Pierwsze kroki z czujnikami ELA

Z tego artykułu dowiesz się:

• dlaczego warto stosować czujniki ELA,
• jakie elementy są niezbędne, aby uruchomić czujniki ELA w naszym systemie,
• jak skonfigurować czujniki do zbierania danych w AVEVA Historian.

Teoretycznie proste zadania, jak rejestrowanie temperatury czy identyfikacja stanu pracy maszyny, w praktyce nie zawsze okazują się takie proste. Czasem bywa tak, że monitorowanie pracy dużych linii czy maszyn wyposażonych w sterowniki PLC nie jest dużym wyzwaniem, natomiast poważnym kłopotem stają się prostsze i starsze maszyny. W przeszłości często okazywało się, że „oczujnikowanie" takich maszyn to zadanie skomplikowane i drogie. Dziś tego rodzaju problemy to przeszłość – dzięki inteligentnym czujnikom ELA Innovation.

Na to, co nazywamy Przemysłowym Internetem Rzeczy (Industrial Internet of Things – IioT), składają się m.in. technologie bezprzewodowe, nowe protokoły komunikacyjne oraz autonomiczność urządzeń. Wszystkie te cechy posiadają czujniki firmy ELA Innovation, która od ponad 20 lat projektuje i produkuje czujniki do szerokiego zakresu zastosowań. , a także zaawansowane gatewaye, umożliwiające komunikację z czujnikami z wykorzystaniem wielu rodzajów połączeń i protokołów.

Dlaczego warto zastosować czujniki ELA?

Czujniki ELA mogą bezpiecznie pracować w najtrudniejszych warunkach środowiskowych. Kompaktowa obudowa o średnicy 32 mm wykonana z odpornego tworzywa DELRIN, które dodatkowo jest certyfikowane do kontaktu z żywnością. Wszystkie czujniki spełniają normy szczelności na poziomie IP 68. Czujnik ruchu i drgań (model MOV) może pracować w temperaturach od -40oC do 85oC, a więc może być zastosowany niemal wszędzie.

Czujniki ELA są bardzo łatwe w montażu. Do każdego egzemplarza dołączany jest uchwyt montażowy, który można przykleić do dowolnej płaskiej powierzchni. Czujniki można przyklejać, przykręcać, montować w dedykowanych kieszonkach lub na wszystkie trzy sposoby równocześnie, zarówno na wewnątrz, jak i na zewnątrz budynków.

Bardzo ważną cechą czujników ELA jest wbudowane niewymienne zasilanie bateryjne. Dzięki niemu sensory działają zupełnie autonomicznie i są pozbawione jakichkolwiek przewodów – co dodatkowo ułatwia montaż urządzeń. Zastosowanie technologii Low Energy i specjalnego zarządzania zużyciem prądu sprawia, że bateria wbudowana w sensor jest w stanie pracować nawet do 14 lat.

Wykres żywotności baterii w czujnikach ELA. Źródło: ELA Innovation

Żywotność baterii została zobrazowana na powyższym wykresie. Zależy ona przede wszystkim od mocy nadawania oraz częstotliwości komunikacji, które możemy konfigurować wg potrzeb. Zależy też od trybu pracy (połączony/niepołączony) oraz temperatury otoczenia.

Producent zapewnia również recykling czujników, dając możliwość wymiany zużytego sensora na nowy na preferencyjnych warunkach.

Komunikacja bezprzewodowa z czujnikami ELA

Czujniki ELA komunikują się z wykorzystaniem częstotliwości wolnej w paśmie 2,4 GHz. W tym artykule będziemy się koncentrować na modelach wykorzystujących standard Bluetooth, natomiast dostępne są również czujniki pracujące w tym samym paśmie z wykorzystaniem technologii MESH oraz AOA (Angle of Arrival). Takie czujniki są wykorzystywane w systemach RTLS jako identyfikatory zwiększające dokładność pozycjonowania.

Zastosowanie czujników Bluetooth umożliwia komunikację z każdym urządzeniem wspierającym standard BLE 4.0/4.2. W aplikacjach przemysłowych rekomendowane jest zastosowanie gatawaya BLE, który spełnia wszelkie standardy przemysłowe, a zewnętrzna antena BLE pozwala na zdecydowane zwiększenie zasięgu. Transmisja danych może być szyfrowana w celu zapewnienia całkowitego bezpieczeństwa.

Czujnik ELA. Źródło: ELA Innovation

W czujnikach ELA możemy skonfigurować moc nadawania do maksymalnie 4 dBm – w takim przypadku zasięg wynosi (w idealnych warunkach na otwartej przestrzeni) nawet 500 m. Oczywiście w rzeczywistości mamy do czynienia z zakłóceniami radiowymi, odbiciami i stratami wynikającymi z przeszkód na drodze fal radiowych. Dlatego realnie możemy mówić o zasięgach rzędu kilkudziesięciu metrów, co i tak stanowi bardzo atrakcyjną opcję w porównaniu z ciągnięciem przewodów sygnałowych i zasilania w przypadku czujników konwencjonalnych.

Konfigurowanie sensorów ELA odbywa się poprzez interfejs NFC. Można je wykonać z poziomu aplikacji uruchomionej na dowolnym urządzeniu wyposażonym w NFC (smartfon, tablet), z systemem operacyjnym iOS czy Android. Można także użyć powszechnie dostępnych czytników (programatorów) NFC podłączanych przez port USB do komputera z systemem Windows.

Zestaw startowy ELA

Przygotowaliśmy zestaw startowy, który ułatwi rozpoczęcie przygody z czujnikami ELA. Składa się on ze wszystkiego, co niezbędne do uruchomienia podstawowego systemu, a więc:

• gateway GATX10 – przemysłowy, zaawansowany gateway z obsługą BLE zintegrowany w obudowie IP68 z anteną, dzięki któremu skomunikujemy wszystkie czujniki i połączymy je z chmurą, bądź systemem SCADA
• dwa czujniki temperatury i wilgotności BLUE PUCK RHT,
• dwa czujniki ruchu i drgań BLUE PUCK MOV.

Zestaw startowy pozwoli zbudować pierwszą aplikację, która może realizować zadania takie, jak:

• Monitoring parametrów środowiskowych (temperatura i wilgotność) na hali produkcyjnej
• Monitoring parametrów środowiskowych (temperatura i wilgotność) w rozproszonych obiektach jak kontenery czy studnie.
• Monitorowanie temperatury w sterowniach, trafostacjach czy rozdzielniach.
• Monitorowanie temperatury pracy zasobów akumulatorowych (np. czy wózek akumulatorowy przebywa w ujemnych temperaturach).
• Monitorowanie pracy maszyn poprzez analizę drgań.
• Zabezpieczenia wartościowego majątku przed kradzieżą czujnikiem drgań.
• Rejestrowanie temperatury w przemyśle spożywczym lub farmacji sensorem spełniającym wymogi normy EN12830.
• Monitorowanie temperatury pracy paneli fotowoltaicznych.
• Rejestrowanie drgań wentylatorów etc.
• Rejestrowanie wychylenia kiperów w wywrotkach.

Oczywiście w razie potrzeby do każdego systemu można dodawać kolejne czujniki.

Zbieranie danych z czujników do systemów nadrzędnych

Wszelkie informacje zbierane przez czujniki mogą być udostępniane z wykorzystaniem protokołu MQTT. Odpowiada za to gateway GATX10/11, który pracuje jak MQTT-BROKER. Dane może odbierać dowolny odbiorca, obsługujący MQTT, np. sterownik PLC, aplikacja HMI czy przemysłowa baza danych. Dzięki temu informacje z czujników można łatwo dostarczyć do już istniejącego w przedsiębiorstwie systemu informatycznego.

Integracja czujników ELA w 5 krokach

Instrukcję integracji czujników ELA opisujemy szczegółowo w naszym artykule na Poradniku Automatyka. Zobacz!