Langattomista automaatioratkaisuista ryhdyttiin puhumaan vuosituhannen vaihteessa, kun WLAN-tekniikat tulivat markkinoille. Sitä on ollut jo aikaisemminkin käytössä esimerkiksi vesienkäsittelyn pumppuasemilla, mutta hyvin rajallisilla toiminnoilla. Varsinkin prosessiautomaatioon perustuvat tuotantoyksiköt ovat varovaisia kaiken uuden kanssa, sillä suuri osa perinteisen savupiipputeollisuuden prosesseista sisältää henkilöstöön ja ympäristöön kohdistuvia vaaratekijöitä. Näitä ovat tyypillisesti korkeat paineet ja lämpötilat tai helposti syttyvät ja vaaralliset kemikaalit.

  Vuosikymmenten varrella olen tottunut seuraamaan kahden riippumattoman organisaation näkemyksiä. Keski-Euroopan kemian teollisuuden muodostama NAMUR-ryhmä julkaisee säännöllisesti teknologiaan liittyviä suosituksia, jotka muutamassa vuodessa siirtyvät valmistajien tuotteisiin esimerkiksi merkinnällä ”täyttää NAMUR NE 107 –suosituksen vaatimukset”. Alan isot valmistajat kuuntelevat maailman suurinta käyttäjäryhmittymää, joka tarvittaessa äänestää myös hankintapäätöksillään. NAMUR-ryhmä on ottanut selkeästi myönteisen kannan langattoman automaation kehittämiseen julkaisemalla suosituksia sen toiminnoille.

  Toinen vastaava on tulevaisuutta ennustava Automation Research Corporation (ARC). Esittelin koko 1990 luvun kalvoa, jossa ARC ennusti prosessiautomaation kenttälaitteet vallanneen HART-protokollan käytön yleistymistä 10 vuotta eteenpäin. Sillä kertaa tulevaisuuden ennustaminen osui hyvin oikeaan.

  Vuonna 2008 ARC julkisti ennusteen langattoman automaation kenttälaitteiden käytön yleistymisestä uushankinnoissa. Sen mukaan vuoden 2014 uusissa investoinneissa korvataan 5 prosenttia perinteisistä kaapeloiduista kenttälaitteista langattomilla. Ei siis mitään markkinoita mullistavaa. Mutta toinen osa ennustetta oli, että uusissa prosesseissa otetaan 12 prosenttia enemmän kohteita jatkuvaan seurantaan.

  Ne toteutetaan langattomina ja käyttökohteet ovat kunnonvalvonnan tehostamista sekä käyttövarmuuden parantamista. Langattomuuden merkittävin etu on helpompi asennettavuus. Ratkaisulla ohitetaan mm. piirisuunnittelu, kenttäkaapelointi, kenttäkotelot, ristikytkentä ja automaatiojärjestelmän tulokortit, jotka aiheuttavat tarvikehankintojen ohella myös muita kustannuksia.

Laitetarjontaa on riittävästi

Pikainen kysely laitetoimittajille vahvisti, että laitteita on paljon saatavilla. Tiedonsiirtoratkaisuista yleisimpiä ovat langattomat Ethernet-tekniikat (WLAN, IWLAN), ISA100.11a ja perinteisestä HART-protokollamäärittelystä kehitetty WirelessHART. Lisäksi on saatavilla mm. Bluetooth, GSM ja GPRS-tekniikkaan perustuvia laitteita.

  WLAN-pohjaisten laitteiden käyttö on nopeasti yleistynyt. Ne ovat nyt itsestään selvä hallintaratkaisu liikkuvalle kalustolle, kuten nosturit, kuormaajat ja trukit. Lisäksi tekniikkaa on yhä enemmän käytössä laitteiden toiminnan seurannassa sekä myös varsinaisessa laitetietojen keräämisessä sekä niiden konfiguroinnin käyttöliittymänä.

  Honeywellin Tatu Lastikka kertoo yrityksen langattoman tekniikan tarjonnasta.

  – Saatavilla ovat IEEE 802.11 mukaiset prosessiteollisuuden verkkokomponentit ja niissä yleistyneet mobiilit sovellukset, kuten kannettava automaatiojärjestelmän ajopaikka sekä muut laitetiedon keruuseen tai käyttöönottoon liittyvät ratkaisut. Niiden avulla käyttöhenkilöstö saa päätöksenteon tueksi tarvitsemansa prosessitiedot reaaliaikaisesti ja tietosuojatusti kentältä. Liikuteltavat prosessi- ja valvontakamerat sekä paikannukseen tai henkilökohtaiseen suojaukseen liittyvät sovellukset voivat hyödyntää tätä osaa verkosta, esimerkiksi käy hyvin henkilökohtainen kaasuilmaisin paikannuksella. Toinen ryhmä ovat kenttälaitteet, joita on saatavilla langattomina muun muassa paineen, lämpötilan ja pinnankorkeuden mittaukseen.

  Suurin yksittäinen langattomien laitteiden ryhmä ovat varsinaiset automaation kenttälaitteet.

  – Varsinaisia kenttälaitteita on tarjolla kolme tuoteperhettä painelähettimiä, yksi- ja monikanavaiset lämpötilalähettimet, pintakytkin ja pintatutka, kytkintietolähetin, venttiilin asentolähetin sekä pH- ja johtokykylähettimet. Kunnonvalvonnan ja käyttövarmuuden parantamiseen löytyy lisäksi värähtelylähetin, korroosiolähetin sekä akustiseen emissioon perustuva lähetin lauhduttimien kunnonvalvontaan, listaa Emerson Process Managementin myyntipäällikkö Kari Suomalainen saatavilla olevan tuotevalikoiman.

  Koko Emersonin kenttälaitetarjonta perustuu WirelessHART-protokollaan, joka on vahvistettu IEC:n standardi. Samaa protokollaa tukevat kenttälaitteissa myös useat muut suuret valmistajat, kuten ABB, Endress+Hauser, Metso Automation, Pepperl+Fuchs ja Siemens. Useat valmistajat ovat tuoneet markkinoille ns. HART-adapterin. Kyseessä on laite, jolla voidaan siirtää perinteisen kaapeloidun HART-protokollan mukaisen kenttälaitteen tietoja langattomasti.

ISA100.11a tekniikkaan perustuvien langattomien kenttälaitteiden valmistajista suurimmat ovat GE Measurement & Control, Honeywell ja Yokogawa. Tuotteista löytyy myös vastaava HART-adapteri, jolla saadaan kaapeloidut HART-kenttälaitteet langattomaan verkkoon.

Erilaisia käyttökohteita

Mirka Oy on erikoistunut joustavien hiomatuotteiden ja pölyttömän hionnan tuotteiden valmistukseen. Sen suurimmat tuotantolaitokset ovat Pohjanmaan Jepualla ja Oravaisissa. Yli 90 prosenttia tuotannosta menee vientiin, yhteensä yli 80 maahan. Kokkolalainen Apex Automation on toimittanut sinne langatonta tekniikkaa eri kohteisiin.

– Automaatioprojekteissa on käytetty Siemensin Scalance -verkkotuotteita, pääkäyttökohteina hajautetut kenttäliityntäasemat, mutta myös taajuusmuuttajat ja absoluuttisanturit ovat kytketty WLANin kautta ohjau

Pintatutkaan liitetty HART-adapteri välittää mittaustiedot ja tutkan diagnostiikkatiedot langattomasti

sjärjestelmään, tarkentaa toimituksissa mukana ollut Marko Kiviniemi.

Langattomalle tekniikalle on lisäksi löytynyt varastotoiminnoista vastaavan Jarmo Saviaron mukaan käyttöä Mirkalla muun muassa valmistuotevarastossa ja korkeavarastossa.

– Langaton järjestelmä mahdollistaa päätteiden käytön keräilytrukeissa valmistuotevarastossa. Korkeavaraston ohjausjärjestelmän uusinnan yhteydessä päästiin eroon optisesta tiedonsiirrosta, kun siirryttiin WLAN-kauteen.

– Kyllä langattoman tiedonsiirron käyttö tulee laajenemaan tulevaisuudessa. Tekniikka kehittyy koko ajan nopeammaksi ja varmemmaksi, täydentää Saviaro.

Neste Oil Oy:n Naantalin jalostamolla on kokemusta langattomista kenttälaiteverkoista vuodesta 2009 lähtien. Silloin siellä otettiin käyttöön langaton automaatiototeutus valvomaan bitumisäiliöiden lämmitysuunin toimintaa. Kehitysinsinööri Jussi Urponen kertoo käyttökohteista.

– Käytämme langattomia kenttälaitteita tällä hetkellä muun muassa kunnonvalvonnan värähtelymittauksiin, korroosiomittauksiin sekä erilaisiin tutkimus- ja tuotekehitystoiminnan lämpötilan, pH:n, virtauksen ja muihin vastaaviin mittauksiin.

  – Tekniikka on mahdollistanut mittausten asennuksen paikkoihin, joihin ei tule runkokaapelointia. Langattomasta kenttälaiteverkosta on ollut merkittävää hyötyä Naantalin jalostamolla koeajettaessa uusia biopohjaisia syöttöaineita. Mittausten lisäämisen ja siirrettävyyden helppous verrattuna perinteiseen kaapeloituun järjestelmään on yksi tekniikan menestystekijä, Urponen täydentää.

Kymin Voima Oy:n biovoimalaitos käynnistyi Kuusankoskella vuonna 2002. Voimala käyttää pääosin uusiutuvia polttoaineita ja lisänä turvetta sekä varapolttoaineena maakaasua. Laitos tuottaa sähköä, höyryä sekä kaukolämpöä. Sen lämpöteho on 180 megawattia ja sähköteho 76 megawattia. Voimalassa on otettu käyttöön langaton verkko, johon on liitetty värähtelymittauksia sekä polttoainekentän vesien pH- ja johtokykymittaukset.

Voimalaitoksen automaatiotyönsuunnittelija Matti Nuijan mukaan langaton verkko tarjoaa uusia etuja.

– Verkon avulla saadaan mittaustiedot suoraan kunnonvalvojille toimistoverkon kautta. Käyttövarmuushan toki paranee aina, kun valvontaa tehostetaan. Todennäköistä on, että käyttökohteita löytyy lisää, kun saamme riittävästi kokemuksia tällä pienellä laitemäärällä.

Paine- ja paine-erolähettimiä mittaamassa Nesteen Naantalin jalostamon bitumisäiliöiden lämmitysuunilla

Metso Endress+Hauser Oy:n päätuotteita ovat Endress+Hauser -kenttäinstrumentit ja Neleksen venttiilit. Kenttälaitteiden markkinoinnin ja myynnin ohella he tarjoavat käyttöönotto- ja kunnonvalvontapalveluja.

– Langattomuus tarjoaa modernit ratkaisut projektien käyttöönottoihin nopeuttamaan asiantuntijoiden toimintaa etätuetuilla alustoilla. Lisäksi se helpottaa tuotantolaitosten automaation kentänhallintaa osana parempaa käynnissäpitoa, kertoo Jouni Pohjola nostaen näin esille lisäkohteen langattomalle tekniikalle.

Toteutukset nopeassa kasvussa

Langattoman tekniikan käyttö on nopeasti yleistynyt, sillä reilun viiden vuoden aikana on esimerkiksi Emerson saavuttanut yli

15 000 toimitetun langattoman verkon rajapyykin. Varsinaisia kenttälaitteita on niissä käytössä satoja tuhansia. Suomessakin on yli sadan kenttälaitteen toteutus.

Metso Endress+Hauserin Jouni Pohjolan mukaan muun muassa HART-adaptereita tilataan kenttälaitteiden yhteydessä, sillä ne tarjoavat myös liitynnän tärkeiden kenttälaitteiden kunnonvalvontaan.

– HART-adapteri on ylivoimaisesti edullisin ratkaisu saada vaativien kohteiden laitteet jatkuvaan seurantaan.

Siemens Osakeyhtiö on keskittynyt enemmän langattomiin Ethernet-ratkaisuihin.

– Langattomien kommunikointien kehittyminen sekä vika- ja häiriösietoisuus ovat lisänneet varmuutta käyttää IWLAN ratkaisuja. Oikeastaan PROFINETin läpimurto Suomessa tapahtui itse asiassa WLAN tekniikan hyödyntämismahdollisuuden ansiosta. Jopa Profisafe kommunikointi voidaan viedä samojen IWLAN laitteiden kautta, kertoo Tero Pyykkö Siemensiltä.

Myyntipäällikkö Juha-Pekka Pajusaari Pepperl+Fuchs Oy:stä vahvistaa, että viime vuoden aikana on ilmaantunut selvää aktivoitumista teollisuudessa.

– Käyttäjät ovat havainneet, että tarjolla on uusi erinomainen ja helppo teknologia täyttämään käyttötarpeet. Se ei korvaa täysin mitään olemassa olevaa, mutta täydentää saatavilla olevia vaihtoehtoja.

Laitevalmistajat panostavat

Laitetoimittajat ovat yksimielisiä, että langattomien automaatioratkaisujen käyttö tulee nopeasti laajenemaan. Honeywell ja Pepperl+Fuchs toteavat merkittävän määrän tuotekehityspanostuksista kohdistuvan tekniikkaan.

ABB:n kotimaan myyntijohtajalla Tatu Mattilalla on selkeä näkemys tulevaisuudesta.

– Meillä panostetaan jatkossakin langattomien tuotteiden kehitystyöhön ja uusia tuotteita on tulossa. Yksi mielenkiintoinen alue on langattomuuden ja Energy Harvesting tekniikan yhdistäminen. Langattomuus tulee yleistymään, erityisesti parametroinnissa ja informatiivisten muuttujien siirrossa.

Kaapeloitu automaatio ei kuitenkaan hänen mukaansa poistu.

– Prosessiohjauksen kannalta tärkeä

tieto tulee jatkossakin olemaan vielä

kauan perinteisesti toteutettua, mutta langattomuutta voidaan hyödyntää prosessia muutettaessa ja lisäinformaation keräämisessä. Energy Harvesting tekniikan kehittyminen ja kaupallistaminen mahdollistaa mittausten laajentamisen ilman kaapelointitarvetta.

– Uusia tuotteita tulee koko ajan lisää. Viimeisin laajennus kenttälaitevalikoimaan oli vaijeritutka. Lisää innovatiivisia tuotteita on kehitteillä, ja langaton tekniikka onkin nopeimmin kehittyvä osa-alue kenttälaitteidemme puolella, vahvistaa Kari Suomalainen Emersonilta.

Siemens Osakeyhtiön Tero Pyykkö vahvistaa panostuksen.

– Uskon vahvasti langattomaan tekniikkaan ja sitä tullaan hyödyntämään enemmän. Hyvä esimerkki on uusi kytkin, joka voidaan tunnistaa langattomasti ja saada liityntä kytkimen webbiserveriin.

Keskenään automaatiomarkkinoista kilpailevat yritykset ovat yhdestä aiheesta yksimielisiä. Käytössä on kymmeniä miljoonia HART-protokollaan perustuvia kenttälaitteita, joista useita käytetään prosessinohjauksen, turvallisuuden tai ympäristön kannalta kriittisissä kohteissa. Langaton tekniikka tarjoaa uudentasoiset ratkaisut niiden toiminnan varmistamiseen parantaen automaation luotettavuutta.

Langaton automaatio tulee kehittämään tuotantolaitosten kunnonvalvontaa ja käyttövarmuutta. Lisäksi tärkeiden prosessilaitteiden alkavat vikaantumiset voidaan ottaa jatkuvaan seurantaan. Näin korjaustoimenpiteet pystytään aikatauluttamaan tuotannon tarpeiden mukaisesti.

Toimintaenergia usealla eri tavalla

LANGATTOMAN AUTOMAATION toteutuksissa on useita tapoja hoitaa toimintaenergia laitteille. Oman ryhmän muodostavat langattomat Ethernet-laitteet, joissa on normaali kaapeloitu sähkönsyöttö, mutta tiedonsiirrossa ei käytetä kuitua tai kuparia. Toinen erikoisryhmä ovat eri valmistajien HART-adapterit, joista pääosa ottaa toimintaenergiansa niihin liitettyjen kenttälaitteiden sähkönsyötöstä, mutta saatavilla on myös paristolla toimivia.Seuraava suuri ryhmä ovat paristokäyttöiset laitteet. Energiansäästö, mobiilitekniikan kehittyminen ja sähkökäyttöinen liikkuva kalusto ovat vauhdittaneet akku- ja paristoteknologian kehittymistä. Niinpä useat valmistajat voivat luvata langattomille laitteille yli viiden vuoden paristonvaihtovälin, joka on yleisesti todettu riittäväksi.Kolmas osa-alue perustuu energian louhintaan. Tuotteistettuina ovat mm. seuraavat ratkaisut. GE Measurement & Control/Bently Nevada markkinoi langatonta värähtely- ja lämpötilalähetintä, joka voi ottaa apuenergiansa putkiston tai tarkkailtavan prosessilaitteen tärinästä. Spirax Sarcolta on saatavilla langaton höyryn virtausmittari, joka generoi toimintaenergiansa höyryn ja lähettimen toimintaympäristön välisestä lämpötilaerosta. Muita keinoja saada apuenergia ovat mm. valokennot ja radiosignaalit. Viimeksi mainittuun perustuu osa RFID-pohjaisista laitteista, jotka toimivat ilman paristoa tai ulkoista sähkön syöttöä ottaen toimintaenergian vastaanottamastaan signaalista.Energian louhinta yhdistettynä latautuvaan akkutekniikkaan on todennäköisesti seuraavien vuosikymmenten valtavirta langattomassa automaatiossa. Yhdistelmä varmistaa laitteiden toiminnan myös tuotantoseisokkien aikana. Tämä on tärkeä aihe teollisuuslaitoksissa, joissa prosessilaitteen vikaantuminen saattaa aiheuttaa turvallisuusriskin tai huomattavat taloudelliset tappiot.Langattomien lähettimien energiankeräämisratkaisuja on aikaisemmin käsitelty lehtemme numeroissa 1/2012, Lämmöstä käyttöenergiaa - lämpöhäviöiden hyödyntäminen nykyaikaisilla lämpösähkötekniikoilla ja 3/2013Energianlouhinta vauhdittaa langattomien anturien käyttöä.