Мы побывали на крупной птицефабрике в Татарстане. Интегратор из Казани — «Умные системы» — реализовал здесь несколько проектов: автоматизацию дезинфекционного барьера на въезде, диспетчеризацию микроклимата птичников, а также мониторинг комбикормового завода и системы водоподготовки.
Ниже разберем, как устроена каждая из этих систем.
Дезинфекционный барьер: автоматизация санитарного контроля на въезде
Исходная проблема
На посту охраны работает один человек. Его задача — пропустить машину и обеспечить обработку колес и кузова в дезинфицирующей рамке.
Ранее оператор вручную включал опрыскивание. Человеческий фактор создавал две потенциальные проблемы:
машину могли пропустить без обработки;
обработку могли включить «для вида» на несколько секунд вместо полноценного цикла.
Руководство контролировало процесс по камерам и в итоге решило оставить человека только на контроле доступа.
Архитектура узла
В узле дезинфекционного барьера используются:
контроллер Wiren Board 7;
три релейных модуля WB-MRPS6/S;
модуль дискретных входов WBIO-DI-WD-14.
На въезде и выезде установлены автоматические ворота. Качественная обработка транспорта возможна только в закрытом помещении, где формируется аэрозольное облако дезинфицирующего раствора. Поэтому во время обработки ворота должны быть закрыты.
Перед въездными воротами дополнительно установлен шлагбаум. Он выполняет функцию безопасности и не дает водителю заехать в зону обработки раньше времени. Шлагбаум открывается только после полного открытия ворот.
Шлагбаум и ворота на объекте уже были установлены вместе со штатными системами управления. Их положение считывается по специальным контактам. У шлагбаума предусмотрен контакт только нижнего положения, поэтому интегратор дополнительно установил магнитные датчики верхнего положения.
Также у шлагбаума есть фотоэлементы, которые не позволяют ему закрыться при наличии препятствия. Состояние фотоэлементов передается в систему через сухой контакт.
Логика сценария
Пропуск на машину оформляют в административном корпусе.
Охранник проверяет документы, вносит данные в журнал и прикладывает карту к считывателю. После идентификации замыкается сухой контакт, разрешающий доступ. Такой метод позволяет интегрировать считыватель в сценарий автоматизации без передачи чувствительных данных из СКУД.
Далее система работает по следующему сценарию:
Контроллер открывает въездные ворота.
После полного открытия ворот открывается шлагбаум.
Уже в момент открытия ворот включается опрыскивание — система заранее формирует аэрозольное облако.
Загорается зеленый сигнал первого светофора, машина заезжает в зону обработки.
Въездные ворота и шлагбаум закрываются.
После этого запускается цикл обработки:
опрыскивание — 5 минут;
выдержка — 5 минут.
Затем открываются выездные ворота и загорается зеленый сигнал второго светофора.
Контроллер через релейные модули управляет шлагбаумом, двумя воротами, двумя светофорами и насосной системой. Защита насоса от сухого хода обеспечивается штатной автоматикой.
Веб-интерфейс
Интегратор разработал собственное веб-приложение для этой системы автоматизации. В дальнейшем интерфейс планируют перенести на инструменты IntraSCADA.
Через веб-интерфейс можно:
видеть факт въезда машины;
отслеживать текущий этап цикла обработки;
видеть таймер до окончания обработки;
менять время опрыскивания и выдержки;
контролировать количество завершенных циклов;
включать сервисные режимы.
Система также ведет полный журнал событий. Если ворота не закрываются из-за механической неисправности — например, намотало трос, — это сразу видно по журналу.
Дополнительные фото
Микроклимат: объединение разнородных контроллеров
Основное направление работы интегратора — диспетчеризация микроклимата на птицефабриках. Параметры микроклимата напрямую влияют на производительность предприятия, поэтому важно контролировать корректность работы инженерных систем, оснащенных собственными системами автоматического управления.
С 2007 года автоматизацию птицеводства активно субсидировали. За это время на предприятиях появилось несколько поколений систем управления микроклиматом от разных производителей.
У одной птицефабрики обычно есть десятки территориально разнесенных отделений, поэтому на одном предприятии нередко встречаются от трех до семи различных систем микроклимата, построенных на контроллерах разных производителей — немецких, голландских, израильских и других.
В своих проектах «Умные системы» встречали решения от Big Dutchman (MC-135, Viper, Viper Pro, Viper Touch), Fancom (F38, F40), Stienen (PL-9200, PL-9400), Rotem / Plasson (AC-2000), Exafan (DNA, DNB, DNS), Hotraco (Orion-PP), а также системы «РЕЗЕРВ» («Климат-2000»), ОВЕН, Siemens и Schneider Electric.
Инженеры интегратора научились извлекать необходимые данные из этих контроллеров и составили собственную библиотеку параметров.
Кроме того, они разработали собственные платы обмена данными. Эти платы преобразуют внутренние интерфейсы и протоколы контроллеров в Modbus RTU (RS-485).
Ситуацию дополнительно усложняют требования биологической безопасности. Родительское стадо может находиться за сотни километров от бройлерных площадок, поэтому задача интегратора — объединить данные со всех площадок в единую систему диспетчеризации. Обмен данными между объектами проходит по защищенным соединениям.
Помимо микроклимата в ту же систему IntraSCADA собирают данные других инженерных систем предприятия: водозаборных узлов (ВЗУ), канализационно-насосных станций (КНС), комбикормового завода (ККЗ) и других объектов, где требуется мониторинг параметров.
Такая архитектура позволяет одному зоотехнику контролировать микроклимат сразу на нескольких площадках или отделениях и помогает рациональнее использовать дефицитные кадры.
В системах диспетчеризации микроклимата используются:
контроллеры Wiren Board 7/8;
модули Wiren Board для ввода-вывода;
преобразователи RS-485 WB-MGE v.3 (в новых проектах применяются версии v.3 с физическим разделением двух шин RS-485, что удобно при работе с проприетарными протоколами).
Что именно собирают
В системе диспетчеризации выводятся следующие параметры:
температура (внутренняя, наружная);
влажность;
давление;
концентрация CO₂;
режимы вентиляции;
положение заслонок;
состояние вентиляторов;
подача воды и корма;
суточное потребление воды и корма;
количество голов в стаде и показатели смертности;
аварии и предупреждения;
температура в шкафах хранения вакцин и в инкубаторе.
На практике система собирает значительно больше параметров — здесь перечислены лишь основные.
Интерфейс строится по участкам и отделениям, с графиками параметров и журналом аварий.
Объем телеметрии относительно небольшой, поэтому для хранения данных на контроллерах Wiren Board обычно достаточно встроенной памяти. На контроллерах данные буферизуются и сохраняются даже при временном отсутствии связи.
Дополнительные доработки
Существующие системы управления не всегда контролируют фактическое состояние оборудования. Например, система может считать, что вентилятор включен, хотя у него отказал двигатель. Проблема становится заметной только тогда, когда температура в птичнике уже начинает выходить за пределы нормы. Это приводит к запоздалой реакции на аварии.
Чтобы обнаруживать такие ситуации раньше, интегратор дополнительно контролирует параметры работы оборудования. Например, с вентиляторов снимают электрические параметры — ток, напряжение и коэффициент мощности — с помощью модулей измерения электроэнергии WB-MAP3E или WB-MAP6S.
SCADA сравнивает эти значения с номинальными характеристиками двигателя и формирует аварийные сообщения. Такой контроль позволяет выявить проблему заранее и избежать аварийной ситуации.
Если в корпусе нет счетчиков воды или датчиков уровня корма, их добавляют и подключают через импульсные входы к системе диспетчеризации.
Дополнительные фото
Диспетчеризация комбикормового завода
Контроллер Wiren Board собирает сигналы с датчиков и оборудования. Непосредственно на контроллере работает SCADA-система, которая обрабатывает полученные данные, отображает параметры оборудования и формирует события.
Часть метрик затем передается через встроенный модем 3G/4G в центральную SCADA предприятия.
Дополнительные фото
Водоподготовка: насосы и частотники
Последний узел на посещенном объекте — система водоподготовки.
В щите установлены:
модуль дискретных входов WBIO-DI-WD-14;
релейный модуль WB-MR6C v.2;
два измерителя параметров электроэнергии WB-MAP3ET;
два аппаратных ПИД-регулятора ОВЕН ТРМ10 с Modbus RTU.
Скважинный насос подключен через частотный преобразователь, связь с частотником осуществляется по Modbus RTU.
Два повысительных насоса работают в каскадном режиме и поддерживают стабильное давление в водопроводе. Если достаточно одного насоса, работает один. При увеличении расхода подключается второй. Система также обеспечивает равномерную выработку моточасов насосами. В случае отказа одного из них нагрузка автоматически перекладывается на исправный.
ПИД-регуляторы ОВЕН ТРМ10 формируют уставку для частотных преобразователей. К регуляторам подключены датчики давления, а по Modbus считываются значения давления и вычисленная уставка.
Состояние насосов контролируется по электрическим параметрам. Для этого на линиях питания частотников установлены измерители WB-MAP3ET, по которым система определяет работоспособность оборудования.
Дополнительные фото
Глобальная цель
Однако у интегратора есть и более долгосрочная цель — оптимизация процесса выращивания птицы. Этот процесс зависит как от кормления и поения, так и от параметров микроклимата.
Изменяя эти параметры, можно выйти на оптимальное соотношение затрат и выхода готовой продукции. Существуют научно обоснованные методики выращивания птицы, и сбор данных позволяет оценить, насколько точно они соблюдаются на практике.
По мере накопления статистики появляется возможность применять математические методы для анализа и оптимизации технологического процесса. Пока это скорее задел на будущее.
