System sterowania ogrzewaniem i wentylacją
Opis systemu
Jeden z naszych klientów, firma produkcyjna, która już wykorzystuje WebHMI do monitorowania i rejestrowania pracy instalacji technologicznych, zwrócił się do nas z prośbą o automatyzację systemów grzewczych i wentylacyjnych.
Obecny system OW (ogrzewanie i wentylacja) składał się z rozproszonych fragmentów, które były wdrażane w różnym czasie i sterowane ręcznie. Należało zintegrować istniejące urządzenia do jednego zautomatyzowanego systemu sterowania OW z obsługą zadanych parametrów temperatury i utrzymaniem dodatniej zmiany ciśnienia w pomieszczeniu, ze sterowaniem ze wspólnego panelu operatora. Klientowi zależało by jako sterujący PLC został wykorzystany już nabyty przez niego PLC S7-1200.
Wady układu wyjściowego
- System jest obsługiwany ręcznie, ze wszystkimi konsekwencjami wpływu „czynnika ludzkiego” – opóźnioną reakcją (lub jej brakiem) operatora na zmieniające się warunki i w związku z tym, niestabilnym utrzymaniem parametrów klimatycznych. Natomiast do produkcji wysokiej jakości wyrobów jest bardzo ważne utrzymywanie stabilności temperatury (co wpływa na proces rozwarstwiania się ciasta) i dodatniej zmiany ciśnienia (czystość pomieszczenia – bez kurzu i śmieci z zewnątrz).
- Przez brak centralnego miejsca sterowania zmiana trybów pracy systemu OW była bardzo niewygodna.
- Czujniki temperatury w pomieszczeniu (osadzone w panelu zegara ściennego) nie odzwierciedlały rzeczywistej temperatury na poziomie gdzie pracuje personel. Konieczne było zainstalowanie nowych czujników, a dodatkowo czujniku różnicy ciśnień, aby kontrolować dodatnią zmianę ciśnienia w pomieszczeniu.
Struktura systemu ogrzewania i wentylacji (OW)
- Szafka sterownicza dwóch zespołów zasilających bez sterowania częstotliwością i nagrzewnicami powietrza (wymienniki ciepła wodno-powietrznego typu)
- Dwa pulpity sterownicze dla instalacji nawiewnych z regulacją częstotliwości wentylatorów, 3 szt. przetwornicy częstotliwości Danfoss Micro VLT
- Panel sterowania instalacjami nawiewnymi (2 szt.) z regulacją częstotliwości — przetwornice częstotliwości Altivar 21
- Słupki sterownicze dla żaluzji dla systemów wyciągowych i nawiewnych
Ze względu na okoliczności, wszystkie szafki znajdują się w różnych częściach przedsiębiorstwa i są oddalone od siebie o setki metrów. Systemy działają tylko w trybie ręcznym i całkowicie niezależnie.
Konfiguracja projektu po zastosowaniu WebHMI
Wygląd interfejsu operatora
Wstępny projekt pokazał, że rozwiązanie techniczne za pomocą metody „klasycznej” dla automatyzacji — fizyczne wprowadzenie wszystkich potrzebnych sygnałów bezpośrednio do sterownika PLC 1200 (bezpośrednio lub przez zdecentralizowane urządzenia peryferyjne) stanie się bardzo kosztowną częścią przyszłego projektu:
- Dodatkowe analogowe sygnały — (5 analogowych czujników temperatury + różnica ciśnień), analogowe linie do określania wydajności przetwornic częstotliwości (8 szt.)
- Układanie wymaganych tras kablowych było również trudne, ponieważ sygnały z różnych systemów musiały być przekazywane osobno, po całym przedsiębiorstwie na dużych odległościach. Ponadto niektóre sygnały można było prowadzić tylko przez kratownice pod sufitem na wysokości 12 metrów, co wiąże się ze zwiększonym ryzykiem instalacji na dużych wysokościach. W połączeniu z intensywnym harmonogramem produkcji na trzy zmiany to zadanie wydawało się trudne.
- Przetwornice częstotliwości posiadają interfejs RS-485 i mogłyby komunikować się z PLC za pośrednictwem Modbus, ale sterownik PLC 1200 nie ma wbudowanego portu szeregowego, tzn. potrzebny jest dodatkowy moduł komunikacyjny, a obsługa protokołu Modbus jest realizowana poprzez bardzo rozbudowane programowanie.
- Do PLC S7-1200 „bezpośrednio” można podłączyć tylko oryginalny panel operatorski serii KTR, który kosztuje kilkakrotnie więcej niż sam PLC.
Przeciążenie i pracochłonność projektu znacznie zmniejszały atrakcyjność handlową projektu i skłoniły do optymalizacji struktury systemu. Kluczem do nowej, bardziej racjonalnej struktury były:
- W miejscach, w których znajdowały się panele sterowania przetwornic częstotliwości, i w miejscach ewentualnej instalacji czujników już zainstalowano inne sterowniki integracji WebHMI (monitorowanie zamrażarki, systemu dozowania, maszyny pakującej), które mogłyby być wykorzystane jako bramy do przesyłania wymaganych sygnałów do nowego systemu za pomocą istniejącej sieci, a tym samym można było zminimalizować prowadzenie kabli
- Wykorzystanie WebHMI jako procesora komunikacyjnego, bramy danych i interfejsu operatora dla PLC 1200
- Możliwość wykorzystania nieużywanych wejść analogowych na przetwornicach częstotliwości do podłączenia czujników analogowych
- Korzystanie z niedrogich czujników temperatury 1-Wire i bezprzewodowego modułu zbierania danych IO-NODE, które są podłączane do sieci bezprzewodowej najbliższego WebHMI (wymiana z centralą jest konfigurowana przez routing)
Po rozważeniu możliwości oferowanych WebHMI w tym projekcie — konfiguracja zamiast programowania procesu zbierania danych, funkcja bramy, narzędzia wizualizacji i zarządzania, dostęp operatora z różnych miejsc, w tym on-line, skrypty użytkownika, automatyczne powiadomienie poprzez SMS, praca w sieciach VPN i prosta organizacja zdalnego dostępu serwisowego do systemu (możliwość pracy zdalnej nie tylko w projekcie WebHMI ale również z urządzeniami, które są poza nim — PLC, przetwornica częstotliwości) postanowiono wykorzystać WebHMI.
Uzyskane korzyści
- Znaczną oszczędność produkcji połączeń i okablowania i kosztów prac instalacyjnych — z reguły trzeba było tylko doprowadzić kabel interfejsu do najbliższego zespołu WebHMI lub wykorzystać sieć bezprzewodową.
- Prosty program do PLC. Centralny WebHMI OW przepytywał i normalizował wszystkie niezbędne sygnały z różnych systemów, tworząc dla PLC jeden blok pamięci z przygotowanymi danymi, który odczytywany był w zasadzie za pomocą jednego prostego wywołania bloku funkcjonalnego MB_CLIENT w programie.
- Prosta implementacja trybu sterowania „zdalnego ręcznego” — w tym trybie z roboczego schematu pamięciowego centralnego WebHMI możliwe było bezpośrednie sterowanie wszystkimi przedmiotami, bez programowania w PLC. Po przełączeniu do trybu automatycznego z PLC elementy zdalnego sterowania na shematach pamięciowych dezaktywowały się poprzez bit „widoczności”.
- Panel operatora nie jest potrzebny — wbudowany interfejs WWW umożliwił dostęp do systemu z dowolnej stacji roboczej w sieci lokalnej oraz z Internetu.
- Ze względu na możliwości zdalnego dostępu do usług, czas instalacji i uruchomienia na miejscu jest ograniczone do minimum. Większość pracy nad instalacją i rozruchem systemu, opracowaniem interfejsu i programowaniem została wykonana z biura.
- W wyniku ust. 1..5 projekt został zrealizowany w krótkim czasie i przy minimalnych kosztach. W tym samym czasie oferta wygrała przetarg na te prace w firmie specjalizującej się w rozwiązaniach wentylacyjnych.
- Wbudowane wykresy i trendy umożliwiły przeprowadzenie analizy pracy algorytmów automatycznego trybu (różnicowe regulatory PID, temperatury w pomieszczeniu itd.) i dobre konfigurowanie systemu automatycznego sterowania.
