykoliv odesílat svá data. Ethernet, který se hojně používá v domácnostech a komerčních zařízeních, nachází stále větší uplatnění v průmyslových zařízeních a propojuje svět informačních systémů a provozní techniky. Ethernet se snadno nastavuje metodou plug-and-play. V porovnání s jinými protokoly umožňuje používat běžné, komerčně dostupné komponenty, čímž pomáhá zajistit budoucnost systémů a udržet náklady na nízké úrovni díky přístupu k mnoha zdrojům dodávek. Nabízí také několik dalších výhod. Stejnou infrastrukturu může sdílet několik protokolů a aplikací. Eliminace bran a převodníků protokolů umožňuje bezproblémovou komunikaci, čímž se snižují náklady a složitost přenosu dat z místa, kde jsou generována, na místo, kde jsou zpracovávána, a zároveň je zajištěna velká spolehlivost a rychlost přenosu.

(Pozn. red.: Devítidílný seriál o průmyslovém Ethernetu od Františka Zezulky a Ondřeje Hynčici vycházel v časopise Automa v letech 2007 a 2008.)

Široká paleta výhod standardu Ethernet-APL

První výhodou je, že na základní úrovni není třeba samostatná infrastruktura pro stejnosměrné napájení. Podobně jako u PoE (Power over Ethernet) jsou napájení a komunikace zajišťovány stejným kabelem. A díky použití běžných kabelů nejsou zapotřebí žádné speciální nástroje. Zvyšuje se také spolehlivost instalace, protože centralizované napájení umožňuje zálohování pomocí systémů nepřerušitelného napájení. Kromě toho lze zařízení v době, kdy není využíváno, nebo z bezpečnostních či zabezpečovacích důvodů dálkově vypnout prostřednictvím přepínače APL. Není třeba instalovat další elektrické konektory nebo vést různé kabely.

Obr. 1. Vířivé (vpředu) a vírové (vzadu) průtokoměry od ABB jsou vybaveny rozhraním Ethernet-APL a mohou bezpečně, snadno a na dálku poskytovat údaje o stavu procesů v reálném čase