Moduły telemetryczne - niezbędne rozwiązanie dla monitoringu i kontroli infrastruktury

Pomiary różnych wielkości fizycznych to umiejętność, z którą ludzkość z powodzeniem radzi sobie od wielu lat. Jednak dopiero od stosunkowo niedawna możliwe stało się dokonywanie pomiarów zdalnych. Wcześniej konieczna była obecność człowieka w miejscu pomiaru w celu odczytania i zapisania wskazywanej wartości. Rozwój nowoczesnych technologii zrewolucjonizował tę sferę życia umożliwiając dotarcie z pomiarami do niebezpiecznych i trudno dostępnych miejsc oraz precyzyjnego pomiaru różnych wielkości w setkach, a nawet tysiącach miejsc i automatycznemu ich przesyłaniu bez obecności człowieka. Jednocześnie możliwe stało się ich gromadzone i przetwarzane wszystkich danych w jednym miejscu m.in. w celu nadzoru i sterowania złożonymi procesami technologicznymi i produkcyjnymi, których one dotyczą.

Telemetria do dziedzina automatyki wykorzystująca zdalne pomiary różnych wielkości fizycznych i parametrów technicznych w celu nadzorowania i sterowania procesami technologicznymi i produkcyjnymi. Moduły telemetryczne to urządzenia wykorzystywane w systemach telemetrycznych. Należą do nich urządzenia pomiarowe zdalnego odczytu, konwertery, koncentratory, moduły wejścia-wyjścia, sterowniki, moduły wykonawcze, czy wreszcie moduły transmisji bezprzewodowej.

Najpopularniejszą grupę urządzeń do zdalnego pomiaru stanowią inteligentne liczniki poboru energii elektrycznej, gazomierze, wodomierze, ciepłomierze, itp. Zdalny odczyt jest realizowany na wiele sposobów. Nowoczesne urządzenia pomiarowe dysponują najczęściej kilkoma podstawowymi interfejsami, które zapewniają prawidłową współpracę z innymi urządzeniami i niezakłóconą transmisję danych. O wyborze interfejsu decyduje w pierwszej kolejności odległość na jaką mają być przesyłane dane pomiarowe. Do transmisji na odległość mniejszą niż 15m można wykorzystać port transmisji szeregowej RS232 lub RS485 obecny w większości urządzeń do zdalnego odczytu danych. Lokalne sieci komputerowe typu Ethernet umożliwiają transmisję danych na odległość 100-150m. W przypadku bardzo rozbudowanych i rozproszonych systemów telemetrycznych, w których transmisja danych odbywa się na znaczne odległości rzędu kilku kilometrów niezbędna jest magistrala M-Bus lub transmisja bezprzewodowa z wykorzystaniem technologii GPRS. Większość starszych urządzeń pomiarowych posiada jedynie port komunikacyjny RS232. Wielu producentów sprzętu oferuje urządzenia pomiarowe wyposażone w inny typ komunikacji i transmisji danych niż przyjęty w konkretnej realizacji. 

Konwertery to moduły telemetryczne przeznaczone do zamiany rodzaju transmisji danych z urządzeń pomiarowych nie posiadających odpowiedniego do danego rodzaju transmisji interfejsu. Np. konwerter RS232/M-Bus umożliwia podłączenie urządzenia wyposażonego w interfejs RS232 do magistrali M-Bus.

Z kolei koncentratory i moduły wejścia-wyjścia umożliwiają przyłączenie kilku, a nawet kilkunastu urządzeń pomiarowych dostarczających dane cyfrowe i analogowe. Ich zadaniem jest również gromadzenie, przetwarzanie i dalsza transmisja danych i redukcja do niezbędnego minimum okablowania sieci telemetrycznej.

Najistotniejszą rolę w telemetrii odgrywają sterowniki, a zwłaszcza sterowniki swobodnie programowalne. Mogą one przy okazji realizować funkcje konwerterów i koncentratorów danych. Jednak ich podstawowym zadaniem jest przetwarzanie danych według zapisanego w ich pamięci programu i w zależności od uzyskanych danych z urządzeń pomiarowych i innych modułów telemetrycznych uruchamiać autonomiczne procesy sterujące lokalnymi procesami realizowanymi przez moduły wykonawcze. Zadaniem modułów wykonawczych jest uruchamianie urządzeń wykonawczych takich, jak pompy, silniki, elektrozawory, regulatory, alarmy, itp.

Telemetria, a tym samym moduły telemetryczne znajdują coraz szersze zastosowanie nie tylko w przemyśle, ale również w wielu dziedzinach życia. System telemetryczny to ogół modułów telemetrycznych połączonych w jedną sieć, której podstawowym zadaniem jest pomiar istotnych parametrów procesu, nadzór nad jego prawidłowym przebiegiem i sterowanie lub reagowanie na wszelkie odchylenia od zaplanowanego przebiegu w celu ich eliminacji. Przy okazji gromadzenia i przetwarzania zgromadzonych danych system telemetryczny umożliwia optymalizację procesu, eliminację niepożądanych zdarzeń (np. awarie, przestoje), poprawę bezpieczeństwa (np. niezawodność, szybkie usuwanie skutków awarii, ostrzeganie przed potencjalnym zagrożeniem).

Spośród branż, w których systemy telemetryczne odgrywają coraz większą rolę należy wymienić ciepłownictwo, gazownictwo, energetykę, wodociągi i automatykę budynkową. Oczywiście wraz z rozwojem technologii telemetria wkracza w kolejne dziedziny naszego życia takie, jak handel, transport, gospodarka materiałowa, itp. wraz z rozwojem Internetu Rzeczy, czy Przemysłu 4.0 w których urządzenia i ludzie wzajemnie wymieniają się informacjami telemetria zdominuje naszą rzeczywistość.

W ciepłownictwie i wodociągach szczególną rolę pełnią systemy alarmowe sieci ciepłowniczych, gazowniczych i wodociągowych. Ich zadaniem jest nadzór nad integralnością sieci przesyłowej, wykrywanie i alarmowanie o uszkodzeniach mechanicznych, rozszczelnieniach i wyciekach w rurociągach, lokalizowanie miejsca awarii i minimalizacja skutków nieszczelności. Odcięcie dopływu nośnika do uszkodzonej nitki rurociągu zmniejsza straty spowodowane jego utratą i kosztami związanymi z uzupełnieniem ubytku oraz zniwelowanie szkód w środowisku. System alarmowy automatycznie powiadamia służby zajmujące się usuwaniem szkód (np. SMS z lokalizacją miejsca awarii), a na podstawie analizy danych może też ostrzegać o potencjalnych miejscach zagrożonych awarią, planowanym przeglądzie lub konserwacji.

Trudno dziś wyobrazić sobie obsługę odbiorców mediów takich, jak prąd, gaz, ciepła i zimna woda, ogrzewanie bez systemów telemetrycznych nadzorujących i sterujących ich dystrybucją i rozliczeniem. Systemy te nie tylko kontrolują zużycie mediów przez każdego odbiorcę z osobna, ale także realizują bilingi, drukowanie faktur, rozliczenie płatności, ale również umożliwiają planowanie i optymalizację zapotrzebowania na każde z tych mediów zależnie od rejonu, pory dnia, dnia tygodnia, czy pory roku.

O ile w wyżej wymienionych sektorach każde medium jest obsługiwane przez system telemetryczny obejmujący jeden proces np. dostawę ciepła do mieszkania, o tyle w automatyce budynkowej systemy telemetryczne są bardziej złożone i obejmują wiele różnych procesów. Systemy automatyki budynkowej nadzorują m.in. utrzymanie odpowiedniej temperatury i wilgotności w poszczególnych pomieszczeniach z możliwością indywidualnego zaprogramowania na każdy dzień i porę dnia (ogrzewanie, klimatyzacja, wentylacja), sterowaniem oświetleniem wewnętrznym i zewnętrznym, nadzór nad zużyciem mediów i alarmowaniem o nadmiernym chwilowym zużyciu (otwarte okno, niedokręcony kran, pozostawione na noc nie wyłączone urządzenia elektryczne). Kolejne funkcje realizowane przez automatykę budynkową to monitoring pomieszczeń, kontrola przeciwpożarowa, antywłamaniowa, itp.).

Główne korzyści wynikające z wdrożenia telemetrii w infrastrukturze to:

• optymalizacja kosztów produkcji, dystrybucji, zużycia mediów, materiałów i sprzętu;
• poprawa niezawodności przebiegu procesów, szybkie wykrywanie i usuwanie zarówno źródeł awarii, jak i jej skutków;
• analiza danych umożliwiająca optymalizację zarówno samych procesów technologicznych i produkcyjnych, jak i wzrost możliwości systemów telemetrycznych;
• poprawa bezpieczeństwa w zakresie obsługi (minimalizacja lub brak czynnika ludzkiego) i dostaw.

Automatyka budynkowa jest dobrym przykładem integracji systemów telemetrycznych. Integracja systemów to dominujący trend w telemetrii, wynikający z coraz większych potrzeb rynku, ale także możliwości samych systemów telemetrycznych. Jedną z form integracji jest łączenie istniejących systemów telemetrycznych z nowo powstającymi, np. dołączanie odbiorców nowych osiedli lub włączanie osiedlowego systemu telemetrycznego w miejski system telemetryczny. W przyszłości wydaje się konieczne zintegrowanie kilku systemów telemetrycznych w jeden złożony system obejmujący kompletną infrastrukturę.

Coraz większą rolę odgrywają komputerowe programy wspierające sieci telemetryczne jak np. OCS, które w oparcie o złożone struktury sieciowe oparte na modułach telemetrycznych z wykorzystaniem różnych rodzajów transmisji danych umożliwiają m.in. wizualizację i mapowanie warstwowe nadzorowanych procesów, analizę, prognozowanie, obsługę odbiorców indywidualnych, itp.

Kolejne wyzwanie stanowi bezpieczeństwo danych, zwłaszcza w aspekcie konieczności udostępniania spersonalizowanych danych poszczególnym odbiorcom (bieżące zużycie mediów, rozliczenia i prognozy) oraz ograniczonej ingerencji w elementy systemu związane z odbiorcą (limity zużycia i alarmowanie o przekroczeniu, indywidualne zaprogramowanie temperatur w mieszkaniu z uwzględnieniem poszczególnych pomieszczeń, itp.).

materiał płatny