Ein HLK-Unternehmen, das nach Vorteilen moderner Maschinensteuerung sucht, findet eine Arduino-kompatible offene SPS-Steuerung als Lösung.
Wie viele moderne Macher und Bastler war ich schon immer von den Möglichkeiten der Hightech-Computertechnik und -Automatisierung inspiriert. Obwohl ich in meiner beruflichen Laufbahn in den praktischen Anforderungen kommerzieller und industrieller Steuerungssysteme verwurzelt bin, war ich auf der Suche nach Möglichkeiten, leistungsfähigere und offenere Geräte in industrielle Anwendungen einzubinden.
Meine Liebe zum praktischen Außendienst veranlasste mich, Bicknell Heating & Cooling in der Gegend von Cincinnati zu gründen. Wir unterstützen alle Arten von Kunden mit Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen (HLK), wobei wir hauptsächlich traditionelle Produkte verwenden. Dieser Artikel beschreibt, wie wir moderne industrialisierte Arduino-Mikrocontroller zum Betrieb von Klimageräten, Kühlern, Heißwassersystemen und mehr eingesetzt haben.
Eine Vielzahl von Mikrocontrollern
Es gibt viele Arten von dedizierten Mikrocontrollern, die zum Betrieb von Geräten verwendet werden, und es gibt auch eine Vielzahl von speicherprogrammierbaren Steuerungen (PLCs). Diese funktionieren alle gut, aber ihnen fehlt die Offenheit der heutigen Allzweck-Controller. Wenn es um diese „offenen“ Controller geht, gibt es viele Optionen für Mikrocontroller für Verbraucher und Bastler, und einige sind sogar leicht „industrialisiert“.
Ich habe verschiedene Arten von Mikrocontrollern bei verschiedenen persönlichen Projekten ausprobiert, z. B. bei der Modernisierung der Steuerung auf meinem Boot. Die Flexibilität war gut, ich konnte moderne Programmiersprachen und Methoden wie C++ und „Sketches“ anwenden und die Materialkosten waren minimal.
Besonders wichtig für heutige Anwendungen ist die Möglichkeit, mobile Geräte oder einen Browser mit Mikrocontrollern zu verbinden, um auf Daten zur Visualisierung und Analyse zuzugreifen. Eine Möglichkeit besteht darin, Webseiten direkt auf dem Controller zu hosten. Eine andere Möglichkeit besteht darin, externe Software zu verwenden, die auf einem PC oder Mobilgerät ausgeführt wird, um auf die Mikrocontrollerdaten zuzugreifen und diese dann nach Bedarf anzuzeigen und zu bearbeiten. Ich hatte gute Erfolge mit der plattformübergreifenden schnellen Anwendungsentwicklungsumgebung Xojo, um dies zu tun.
Doch selbst angesichts der vielen Vorteile von Mikrocontrollern wusste ich, dass ihre Haltbarkeit fragwürdig war und es problematisch sein könnte, sie an die typischen Spannungs- und Stromsignalpegel anzuschließen, die bei standardmäßigen Industrieinstrumenten verwendet werden. Nichts, was ich gefunden hatte, überzeugte mich, dass diese Arten von Controllern für industrielle Anwendungen geeignet wären.
Auf der Suche nach einem harten offenen Controller
Nach weiteren Recherchen stellten mein Team und ich fest, dass ein Anbieter von Industrieautomatisierung einen Arduino-kompatiblen Controller entwickelt und in einem Formfaktor verpackt hatte, der mit seiner Reihe von SPS-E/A-, Kommunikations- und anderen Modulen kompatibel war (Abbildung 1). Die Open-Source-Arduino-Software macht es einfach, Code zu schreiben und ihn auf eine kompatible Computerplatine hochzuladen.
Mit dieser Lösung von AutomationDirect können Benutzer wie ich die Vorteile moderner Programmiermethoden nutzen und eine spezialisierte grafische Programmiersprache verwenden, die in der Steuerung enthalten ist. Wir können physische Sensoren und gesteuerte Geräte mit typischen Industriesignalen und bewährten Modulen verbinden und sogar das Beste aus vielen Arten von spezialisierten Arduino-„Shield“-Modulen für andere Zwecke machen.
Erstellen eines offenen Gebäudeautomationssystems
Unser Team war bereits sehr vertraut mit der Verwendung kommerziell erhältlicher, proprietärer HLK-Steuerungsplattformen, die zuverlässig sind, aber teuer und etwas überspezialisiert sein können. Wir hatten auch viel Erfahrung mit herkömmlichen SPSen, die sicherlich für HLK-Steuerungsanwendungen verwendet werden können. Nachdem wir jedoch die Fähigkeiten der gezielten offenen SPS-Controller-Produktlinie von AutomationDirect untersucht hatten, waren wir zuversichtlich, dass diese Arduino-kompatible Plattform die von uns gewünschte offene Flexibilität in Kombination mit den robusten Eigenschaften etablierter SPS-Systeme aufweisen würde.
Unser erstes Projekt war die Re-Automatisierung des HVAC-Systems einer nahe gelegenen Schule. HLK-Projekte müssen viele Arten von Sensoren für Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Luftstrom und mehr überwachen. Sie müssen auch Geräte wie Magnetspulen und Ventile steuern. An einigen Standorten wurden Frequenzumrichter für die Lüfter- und Pumpensteuerung benötigt (Abbildung 2). Es wurde eine Vielzahl von Bedienfeldern benötigt, und das Team konnte alle Arten von erforderlichen Geräten von einem Lieferanten beziehen, was den Design-, Beschaffungs- und Fertigungsaufwand beschleunigte.
Für dieses Projekt haben wir die folgenden Geräte und verpackten Systeme automatisiert (Abbildung 3):
15 Lüftungsgeräte (Zuluftventilatoren mit Heiz- und/oder Kühlschlangen)
eine Kältemaschine
zwei Dampfkessel
vier Heißwasserkessel
mehrere Wasserversorgungspumpen.
Die gesamte Logik wurde entwickelt, um innerhalb der ausgewählten offenen SPS-Steuerungen ausgeführt zu werden. Die Steuerungslogik war für uns gut geeignet, um unsere eigenen Temperaturregelungsalgorithmen zu erstellen, einschließlich einer Wetter-Reset-Funktion, die es dem System ermöglicht, sich an das Außenklima anzupassen. In vielerlei Hinsicht waren die Steuerungsergebnisse besser als das, was wir mit anderen gängigen, aber dedizierten handelsüblichen Mikrocontrollern erlebt hatten.
Ein PC mit Visual Basic – wie Xojo – bot ein überwachendes Frontend, damit die Bediener die Systemfunktionen visualisieren und Sollwerte anpassen konnten.
Das System wurde schnell in Betrieb genommen, und da es sich bei dem Standort um eine Betriebsschule handelte, war es notwendig, die letzten Einschaltungen größtenteils außerhalb der Geschäftszeiten durchzuführen. Wir stellten fest, dass die E/A-Überprüfungen unkompliziert waren, genau wie sie es für eine SPS gewesen wären.
Das Kontrollsystem hat zuverlässig funktioniert; es gibt viel Kapazität zum Erweitern; und das Schulpersonal fand das System einfach zu bedienen. Wir nutzen das System jetzt zur Visualisierung und Steuerung vor Ort. In Zukunft können wir weitere gesteuerte Systeme hinzufügen und sogar die Betriebsmöglichkeiten erweitern. Derzeit erfolgt der Fernzugriff über Google Desktop. Das funktioniert sehr gut, aber das Hinzufügen eines Fernzugriffs direkt zur Steuerungsplattform wäre auch einfach gewesen. Alle Fernzugriffsbemühungen erfordern eine sorgfältige Berücksichtigung der Cybersicherheit.
Moderne Flexibilität, traditionelle Robustheit
Manchmal beinhaltet die beste Antwort der Automatisierungstechnik relativ dedizierte Produkte und Lösungen, die manchmal als „zweckdienlich“ bezeichnet werden, aber diese Lösungen sind oft teuer und unflexibel. Um diese und andere Probleme anzugehen, bevorzugen die heutigen Benutzer modernere und offenere Designs, die mit einer Vielzahl anderer Systeme verbunden werden können, außergewöhnlich flexibel sind und viel Platz zum Wachsen haben.
Für die Arten von HLK-Systemen, die unser Unternehmen regelmäßig automatisiert, haben wir festgestellt, dass diese Arduino-kompatible offene SPS-Steuerungsplattform leistungsfähig und ein hervorragendes Preis-Leistungs-Verhältnis bietet. Wir können moderne Programmiersprachen und -methoden verwenden, um eine fortschrittliche Steuerung bereitzustellen, während wir mithilfe bewährter E/A-Module und Signalisierung eine Verbindung zu allen Arten von Feldgeräten herstellen.
Obwohl unsere Erfahrungen mit dieser Plattform bisher nur mit HVAC-Systemen gemacht wurden, sind wir zuversichtlich, dass ihre Vorteile auch für andere Arten von kommerziellen und industriellen Anwendungen von Bedeutung sein werden.
Alle Abbildungen mit freundlicher Genehmigung von AutomationDirect und dem Autor.
Dieses Feature erschien ursprünglich in der
April-Ausgabe des Magazins InTech .
