Trang chủ Học và làm Học và làm Thời gian và sự kiên nhẫn cho việc triển khai các mạng không dây

Thời gian và sự kiên nhẫn cho việc triển khai các mạng không dây

Mạng không dây là một trong những kỹ thuật của tự động hoá nhưng để triển khai được nó tại một nhà máy cũng không phải là việc đơn giản. Nó đòi hỏi phải có thời gian để kiểm chứng và sự kiên nhẫn nếu cần khắc phục sự cố. Tự động hoá ngày nay xin giới thiệu nhật ký của một chuyên gia kỹ thuật thuộc Tập đoàn Emerson Process Management khi tiến hành triển khai lắp đặt mạng không dây ở Nhà máy chất dẻo tại Pasadena, Texas với hy vọng nó sẽ mang lại những bài học bổ ích cho các kỹ sư tự động hoá tại Việt Nam.

Thế giới thực của mạng không dây: Những công việc vất vả hàng ngày của một kỹ sư đo lường và điều khiển để chiến thắng được những trở ngại và những điều bí ẩn không được mong đợi của một dự án mạng không dây thường không được nhắc tới trong những cuốn sách hướng dẫn. Việc ứng dụng các công nghệ mới thường hiếm khi diễn ra theo kế hoạch đã định và có thể là một sự mạo hiểm hoàn toàn. Tuy nhiên, việc tiết kiệm được những khoản chi phí đáng kể có thể khắc phục những trở ngại và khó khăn đó.
Đó là trường hợp diễn ra tại Nhà máy chất dẻo tại Pasadena, Texas, nơi đã phải vượt qua nhiều trở ngại để tạo ra một hệ thống không dây giám sát một vài chỉ số dữ liệu.

Hình 1: Để thực hiện được giải pháp đo lường có dây nối cần một hệ thống giàn giáo cao 40ft để chạy ống dẫn và dây cáp.

Một cơ hội không dây
Nhà máy chất dẻo tại Pasadena có một bể chứa API cao 40ft được sử dụng khi xả hàng từ một chiếc sà lan. Mỗi lần như vậy, nhân viên vận hành sẽ trèo lên bể chứa để ghi nhiệt độ ở cửa xả và vị trí van xả ở phía sau bình ngưng của bể chứa. Nhà máy muốn tự động hoá việc đọc những chỉ số này để làm nguồn dẫn chứng tốt hơn cho những ghi chép về môi trường và giúp làm tăng hiệu suất làm việc của nhân viên vận hành bằng cách loại bỏ những công việc tiêu tốn thời gian, những chuyến đi vất vả lặp đi lặp lại lên trên đỉnh của bể chứa.
Do những biến số quá trình mà chúng ta muốn đo đều ở trên đỉnh của bể chứa vì vậy cần phải chạy một đường ống và dây cáp ở phía ngoài của bể chứa. Như vậy, chi phí để thu được hai chỉ số mới dường như không hợp lý so với phương pháp đi dây cứng truyền thống.
Ông John Scott thuộc Tập đoàn Emerson Process Management cho biết họ đã bắt đầu xem xét giải pháp đi dây, tuy nhiên họ sẽ tiết kiệm được tới 65% chi phí lắp đặt nếu họ sử dụng phương pháp không dây. Vì nếu áp dụng phương pháp có dây thì chi phí mua vật liệu làm giàn giáo là khá lớn.
Hiển nhiên, phương pháp không dây vẫn là sự lựa chọn tốt nhất và họ đã chọn giải pháp của Emerson cho nhà máy này. Các bộ truyền Rosemount với phương pháp nối dây thông thường đã được sử dụng ở đây. Một khoá đào tạo đã được tổ chức. Điều này có nghĩa rằng việc đào tạo chỉ cần thiết để đáp ứng những thay đổi trong việc xử lý sự cố do phần cứng và thiết lập hệ thống không dây.
Thiết kế mạng không dây

Để triển khai một giải pháp không dây, điều lo lắng đối với cán bộ kỹ thuật là làm thế nào để cung cấp được vị trí van. Emerson không cung cấp bất cứ một bộ truyền vị trí van trực tiếp nào ngoại trừ một thiết bị phụ trợ cho bộ định vị van kỹ thuật số. Bộ điều khiển áp suất bể chứa là một bộ điều khiển khí nén cục bộ với một bộ định vị van khí nén. Cuối cùng, họ đã nhận ra rằng mình có thể sử dụng một bộ truyền áp suất ở đầu ra của bộ điều khiển và cung cấp một vị trí van mặc nhiên và vị trí tốt nhất cho cổng vào không dây là nóc của buồng gác (hình 2) để có thể dễ dàng ghép với thiết bị Provox DCS cũ qua mô-đun ghép nối thiết bị thông minh, chấp nhận Modbus và chỉ cần đi 3 đoạn cáp ngắn - Modbus, Ethernet, nguồn - lên trên nóc buồng gác.
Phiên bản cũ của mạng không dây cần một khoảng cách tới cổng nhỏ hơn 500ft. Nhiệt độ và các điểm đo vị trí van cách buồng gác 600ft. Các bộ truyền phụ thêm giữa bể chứa API và buồng gác là rất cần thiết, đóng vai trò như các bộ nhắc lại cho dữ liệu bể chứa API. Các ứng dụng không dây phụ thêm giữa bể chứa API và buồng gác cải thiện cả các yêu cầu về khoảng cách và độ tin cậy. Các mạng không dây cũng ổn định hơn do số nút mạng tăng. Thật may mắn là việc tìm được nhiều chỉ số mà nhà máy mong muốn trở nên dễ dàng. Hai ứng dụng đo phụ thêm đó là các nhiệt độ mặt tựa cho hai chiếc máy bơm và áp suất dòng xả từ sà lan (hình 3).
Một trong những chiếc máy bơm trên một bể chứa gần với buồng gác đã chịu sự phá huỷ dập mặt tựa sớm hơn và gây ra một sự rò rỉ khí hyđrô cacbon vào vỏ bọc thiết bị điện. Việc giám sát nhiệt độ mặt tựa máy bơm sẽ giúp cải thiện độ tin cậy và an toàn trong hoạt động này.
Tương tự, dòng xả từ sà lan cũng phải chịu sự chênh lệch áp suất vượt quá mức mà chúng ta mong đợi. Các kỹ sư sản xuất khó có thể liên kết các áp suất cao hơn với những sự kiện cụ thể trong suốt chu kỳ xả. Hầu hết các van xả đều được vận hành bằng tay và thông tin xả từ sà lan cũng tách biệt với khu vực cảng. Chỉ số áp suất ghi được có thể giúp xác định được tại điểm nào trong chu kỳ xuất hiện áp suất cao, vì vậy chúng ta có thể phát triển các quy trình tốt hơn để ngăn chặn sự trở lại của hiện tượng đó. Cả hai ứng dụng này đều là một cơ hội lớn cung cấp cho chúng ta thông tin để cải thiện hoạt động nhà máy tới DCS. Cuối cúng, chúng tôi đã lập kế hoạch để phát triển một mạng không dây bao gồm 5 bộ truyền: nhiệt độ xả của bể chứa, vị trí van xả, hai nhiệt độ mặt tựa máy bơm và áp suất dòng xả từ sà lan.
Quyết định thời gian cập nhật bộ truyền
Các bộ truyền không dây không cung cấp dữ liệu với tốc độ cập nhật cao. Emerson đề nghị thời gian cập nhật là một phút. Áp suất là một biến số thay đổi rất nhanh vì thế họ đặc biệt quan tâm tới tốc độ cập nhật chậm cho hai bộ truyền áp suất của dòng xả. Điều gì sẽ xảy ra nếu ở tốc độ cập nhật một phút, chúng ta hoàn toàn bỏ qua chỉ số sự kiện báo hiệu những chênh lệch áp suất của dòng xả?
Cuối cùng, họ chọn các tốc độ cập nhật 15-giây cho tất cả các bộ truyền trừ áp suất xả từ sà lan. Họ đã phát hiện ra rằng trong thời gian lắp đặt, mặc dù giới hạn đề nghị thấp hơn 15 giây nhưng hệ thống vẫn thực sự có thể hoạt động ở các tốc độ nhanh hơn gấp nhiều lần. Cuối cùng họ đã chọn tốc độ cập nhật 3 giây cho áp suất dòng xả từ sà lan. Việc thay đổi sang một tốc độ cập nhật nhanh hơn sẽ phải hy sinh tuổi thọ của pin và khả năng của cổng vào.

Các biến số bộ truyền
Ngày nay, bạn có thể chọn cái gì mà bạn cho rằng đó là một thông tin quan trọng từ các bộ truyền của mình và chuyển thông tin này vào DCS. Với Nhà máy chất dẻo này, bên cạnh các biến số bộ truyền chính, họ lấy điện áp pin như một biến số cho mỗi bộ truyền. Điều này đã trở thành một quyết định đúng đắn.
Nhiễu tín hiệu radio
Trong hoạt động lắp đặt một mạng không dây, có một rào chắn khác nữa cần được loại bỏ. Các radio trong nhà máy sử dụng cùng một khoảng tần số là 900 MHz giống như mạng. Các radio cung cấp những thông tin quan trọng cho các nhân viên điều hành đặc biệt nếu có một tình huống bất thường xảy đến trong nhà máy. Nhóm nhân viên trong bộ phận radio rất băn khoăn khi có một mạng hoạt động ở cùng tần số với hệ thống radio của nhà máy.
Họ đã thử tiến hành hai thử nghiệm riêng biệt tại nhà máy sử dụng các bộ thiết bị mà Emerson giới thiệu. Trong suốt cuộc thử nghiệm thứ hai, các nhân viên đã dùng đến bộ phân tích tần số và thấy rằng không hề có tín hiệu nhiễu. Tuy nhiên, họ vẫn không hoàn toàn yên tâm và muốn đợi cho tới khi có mạng của bộ truyền không dây 2.4 GHz. Để giúp cho họ cảm thấy thoái mái hơn, ông Scott thuộc tập đoàn Emerson đã giải thích năm khía cạnh chính được sử dụng bởi thiết bị an ninh mạng bao gồm sự bảo vệ/sự mật hoá, sự thẩm định quyền, sự kiểm chứng, quản lý khoá và chống nhiễu. Và điều đó đã giải toả được những lo lắng của họ.
Lưu ý tới các chi tiết
Ông John Scott  cho biết, tại công trường lắp đặt thiết bị, họ đã phát hiện ra không có bộ truyền nào được lắp pin. Dường như pin được cung cấp tách riêng và không được thể hiện cụ thể trong đơn đặt hàng. Phòng nhận hàng không có phương tiện để kiểm soát xem việc giao hàng có theo đúng đơn đặt hàng hay không. Công việc lắp đặt sắp diễn ra theo kế hoạch được thực hiện bởi một đội kỹ thuật của Emerson đã bị hoãn lại vài tuần vì phải chờ để mua pin.

Hình 3: Các bộ truyền phụ thêm rất cần thiết với vai trò như các bộ nhắc lại. Các mạng không dây cũng trở nên ổn định hơn do các nút mạng tăng lên.

Những sự cố ở cổng vào
Do cổng và anten được đặt cùng nhau nên việc đặt cổng trên nóc của buồng gác để nhận được các tín hiệu từ tất cả các hướng khác nhau trong nhà máy sẽ là một ý kiến hay. Thật không may mắn là việc lên được trên nóc của buồng gác là việc làm vô cùng khó khăn. Chúng tôi đã biết trước được rằng vấn đề vị trí sẽ bất tiện như thế nào khi cổng đầu tiên được phát triển gắn trên thẻ điện trước khi mạng được ra mắt. Emerson đã thay thế một cổng vào khác dưới điều kiện bảo hành, hơn hai tháng sau khi được lắp đặt.
Sau đó, có một hôm tất cả các điểm bắt đầu vẽ thành các đường thẳng. Vì thế, thay vì gọi cho đội hỗ trợ kỹ thuật của Emerson, họ đã quay vòng công suất với hy vọng xác lập lại nó. Do thiếu may mắn, hành động đó đã làm bốc hơi toàn bộ dữ liệu được lưu trữ về những gì xảy ra với cổng vào. Sau khi phân tích, lỗi của cổng vào này một lần nữa được chỉ ra trên thẻ radio. Một lần nữa Emerson lại thay thế cổng vào trong điều kiện bảo hành và dùng tạm bộ sản phẩm giới thiệu trong thời gian chờ đợi có cổng vào mới.
Khi cổng vào thứ ba tới, nó bao gồm cả một anten từ xa. Việc chuyển cổng vào xuống khỏi nóc của buồng gác và lắp thêm anten đã tạo ra một sự khác biệt rất lớn về khả năng xử lý sự cố. Cuối cùng, cổng vào không dây với một anten từ xa đã được lắp đặt và đi vào hoạt động. Dường như mọi việc có vẻ tiến triển rất tốt.
Các bí ẩn không dây
Bộ truyền nhiệt độ trên đỉnh cao nhất của bể chứa API - phép đo rất hiếm gặp này đã bắt đầu một sự mạo hiểm và đó cũng chính là phép đo đầu tiên mang lại rắc rối, khi nhiệt độ ngoài trời là 70oF. Ngày hôm sau nhiệt độ bất ngờ giảm xuống còn 35oF. Bộ truyền này cung cấp số chỉ nhiệt độ của bình ngưng, một phần quan trọng của toàn bộ dự án mạng không dây. Các xu hướng kiểm tra điện áp pin chỉ 6.84 Vdc ở Dec. 15 và 5.56 Vdc ở Dec. 16. Trong khoảng 5.5 Vdc là điểm mà bộ truyền dừng hoạt động.
Họ đã rất ngạc nhiên khi có một bộ pin bị hỏng mới chỉ sau 4 tháng hoạt động, trong khi tuổi thọ pin của nhà cung cấp lên tới vài năm. Emerson đã thay thế pin mới, tuy nhiên pin lại tiếp tục bị hỏng. Hiển nhiên là những bộ pin này sẽ cung cấp những điện áp thấp trong điều kiện thời tiết lạnh hơn. Tôi đã thử tìm ra một phần đồ thị hay công thức xác định tuổi thọ của pin nhưng không thành công. Rõ ràng là tuổi thọ của pin vẫn còn là một điều bí ẩn với tất cả mọi người sử dụng.
Bộ truyền nhiệt độ bình ngưng của bể chứa API bất ngờ ngừng truyền vào ngày 6 tháng 3 năm 2008. Mười sáu giờ sau, thậm chí trước khi có thể xác định được là nó không hoạt động thì bộ truyền lại tiếp tục gửi dữ liệu trở lại. Liệu có phải là có vấn đề gì đó xảy ra trên đường tín hiệu radio và làm cản đường không?
Bộ truyền nhiệt độ bình ngưng có hai đường truyền thông tới cổng vào: một đường trực tiếp tới cổng vào (600ft) và một đường khác đi qua bộ truyền áp suất vị trí van (cách xa 5ft). Bộ truyền này ở trên đỉnh của bể chứa cao 40ft và bộ truyền áp suất, nó liên lạc với việc truyền liên tục dữ liệu qua phần giữa này. Điện áp pin không phải là một vấn đề. Điện áp khi thiết bị ngừng liên lạc là 7.8Vdc. Emerson đã tiến hành phác bản đồ hoạt động hệ thống mạng không dây tại hiện trường qua cổng vào 1420. Tuy nhiên, việc làm này cũng không cung cấp được một manh mối nào về nguyên nhân đã gây ra hiện tượng mất tín hiệu bí ẩn này. Sự kiện tương tự đã xảy ra đối với bộ truyền nhiệt độ bình ngưng vào năm 2008. Lần này, bộ truyền đã được khởi động lại để bắt đầu hoạt động truyền thông bằng cách tháo pin ra rồi lắp trở lại.
Ông John Scott đã liên lạc lại với Emerson để tìm hiểu thêm nguyên nhân tại sao bộ truyền này mất liên lạc với mạng không dây. Họ đã chỉ dẫn là thực hiện lại việc phác bản đồ hệ thống như trước đây đã làm. Nhưng ông từ chối cách làm này vì sẽ phải ngắt toàn bộ hệ thống trong vòng một giờ và hơn nữa cách làm này cũng chẳng giúp ích được gì giống như trước đây. Họ lại đề nghị thử chuyển hướng anten trên bộ truyền sang một góc khác. Chúng tôi đã làm theo lời đề nghị đó và bộ truyền nhiệt độ bình ngưng đã hoạt động trở lại kể từ đó.
Sự cố xảy ra khi thời tiết ẩm

Hình 4: Thời tiết ẩm ở Houston đã làm cho nước tích tụ bên dưới nắp của các bộ truyền và đã được bảo vệ bởi băng dính Teflon trên các đầu cáp để ngăn ảnh hưởng của sự thay đổi thời tiết bên ngoài.

Tháng 4 năm 2008, một trong các bộ pin của bộ truyền nhiệt độ mặt tựa máy bơm giảm xuống còn 5.37 Vdc trong suốt khoảng thời gian khi nhiệt độ ngoài trời thay đổi đột ngột từ khoảng 20oF tới 58oF, điểm mà bộ truyền có sự cố lớn nhất. Bộ pin đã được thay thế sau khoảng một năm hoạt động.
Nhưng một trong những chuyên gia này đã nói với tôi rằng tuổi thọ thực sự của pin chỉ là một năm tương ứng với thời gian cập nhật là 15 giây. Có một hôm, họ đã tháo các nắp của các bộ truyền và phát hiện thấy ở một vài bộ truyền xuất hiện những tảng băng trên các bộ pin. Ý nghĩ đầu tiên xuất hiện trong đầu tôi đó là: “Oh, đây chính là cội nguồn của những sự cố mà chúng tôi gặp phải.” Chúng tôi đã dùng băng dính Teflon để bịt các đầu cáp để ngăn chặn những ảnh hưởng của sự thay đổi khí hậu bên ngoài với thời tiết ẩm ở Houston (hình 4), ông John Scott kể lại. Một số chi tiết thường tạo nên sự khác biệt. Tuy nhiên, thật khó để chứng minh được rằng việc làm này đã tạo ra một sự khác biệt lớn đối với tuổi thọ của các bộ pin mà họ sử dụng bởi vì bộ truyền nhiệt độ mặt tựa của máy bơm này vẫn chưa hoạt động. Nó lại bị hỏng vào ngày 18 tháng 5 và lại tiếp tục hỏng sau đó một tháng. Nó đã khiến bộ truyền tốt này trở nên xấu đi - một bộ truyền ăn pin. Emerson đã tiến hành thay thế trong điều kiện bảo hành và kể từ đó chưa có sự cố nào xảy ra.
Những bài học đã được rút ra
Tất cả những bài học này đã trở thành những kinh nghiệm quý báu. Họ đã có được kinh nghiệm xử lý sự cố trong mạng không dây. Hơn nữa, tự họ cũng có thể lắp đặt thêm bộ truyền nhiệt độ mà không cần tới sự trợ giúp của Rosemount để chứng minh rằng việc duy trì và phát triển hệ thống là dễ dàng. Họ cũng có được nhiều thông tin quá trình giá trị với một mức chi phí cực thấp do tiết kiệm được tới 65% chi phí lắp đặt. Áp suất xả từ sà lan không cung cấp thông tin cần thiết để quyết định những thực tiễn hoạt động tốt hơn. Và khi trận bão Ike xảy ra vào tháng 9 năm 2008, mạng vẫn hoạt động mà không hề bị gián đoạn ngay cả khi có gió bão và mưa lớn.v
Thu Phương (Theo www.controldesign.com)

Số 109 (10/2009)♦Tự động hóa ngày nay


Newer news items:
Older news items:

 

Hỗ trợ online

Hỗ trợ Web
Mr Phương: 0988906030

Liên kết & Quảng cáo






 



Nhà tài trợ


Sửa biến tần

Mới cập nhật

Tìm kiếm

Quảng cáo&Liên kết