Betrouwbare meetgegevens zonder onnodige integratierisico’s

Voor betrouwbare meetgegevens moeten sensoren, bekabeling, data-acquisitie, voedingen, communicatie, software en datatoegang allemaal functioneren als één geïntegreerd systeem. In dit artikel komen acht aspecten aan de orde, die optimale integratie in de weg kunnen staan.

Een meetsysteem is meer dan alleen een verzameling sensoren en hardware voor data-acquisitie. Vandaag de dag wordt er steeds vaker van industriële teams verwacht dat ze in meetoplossingen voorzien, die bestaan uit gekoppelde test-, monitoring- en data-acquisitiesystemen. Als distributeur van Gantner Instruments, dat zich richt op de volledige meetketen, ziet CN Rood hoe belangrijk de overall systeemarchitectuur is bij het bouwen van betrouwbare meetoplossingen. En waar de pijnpunten zitten als het aankomt op een optimale integratie van de verschillende onderdelen. De acht belangrijkste worden hieronder behandeld.

1. Te veel interfaces

Een modern meetsysteem kan bestaan uit sensoren, DAQ-hardware, schakelkasten, software, camera’s, controllers en dataplatforms. Elke interface tussen deze componenten vormt een potentiële storingsbron. Connectoren, communicatieprotocollen, software-interfaces en datatransfer moeten allemaal betrouwbaar werken. Hoe meer interfaces er zijn, hoe moeilijker het wordt om problemen op te sporen en op te lossen.

Een goed ontworpen systeemarchitectuur beperkt onnodige interfaces en zorgt ervoor dat de verschillende componenten vanaf het begin zijn ontworpen om samen te werken.

2. Een verkeerd sensorconcept

Meetkwaliteit begint bij de sensor. Verschillende toepassingen vereisen verschillende soorten sensoren en signaalconditionering. Trillingen, temperatuur, rek, verplaatsing, stroom, omgevingsmetingen en video stellen allemaal verschillende eisen aan bemonstering, conditionering, bedrading en data verwerking.

Het kiezen van het verkeerde sensorconcept in een vroeg stadium van een project kan gevolgen hebben voor de gehele meetketen. Zodra er op sensorniveau informatie verloren is gegaan, kan deze door geen enkele vorm van verdere verwerking volledig worden hersteld.

3. Complexe bekabeling

Bekabeling wordt soms beschouwd als een installatiedingetje. Ten onrechte, want het is een belangrijk onderdeel van de systeemarchitectuur. Sensorbekabeling, voedingen, beveiliging, communicatie, connectoren en de indeling van de schakelkast moeten in hun totaliteit worden bekeken.

Het pas plannen van deze elementen nadat de DAQ-hardware is geselecteerd, kan leiden tot onnodige complexiteit, installatieproblemen en herstelwerk. Een goed ontworpen meetsysteem houdt vanaf het begin rekening met het volledige bekabelingsconcept.

4. Ontbrekende tijdsynchronisatie

Moderne test- en monitoringsystemen combineren vaak meerdere informatiebronnen. Meetkanalen moeten mogelijk worden gecorreleerd met besturingsgegevens, gebeurtenissen of videobeelden. Zonder betrouwbare tijdsynchronisatie wordt het moeilijk om precies te bepalen wanneer een gebeurtenis plaatsvond en hoe verschillende signalen zich tot elkaar verhouden.

Een gemeenschappelijke en nauwkeurige tijdbasis stelt ingenieurs in staat om gebeurtenissen zoals belastingspieken, trillingsveranderingen, storingen of defecten betrouwbaar te correleren.

5. Lastige bediening in het veld

Meetsystemen die buiten, op afgelegen locaties of in veeleisende industriële omgevingen zijn geïnstalleerd, stellen extra eisen. Betrouwbare stroomvoorziening, communicatie, gegevensopslag, bescherming tegen omgevingsinvloeden en lokale diagnostiek kunnen allemaal van cruciaal belang worden.

Wanneer er op de installatielocatie niet permanent een technicus beschikbaar is, moet het systeem worden ontworpen voor een stabiele werking en eenvoudige probleemoplossing. Vereisten voor het ontwerp van de behuizing en de installatie in het veld moeten in dat geval worden gezien als integraal onderdeel van de architectuur van het meetsysteem, en niet als een bijzaak.

6. Problemen bij late inbedrijfstelling

Integratieproblemen komen vaak pas aan het licht tijdens de installatie of inbedrijfstelling. Een bedradingsconflict, een onjuiste kanaalconfiguratie, een ontbrekend signaal, een communicatieprobleem of een software-mismatch kunnen dan leiden tot vertraging en extra kosten.

In de fase van inbedrijfstelling zijn wijzigingen vaak veel duurder dan tijdens de ontwerpfase. Het testen van het complete systeem vóór de installatie helpt integratieproblemen eerder op te sporen en vermindert het risico op onaangename verrassingen ter plaatse.

7. Geïsoleerde data

Het feit dat er ergens data zijn, betekent niet automatisch dat het meetsysteem bruikbare waardes oplevert. Gegevens moeten worden gestructureerd, gevisualiseerd, opgeslagen en toegankelijk gemaakt voor de mensen die ze nodig hebben. Een systeem kan technisch gezien operationeel zijn, maar toch zijn doel missen als belangrijke informatie de ingenieur, operator of het onderhoudsteam nooit in een bruikbare vorm bereikt.

Bij de meetketen moet daarom niet alleen worden gekeken naar hoe gegevens worden verzameld, maar ook naar wat er daarna met die gegevens gebeurt.

8. Schaalbaarheidsproblemen

Een prototype dat succesvol werkt op één testbank, leidt niet noodzakelijkerwijs tot een herhaalbaar systeem. Wanneer een project wordt uitgebreid naar meerdere testbanken, productieomgevingen of gedistribueerde monitoringinstallaties, wordt consistentie essentieel. Documentatie, systeemarchitectuur, configuratie, communicatie en testprocedures moeten allemaal worden gedefinieerd.

Een schaalbaar meetsysteem moet zo ontworpen zijn dat de architectuur kan worden hergebruikt in plaats van voor elke installatie opnieuw moet worden uitgevonden.

Denk in systemen, niet in afzonderlijke componenten

Betrouwbare metingen gaan niet alleen over het selecteren van goede sensoren of hoogwaardige DAQ-hardware. De echte uitdaging is om alle afzonderlijke elementen als één systeem te laten samenwerken.

Bij het plannen van een nieuw meetsysteem is het daarom de moeite waard om niet alleen te vragen ‘Welke hardware hebben we nodig?’, maar ook: ‘Hoe zullen al deze componenten als één systeem samenwerken?’. Die vraag kan het verschil maken tussen een verzameling werkende componenten en een meetsysteem dat in de praktijk betrouwbare resultaten oplevert.

Dossiers

• 
  (Not) Safe for Designers?
• 
  PCB-ontwerp en productie
• 
  Wim van der Hoek Award