Wdrożenie automatyki sklepu spożywczego
Opis projektu
Pewien klient zgłosił się do naszego integratora z zadaniem wdrożenia automatyki do nowego obiektu – supermarketu spożywczego, który należy do dużej sieci handlowej. Wprowadzenie systemów dyspozytorskich w takich obiektach zostało przeprowadzone w ramach programu na rzecz poprawy efektywności energetycznej w sklepach.
Program obejmował następujące etapy:
- Przeprowadzenie audytu technicznego wszystkich systemów inżynieryjnych
- Określenie sposobów poprawy wydajności dużych odbiorców energii, takich jak systemy chłodnicze
- Wdrażanie rozwiązań technologicznych (wykorzystanie regeneracji, optymalizacja pracy sprężarek itd.) oraz środków organizacyjnych (kontrola zużycia zasobów i utrzymanie ustalonych limitów zużycia) w celu optymalizacji zużycia energii
- Zapewnienie klientom końcowym obiektywnych raportów operacyjnych
Ostatecznie gotowy system dyspozytorski należało przekazać służbie operacyjnej klienta końcowego jako gotowe narzędzie.
Po rozważeniu funkcjonalności WebHMI klient zdecydował się na wdrożenie automatyzacji na jego podstawie. Takie rozwiązanie pozwoli na zarządzanie nie tylko chłodzeniem, ale również całą infrastrukturą techniczną obiektu z jednego miejsca: oświetleniem, ogrzewaniem, wentylacją i klimatyzacją, urządzeniami chłodniczymi i półkami sklepowymi. Klient będzie mógł również prowadzić rozliczenie zużycia zasobów energetycznych według stref konsumpcji. Natomiast stworzenie centrum dyspozytorskiego do zarządzania kilkudziesięcioma sklepami jest możliwe dzięki serwisowi przetwarzania danych Level2 działającemu w chmurze, który dostarcza i zapewnia deweloper oprogramowania.
Do wymagań należały również:
- możliwość zdalnego sterowania za pośrednictwem Internetu,
- definiowanie praw dostępu z rejestrowaniem czynności operatora,
- informowanie poprzez SMS i Viber,
- wykonywanie różnych scenariuszy,
- zarządzanie procesami w harmonogramie.
Klient miał doświadczenie w pracy ze sterownikami do integracji urządzeń chłodniczych, jednakże takie urządzenia są wyspecjalizowane i przeznaczone są do pracy wyłącznie z systemami automatyzacji tych samych producentów. Możliwe jest podłączenie innych systemów, ale wiąże się z poważnymi trudnościami w integrowaniu urządzeń innych firm z siecią sterownika – wymaga to dodatkowych bramek, konwerterów, sterowników PLC do elementów automatycznego sterowania, niemożliwe będzie „całościowe” skonfigurowanie projektu z jednej lokalizacji itd.
Ponadto sterowniki integracyjne wykorzystywane wcześniej pozwalały rozwiązać zagadnienie polegające tylko na wdrożeniu automatyzacji do jednego konkretnego obiektu, podczas gdy do efektywnego działania operatorów i obsługi klienta potrzebny jest jednolity system monitorowania całej sieci obiektów.
Skład wyposażenia inżynieryjnego
Oświetlenie:
- Kilka grup oświetlenia (magazyn, sala handlowa, reklama zewnętrzna), ściemnianie.
Wentylacja i klimatyzacja:
- 4 systemy wentylacji
- 5 urządzeń klimatyzacji
Ogrzewanie:
- Ogrzewana podłoga
Zasilanie:
- 10 liczników elektrycznych NIK-2303, LE-03M (RS-485 i wyjścia impulsowe), dzięki którym odbywa się monitorowanie i rozliczenie techniczne wszystkich głównych grup konsumentów.
System chłodzenia i chłodnie:
- 2 przetwornice częstotliwości dla jedno- i dwustopniowych sprężarek
- 3 chłodnie z regulacją temperatury
Witryny:
- Gabloty i budki z produktami, które posiadają własne sterowniki regulacji temperatury — 13 szt.
Opis rozwiązania
Ze względu na obecność w WebHMI wszystkich funkcji niezbędnych do wykonania zadania, sklep został całkowicie zautomatyzowany przy użyciu tylko jednego takiego urządzenia. Projekt obejmuje ponad 2000 rejestrów z kilkudziesięciu urządzeń automatyki.
System posiada interfejs WWW i umożliwia zarządzanie dla kilku użytkowników jednocześnie (instalator systemu, serwisant, menedżer sklepu) o różnych prawach dostępu, z różnych urządzeń (w tym smartfonów i tabletów) z sieci lokalnej, jak i sieci Wi-Fi. Istnieje możliwość połączenia zdalnego za pośrednictwem Internetu.
WebHMI, który steruje systemami inżynieryjnymi, jest połączony z usługą chmury Level 2. Jest to najwyższy poziom dla systemów zbudowanych na WebHMI, który zapewnia łatwy dostęp do urządzenia za pośrednictwem Internetu bez stałych adresów IP (cenny do łączenia się przez sieć 3G i duże sieci korporacyjne). Zapewni również rozwój systemu dzięki połączeniem pochodzących z innych sklepów tej sieci.
Systemy chłodzące i witryny sklepowe
Wszystkie bieżące wskazania temperatury i stany alarmowe w chłodniach i witrynach są wyświetlane na ekranie głównym. Każde zdjęcie posiada link, dzięki któremu możemy przejść i zobaczyć szczegółowe informacje dotyczące danego urządzenia.
Wszystkie temperatury są zapisywane na wykresach
Jak to często się bywa, deweloper musiał pracować z faktem, że w sklepie istniały różne witryny oraz znajdowały się sterowniki chłodnicze różnych producentów, z których część miała inne właściwości (np. różne cechy implementacji protokołu Modbus). Gdy cała sieć sklepów została zmontowana, a projekt skonfigurowany, niespodzianką dla instalatorów było to, że urządzenia potrafią niejako „przestawić się” na nieprzewidywalną prędkość wymiany.
Przez to nie przekazywały one części danych, co doprowadzało do wielokrotnych odczytów i wydłużania cyklu przepytywania całej sieci. Od razu po pojawieniu się problemu znaleziono rozwiązanie problemu, które polegało na uporządkowaniu wszystkich danych z urządzenia w jednej ciągłej grupie na liście przepytywań. Przed nimi dodano fikcyjne połączenie – kolejne połączenie tego samego typu z kilkoma rejestrami, których przepytywanie pomaga wszystkim kapryśnym urządzeniom przestawić się na prędkość, której potrzebują.
Ze względu na ważność niezawodnego chłodzenia (bezpośrednio wpływające na jakość produktów przechowywanych w chłodniach, które łatwo psują się), informacje o sytuacjach awaryjnych związanych z komorami chłodniczymi i systemem chłodzenia są natychmiast wysyłane do odpowiednich pracowników w wiadomościach SMS i Viber, a wszystkie wykresy temperatur są przechowywane tak na WebHMI, jak i na Level2.
Oświetlenie
Do sterowania oświetleniem użyto zdalnych modułów we/wy 7bit Synapse. Moduły te posiadają 8 cyfrowych wejść / 8 wyjść przekaźnikowych. Zasilane są z sieci 230V, a sterowane są przez protokół Modbus TCP. Jednak ich kluczową cechą jest wbudowany dwuportowy przełącznik Ethernet, który pozwala łatwo zwiększyć liczbę punktów wejść/wyjść w szafach sterowniczych. W takim przypadku po prostu łączymy moduły jeden po drugim, bez dodatkowego podciągnięcia komunikacji. Takie rozwiązanie daje możliwość przedłużenia segmentu sieci (w obwodzie, do 100 m między modułami) bez ustawiania dodatkowych punktów konsolidacji (przełączników sieciowych) z topologią gwiazdy.
Zaletami modułu 7bit Synapse jest uproszczenie okablowania, wydłużenie segmentu, wykorzystanie istniejących kabli dla sygnałów wejściowych, w przypadku gdy jest to konieczne. Interfejs jest reprezentowany przez plany pięter z wyświetlaniem statusu grup oświetleniowych i możliwością bezpośredniego zdalnego sterowania nimi.
Wdrożony również został łatwo konfigurowalny harmonogram sterowania oświetleniem.
Wentylacja i klimatyzacja
Sterowniki systemu wentylacji i klimatyzacji miały porty komunikacyjne (Modbus, RS-485) i w pełni kontrolowały działanie własnych urządzeń. Ze względu na możliwości klonowania, importowania i eksportowania obiektów projektu, wystarczyło utworzyć jedną funkcję (połączenia do wszystkich niezbędnych rejestrów, elementów wizualizacji i skryptów), a reszta została sklonowana wymaganą liczbę razy.
W trakcie wdrożenia systemu okazało się, że informacje z czujników temperatury kanałów instalacji nawiewowych są niewystarczalne. Konieczna okazała się instalacja dodatkowych czujników temperatury, a także czujników stężenia CO2. Ponieważ dodanie dodatkowych kabli komunikacyjnych nad istniejącym wykończeniem i zbyt dużych odległościach okazało się zbyt trudne, zostały użyte bezprzewodowe moduły we/wy IO-Node (TM 7bit).
Moduły te są podłączane do sieci Wi-Fi z protokołem Modbus TCP i zapewniają możliwość podłączenia maksymalnie do 32 niedrogich czujników temperatury za pomocą 1-żyłowego czujnika CO2 oraz dwóch cyfrowych wejść i wyjść.
Zasilanie
Ze względu na dużą powierzchnię i duże zużycie energii, często przekraczające parametry projektowe, klient był bardzo zainteresowany kwestiami zarządzania energią – rozliczeniem zużycia energii elektrycznej i zwiększeniem efektywności energetycznej. W tym celu zostało wdrożone zbieranie danych z liczników wszystkich grup konsumentów, jak również zostały wykorzystane narzędzia do analizy tych danych w Level2.
W sklepie zostały zainstalowane popularne liczniki elektryczne NIK 2303 z własnym protokołem, który obsługuje specyfikację DLMS/COSEM na magistrali RS-485. Jednak niektóre liczniki posiadały tylko wyjścia impulsowe. WebHMI posiada 1 wbudowany interfejs komunikacyjny RS-485 z funkcją wieloprotokołową, która umożliwia podłączenie liczników z różnymi interfejsami do jednej wspólnej magistrali. Pozostałe sygnały impulsowe zostały wprowadzone na wejścia zliczające 7bit Synapse, który okazał się tutaj niezwykle przydatny. Został on wykorzystany do monitorowania stanu urządzeń przełączających w szafie sterowniczej.
Obsługa techniczna
Pomimo tego, że system jest w ciągłej eksploatacji, klient stale rozszerza jego funkcjonalność, wyrażając za każdym razem nowe życzenia. Ich implementacja nie powoduje żadnych trudności ze względu na fakt, że WebHMI posiada wbudowane środowisko programistyczne, które pozwala na edycję bieżącego projektu bezpośrednio w przeglądarce za pośrednictwem Internetu, podczas gdy system działa bez kompilacji i ponownego uruchamiania!
Funkcja wirtualnego portu COM WebHMI pozwala także zdalnie diagnozować lub parametryzować napędy lub sterowniki za pomocą własnego oprogramowania narzędziowego, co znacznie ułatwia zadanie wdrożenia i rozruchu, eliminując konieczność wyjazdów na obiekt.
Koszt rozwiązania
Koszty rozwiązania zawsze są jednym z kluczowych kryteriów wraz z jakością i zakresem funkcjonalności, jednak w tym projekcie koszty i termin realizacji były kilkakrotnie mniejsze niż w przypadku tradycyjnego systemu SCADA. Specyfiką projektu było to, że wszystkie początkowe koszty wdrożenia systemu wykonawca ponosi samodzielnie. Ostatecznego rozliczenia klient dokonuje dopiero po osiągnięciu zamierzonych celów projektu, osiągniętych rezultatówe rezultatów po pierwszym roku eksploatacji eksperymentalnej. Kombinacja architektury „master-slave” na niższym poziomie i „klient-serwer” na wyższym poziomie, podobnie jak w przypadku WebHMI i Level2 przynosi następujące korzyści:
- Poziom wdrożenia automatyzacji sklepu jest całkowicie zabezpieczony za pomocą jednego modułu WebHMI (działającego w trybie SCADA) z wizualizacją, archiwizacją, sterowaniem i interfejsem operatora;
- Oprogramowanie górnego poziomu automatyzacji jest dostarczane na podstawie SaaS (oprogramowanie jako usługa), tzn. klient natychmiast rozpoczyna korzystanie z funkcji przetwarzania danych przy zerowych kosztach rozruchu, płacąc symboliczną opłatę abonamentową (porównywalną z kosztem korzystania z Internetu);
- Moduły WebHMI przechowują wszystkie dane historyczne w określonym przedziale czasowym i wysyłają kopie danych do serwera Level2. W przypadku utraty łączności z wyższym poziomem system nadal działa. Zaś po przywróceniu połączenia system po prostu synchronizuje się z serwerem, zapewniając niezawodność przechowywania danych;
- System jest wysoce konfigurowalny, dostępność funkcji automatyzacji tego procesu (import/eksport tagów, klonowanie wszystkich obiektów w systemie, szablony dla tagów i ekranów wizualizacji) pozwala na wdrożenie go w bardzo krótkim czasie;
- W wyniku powyższych możliwości cena rozwiązania okazała się być bardzo konkurencyjną i pozwoliła klientowi wygrać „ciężki” przetarg.
