Regulace průmyslových plynových topidel inteligentními řídícími jednotkami
Jak usnadnit a zefektivnit regulaci průmyslových topidel při vytápění výrobní haly či skladu? Společnost Schulte INFRA, která se specializuje na prodej, montáž a servis sálavých topných technologií pro výrobní a skladovací průmyslové haly, za pomoci modulárních řídících jednotek od výrobce UniPi.technology vybudovala inteligentní vytápěcí systém, který majiteli objektu přináší nemalé úspory času a peněz.
Jedním z posledních projektů společnosti bylo i vytápění skladovací haly kurýrní společnosti DHL. V objektu je instalováno celkem 10 plynových topidel, z nichž každé původně vyžadovalo vlastní regulátor. Šlo o poměrně nepraktické uspořádání; obsluha budovy musela nastavovat požadovaný výkon manuálně pro každé z nich. Zástupci Schulte INFRA proto oslovili českou společnost UniPi.technology, která se zaměřuje na vývoj a výrobu programovatelných logických kontrolerů (PLC) pro využití v domácnostech, komerční sféře i průmyslu. Tým vývojářů v UniPi následně vytvořil návrh centrálního řízení všech topidel jednou řídící jednotkou pro možnost monitorovat a regulovat výkon celé topné soustavy z jednoho místa.
Obr. 1: Umístění rozvaděče s dotykovým displejem
Obr. 2: Řídící jednotky a rozšiřující moduly v rozvaděči
Zástupci společnosti si pro svůj projekt vybrali řídící jednotku UniPi Axon M205. Tato jednotka disponuje kombinací digitálních vstupů a reléových výstupů a je užita primárně pro spínání externích relé. Ke kontroléru je skrze sériové rozhraní RS485 připojena trojice rozšiřujících modulů Neuron Extension xS50 pro navýšení počtu vstupů a výstupů. Jako ovládací rozhraní pak byl vybrán dotykový panel Weintek MT8071iP se sedmipalcovým displejem, napojený na řídící jednotku skrze Ethernet.
Výsledný systém využívá soustavy exteriérových i interiérových teplotních senzorů ke snímání teplot v jednotlivých topných zónách. Do nich jsou rozděleny jednotlivé zářiče, kdy v jedné zóně může být více topidel současně. Řízení zářičů probíhá systémem vypnuto/zapnuto s hysterezí; na základě časového plánu, požadovaných teplot v zónách a údajů z teplotních senzorů pak řídící jednotka automaticky reguluje teplotu pomocí vypínání a zapínání zářičů. V halách s vyššími teplotními ztrátami může systém využívat i venkovní senzory, kdy řídící jednotka na základě venkovní teploty spouští vytápění s předstihem oproti topnému plánu, aby bylo možné včas dosáhnout požadované vnitřní teploty.
Zmíněný model Axon M205 ale není jediným zástupcem řady Axon. Kromě něj řada zahrnuje i dalších 12 modelů ve třech velikostech, které mohou být v závislosti na konkrétní verzi vybaveny:
- až 36 digitálními vstupy pro vyčítání binárních logických stavů skrze 5-40V DC napětí
- až 4 digitálními výstupy pro ovládání dvojstavových zařízení za pomoci 0-50V DC napětí
- až 28 reléovými výstupy pro ovládání či spínání zařízení s vyšším proudovým odběrem jako jsou žárovky, bojlery, pumpy apod.
- až 8 analogovými vstupy pro měření stejnosměrného napětí či proudu, případně pro příjem hodnot z analogových senzorů (teplotní čidla, tenzometry, tlakoměry apod.)
- až 8 analogovými výstupy pro plynulé ovládání připojených zařízení pomocí stejnosměrného napětí 0-10V.
Zákazník tak má možnost, vybrat si model nejvíce odpovídající potřebám jeho projektu, ať už jde o vytápění, ovládání světel či základní řízení a monitoring. Díky kompaktnímu designu mají kontroléry UniPi špičkový poměr velikosti a počtu I/O. V závislosti na konkrétních potřebách lze vybírat jak kompaktní univerzální modely o rozměrech 4 DIN modulů s až 16 vstupy a výstupy, tak i velké jednotky s až 70 vstupy a výstupy.
Obr. 3: Zástupci všech tří modelových řad UniPi Axon a jejich rozměry
Tato míra flexibility je možná díky modulárnímu designu, kdy lze na společném základě vytvářet nové kombinace vstupů a výstupů prostou výměnou desek. Každá I/O deska je vybavena vlastním mikroprocesorem s firmwarem napsaným vývojáři UniPi.technology. Mikroprocesor zajišťuje nastavení všech vstupů/výstupů do zvoleného bezpečného stavu pro ochranu ovládané technologie v případě poruchy hardwaru či problémů se softwarem.
Díky modulárnímu designu je možné vyvinout novou funkcionalitu dle zadání zákazníka v rámci OEM programu. Vedle toho je v nabídce i možnost dodání standardních jednotek s logem a barvou dle přání zákazníka; stačí pouze zaslat grafický návrh a RAL kód vybrané barvy. OEM program tak představuje vynikající příležitost zejména pro softwarové vývojáře, kteří pro svá řešení hledají odpovídající hardware.
Obr. 4: Příklady zákaznických designů šasi jednotek UniPi
Softwarová otevřenost
Ze softwarového hlediska je řada Axon založena na otevřeném operačním systému Linux. Díky jeho široké kompatibilitě nenastává omezení na jednu softwarovou platformu, naopak lze vybírat ze široké škály řešení.
Hlavní podporovanou platformou užívanou pro jednotky UniPi je český řídící systém Mervis. Tato platforma je vyvíjena dle standardu IEC 61131-3 pro programování PLC a zahrnuje rozhraní SCADA pro vzdálenou správu a monitoring, přehledné vývojářské prostředí, editor uživatelského rozhraní (HMI) a online/on-premise databázi pro ukládání dat a zpětnou analýzu historie provozu dané technologie. Díky uživatelsky přívětivému systému funkčních bloků zvládne práci s Mervisem i začátečník. HMI editor pak představuje možnost vytvořit si vlastní webové rozhraní pro vzdálenou správu systému přes počítač, tablet či chytrý telefon. U všech modelů Axonu je Mervis dodáván již nainstalovaný (lze manuálně přeinstalovat), součástí balení je pak i doživotní licence pro přístup k proxy serveru a cloudové databázi.
Systém Mervis využila pro svůj projekt i společnost Schulte INFRA. Naměřené teplotní údaje se automaticky ukládají do cloudové databáze, což umožňuje jejich pozdější vyhodnocení. Díky tomu lze topný proces optimalizovat z dlouhodobého hlediska a snížit tak náklady na energii. Skrze síťové připojení pak má majitel objektu možnost monitorovat a spravovat provoz topné soustavy i vzdáleně za pomoci webového rozhraní.
Obr. 5: Ukázka programování za pomoci funkčních bloků v Mervisu
Obr. 6: Příklad vizualizace technologií přes SCADA/HMI
Kromě řešení třetích stran poskytuje otevřenost jednotek UniPi i široké možnosti pro programátory, kteří preferují vlastní kód či chtějí jednotku UniPi implementovat do již existujících systémů. K tomuto účelu slouží vývojářská sada SDK, obsahující otevřené aplikační programovací rozhraní (API) EVOK, rozhraní Modbus TCP pro interakci se vstupy a výstupy jednotky a rozhraní SysFS pro snadný přístup k hardwaru na úrovni souborů. SDK výrazně usnadňuje integraci Axonu do stávajících řešení a zrychluje i vývoj aplikací.
Široké možnosti využití
Produktová řada Axon je plně certifikovaná pro využití v domácnostech, komerčních budovách a průmyslu. V závislosti na konkrétním modelu a jeho kombinaci vstupů a výstupů tak lze Axony nasadit například pro řízení HVAC (ventilace, vytápění, klimatizace) či chytrého osvětlení, pro vzdálenou správu a monitoring spotřeby energií.
V prostředí domácnosti lze díky Axonu automatizovat rolety, žaluzie, vytápění, klimatizaci či osvětlení a nespočet dalších činností.
V komerční sféře Axony odvedou vynikající službu například v hotelech, kde lze s pomocí řídící jednotky UniPi řídit vytápění a klimatizaci na základě dat z teplotních senzorů na jednotlivých pokojích. Topit tak můžete jen v obsazených pokojích, můžete plynule regulovat teplotu v každém pokoji zvlášť, a dokonce i zajistit, aby se klimatizace automaticky vypínala (například při otevřeném okně). Kromě zvýšeného komfortu hostů tak výrazně snižujete výdaje za topení a provoz klimatizace.
V průmyslu je neocenitelná schopnost Axonu fungovat jako gateway pro jiná zařízení včetně jiných průmyslových PLC. Snadno tak starším strojům dodáte možnost komunikovat bezdrátově či odesílat data do databáze historických dat. Díky průběžnému monitoringu v reálném čase a možnosti vyhodnocovat data za delší časové úseky získáte nejen dokonalý přehled o provozu svého podniku, ale také ušetříte nemalé peníze skrze možnost optimalizovat výrobu a dosáhnout tak úspory času, energií i nákladů na údržbu.
Vysokou flexibilitu a spolehlivost jednotek UniPi dokazuje i jejich nasazení zákazníky z více než 50 států světa, kteří kontroléry využívají v široké škále oborů.
- V Irsku kontroléry UniPi řídí vzduchotechniku v CNC závodech, v Belgii na UniPi spoléhají při řízení distribuce a nakládky v obalovém průmyslu.
- zákazníci ze Švédska a Ukrajiny užívají jednotky UniPi jako základ pro komplexní smarthome sestavy. Majitel objektu tak získává široké možnosti sledování stavu celého domu, od spotřeby energií přes stav osvětlení až po zabezpečení objektu; to vše pomocí chytrého telefonu či centrální dotykové obrazovky.
- V Indii, Saúdské Arábii, Ománu a Kataru zákazníci nasazují jednotky UniPi k řízení inteligentních HVAC (vytápění, ventilace, klimatizace) systémů na supermoderních operačních sálech a klinikách asistované reprodukce.
- Ve Švédsku slouží hardware UniPi jako srdce v poslední době velmi populárních únikové hry. Jednotky zde řídí průběh celé hry, umožňují vytváření nových překážek a hádanek a výrazně usnadňují zácvik obslužného personálu.
- Zákazník z Japonska zapracovává jednotky UniPi do hortikulturních systémů, které dovolují drobným japonským farmářům dosahovat potravinové soběstačnosti. Jiný japonský zákazník pak užívá OEM verze jednotek k zavlažování čajovníkových plantáží.
- Zákazník z USA provádí za pomocí kontrolérů UniPi automatizaci požárních stanic. Díky možnosti dálkového ovládání vrat od vozidlových garáží na základě příchozího nouzového volání šetří hasiči při přípravě k výjezdu drahocenný čas.
Více o řídící jednotce UniPi Axon
Vývoj a výroba programovatelných řídicích jednotek (PLC), převodníků, senzorů a systémů pro technická zařízení budov, BMS, chytré domácnosti, výrobu, průmysl a automatizaci.