Система управления отоплением и вентиляцией

Система управления отоплением и вентиляцией

Описание проекта

Один из наших клиентов, пищевое производство, уже использующее WebHMI для мониторинга и протоколирования работы технологических установок, обратилось к нам с запросом на автоматизацию вентиляционной и отопительной систем.

Существующая система ОВ (отопления и вентиляции) состояла из разрозненных участков, внедрявшихся в разное время и управляемых вручную. Требовалось интегрировать существующее оборудование в единую систему автоматизированного управления ОВ с поддержанием заданных параметров температуры и положительного перепада давления в помещении, с управлением с общей панели оператора. В качестве управляющего ПЛК заказчик настаивал на применении уже приобретенного им ПЛК S7-1200.

Недостатки исходной системы

  • Система управляется вручную, со всеми вытекающими последствиями влияния “человеческого фактора” — запоздалая реакция (либо ее отсутствие) оператора на изменение условий и, как следствие, нестабильное поддержание климатических параметров. В то время, как для получения высокого качества продукции очень важны стабильность поддержания температуры (влияет на процесс расслойки теста) и положительного перепада давления (чистота помещения от пыли и мусора с улицы).
  • Отсутствие центрального места управления делало неудобным изменение режимов работы системы ОВ.
  • Датчики температуры в помещении (встроенные в настенные часы-табло) не отражали фактической температуры на уровне, где работает персонал. Требовалось установить новые датчики и, также, датчик перепада давления, для управления положительным перепадом давления в помещении.

Структура системы отопления и вентиляции (ОВ)

  • Шкаф управления двумя приточными установками без частотного управления и калориферами (водно-воздушные теплообменники)
  • Два щита управления приточными установками с частотным управлением вентиляторами, по 3 шт. преобразователя частоты Danfoss Micro VLT
  • Щит управления вытяжными установками (2 шт.) с частотным управлением — преобразователи частоты Altivar 21
  • Посты управления жалюзи вытяжных и приточных систем

В силу обстоятельств, все шкафы расположены в разных частях предприятия и удалены друг от друга на сотни метров. Cистемы работают только в ручном режиме, и полностью независимо.

Структура исходной системы вентиляции

Конфигурация проекта после применения WebHMI

Структура системы управления вентиляцией после применения WebHMI

Предварительное проектирование показало, что техническое решение “классическим” для автоматизации методом — физический ввод всех необходимых сигналов непосредственно на управляющий ПЛК 1200 (напрямую, либо с помощью децентрализованной периферии) станет весьма затратной частью будущего проекта:

  • Дополнительные аналоговые сигналы — (5 аналоговых датчиков температура + перепад давления), аналоговые линии задания производительности частотных преобразователей (8 шт.)
  • Прокладка требуемых новых кабельных трасс, также, была сложной, так как сигналы от разных систем, нужно было вести отдельно, через все предприятие на большие расстояния. Кроме того, некоторые сигналы можно было привести только по фермам под потолком на высоте 12 метров, что сопряжено с повышенным риском высотного монтажа. В совокупности с интенсивным графиком производства в 3 смены, эта задача казалась трудновыполнимой.
  • Частотные преобразователи имеют интерфейс RS-485 и могли бы обмениваться с ПЛК через него по Modbus, однако у ПЛК 1200 нет встроенного последовательного порта — т.е. потребуется дополнительный коммуникационный модуль, а поддержка Modbus реализуется за счет громоздкого программирования.
  • К ПЛК S7-1200 “напрямую” можно подключить только оригинальную панель оператора серии KTP, которая стоит в несколько раза дороже самого ПЛК.

Громоздкость и тудоемкость проекта сильно уменьшали коммерческую привлекательность проекта и побудили к оптимизации структуры системы. Ключами к новой, более рациональной структуре явилось следующее:

  • В местах, где располагались щиты управления частотными преобразователями, и местах предположительной установки датчиков уже были установлены другие интеграционные контроллеры WebHMI (мониторинг морозильной камеры, дозирующей системы, упаковочной машины), которые можно было бы использовать как шлюзы для проброса требуемых сигналов в новую систему по существующей сети и минимизировать таким образом кабельные проводки
  • Использование WebHMI как коммуникационного процессора, шлюза данных и операторского интерфейса для ПЛК 1200
  • Возможность задействовать неиспользуемые аналоговые входы на преобразователях частоты для подключения аналоговых датчиков
  • Использование недорогих датчиков 1-Wire для измерения температуры и беспроводного модуля сбора данных IO-NODE, которые подключаются в беспроводную сеть ближайшего WebHMI (обмен с центральным узлом настраивается с помощью маршрутизации)

После рассмотрения возможностей, которые предоставляет WebHMI в данном проекте — конфигурирование, а не программирование процесса сбора данных, функция шлюза, средства визуализации и управления, доступ оператора из разных мест, в т.ч. через интернет, пользовательские скрипты, автоматическая нотификация с помощью СМС, работа в VPN сетях и простая организация удаленного сервисного доступа к системе (возможность удаленной работы не только с проектом WebHMI, но и с устройствами, находящимся за ним — ПЛК, частотный привод.) было принято решение о применении WebHMI.

Внешний вид интерфейса оператора

Внешний вид интерфейса оператора

Полученные преимущества

  1. Значительная экономия кабельно-проводниковой продукции и стоимости монтажных работ — как правило, необходимо было только дотянуться интерфейсным кабелем до ближайшего узла WebHMI либо использовать беспроводную сеть.
  2. Простая программа ПЛК. Центральный WebHMI ОВ опрашивал и нормализовал все необходимые сигналы с разрозненных систем, формируя для ПЛК один блок памяти с подготовленными данными, который вычитывался фактически одним простым вызовом функционального блока MB_CLIENT в его программе.
  3. Простая реализация “дистанционного ручного” режима управления — в этом режиме с рабочей мнемосхемы центрального WebHMI, можно было управлять всеми объектами напрямую, без программирования в ПЛК. При переключении в авт. режим от ПЛК элементы дистанционного управления на мнемосхемах деактивировались через бит “видимости”.
  4. Не нужна панель оператора — встроенный веб-интерфейс позволил получать доступ к системе с любого рабочего места в локальной сети, а также, из интернет.
  5. Благодаря возможности удаленного сервисного доступа, время монтажа и наладки на объекте сведено к минимуму. Основной объем работ по наладке системы, разработке интерфейса и программирования был выполнен из офиса.
  6. Как следствие пунктов 1..5, проект был реализован в сжатые сроки и с минимальными затратами. При этом, был выигран тендер на данную работу у компании, специализирующейся на решениях по вентиляции.
  7. Встроенные графики и тренды позволили проанализировать работу алгоритмов автоматического режима (ПИД-регуляторы перепада, температуры в помещении и др.) и хорошо настроить систему автоматического управления.