artikel

De draadloze voedingsmiddelenfabriek

Algemeen

Draadloze applicaties vinden nog maar mondjesmaat hun weg binnen de voedingsmiddelenindustrie. De voordelen, zoals minder kosten voor bekabeling, meer meetmogelijkheden en een grotere werkmobiliteit, wegen op dit moment niet op tegen de angst voor falende of haperende verbindingen en daarmee gepaard gaande extra kosten. Een enkeling gaat wel overstag.

SuikerUnie in Groningen renoveert dit jaar de kalkoven. De eerste aanleg stamt uit eind jaren zeventig en is aan vervanging toe. Een onderdeel van deze renovatie is een pilot om een draadloos netwerk aan te leggen. Dit netwerk heeft tot doel om operators, monteurs en opzichters de gelegenheid te bieden de installatie vanaf een handcomputer (tablet PC/PDA) te bedienen. Ze moeten overal op het terrein toegang hebben tot de scada-gegevens.

Gerard de Jong, teamleider Systemen bij Suikerunie, legt uit: “We zien dat de instrumenten steeds intelligenter worden, of er komen nieuwe apparaten die informatie aan boord hebben. De huidige instrumenten bevatten meer data dan de ‘touwtjes’ kunnen transporteren.” Daarnaast wil de suikerfabriek dat de controllers alleen die data handelen die voor het proces belangrijk zijn. “De bestaande busstructuren raken daarmee gedateerd”, aldus De Jong.

In het project maakt Suikerunie gebruik van de bestaande structuur en wordt die waar nodig uitgebreid met een draadloze oplossing. Kern voor de suikerproducent is dat met een draadloos netwerk het instrument centraler komt te staan. “Voor het eerst in jaren krijgen we van de leverancier niet alleen een procesgrootheid, maar ook een gedeelte van zijn kennis. Daarnaast verzamelt het apparaat op zich kennis die in relatie staat met zijn plaats in het proces. Neem een drukmeter. Via een kabel wordt alleen de druk geregistreerd, maar veel meer zaken zijn te meten, zoals de temperatuur van de sensor en de omgeving. Realtime data, zoals procesgrootheden en sturingen, haalt het bedrijf op via de bestaande busstucturen (profibus, Interbus, Hart). Investeringen gedaan in het verleden blijven hierdoor gerespecteerd.

Mobiliteit
Draadloze apparatuur in de fabriek is niet nieuw. In de logistieke wereld wordt al veel gebruik gemaakt van draadloze terminals. De laatste tijd ontwikkelen fabrikanten steeds meer producten en applicaties met draadloze technologie. De apparatuur (Access Points / Access Clients) wordt robuuster, biedt meer meetmogelijkheden en zorgt voor flexibiliteit in de werkomgeving, efficiënter gebruik van grondstoffen en energie en minder kosten aan onderhoud van het netwerk.

Fred Weggelaar, network engineer bij Hirschmann Multimedia BV en projectleider bij het Suikerunie-project, krijgt steeds vaker vragen van voedingsmiddelenbedrijven over de mogelijkheden van een draadloos netwerk. “Nu meer machines over een webinterface beschikken en er PDA-versies van procesvisualisatie ontstaan, groeit de wens om ze zonder kabeltje te bedienen.” Weggelaar geeft nog meer redenen wanneer draadloze communicatie interessant is voor een bedrijf. “Behalve mobiliteit van de medewerkers in de fabriek, kiezen bedrijven ook voor wireless als het aanleggen van kabels te duur is.” Dit is bijvoorbeeld het geval als er vaarwater of private grond tussen twee locaties van hetzelfde bedrijf ligt, of bij roterende installaties, waar sleepringcontacten geen alternatief zijn.

Hoge kosten
Suikerunie is een voorloper op draadloos gebied in de voedingsmiddelenindustrie. Volgens onderzoeksbureau Frost&Sullivan houden hoge investeringskosten gecombineerd met onzekerheden over betrouwbaarheid en veiligheid producenten tegen om te investeren in draadloze technologie.
Analisten bij Frost&Sullivan verwachten dat het meer dan vijf jaar duurt voordat de investeringen in de draadloze technologie in de foodindustrie significant toenemen. Ondanks dat de applicaties in de wereld van voedingsmiddelen enorm zijn. Volgens Frost&Sullivan liggen de applicaties vooral op het gebied van monitoren van temperatuur, druk, yield en vochtgehalte. Deze kunnen resulteren in besparingen. Ze rekenden uit dat drankenproducenten tot 5000 dollar per installatie kunnen besparen bij het gebruik van draadloze sensoren door het continu monitoren van CIP-reiniging.

Vragen vooraf
Hoe kostbaar is het om een draadloos netwerk te installeren? Volgens Weggelaar is de prijs redelijk als wordt geaccepteerd dat het signaal niet in alle uithoeken van de fabriek even sterk is. “We voeren bij voorkeur altijd een site survey uit om te bepalen hoeveel access points en antennes nodig zijn voor een goede ontvangst. Silo’s en grote machines verstoren vaak het signaal. Vooraf in kaart te brengen lijkt soms kostbaar, maar weegt ruimschoots op tegen de ‘trial-and–error’-methode, waarbij installateurs op goed geluk wat ophangen.” Hij benadrukt dat de capaciteit en betrouwbaarheid van een draadloze verbinding altijd minder zijn dan die van een kabel. “Dus de toegevoegde waarde is zeer belangrijk voor een bedrijf om over te gaan op draadloos.”

Weggelaar vraagt klanten altijd wat ze van de draadloze communicatie verwachten. Statische visualisatie (geen mogelijkheid tot ingrijpen), videobeelden of ingrijpen in het productieproces: deze acties stellen allemaal in toenemende mate eisen aan de verbinding. Andere belangrijke vragen die een gebruiker zich vooraf moet stellen zijn: hoe meet ik de data, wanneer verstuur ik ze en waar naar toe? Welke software is nodig en wie beheert de data?

ISM-banden
Het radiospectrum is opgedeeld in frequentiebanden. Elke band is opgedeeld in frequentiekanalen. Een kanaal kan een draadloze verbinding maken op één moment op één geografische locatie. Licentievrije banden heten ISM-banden. ISM staat voor Industrial, Scientific and Medical. Deze groepen mogen de frequentiebanden gratis gebruiken, maar verbindingszekerheid kan op deze banden nooit worden gegarandeerd.

Een van de meest gebruikte ISM-banden is de 2,4 gigahertz (GHz) band. Deze is toegelaten in de meeste landen. Van deze frequentieband maken vele standaarden gebruik, zoals de 802.11-WiFi en Bluetooth. Ze verschillen in de afstand die wordt overbrugd en de hoeveelheid informatie die is te versturen. Bluetooth wordt bijvoorbeeld gebruikt bij sensornetwerken of bij beveiligingsapplicaties.
Ook de standaarden van sensorfabrikanten werken op een frequentieband van 2,4 GHz. Wireless HART, ZigBee en SP100 zijn speciaal ontwikkeld om sensorinformatie te transporteren. Het is daarom logisch dat veel fabrikanten producten maken in de 2,4 GHz ISM-band. Hoe meer bedrijven er echter gebruik van maken en hoe drukker het op de band wordt, des te meer gaat de capaciteit achteruit. Volgens Weggelaar wordt daarom steeds vaker gekozen voor de 5 GHz ISM-band in combinatie met een slimme antennekeuze.

De beste standaard is afhankelijk van de applicatie, benodigde snelheid en de hoeveelheid over te zenden data. Volgens Weggelaar hoeven de vele standaarden geen probleem te zijn. “Hoogstwaarschijnlijk wordt dit jaar (2009) de IEEE802.11n standaard geratificeerd, die qua performance, ontvangst en gevoeligheid een grote stap voorwaarts betekent voor industriële omgevingen. Voordeel is dat de nieuwste apparatuur compatibel is met alle voorgaande standaarden en ook daarmee beter presteert”.

Veiligheid
Ook het beveiligen van een draadloos netwerk gaat via standaarden zoals 802.11i, 802.1x en WPA. Beveiliging werkt vaak op basis van encryptie: signalen worden gecodeerd verzonden en gedecodeerd door de ontvanger. Anderen kunnen zo moeilijk signalen onderscheppen. Omdat de banden licentievrij zijn, kunnen ook anderen met of zonder slechte bedoelingen daar gebruik van maken. Daarin schuilt volgens Frost&Sullivan ook de huivering van bedrijven om in te stappen. Suikerunie beschermt het netwerk met een firewall en hardware toegangscontrole. De suikerproducent realiseert zich dat ze kwetsbaarder is, maar de voordelen wegen op tegen de risico’s.

Kosten gemiddeld wireless project
Voor een draadloos netwerk in een fabriek is diverse hardware nodig. De kosten voor een vaste verbinding met punt-punt outdoor antennes en indoor apparatuur met een bereik van 1 tot 10 kilometer bedragen ongeveer €3500.

Mobiele communicatie met gebiedsdekking kost ongeveer €1500 per gebied. Een gebied is een ruimte die met 1 Access Point wordt bestraald. Dit varieert grofweg van 20 bij 20 meter in een complexe indoor installatie tot 200 bij 200 meter buiten. Een gebruiker heeft dan ontvangst met de PC, PDA en AGV. De laatste is een Automatic Guided Vehicle, een voertuig dat onbemand rijdt en via vaste banen naar diverse locaties rijdt. Mobiele communicatie op AGV kost ongeveer €1000 per AGV.
Prijsindicatie door Fred Weggelaar, Hirschmann BV

Reageer op dit artikel