Компания HVAC в поисках современных преимуществ управления машинами находит решение в открытом контроллере ПЛК, совместимом с Arduino.
Как и многих современных производителей и любителей, меня всегда вдохновляли возможности высокотехнологичных вычислений и автоматизации. Хотя мой опыт работы укоренился в практических потребностях коммерческих и промышленных систем управления, я искал, как объединить более функциональные и открытые устройства в промышленные приложения.
Моя любовь к практическому выездному обслуживанию привела меня к открытию Bicknell Heating & Cooling в районе Цинциннати. Мы поддерживаем все типы клиентов с потребностями в отоплении, вентиляции и кондиционировании воздуха (HVAC), используя в основном традиционные продукты. В этой статье описывается, как мы использовали современные промышленные микроконтроллеры Arduino для управления кондиционерами, чиллерами, системами горячего водоснабжения и многим другим.
Множество микроконтроллеров
Существует множество типов специализированных микроконтроллеров, используемых для управления оборудованием, а также множество программируемых логических контроллеров (ПЛК). Все они работают хорошо, но им не хватает открытости современных контроллеров общего назначения. Когда дело доходит до этих «открытых» контроллеров, существует множество вариантов микроконтроллеров потребительского и любительского уровня, а некоторые даже слегка «индустриализированы».
Я пробовал несколько типов микроконтроллеров в различных личных проектах, таких как модернизация управления на моей лодке. Гибкость была хорошей, и я мог использовать современные языки программирования и методы, такие как C++ и «наброски», а материальные затраты были минимальными.
Особенно важной для современных приложений является возможность подключения мобильных устройств или браузера к микроконтроллерам для доступа к данным для визуализации и анализа. Один из вариантов — разместить веб-страницы прямо на контроллере. Другой способ — использовать внешнее программное обеспечение, работающее на ПК или мобильном устройстве, для доступа к данным микроконтроллера, а затем отображать и обрабатывать их по мере необходимости. Я добился хороших результатов, используя для этого кроссплатформенную среду быстрой разработки приложений Xojo.
Однако, даже принимая во внимание многие преимущества микроконтроллеров, я знал, что их долговечность сомнительна, и может быть проблематично подключить их к типичным уровням сигналов напряжения и тока, используемых в стандартных промышленных приборах. Ничто из того, что я обнаружил, не убедило меня в том, что эти типы контроллеров подходят для промышленного применения.
Поиск жесткого открытого контроллера
После дополнительных исследований я и моя команда обнаружили, что поставщик промышленной автоматизации разработал контроллер, совместимый с Arduino, и упаковал его в форм-фактор, совместимый с его линейкой модулей ввода-вывода ПЛК, связи и других модулей (рис. 1). Программное обеспечение Arduino с открытым исходным кодом позволяет легко писать код и загружать его на совместимую компьютерную плату.
Благодаря этому решению от AutomationDirect такие пользователи, как я, могут воспользоваться преимуществами современных методов программирования и использовать специализированный графический язык программирования, входящий в состав контроллера. Мы можем подключать физические датчики и управляемые устройства, используя типичные промышленные сигналы и проверенные модули, и даже максимально использовать многие типы специализированных «защитных» модулей Arduino для других целей.
Создание открытой системы автоматизации здания
Наша команда уже была хорошо знакома с использованием коммерчески доступных проприетарных платформ управления HVAC, которые надежны, но могут быть дорогими и несколько узкоспециализированными. У нас также был большой опыт работы с традиционными ПЛК, которые, безусловно, можно использовать для приложений управления HVAC. Тем не менее, изучив возможности целевой линейки открытых контроллеров ПЛК от AutomationDirect, мы были уверены, что эта совместимая с Arduino платформа будет обладать открытой гибкостью, которую мы хотели, в сочетании с надежными характеристиками известных систем ПЛК.
Нашим первым проектом была повторная автоматизация системы вентиляции и кондиционирования соседней школы. В проектах HVAC необходимо контролировать множество типов датчиков температуры, влажности, давления, воздушного потока и т. д. Им также необходимо управлять такими устройствами, как соленоиды и клапаны. В некоторых местах для управления вентиляторами и насосами требовались приводы с регулируемой скоростью (рис. 2). Требовались различные панели управления, и команда могла получить все типы необходимых устройств от одного поставщика, что ускорило проектирование, закупку и производство.
Для этого проекта мы автоматизировали следующее оборудование и комплексные системы (Рисунок 3):
15 вентиляционных установок (представляющих собой приточные вентиляторы с нагревательными и/или охлаждающими змеевиками)
один чиллер
два паровых котла
четыре водогрейных котла
несколько насосов подачи воды.
Вся логика была разработана для работы с выбранными открытыми контроллерами ПЛК. Логика контроллера хорошо подходила нам для создания собственных алгоритмов контроля температуры, включая функцию сброса погоды, которая позволяет системе адаптироваться к внешнему климату. Во многих отношениях результаты контроля были лучше, чем те, которые мы получили с другими распространенными, но специализированными готовыми микроконтроллерами.
ПК с Visual Basic, подобным Xojo, предоставлял диспетчерский интерфейс, чтобы операторы могли визуализировать работу системы и настраивать заданные значения.
Система была введена в эксплуатацию быстро, а поскольку объект был действующим учебным заведением, окончательные врезки приходилось выполнять в основном в нерабочее время. Мы обнаружили, что проверки ввода/вывода были простыми, как и для ПЛК.
Система управления функционировала надежно; есть много возможностей для расширения; и персонал школы нашел систему простой в использовании. Сейчас мы используем систему для визуализации и контроля на месте. В будущем мы можем добавить больше управляемых систем и даже расширить операционные возможности. В настоящее время удаленный доступ осуществляется с помощью Google Desktop. Это работает очень хорошо, но добавление удаленного доступа непосредственно к платформе управления также было бы простым. Любые усилия по удаленному доступу требуют тщательного рассмотрения вопросов кибербезопасности.
Современная гибкость, традиционная надежность
Иногда лучший ответ инженеров по автоматизации включает в себя продукты и решения, которые являются относительно специализированными, иногда известными как «соответствующие цели», но эти решения часто дороги и негибки. Для решения этих и других проблем сегодняшние пользователи предпочитают более современные и открытые конструкции, которые могут подключаться к множеству других систем, обладают исключительной гибкостью и имеют много возможностей для роста.
Для типов систем HVAC, которые наша компания регулярно автоматизирует, мы нашли эту открытую платформу контроллера ПЛК, совместимую с Arduino, способной и отличной по цене. Мы можем использовать современные языки программирования и методы для обеспечения расширенного управления при подключении ко всем видам полевых устройств с использованием проверенных модулей ввода-вывода и сигнализации.
Хотя наш опыт работы с этой платформой на сегодняшний день относится только к системам HVAC, мы уверены, что ее преимущества также будут значительными для других типов коммерческих и промышленных приложений.
Все рисунки предоставлены AutomationDirect и автором.
Первоначально эта статья появилась в
апрельском номере журнала InTech .
