Автоматикус

Система управления и диспетчеризации микроклимата в птичниках

2023-10-19T06:32:08.007Z

Разработка новой системы микроклимата в птичниках преследовало следующие цели:

замена морально и физически устаревшей системы Big Dutchman Viper,
повышение качества регулирования,
повышение удобства и гибкости настройки,
реализация новых функций,
диспетчеризация - оповещение персонала об неисправностях и аварийных ситуациях, архивирование контролируемых параметров, ведение журнала событий.

Состав климатического оборудования птичника

14 - 16 крышных вытяжных вентиляторов - каминов.
18 - 20 туннельных вентиляторов, установленных на торце птичника, объединенных в 5 групп.
5 групп туннельных жалюзи.
10 датчиков внутренней температуры.
10 газовых обогревателей.
Боковые приточные клапаны.
Датчик наружной температуры.
Датчик концентрации углекислого газа.
Датчик влажности.

План птичника

При модернизации системы микроклимата количество датчиков внутренней температуры было увеличено с 6 до 10 - по числу газовых обогревателей. Это позволило улучшить качество регулирования температуры - каждый нагреватель управляется по сигналу от своего датчика температуры.

Алгоритм работы системы микроклимата

Для управления микроклиматом была разработана программа, обеспечивающая поддержание микроклимата в полностью автоматическом режиме.

Алгоритм работы системы микроклимата в первую очередь обеспечивает минимальную вентиляцию при помощи вытяжных каминов, согласно настройкам технологических параметров. Боковые приточные клапаны открываются на величину, соответствующую производительности вытяжной вентиляции, согласно заданному соотношению, либо величину, требуемую для поддержания заданного перепада давления. Регулирование температуры обеспечивается посредством газовых нагревателей и вытяжной вентиляции.

Газовые нагреватели включаются при температуре ниже, чем уставка включения нагревателей и отключаются при достижении требуемой температуры. Каждый нагреватель работает по сигналу датчика температуры, установленного в его зоне нагрева.

Количеством включенных вентиляторов управляет программный ПИД-регулятор температуры, поддерживающий заданную среднюю температуру в птичнике. Для плавности регулирования три вытяжных камина имеют возможность изменения скорости вращения при помощи преобразователя частоты. Система управляет производительностью вытяжной системы вентиляции в пределах между заданными границами минимальной и максимальной вентиляции.

Если задействованы все вытяжные камины, то, при наличии разрешения, система переходит в комбинированный режим - дополнительно к вытяжным каминам включаются одна, две или 3 группы туннельных вентиляторов.

Если продолжается рост внутренней температуры, система переходит в туннельный режим: отключаются вытяжные камины, отключаются нагреватели, закрываются боковые приточные клапаны. Регулирование температуры осуществляется путем изменения количества включенных групп туннельных вентиляторов. Группы туннельных жалюзи открываются в зависимости от количества включенных групп туннельных вентиляторов.

В системе управления микроклиматом предусмотрен зимний режим. В этом режиме закрываются все туннельные вентиляторы и жалюзи.

Интерфейс панели оператора

Новая система микроклимата построена на базе контроллера Овен СПК110.

Система микроклимата в птичнике на базе контроллера Овен СПК110.

Преимущество использования данного контроллера в том, что Овен СПК110 является одновременно управляющим контроллером, панелью оператора, а также предоставляет веб-интерфейс для удаленного управления процессом. Через веб-интерфейс доступны все экраны панели оператора и полное управление климатов в птичнике.

Главный экран панели оператора системы микроклимата в птичнике

На главном экране отображены основные параметры микроклимата птичника, состояние оборудования индикация аварийных ситуаций и отклонения контролируемых параметров. Расположение оборудования на мнемосхеме точно повторяет его фактическое расположение в птичнике, что позволяет обслуживающему персоналу удобно управлять оборудованием птичника, быстро диагностировать и устранять неполадки, выявлять причины отклонения параметров микроклимата от нормы.

Белым цветом на мнемосхеме отображаются механизмы, которые в данное время отключены, зеленым - включены, а красным - находящиеся в аварийном состоянии. Также красным цветом подсвечиваются параметры микроклимата, которые выходят за установленные аварийные границы. Желтая рамка вокруг механизма означает, то, что механизм находится в ручном управлении.

При нажатии на иконку механизма открывается окно управления этим механизмом.

Окно управления вытяжным камином

Окно управления боковым приточным клапаном

Управление частотным преобразователем

В окне управления механизмом можно изменить режим управления, включить и отключить механизм.

На экране Параметры сведены отображаются основные текущие параметры микроклимата и режимы работы системы.

Текущие параметры микроклимата

Экран Режимы предоставляет оператору доступ к управлению режимами работы системы и к технологическим параметрам.

Экран Режимы

Основные технологически параметры микроклимата задаются на экране Уставки. В автоматическом режиме работы система поддерживает параметры микроклимата в зависимости от количества дней, прошедших от дня посадки птицы. Предусмотрено до 15 ключевых точек для задания параметров микроклимата. Для дней между ключевыми точками уставки интерполируются по линейному закону раз в сутки, а аварийные границы действуют по предыдущей ключевой точке. Переход к уставкам нового дня происходит в 9:00 для снижения вероятности нештатных ситуаций в ночное время.

Уставки автоматического режима работы

Дата посадки птицы задается на соответствующем экране.

Установка даты посадки птицы

Режим подготовки предназначен для установки параметров климата в период подготовки птичника к посадке птицы.

Уставки режима подготовки

На экране Аварии отображается информация об активных авариях и осуществляется сброс аварий и звуковой сигнализации.

Аварии

Журнал событий отображает хронологию аварийных ситуаций, отклонений контролируемых параметров, а также изменений режимов работы системы.

Журнал событий

Экран Графики предоставляет доступ к архивным значениям аналоговых параметров микроклимата в графической форме - температуре, влажности, концентрации углекислого газа и разрежению в птичнике.

Графики температуры

График влажности

График СО2

График разрежения в птичнике

Система микроклимата птичнике имеет удобный доступ к инженерным настройкам.

Настройки

Настройки регулятора разрежения

Настройки регулятора температуры

Настройки преобразователя частоты

Настройки соотношения приточной и вытяжной вентиляции

На экране Доступ осуществляется контроль уровней доступа персонала к изменению параметров системы и микроклимата.

Доступ пользователей

Система микроклимата позволяет гибко настроить график работы освещения в зависимости от возраста птицы.

График освещения

Информационная система мониторинга птичников

Информационная система мониторинга климата птичников представляет собой комплексное решение, разработанное для обеспечения эффективности и надежности работы птицеводческого предприятия. Архитектура системы основана на принципе модульности, это позволяет каждому сервису выполнять свою специфическую функцию и обеспечивать высокую гибкость и масштабируемость системы в целом. Благодаря использованию передовых технологий, таких как MQTT, MySQL и Telegram, система обеспечивает быстрый и надежный обмен информацией, оперативное уведомление о критических событиях и удобный доступ пользователей. Информация из базы данных может быть интегрирована в системы управления предприятием.

Информация о работе всех птичников поступает на сервер диспетчерского центра, где хранится в базе данных MySQL. На главном экране диспетчерского центра в табличной форме отображается состояние всех птичников, значения основных параметров микроклимата и наличие аварийных ситуаций.

Сводная таблица дипетчерского центра.

Оператор диспетчерского центра может открыть на экране интерфейс панели оператора любого птичника и управлять оборудованием птичника удаленно.

На сервере диспетчерского центра сохраняются параметры микроклимата, информация о аварийных ситуациях и режимах работы всех птичников.

На экране диспетчерского центра можно посмотреть телеметрическую информацию графической и табличной форме.

Графики телеметрических данных птичника на экране диспетчерского центра.

Табличная форма телеметрической информации.

Просмотр уставок микроклимата птичника на экране дипетчерского центра.

Для оперативного оповещения обслуживающего персонала об аварийных ситуациях в птичниках был разработан телеграм-бот Клим Птичников. Он позволяет получать уведомления и просматривать краткую телеметрическую информацию по всем птичникам.

Уведомления о аварийных ситуациях в телеграм-боте

Телеметрическая информация птичника в телеграм боте

Программатор Siemens Simatic PG 720 P

2021-08-11T05:32:16.938Z

Вот такой старичок помогает нам оживлять старые контроллеры Сименс. Удивительная вещь по своему дизайну.

Программатор Siemens Simatic PG 720 P

Поставлялся он в комплекте с производственной линией вот в таком красивом чемоданчике.

Системный моноблок.

Клавиатура с трекболом подключается по PS/2 скрученным кабелем. Также есть возможность подключить мышь ко второму PS/2 разъему.

Внутренности.

#siemens

#simatic

#simaticpg

#программатор

#компьютер

Глюк с рабочим столом в DataRate 5.0 (исправлен)

2021-08-03T09:18:13.017Z

Нашел глюк с рабочим столом в DataRate: https://www.youtube.com/watch?v=R_HkOJJavSQ

Разработчики обещают исправить.

Обновлено. В версии 5.0 SP1 глюк устранили. Теперь ничего не съезжает. Спасибо разработчикам!

#datarate

#scada

#scada_datarate

Начальные значения тегов в DataRate

2021-08-03T08:56:38.655Z

В Датарейте есть баг (или фича?) с начальными значениями тегов. При изменении начального значения тега и последующим запуском в среде разработки новое значение успешно подчитывается. При запуске же в среде исполнения в первый раз начальные значения прочитываются и записываются в файл с расширением «.rtdb». В дальнейшем, если вы захотите изменить начальное значение тега, то в среде исполнения новое значение не будет прочитано, а будет взято из этого файла. Чтобы новое значение переменной отобразилось в среде исполнения нужно удалить файл «.rtdb».

В начальных значениях тегов могут храниться важные данные, например, номера команд на запуск оборудования. Думаю, разработчикам следует исправить этот недочет в скада-системе.

Подробности на видео:

Поступил ответ от поддержки на официальном форуме

Support:

Вы очень поверхностно смотрите на этот вопрос, не учитываете других ситуаций и заложенные возможности по манипуляции уставками Среды Исполнения в Среде Разработки.

Значения уставок, сделанных в Среде Исполнения, важнее того что будет сделано в Среде Разработки.

Проект может делаться типовым и уставки, сделанные в Среде Разработки, могут быть неверными для всех объектов на которых будет проект запущен в Среде Исполнения.

В Среде Разработки есть возможность импортировать/экспортировать уставки из Среды Исполнения. Можно сделать в Среде Разработки такой набор данных, который будет состоять как из данных реального диспетчера, так из того что было сделано инженером в Среде Разработки.

При запуске системы на исполнение происходит проверка на наличие измененных данных атрибутов тегов в Среде Исполнения. Если такие данные есть, то изменения игнорируются. Это сделано умышленно, чтобы не перетирать уставки диспетчера при перезапуске системы после модификаций проекта. Если пользователь уверен, что ему ничего сохранять не нужно было, то он удалит файл и получит полную копию уставок из проекта.

Я:

Согласен, что возможность сохранять настройки, введенные оператором нужна, только обычно она реализуется при помощи сохраняемых переменных в контроллере или рецептов в скаде. Сейчас механизм сохранения значений в rtdb непрозрачен. Пользователь получает разные значения в разработке и в исполнении! Возможно стоит сделать галку напротив переменной — является ли она сохраняемой или нет, как это делается в контроллерах или вообще предусмотреть возможность глобально включать и отключать базу rtdb.

Support:

В настоящее время продуктом пользуется очень много людей и они знают о том как работает продукт в этой части. Многие системы уже более 10 лет работают на объектах без изменений в части БДРВ. Мы не можем легко и просто менять такие вещи, даже если это будет в каких-то случаях удобно. Дополнительные параметры вводить можно, но только если это будет действительно необходимо. Если у Вас очень большой проект и данная ситуация для вас критическая, то обратитесь в техническую поддержку и мы постараемся выработать приемлемое решение.

#scada

#datarate

#scada_datarate

DataRate 5.0 — Исправление ошибки словаря событий при конвертации проекта из старой версии

2021-08-03T08:30:22.038Z

Установил версию DataRate 5.0, открыл в ней проект, созданный в версии 4.1. После верификации проекта появились ошибки словаря событий, хотя в предыдущей версии ошибок не было. Проблему решил протыкиванием каждой строки в колонке «Группа событий». Прошу разработчиков обратить внимание на этот баг. Подробности на видео: https://www.youtube.com/watch?v=cV5JrUWflB4

#scada_datarate

#scada

#видео

4k монитор для SCADA-системы

2021-08-03T07:27:30.961Z

Часто для визуализации технологического процесса одного стандартного монитора недостаточно. Решить эту проблему можно при помощи переключаемых экранов, но это не всегда удобно — гораздо лучше иметь всю информацию сразу перед глазами. В этом случае обычно ставят несколько мониторов. К компьютеру со встроенным видео или обычной видеоплатой можно подключить одновременно два монитора.

SCADA-система с двумя мониторами

Если требуется больше, то придется покупать видеокарту вроде nVidia Quadro. Мониторы, расположенные в ряд на столе занимают очень много места, а оператору придется весь день крутить шеей.

Пульт оператора с множеством мониторов

Если мониторы их располагать друг над другом, то придется озадачиться специальными стойками и креплениями. Несколько мониторов удобны, когда приходится выводить картинку с разных компьютеров.

Система с четыремя FullHD мониторами

Для новых объектов решили попробовать нестандартное решение — поставить один большой 43-х дюймовый 4k монитор вместо четырех стандартных мониторов.

SCADA-система на 4k мониторе 43"

Решение полностью себя оправдало. Монитор подключен к встроенному видеоадаптеру (Intel UHD Graphics 630 в процессоре i3), никаких дополнительных видеокарт не требуется. Места такой монитор занимает намного меньше, чем четыре, расположенные в ряд. Теперь новые системы с большим количеством информации делаем преимущественно на 4k мониторах.

#scada

#асутп

#монитор

#4k

Регулирование задвижкой без датчика положения

2021-08-03T06:53:59.930Z

Стандартные ПИД-регуляторы в средах разработки программ для контроллеров предназначены для управления исполнительными механизмами с аналоговым входом, такими как преобразователь частоты или задвижка с заданием степени открытия. Для подобного исполнительного механизма достаточно просто соединить его вход с выходом регулятора. Рассмотрим более простую версию ПИД-регулятора – ПИ-регулятор, дискретная формула которого имеет следующий вид:

Что же делать если у нашей задвижки нет датчика положения или он недостаточно надежен для регулирования и используется только для индикации? В этом случае следует управлять задвижкой в инкрементном режиме – сигналы «больше» и «меньше». Для этого воспользуемся формулой инкрементного ПИ-регулятора, которая получается путем дифференцирования предыдущей формулы:

Фактически это ПД-регулятор, сигнал с которого будет проинтегрирован самой инкрементной задвижкой и на выходе мы получим пропорционально-интегральный закон регулирования.

Выход регулятора для удобства выразим в процентах от −100% до +100%. Он является входным значением для широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Для ШИМ необходимо задать период. Он должен быть значительно больше цикла программы. Выход регулятора устанавливает долю времени от периода ШИМ, в течение которого задвижка открывается или закрывается. Положительные значения соответствуют открытию задвижки, а отрицательные – закрытию.

PWM.png

Далее фрагмент реальной программы регулятора температуры пара на языке CoDeSys в среде программирования Schneider SoMachine.

Глобальные переменные

VAR_GLOBAL
END_VAR
VAR_GLOBAL
	// Длительность цикла - секунды
	Cycle: REAL := 0.05;
	// Температура перегретой воды - градусы
	T: REAL;
	// Отказ датчика температуры
	T_err: BOOL;
	// Значение выхода регулятора
	Y: REAL;
	// Автоматический режим регулятора активен
	Reg_auto: BOOL;
	// Применить новые значения параметров
	Set_parameters: BOOL;
	// Активна новая сигнализация
	New_Alarm: BOOL;
	// Флаг первого цикла программы
	First_Cycle: BOOL := true;
END_VAR

Программа регулятора - описательная часть

PROGRAM Regulator
VAR
	// Рассогласование
	E: REAL;
	// Рассогласование - старое значение
	E_old: REAL;
	// Температура - старое значение
	T_old: REAL;
	// Изменение рассогласования
	dE: REAL;
	// Изменение рассогласования - старое значение
	dE_old: REAL;
	// Точное время между соседними измерениями
	dt_izm: REAL;
END_VAR
VAR RETAIN
	// Задание периода между соседними измерениями, секунды
	Period_reg: REAL := 5.0;
END_VAR
VAR
	// Новое задание периода между соседними измерениями, секунды
	Period_reg_new: REAL;
	// Количество циклов, соответствующее времени между соседними измерениями
	Period_reg_cycles: INT;
	// Счетчик циклов
	i: INT;
END_VAR
VAR RETAIN
	// Коэффициент усиления регулятора
	Kp: REAL := 100.0;
	// Постоянная времени регулятора, секунды
	Tn: REAL := 300.0;
END_VAR
VAR
	// Температура перегретой воды - задание, градусы
	T_set: REAL := 140.0;
	// Коэффициент усиления регулятора - новое значение	
	Kp_new: REAL;
	// Температура перегретой воды - задание, градусы - новое значение
	Tn_new: REAL;
END_VAR
VAR RETAIN
	// Зона нечувствительности, градусы
	Zona: REAL := 0.3;
END_VAR
VAR
	// Зона нечувствительности, градусы - новое значение
	Zona_new: REAL;
END_VAR

Программа регулятора - исполнительная часть

// Установка новых коэффициентов регулятора
IF GVL.Set_parameters THEN
	Kp := Kp_new;
	Tn := Tn_new;
	Period_reg := Period_reg_new;
	Zona := Zona_new;
END_IF

// Если регулятор находится в автоматическом режиме
IF GVL.Reg_auto THEN
	// Расчет количества циклов между соседними измерениями
	Period_reg_cycles := REAL_TO_INT(Period_reg / GVL.Cycle);
	// Точное время между соседними измерениями (после округления по количеству циклов) 
	dt_izm := GVL.Cycle * Period_reg_cycles;

	// Начало нового цикла регулятора
	IF i = 0 THEN
		// Рассогласование
		E := T_set - GVL.T;
		
		// Зона нечувствительности		
		IF ABS(E) < Zona THEN
			E := 0;
		ELSE
			IF E > 0 THEN
				E := E - Zona;
			ELSE
				E := E + Zona;
			END_IF 
		END_IF
			
		// Изменение рассогласования
		dE := E - E_old;
		// Выход регулятора, %
		GVL.Y := Kp * (dE / dt_izm + E / Tn);
		
		// Верхнее ограничение регулятора = 100%	
		IF GVL.Y > 100 THEN
			GVL.Y := 100;
		END_IF
	
		// Нижнее ограничение регулятора = -100%
		IF GVL.Y < -100 THEN
			GVL.Y := -100;
		END_IF
		
		// Замена старых значений новыми
		E_old := E;
		dE_old := dE;
		T_old := GVL.T;
	END_IF
	
	// Счетчик циклов контроллера
	i := i + 1;
	// Определение конца цикла регулятора
	IF i >= Period_reg_cycles THEN
		i := 0;
	END_IF
END_IF

Программа позиционера задвижки - описательная часть

PROGRAM Valve
VAR
	// Счетчик циклов
	Count: INT;
END_VAR
VAR RETAIN
	// Период ШИМ, секунды
	Period_PWM: REAL := 5.0;
END_VAR
VAR
	// Период ШИМ - новое значение, секунды
	Period_PWM_new: REAL;
	// Период ШИМ, циклы
	Period_PWM_cycles: INT;
	// Значение ШИМ, циклы
	Value: INT;
END_VAR
VAR RETAIN
	// Минимальное время движения клапана, секунды
	Min_value: REAL := 0.15;
END_VAR
VAR
	// Минимальное время движения клапана - новое значение, секунды
	Min_value_new: REAL;
	// Минимальное время движения клапана, циклы
	Min_value_cycles: INT;
	// Открыть клапан - дискретный выход
	Open: BOOL;
	// Закрыть клапан - дискретный выход
	Close: BOOL;
	// Открыть клапан - команда оператора
	Open_manual: BOOL;
	// Закрыть клапан - команда оператора
	Close_manual: BOOL;
	// Открыть клапан полностью - команда оператора
	Open_manual_full: BOOL;
	// Закрыть клапан полностью - команда оператора
	Close_manual_full: BOOL;
	// Остановаить клапан - команда оператора
	Stop_manual: BOOL;
	// Клапан открыт
	Opened: BOOL;
	// Клапан открыт
	Closed: BOOL;
	// Открытие клапана
	Closing: BOOL;
	// Закрытие клапана
	Opening: BOOL;
	// Авария клапана
	Alarm: BOOL;
	RS1: RS;
	RS2: RS;
END_VAR

Программа позиционера задвижки - исполнительная часть

// Применение новых настроек
IF GVL.Set_parameters THEN
	Period_PWM := Period_PWM_new;
	Min_value := Min_value_new;
END_IF;

// Расчет периода ШИМ в циклах
Period_PWM_cycles := REAL_TO_INT(Period_PWM / GVL.Cycle);

// Расчет минимального времени движения клапана в циклах
Min_value_cycles := REAL_TO_INT(Min_value / GVL.Cycle);

// Автоматический режим регулятора
IF GVL.Reg_auto THEN
	// Значение ШИМ в циклах
	Value := REAL_TO_INT(GVL.Y / 100 * Period_PWM_cycles);

	// Определение направления движения клапана
	IF (Value > 0) THEN
		Open := TRUE;
	ELSE 
		Close := TRUE;
	END_IF;

	// Если счетчик циклов меньше минимального значения или больше значения ШИМ, то остановить движение клапана
	IF ABS(Value) < Min_value OR ABS(Value) < Count THEN
		Open := FALSE;
		Close := FALSE;
	END_IF;
	
	// Счетчик циклов контроллера
	Count := Count + 1;

	// Определение конца периода ШИМ
	IF Count > Period_PWM_cycles THEN
		Count := 0;	
	END_IF;

	// Конечный выключатель закрытого состояния
	IF GVL.T < 81 OR Closed THEN
		Close := FALSE;
	END_IF;

	// Конечный выключатель открытого состояния
	IF GVL.T > 179 OR Opened THEN
		Open := FALSE;
	END_IF;
// Ручной режим работы регулятора
ELSE
	// Триггер полного открытия
	RS1(SET := Open_manual_full , RESET1 := (Opened OR Open_manual OR Close_manual OR Close_manual_full OR Stop_manual));
 	Opening := RS1.Q1 ;
	
	// Триггер полного закрытия
	RS2(SET := Close_manual_full , RESET1 := (Closed OR Open_manual OR Close_manual OR Open_manual_full OR Stop_manual));
 	Closing := RS2.Q1 ;

	// Открыть
	IF (Open_manual OR Opening) AND NOT Opened THEN
		Open := TRUE;
	ELSE
		Open := FALSE;
	END_IF;
	
	// Закрыть
	IF (Close_manual OR Closing) AND NOT Closed THEN
		Close := TRUE;
	ELSE
		Close := FALSE;
	END_IF;
END_IF;

Ссылки

Энциклопедия АСУТП. Дискретная форма регулятора
Википедия. ПИД-регулятор
Овен ТРМ12. Руководство по эксплуатации