Dobra praktyka: Wilgotność i temperatura produktów spożywczych
Radiowy system pomiarowy warunków klimatycznych w magazynach produktów świeżych

Na przechowywaną żywność oddziałuje wiele czynników mających wpływ na jej jakość. Jednymi z najważniejszych parametrów środowiskowych są wartość temperatury oraz wilgotności powietrza w trakcie przechowywania żywności. Bezprzewodowy system pomiaru tych właśnie parametrów zrealizowaliśmy dla jednej z polskich firm logistycznych.

Żywność świeża i jej przechowywanie

Trwałość środków żywnościowych jest bardzo różna. Najmniej trwałe są surowce, które zachowują cechy organizmów żywych, np. warzywa, owoce, mięso, jaja. Bardziej trwałe są przetwory mleczne czy mięsne, a najwyższą trwałością charakteryzują się np. konserwy czy koncentraty. Bez względu na trwałość, do najważniejszych czynników wpływających na tzw. psucie się żywności bez wątpienia zaliczyć należy temperaturę i wilgotność. Temperatura wywiera wpływ na intensywność procesów życiowych zachodzących w środkach żywnościowych i na rozwój drobnoustrojów. Z tego też powodu do przechowywania żywności stosuje się niską temperaturę w granicach 0…8°C. Nadmierna wilgotność powoduje natomiast nawilżanie, zagrzewanie oraz zbrylanie żywności oraz obniża jakość opakowań przez rozklejanie torebek i rdzewienie puszek.
Zbyt niska wilgotność prowadzi z kolei do wysychania, kurczenia się surowców oraz powstawania nadmiernych ubytków. Pośrednio wilgotność wpływa także negatywnie na przechowywaną żywność, stwarzając dogodne warunki do rozwoju drobnoustrojów.

Wybór systemu pomiarowego

Z potrzebą opracowania i wdrożenia systemu kontroli i rejestracji warunków klimatycznych zwróciła się do nas firma, która specjalizuje się w kompleksowej obsłudze logistycznej produktów świeżych, wymagających kontrolowanej temperatury od +2°C do +6°C w całym łańcuchu logistycznym.
W przypadku magazynów jakimi dysponuje nasz Klient możliwe jest zastosowanie dwóch rodzajów czujników pomiarowych.
Pierwszy z nich to czujniki mierzące warunki środowiskowe i przekazujące dane o mierzonej wartości za pośrednictwem przewodów. Drugim rozwiązaniem jest system radiowy działający w oparciu o czujniki zasilane bateryjnie i przekazujące dane o mierzonych wartościach w oparciu o kanał radiowy. Z uwagi na fakt, że pomiary miały zostać wykonane w magazynach wysokiego składowania, zdecydowano o wykorzystaniu systemu radiowego Wisensys.

 

Dlaczego radiowo?

Jedną z najważniejszych zalet systemu radiowego to prostota montażu oraz późniejsza bardzo łatwa rozbudowa systemu. Montaż czujnika polega na powieszeniu go w miejscu pomiaru za pomocą elementów złącznych lub popularnej taśmy dwustronnej.

Wszystkie czujniki zasilane są bateryjnie, co wyklucza konieczność prowadzenia linii zasilającej. W przypadku magazynów wysokiego składowania, prosty montaż czujnika radiowego to znacząca redukcja kosztów w porównaniu do montażu czujnika przewodowego, gdzie wymagana jest wykwalifikowana ekipa wykonująca prace na wysokościach.

System jest mobilny, co oznacza, że miejsce pomiaru może zostać w każdym momencie zmienione przez zmianę położenia czujnika. Często rozkład temperatury magazynu, a przez to właściwe miejsce pomiaru nie jest znane na początku montażu systemu. Miejsce to zostaje określone na podstawie doświadczeń klienta i analizy archiwum zarejestrowanych danych. Przykładem może być dmuchawa systemu chłodniczego, którego powietrze zaburza pomiar czujnika. W przypadku systemu przewodowego, pojawia się wtedy problem z przewodami i ich nowym prowadzeniem. Taka obawa nie występuje w przypadku nadajnika radiowego, a mobilność systemu pozwala także na łatwe przeniesienie do innych lokalizacji.

Radiowy system pomiarowy jest również bezpieczniejszy od układów przewodowych pod względem uszkodzeń mechanicznych (przewód transmisyjny może zostać przecięty w trakcie remontu/modernizacji systemu).

Należy także zwrócić uwagę na okresową kalibrację systemu, która w przypadku systemów przewodowych wymaga sprawdzenia całego toru pomiarowego, czyli trasę od czujnika, przetwornika cyfrowo-analogowego, przewodów transmisji danych, przetwornika analogowo-cyfrowego, aż do rejestratora. Wynika to z niedoskonałości przewodów i błędów generowanych przez przetworniki analogowe. W przypadku nadajnika radiowego kalibracja systemu przebiega w łatwy sposób, gdyż pozbywamy się błędów przetworników analogowych (dość sporych – zależnie od jakości przetwornika) oraz nie musimy zapewniać dobrej jakości przewodów. W połączeniu z wysoką dokładnością (T<0,2°C, RH=<1,1% RH) możliwe jest zatem zastosowanie systemu w bardzo wymagających aplikacjach.

Na co zwrócić szczególną uwagę?

Decydując się na system radiowy należy przede wszystkim przeprowadzić testy systemu radiowego oraz wybrać odpowiednią częstotliwość radiową. W przypadku znacznej liczby punktów pomiarowych testy przeprowadzane są przez naszych pracowników.
Istnieje także możliwość wysłania Klientowi odpowiedniego zestawu radiowego. W Polsce najbardziej popularne, ogólnodostępne częstotliwości radiowe to: 5 GHz, 2,4 Ghz, 868 MHz i 433 MHz. Pamiętajmy, że jeżeli w miejscu montażu systemu o określonej częstotliwości, zostanie ustawiony nadajnik o takiej samej częstotliwości i o dużej mocy, nadajniki mogą wzajemnie się zakłócać powodując obniżenie jakości transmisji lub czasem całkowicie zakłócić pracę systemu.
Wymienione wyżej częstotliwości dostępne są wszystkim, tak więc do zamontowania nadajnika uprawniony jest de facto każdy. Należy przy okazji pamiętać, że nie wszyscy przestrzegają określonych norm poziomu mocy sygnału (w szczególności osoby prywatne).

Duże ryzyko podczas wyboru częstotliwości pracy systemu stwarza szczególnie częstotliwości 433 MHz, która jest wykorzystywana przez systemy alarmowe oraz 2,4 GHz i wykorzystywana przez urządzenia stosowane w sieciach komputerowych.

Wybór częstotliwości pracy zależy od konstrukcji magazynu (rodzaj przeszkód, rok budowy, zastosowane materiały budowlane) oraz rozmieszczenia czujników. Zawsze należy kierować się zasadą, że niższa częstotliwość jest w mniejszym stopniu tłumiona niż wyższa. Natomiast fale radiowe o wyższej częstotliwości łatwo ulegają odbiciom i są silnie tłumione, ale w zamian za to w łatwy sposób można przekazać nimi dane na większe odległości, ponieważ można je łatwo ukierunkować.
Oczywiście, zawsze można wykonać system w oparciu o częstotliwości dedykowane, co wymaga jednak wykupu pasma częstotliwości przez okres użytkowania.

Tworzenie struktury sieci radiowej

Wykorzystując nadajniki radiowe jesteśmy w stanie zorganizować sieć radiową w oparciu o 2 rodzaje topologii: tzw. topologię gwiazdy oraz topologię siatki. Najprostsza jest topologia gwiazdy, gdzie w punkcie centralnym umieszczamy bazę odbiorczą zarządzającą całością systemu i połączoną z komputerem archiwizującym dane. Pozostałe elementy tej sieci to czujniki pomiarowe.
Największą wadą tego typu sieci jest zasięg pomiaru limitowany mocą nadajnika. Topologia siatki pozwala na dowolne rozbudowanie sieci typu gwiazda o odległe punkty korzystając z tzw. repeaterów, czyli przekaźników sygnału z czujników o małej mocy.

Magazyny Klienta zbudowane są w oparciu o komory, których ściany wykorzystują tzw. płytę warstwową (2 płyty stalowe z rdzeniem izolacyjnym ze sztywnej pianki poliuretanowej). Aby zapewnić dobry poziom sygnału radiowego, na początku przeprowadzono trwające 2 tygodnie testy radiowe, podczas których określono sposób w jaki zostanie wytworzona sieć radiowa. Na podstawie testów zaproponowano i zainstalowano system radiowy o topologii siatki. Stworzony system składa się z czujników pomiarowych (kilka czujników na każdą z hal), bazy centralnej, której zadaniem jest przyjmowanie danych z czujników radiowych oraz zestawu repeaterów powiększający zasięg pomiarowy bazy centralnej. Wybrana częstotliwość to 868 MHz, która zapewnia dobry poziom sygnału w magazynach wysokiego składowania oraz przenika przez wysokotłumiące ściany, nawet w magazynach składujących elementy metalowe.

 

Aplikacja „pod klucz”

Rejestracja parametrów środowiskowych może odbywać się za pomocą darmowego oprogramowania producenta ale istnieje także możliwość archiwizacji danych przez oprogramowanie typu SCADA.
W przypadku rozbudowanych wymagań działu kontroli jakości Klienta zdecydowano się na dedykowane oprogramowanie Softrol, które spełnia założenia Klienta odnośnie zależności alarmowania
z wykorzystaniem sieci GSM oraz sposobu rejestracji. Baza systemu pomiarowego udostępnia dodatkowo dane pomiarowe (w zależności od modelu przez port szeregowy RS-485, wyjścia analogowe lub Ethernet), co umożliwiło nam wytworzenie dodatkowego, niezależnego systemu wizualizacji i kontroli, opartego o lokalne panele operatorskie i autonomiczne sterowniki.

 

Bezpieczeństwo i kontrola pracy

Częstym zarzutem wobec systemów radiowych jest to, że „zrywają się”, a użytkownik nawet nie wie, czy i kiedy to nastąpiło. Nic bardziej mylnego. Nad poprawnym działaniem systemu czuwa nie tylko oprogramowanie, ale również autonomiczny system kontroli i sterowania. Praca serwera rejestrującego dane jest stale monitorowana przez autonomiczny sterownik programowalny, niezależny od zawodnych systemów operacyjnych.
Sterownik za pomocą kolumny sygnalizacyjnej ostrzega operatora o awarii serwera oraz o sytuacjach alarmowych. Poziom baterii (bateria wystarcza na 3 lata), zerwanie połączenia (jeśliby wystąpiło) są stale monitorowanie i natychmiast alarmowane. Progi alarmowe oraz brak przewodów umożliwia bardzo szybką diagnozę uszkodzenia i natychmiastową wymianę wadliwego elementu.

Podsumowanie

Rozwiązanie wdrożone w magazynach żywności świeżej zapewnia poprawną i bezpieczną pracę systemu rejestracji warunków klimatycznych. Dzięki oprogramowaniu Softrol Klient dysponuje szerokim wachlarzem raportów i wykresów, którymi może dokumentować bezpieczeństwo przechowywanych przez siebie towarów. W każdym momencie, w przypadku nowych powierzchni magazynowych, system może być w łatwy sposób rozbudowany o kolejne czujniki.
Systemy radiowe nie należą do rozwiązań najtańszych na rynku. Koszt systemu jest jednak równoważony przez bardzo łatwy, niemal bezkosztowy montaż oraz możliwości szybkiej rozbudowy i relokacji. Należy także pamiętać, że omawiany system Wisensys to nie tylko pomiary w magazynach. Dzięki zastosowaniu szerokiej gamy czujników pomiarowych i transmisji na odległość 1 km* powiększonej o zasięg repeaterów 2 km* możemy na odległość dokonywać pomiarów nie tylko temperatury i wilgotności, czujników przewodowych Pt100, Pt1000, termopar ale również sygnału analogowego prądowego i napięciowego, zwarcia styku, częstotliwości.
Dostępny jest również pomiar zużycia energii elektrycznej oraz pomiar w miejscach o całkowitym braku zasilania (gdzie wymagane jest kluczowanie źródła zasilania, pomiar i transmisja danych). Wszystkie zalety systemów radiowych sprawiają, iż to do nich należy przyszłość w pomiarach na odległość.

* W przypadku widoczności nadajników tzw. FOS (free line of sight).