Một công ty HVAC đang tìm kiếm các lợi thế điều khiển máy hiện đại đã tìm thấy giải pháp là bộ điều khiển PLC mở tương thích với Arduino.
Giống như nhiều nhà sản xuất và người có sở thích thời hiện đại, tôi luôn được truyền cảm hứng bởi khả năng của máy tính công nghệ cao và tự động hóa. Mặc dù quá trình làm việc của tôi đã giúp tôi bắt nguồn từ nhu cầu thực tế của các hệ thống điều khiển thương mại và công nghiệp, nhưng tôi vẫn đang tìm cách hợp nhất các thiết bị mở và có khả năng hơn vào các ứng dụng công nghiệp.
Niềm yêu thích công việc thực tế tại hiện trường đã khiến tôi thành lập Hệ thống sưởi & Làm mát Bicknell ở khu vực Cincinnati. Chúng tôi hỗ trợ tất cả các loại khách hàng có nhu cầu sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí (HVAC) bằng cách sử dụng hầu hết các sản phẩm truyền thống. Bài viết này mô tả cách chúng tôi sử dụng bộ vi điều khiển Arduino công nghiệp hóa hiện đại để vận hành bộ xử lý không khí, máy làm lạnh, hệ thống nước nóng, v.v.
Vô số vi điều khiển
Có nhiều loại vi điều khiển chuyên dụng được sử dụng để vận hành thiết bị và cũng có nhiều loại bộ điều khiển logic khả trình (PLC). Tất cả đều hoạt động tốt, nhưng chúng thiếu tính mở của các bộ điều khiển đa năng ngày nay. Khi nói đến các bộ điều khiển “mở” này, có nhiều tùy chọn cho các bộ vi điều khiển cấp độ người tiêu dùng và người có sở thích, và một số thậm chí còn được “công nghiệp hóa” nhẹ.
Tôi đã thử một số loại vi điều khiển trong các dự án cá nhân khác nhau, chẳng hạn như hiện đại hóa bộ điều khiển trên thuyền của tôi. Tính linh hoạt rất tốt và tôi có thể sử dụng các phương pháp và ngôn ngữ lập trình hiện đại như C ++ và “bản phác thảo” và chi phí vật liệu là tối thiểu.
Đặc biệt quan trọng đối với các ứng dụng ngày nay là khả năng kết nối thiết bị di động hoặc trình duyệt với bộ vi điều khiển để truy cập dữ liệu để trực quan hóa và phân tích. Một tùy chọn là lưu trữ các trang web ngay trên bộ điều khiển. Một cách khác là sử dụng phần mềm bên ngoài chạy trên PC hoặc thiết bị di động để truy cập dữ liệu của vi điều khiển, sau đó hiển thị và thao tác trên dữ liệu đó khi cần. Tôi đã đạt được thành công tốt đẹp khi sử dụng môi trường phát triển ứng dụng nhanh đa nền tảng Xojo để thực hiện việc này.
Tuy nhiên, ngay cả khi xem xét nhiều lợi ích của bộ vi điều khiển, tôi biết độ bền của chúng là đáng ngờ và có thể gặp khó khăn khi kết nối chúng với các mức tín hiệu dòng điện và điện áp điển hình được sử dụng với các thiết bị công nghiệp tiêu chuẩn. Không có gì tôi tìm thấy thuyết phục tôi rằng những loại bộ điều khiển này sẽ phù hợp với các ứng dụng công nghiệp.
Tìm một bộ điều khiển mở khó khăn
Sau khi nghiên cứu thêm, nhóm của tôi và tôi phát hiện ra một nhà cung cấp tự động hóa công nghiệp đã phát triển một bộ điều khiển tương thích với Arduino và đóng gói nó trong một yếu tố hình thức tương thích với dòng I/O PLC, giao tiếp và các mô-đun khác của họ (Hình 1). Phần mềm Arduino mã nguồn mở giúp dễ dàng viết mã và tải nó lên bảng máy tính tương thích.
Với giải pháp này từ AutomationDirect, những người dùng như tôi có thể tận dụng các phương pháp lập trình hiện đại và sử dụng ngôn ngữ lập trình đồ họa chuyên dụng đi kèm với bộ điều khiển. Chúng ta có thể kết nối các cảm biến vật lý và các thiết bị được điều khiển bằng cách sử dụng các tín hiệu công nghiệp điển hình và các mô-đun đã được chứng minh, thậm chí tận dụng tối đa nhiều loại mô-đun “lá chắn” Arduino chuyên dụng cho các mục đích khác.
Tạo một hệ thống tự động hóa tòa nhà mở
Nhóm của chúng tôi đã rất quen thuộc với việc sử dụng các nền tảng điều khiển HVAC độc quyền, có sẵn trên thị trường, đáng tin cậy nhưng có thể đắt tiền và hơi chuyên môn hóa. Chúng tôi cũng đã có nhiều kinh nghiệm với PLC truyền thống, chắc chắn có thể được sử dụng cho các ứng dụng điều khiển HVAC. Tuy nhiên, sau khi điều tra các khả năng của dòng sản phẩm bộ điều khiển PLC mở được nhắm mục tiêu của AutomationDirect, chúng tôi tin tưởng rằng nền tảng tương thích với Arduino này sẽ có tính linh hoạt mở mà chúng tôi muốn kết hợp với các đặc điểm mạnh mẽ của các hệ thống PLC đã được thiết lập.
Dự án đầu tiên của chúng tôi là tái tự động hóa hệ thống HVAC của một trường học gần đó. Các dự án HVAC cần giám sát nhiều loại cảm biến về nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, luồng không khí, v.v. Họ cũng cần điều khiển các thiết bị như solenoids và van. Ở một số địa điểm, cần có bộ truyền động thay đổi tốc độ để điều khiển quạt và bơm (Hình 2). Cần có nhiều bảng điều khiển khác nhau và nhóm có thể tìm nguồn tất cả các loại thiết bị cần thiết từ một nhà cung cấp, đẩy nhanh các nỗ lực thiết kế, mua sắm và chế tạo.
Đối với dự án này, chúng tôi đã tự động hóa các thiết bị và hệ thống đóng gói sau (Hình 3):
15 bộ xử lý không khí (là quạt cung cấp các cuộn dây sưởi ấm và/hoặc làm mát)
một máy làm lạnh
hai nồi hơi
bốn nồi hơi nước nóng
một số máy bơm cấp nước.
Tất cả logic được phát triển để chạy trong các bộ điều khiển PLC mở đã chọn. Logic của bộ điều khiển rất phù hợp để chúng tôi tạo ra các thuật toán kiểm soát nhiệt độ của riêng mình, bao gồm chức năng thiết lập lại thời tiết cho phép hệ thống thích ứng với khí hậu bên ngoài. Theo nhiều cách, kết quả điều khiển tốt hơn so với những gì chúng tôi đã trải nghiệm với các bộ vi điều khiển thông thường nhưng chuyên dụng khác có sẵn.
Một PC chạy Visual Basic–như Xojo đã cung cấp giao diện người dùng giám sát để người vận hành có thể trực quan hóa chức năng hệ thống và điều chỉnh các điểm đặt.
Hệ thống được đưa vào vận hành nhanh chóng và vì địa điểm này là một trường học đang hoạt động nên cần phải thực hiện các bước cắt cuối cùng phần lớn trong giờ nghỉ. Chúng tôi nhận thấy rằng việc kiểm tra I/O diễn ra đơn giản, giống như đối với PLC.
Hệ thống điều khiển đã hoạt động đáng tin cậy; có nhiều khả năng mở rộng; và nhân viên nhà trường đã nhận thấy hệ thống này dễ sử dụng. Chúng tôi hiện đang sử dụng hệ thống để trực quan hóa và kiểm soát tại chỗ. Trong tương lai, chúng tôi có thể thêm nhiều hệ thống được kiểm soát hơn và thậm chí mở rộng khả năng vận hành. Hiện tại, truy cập từ xa được thực hiện bằng Google Desktop. Điều này hoạt động rất tốt, nhưng việc thêm quyền truy cập từ xa trực tiếp vào nền tảng điều khiển cũng sẽ rất dễ dàng. Mọi nỗ lực truy cập từ xa đều cần xem xét cẩn thận về an ninh mạng.
Linh hoạt hiện đại, mạnh mẽ truyền thống
Đôi khi, câu trả lời tốt nhất về kỹ thuật tự động hóa liên quan đến các sản phẩm và giải pháp tương đối chuyên dụng, đôi khi được gọi là “phù hợp với mục đích”, nhưng những giải pháp này thường đắt tiền và không linh hoạt. Để giải quyết những vấn đề này và các vấn đề khác, người dùng ngày nay thích các thiết kế mở và hiện đại hơn, có thể kết nối với nhiều hệ thống khác, đặc biệt linh hoạt và có nhiều chỗ để phát triển.
Đối với các loại hệ thống HVAC mà công ty chúng tôi thường xuyên tự động hóa, chúng tôi nhận thấy nền tảng bộ điều khiển PLC mở tương thích với Arduino này có khả năng và giá trị tuyệt vời. Chúng tôi có thể sử dụng các phương pháp và ngôn ngữ lập trình hiện đại để cung cấp khả năng điều khiển nâng cao, đồng thời kết nối với tất cả các loại thiết bị hiện trường bằng cách sử dụng các mô-đun I/O đã được chứng minh và báo hiệu.
Mặc dù kinh nghiệm của chúng tôi với nền tảng này cho đến nay chỉ là với các hệ thống HVAC, nhưng chúng tôi tin rằng những lợi thế của nó cũng sẽ rất quan trọng đối với các loại ứng dụng thương mại và công nghiệp khác.
Tất cả các số liệu lịch sự của AutomationDirect và tác giả
Tính năng này ban đầu xuất hiện trong
số tháng 4 của tạp chí InTech .
