ELABORAREA SISTEMULUI ELECTRONIC DE AUTOMATIZARE ȘI MONITORIZARE A UNUI SET DE CAMERE FRIGORIFICE ÎN BAZA CONCEPTULUI IoT [305785]

Universitatea Tehnică a Moldovei

ELABORAREA SISTEMULUI ELECTRONIC DE AUTOMATIZARE ȘI MONITORIZARE A UNUI SET DE CAMERE FRIGORIFICE ÎN BAZA CONCEPTULUI IoT

Student: [anonimizat]:

conf. univ., dr. Secrieru Nicolae

Chișinău – 2019

[anonimizat] a Moldovei

Program de master ,,Sisteme și Comunicații Electronice”

Admis la susținere

Șef de catedră: conf.dr.ing. Nicolaev Pavel

,,__”_____________ 2019

ELABORAREA SISTEMULUI ELECTRONIC DE AUTOMATIZARE ȘI MONITORIZARE A UNUI SET DE CAMERE FRIGORIFICE ÎN BAZA CONCEPTULUI IoT

Teză de master

Masterand:___________________(Efros Gheorghe)

Conducător:__________________(Secrieru Nicolae)

Chișinău – 2019

Universitatea Tehnică a Moldovei

FACULTATEA Electronică și Telecomunicații

Programul de master Sisteme și Comunicații Electronice

AVIZ

La teza de master

Tema Elaborarea sistemului electronic de automatizare și monitorizare a unui set de camera frigorifice în baza conceptului IoT

Masterand: [anonimizat] 181M

1.Actualitatea temei Monitorizarea operative a camerelor frigorifice este foarte actuală din punct de vedere securității alimentare

2.Caracteristica tezei de master Teza prezintă o dezvoltare și o aprofunzime a tezei de licență. Necesitatea de monitorizare și automatize controlul distribuit al camerelor frigorifice este foarte actuală.

3.[anonimizat].

4.Estimarea rezultatelor obținute Autorul a analizat posibilitatea de monitorizare a [anonimizat], s-a argumentat că IoT este modalitatea cea mai reușită. [anonimizat] a problemei.

5.[anonimizat], figure, tabele.

6.Calitatea materialului grafic În linii mari materialul este amenajat satisfăcător.

7.Valoarea practică a [anonimizat] a camerelor frigorifice.

8.Observații și recomandări Unele compartimente a [anonimizat] o descriere formalizată.

9.Caracteristica masterand: [anonimizat], capabil să soluționeze probleme de acest nivel.

Conducătorul

tezei de master: conf.univ.dr._____________________________Secrieru Nicolae

REZUMAT

În cadrul lucrării date a fost proiectat un sistem electronic pentru automatizarea și monitorizarea unui ansamblu de camera frigorifice pentru refrigerarea și păstrarea produselor. Sistemul proiectat reprezintă o [anonimizat] a [anonimizat] a produsului.

Implementarea acestui proiect presupune o [anonimizat]: [anonimizat], [anonimizat] a calității produsui păstrat. Un alt factor important este monitorizarea continuă a procesului de lucru a utilajului precum și posibilitatea de modificare a unor parametric de lucru.

Punerea în funcțiune a proiectului dat presupune costuri inițiale mai mari dar care rapid se vor răscumpăra, datorită monitorizării factorilor și parametrilor de lucru a instalației și excluderii defectelor spontane ale componentelor sistemului frigorific dar și posibilitatea planificării lucrărilor de mentenanță corespunzătoare.

SUMMARY

In the given work was designed an electronic system for the automation and monitoring of a refrigeration chamber assembly for refrigeration and storage of products. The designed system represents a necessity for the owners of refrigerated warehouses, because the given system has absolute control over the working process of the refrigeration installation, which leads to maintaining vital parameters for the correct storage and refrigeration of the product.

The implementation of this project implies a lot of advantages, such as: the reduction of maintenance costs, increased reliability, energy consumption, increased quality of the preserved product. Another important factor is the continuous monitoring of the working process of the machine and the possibility of modifying some working parameters.

The commissioning of the given project implies higher initial costs but which will quickly be redeemed, due to the monitoring of the working factors and parameters of the installation and the exclusion of spontaneous defects of the components of the refrigeration system but also the possibility of planning the corresponding maintenance work.

CUPRINS

INTRODUCERE……………………………………………………………………………………………………………2

Cap. I SISTEME DE MONITORIZARE TELEGHIDATE

Rolul sistemelor de automatizare și monitorizare a proceselor ……………………………………………….3

Necesitatea monitorizării funcționării instalațiilor frigorifice…………………………………………………4

Analiza conceptului IoT în rolul sistemelor de automatizare și monitorizare…………………………….7

Formularea sarcinilor de cercetare/proiectare…………………………………………………………………….12

Cap. II ELABORAREA SISTEMULUI ELECTRONIC DE MONITORIZARE BAZAT PE CONCEPTUL IoT

2.1 Schema de structură a sistemului de monitorizare și automatizare…………………………………………13

2.2 Proiectarea conceptuală a sistemului de monitorizare………………………………………………………….19

2.3 Cercetarea modalităților de elaborare a soft-ului pentru sistemul de monitorizare……………………23

2.4 Elaborarea web-serverului local pentru conexiunea IoT………………………………………………………26

2.5 Bazele de date pentru serverul IoT……………………………………………………………………………………39

2.6 Concluzii………………………………………………………………………………………………………………………33

Cap. III IMPLEMENTAREA SISTEMULUI ELECTRONIC DE MONITORIZARE A UNUI SET DE CAMERE FRIGORIFICE COMERCIALE

3.1 Realizarea schemei de structură a sistemului de monitorizare și automatizare………………..…34

3.2 Elaborarea web-serverului în baza controlerului Siemens S7-1200……………………………………….40

3.3 Elaborarea bazei de date pentru serverul IoT a sistemului de monitorizare……………………………..43

Concluzii………………………………………………………………………………………………………………………..47

Bibliografie…………………………………………………………………………………………………………………….49

INTRODUCERE

Automatizarea unui proces este esențială pentru a creșterea productivității, scăderea consumului de energie, creșterea eficienței întreprinderii și pentru diminuarea pierderilor de producție sau depozitare. În depozitele frigorifice, depozitele de legume și fructe este necesar a se menține anumiți parametri de temperatură și umiditate.Abaterea de acești parametri duce la pierderea calității produsului depozitat.

Odată cu automatizarea sistemului frigorific apare și necesitatea monitorizării acestuia, prin care are loc informarea departamentului tehnic despre starea funcțională a sistemului frigorific. În cazul în care mai este necesară ajustarea parametrilor de lucru în funcție de o anumită perioadă din an sau funcție de gradul de maturitate al produselor, sunt nevoie de niște rapoarte de temperatură și umiditate și intervenția cât mai rapidă în modificarea acestor parametric.

În acest caz apare necesitatea utilizării unui sistem de monitorizare de la distanță, sistem care oferă instantaneu informații despre temperatură și umiditate din care pot fi extrase valori de analiză. În plus, sistemul de monitorizare de la distanță ajută la modificarea parametrilor de lucru direct de la un computer fără a fi necesară prezența personalului la sistemul monitorizat.

La camerele frigorifice pentru păstrarea legumelor și fructelor în care umeditatea și temperatura sunt vitale pentru păstrarea îndelungată a produselor în stare proaspătă este necesară o monitorizare continuă. În cadrul acestui proiect se va proiecta un sistem de monitorizare la distanță a unui set de camere frigorifice pentru a avea acces mereu la instalația frigorifică. Chiar dacă suntem la birou, într-o călătorie de afaceri sau în vacanță, avem nevoie să cunoaștem sigur dacă sistemul functionează corect. Nu este necesar să contactăm angajații ci doar să ne conectăm printr-o conexiune la Internet direct la sistemul nostru de monitorizare și să urmărim instalația și produsul pus la păstrare.

Pentru elaborarea acestui proiect este nevoie mai întâi de analizat principiul de funcționare a instalației frigorifice dar și nuanțele de lucru. Apoi urmează alegerea senzorilor și sondelor corespunzătoare, și deja este partea de programare a controlerului de bază a sistemului. Sistemul este proiectat pentru automatizarea și monitorizarea procesului de refrigerare, păstrare a produselor în camere frigorifice. Programarea controlerului de bază are loc în softul TIA Portal, este un soft elaborat de către Siemens și este unul cu plată, al cărui preț variază de la 500$ până la 2500$, în dependență de instrumentariul ce-l conține softul.

Persectiva de bază rămâne implementarea proiectul dat pentru instalație concretă.

I SISTEME DE MONITORIZARE TELEGHIDATE

1.1 Rolul sistemelor de automatizare și monitorizare a proceselor complexe

Automatizare proceselor tehnologice prezintă un domeniu multidisciplinar care combină ingineria mecanică și ingineria electrică, ca parte a științei inginerești, care folosește metode ce duc la automatizarea mașinăriilor și instalațiilor tehnologice pentru funcționarea independentă a acestora.

Procesul de automatizare a făcut un pas important odată cu dezvoltarea componentelor senzorice și progresele prelucrării primare a semnalelor electronice. Automatizarea proceselor a dus la micșorarea semnificativă a riscului uman, a înlăturat factorul uman din cadrul proceselor stresante și dăunătoare, reducerea cheltuielilor de personal, precum și creșterea calității și productivității muncii. Activitățile umane sunt dirijate pentru eliminarea interferențelor și a altor activități de detecție a defectelor ce pot apărea în timpul proceselor tehnologice.

Tehnica de automatizare este o disciplină independentă, cu aplicabilitate în toate domeniile tehnologice:

Măsurarea
Pentru majoritatea mărimilor fizice au fost dezvoltate proceduri speciale de automatizare. Aceasta a condus la proiectarea și producerea unei varietăți de senzori.

Comanda
Această activitate a fost digitalizată, în locul legăturilor fixe între senzori și elementele de execuție este folosit un sistem flexibil bazat pe un controler liber programabil (PLC).

Reglarea
Toate relațiile cauză-efect într-o buclă de control sunt independente de folosință și au fost examinate independent de domeniul de utilizare pentru a avea o aplicativitate cât mai largă. Au fost găsite o mulțime de soluții pentru cazuri specifice de utilizare.

Comunicarea
Cu cât este mai avansat gradul de automatizare a procesului tehnologic, cu atât mai numeros este necesarul de senzori și elemente de execuție. Pentru comunicarea între aceste elemente au fost create rețele de tip fieldbus, adică rețele locale cum ar fi: PROFIBUS, INTERBUS, AS-INTERFACE, sisteme Ethernet în timp real, cum ar fi PROFINET și EtherCAT și sisteme fără fir. Necesitatea conexiunii de mare viteză în mașini si instalații au dus la dezvoltarea sistemelor locale închise care lucrează pentru prelucrarea informației în timp real, fără întârzieri.

Interfața om-mașină

Rolul operatorului în deservirea mașinii sau a instalației este analizat anterior. Operatorul trebuie să fie informat suficient, în timp real și fără abateri privind condițiile de funcționare pentru luarea deciziilor corecte și instantanee. Panoul de comandă trebuie să fie ușor accesibil și intuitiv pentru o înțelegere mai corectă.

Siguranța
Respectarea normelor este o condiție prealabilă pentru crearea de mașinării și sisteme sigure. Tehnologia de automatizare este esențială în formularea acestor reguli. (ca exemplu poate fi protecția de explozie sau protecția la supra-încălzire)

Punerea în aplicare

Specialiștii în automatizare conlucrează cu constructorii de mașini și inginerii de proces. Pentru aceasta există metode verificate, precum schema de conducte și instrumente în instalații, ca un document de bază.

Aplicarea tehnologiei de automatizare a fost concepută la început în producție la scară largă, pe când acum sunt folosite atât pentru producții limitate cât și pentru piese individuale.
Limita sistemului automatizat este legat direct cu economicitatea acestuia. Automatizarea unor procese complexe este în cele mai multe ori posibilă, dar poate fi costisitoate din punct de vedere al utilizării roboților și mașinăriilor complicate, al căror programare costă mult prea scump. În alte cazuri este dictat de nivelul de salarizare din țările industriale occidentale, unde este mai ieftină munca robotizată decât cea umană, acest lucru este valabil în special pentru asamblările finale de produse. O altă limită a sistemului automatizat prezintă necesitatea de luare a deciziilor creative și flezibile în rezolvarea sarcinilor propuse pe care un sistem automatizat nu este în stare să-l rezolve.

Evoluția industriei este posibilă datorită dezvoltării sistemelor automatizate. Mașinile reduc munca monotonă și stresantă a factorului uman. Automatizarea proceselor nu este limitată doar in aplicațiile industriale dar sunt folosite și în zona de servicii, activitățile casnice și în viața de zi cu zi.

1.2 Necesitatea monitorizării funcționării instalațiilor frigorifice

Automatizarea unui proces este esențială pentru a crește productivitatea, pentru a scădea consumul de energie, pentru a crește eficiența și pentru a diminua pierderile de producție sau depozitare. În depozitele frigorifice, depozitele de legume și fructe este necesar a se menține anumiți parametri de temperatură și umiditate. A ieși din acești parametri poate duce la pierderea banilor investiți și chiar la faliment în funcție de natură și dimensiunea afacerii.

Odată cu automatizarea sistemului frigorific apare și necesitatea monitorizării acestuia, prin care are loc informarea în orice moment dacă sistemul funcționează corect, în parametrii impuși. În cazul în care mai este necesară ajustarea parametrilor de lucru în funcție de o anumită perioadă din an sau funcție de gradul de maturitate al produselor sau vechimii depozitării lor, sunt nevoie de niște rapoarte de temperatură și umiditate și intervenția cât mai rapidă în modificarea acestor parametri.

Monitorizarea se poate face local, dar asta ar impune prezența uneia sau a mai multor persoane care să urmărească datele, să le noteze, să le analizeze și să le stocheze pentru a evidenția corectitudinea procesului de lucru. Monitorizarea locala se face cu costuri mari (cheltuieli de personal pentru a nota și a analiza evoluția sistemului).

În acest caz apare necesitatea utilizării unui sistem de monitorizare de la distanță, sistem care oferă instantaneu date de temperatură și umiditate din care pot fi extrase valori de analiză. În plus, sistemul de monitorizare de la distanță ajută la modificarea parametrilor de lucru direct de la un computer fără a fi necesară prezența personalului la sistemul monitorizat.

Datorită faptului că un agent economic poate avea mai multe depozite frigorifice, amplasate aleatoriu pe întreg teritoriu al Republicii Moldova, sau chiar peste hotare, ar fi foarte comod si benefic monitorizarea parametrilor la distanță. Cel mai ieftin fiind prin intermediul rețelei globale.

La camerele frigorifice pentru păstrarea legumelor și fructelor în care umiditatea și temperatura sunt vitale pentru păstrarea îndelungată a produselor în stare proaspătă este necesară o monitorizare continuă. În cadrul acestui proiect se va elabora un sistem de monitorizare la distanță a unui set de camere frigorifice pentru a avea acces mereu camerele frigorifice. Chiar dacă suntem la birou, într-o călătorie de afaceri sau în vacanță, avem nevoie să știm sigur dacă sistemul functionează corect. Nu este necesar să contactăm angajații ci doar să ne conectăm printr-o conexiune la Internet direct la sistemul nostru de monitorizare și să urmărim instalația și produsul pus la păstrare.

Acest sistem de monitorizare reprezintă o necesitate atât pentru agentul economic cât și pentru compania ce deservește instalațiile respective. Sistemul de monitorizare va presupune monitorizarea la moment a parametrilor dar și stocarea informației despre erorile apărute în timpul funcționării instalației precum și stocarea informației transmise de camerele video.

Pentru captarea informațiilor enumerate mai sus, cel mai rezonabil ar fi transmiterea acestora prin rețeaua globală, fiind un mediu accesibil, cu prețuri mai reduse.

Parametrii ce necesită a fi citiți sunt de temperatură, presiune în puncte anumite din circuitul agentului, nivelul uleiului și indicatori de stare a celorlalte elemente componente (motoare-ventilatoare, valve, etc). Pentru analiza deplină a unei instalații este nevoie de circa 15 senzori de temperatură/presiune/nivel amplasați în puncte anumite. Camerele video sunt necesare pentru vizualizarea funcționării instalației, produsul amplasat la păstrare, teritoriul depozitului.

Un sistem de monitorizare la distanță a unui set de camere frigorifice reprezintă o necesitate atât pentru compania proprietară, cât și pentru compania ce prestează serviciile de mentenanță a utilajului frigorific.

Datorită faptului că are loc o supraveghere continuă a modului de funcționare a instalațiilor se poate face o presupunere a defectelor ce pot apărea în timpul funcționării. Erorile și bagurile apărute pot preconiza o defecțiune majoră, deaceea monitorizarea și stocarea erorile prezintă un avantaj ce poate economisi timp, cheltuieli suplimentare, situații neplăcute.

Instalațiile frigorifice prezintă un sistem amplu, iar în dependență de scopul și destinația acestuia pot fi divizate: după capacitatea frigorifică, după numărul de camere conectate la o instalație, după tipul agentului frigorific, după modul de răcire, ș.a.

Fig.1.1. Agregat frigorific de putere mică cu un singur compresor

Fig.1.2. Centrală frigorifică cu 4 compresoare a câte 2 trepte de comprimare

Fig.1.3. Instalație frigorifică pe dioxid de carbon

Din figurile 1.1,1.2,1.3 se poate observa cât de diverse pot fi instalațiile frigorifice, deaceea, cu cât este mai complexă instalația frigorifică, cu atât este mai complex și sistemul de monitorizare. Dacă cea mai simplă instalație poate avea 4 senzori de temperatură, 4 senzori de presiune și 1-2 camere video, păi atunci cele cu dioxid de carbon ajung la și la zeci de senzori.

1.3 Analiza conceptului IoT în rolul sistemelor de automatizare și monitorizare

Internet of Things definește o sumă de obiecte conectate cu ajutorul rețelelor locale (prin Wi-Fi, Bluetooth, NFC, RFID, Ethernet) sau a rețelelor globale  – INTERNET ( prin GSM, GPRS, 3G, 4G, Ethernet), în scopul monitorizării și al controlului de la distanță sau, pentru executarea unor sarcini diverse. Internet of Things este un termen utilizat din ce în ce mai mult în domeniul aparaturii electronice, termenul fiind dezvoltat în 1999 de către britanicul Kevin Ashton,  pe atunci brand manager la compania Procter & Gamble.

Kevin Ashton a definit Internet of Things în timp ce implementa tehnologia RFID (Radio-frequency identification) pe liniile de producție Procter & Gamble.

Pentru acest concept a fost dezvoltat chiar și un sistem de operare “open source” denumit Contiki, sistem de operare ce introduce o modalitate rapidă de conectare rapidă a obiectelor la Internet.

Un Smart TV este un exemplul de implementare al IoT. Acesta se poate conecta la INTERNET și poate fi accesat sau comandat cu ajutorul unui smartphone sau tablete prin intermediul Wi-Fi Direct.

Motivul principal în spatele adoptării automatizării industriale IoT în întreprinderi este avantajele oferite de acesta. Iată care sunt avantajele principale ale IoT în automatizarea industrială:

Eficiență sporită

Precizie ridicată

Cost-eficiente

Finalizarea rapidă a procesului

Necesarul de putere mai mic

Erori reduse

Ușor de controlat

Fără îndoială, fiecare antreprenor inteligent are viziunea de a automatiza procesele pentru a se potrivi cu cele mai noi inovații tehnologice. Dacă se ia în considerare cealaltă parte a monedei, atunci nu este ușor să automatizezi procesele industriale.

Acest lucru se datorează faptului că, cu cât este mai nouă tehnologia, oamenii sunt mai puțin conștienți de aceasta. De multe ori companiile își înșală și își ghidează clienții pentru a obține profituri mai mari.

Domeniile de aplicare a tehnologiilor IoT:

Automatizarea proceselor

Pentru a reduce riscul producției de calitate scăzută, senzorii IoT sunt conectați la mașini.

Transmit semnale înainte de defectarea reală a mașinilor. Avertismentul de întreținere va fi dat pentru a ajuta la planificarea sarcinilor de mentenanță. Acest lucru a făcut posibilă întreținerea predictivă în diferite ramuri ale industriei.

Datele fiecărei mașini sunt stocate în sistemul cloud. Istoricul și programul fiecărei mașini sunt accesibile. Mai mult, permite, de asemenea, calcularea și îmbunătățirea performanței și progresul fiecărei mașini.

Securitate

Dispozitivele IoT sunt capabile să monitorizeze continuu indicatorii de siguranță pentru a salva forța de muncă de tot felul de accidente. De asemenea, sunt capabili să verifice și să urmărească ratele bolii și leziunilor, indicatorii pot oferi un mediu sigur și sănătos în industrii.

Management logistic inteligent

Fig.1.4. Serviciu de curierat dezvoltat în cadrul companiei Amazon, dronă

Dronele de transport ajută foarte mult la gestionarea logistică. Deși s-ar putea să vă gândiți că investițiile sunt uriașe. Dar, sunt doar în faza inițială. Se va dovedi a fi mult mai mic decât investițiile în metode convenționale.

În afară de acestea, nevoile componentelor pot fi urmărite și cu dispozitive IoT. Acest lucru este utilizat în principal în industria aeriană. Gestionarea stocurilor poate fi gestionată eficient cu dispozitive IoT fără intervenția oamenilor.

Integrarea instrumentelor digitale

Instrumentele inteligente de urmărire au permis producătorilor să urmărească pierderile de produse. Vremea, drumurile și alți factori de mediu sunt examinați în timpul procesului de tranzit. Această urmărire prin mecanisme IoT poate produce un model. După respectarea modelelor, întreprinderile pot identifica cu ușurință modalitățile mai bune de manipulare a produsului. Folosind servicii de dezvoltare IoT în acest scop, veți putea să vă optimizați ambalajul în funcție.

În urma analizei surselor informaționale am constatat, că pe piața sunt câțiva producători importanți de controlere pentru instalațiile frigorifice care și-au adaptat producția pentru control și monitorizare la distanță compatibile producției sale.

Dixell – Un sistem de monitorizare a instalației frigorifice elaborat de către Dixell este prezentat mai jos, în fig.1.4:

Fig.1.5. Schema structurală a unui sistem de monitorizare marca Dixell

Acest sistem de monitorizare este alcătuit din:

Controlere multifuncționale de temperatură, ce conduc cu instalația frigorifică echipate cu 2,3 sau 4 relee ce controlează cu compresorul, ventilatorul vaporizator, procesul de dejivrare , auxiliar poate fi pentru alarmă și/sau lumină. Aceste controlere au ieșiri TTL sau RS485 pentru conectarea la sistemul de monitorizare Xweb

Fig.1.6. Tipuri de controlere multifuncționale de temperatură

Controler de tip Xweb300D / Xweb500 / Xweb3000 care fac parte din sistemele de control, monitorizare și supraveghere Xweb. Aceste controlere permit achiziția, vizualizarea și gestionarea parametrilor a 18 controlere folosind un computer conectat local sau prin internet. Este simplu de instalat, nu necesită software suplimentar și înregistrează informațiile colectate de la controlerele non-stop și le oferă în format grafic sau tabular. Aceste controlere au prize RS485x1, USBx1, RJ45x1, astfel încât pot fi conectate direct la un router, adresa IP trebuie setată manual.

Fig.1.7. Controler din familia Xweb

Eliwell – Eliwell a dezvoltat mai multe sisteme de monitorizare a instalațiilor frigorifice: TelevisTwin, TelevisNet, TelevisCompact. La moment în producție au rămas doar 2 tipuri de sisteme de monitorizare, acestea fiind: TelevisGo și TelevisBlue. Primul fiind un sistem bazat pe un PC industrial cu sistemul de operare TelevisGo preinstalat, al doilea este bazat pe tehnologia Cloud.(fig.1.3.4)

Fig.1.8. a) PC industrial din cadrul sistemului de monitorizare TelevisGo

b)Sistemul de monitorizare bazat pe tehnologia Cloud

Noua generație de sisteme de monitorizare TelevisGo cu sistemul de operare Windows 7 instalat și programul de monitorizare TelevisGo. Implementarea unui sistem de monitorizare bazat pe calculatorul industrial elimină necesitatea actualizării constante a programelor în funcție de noile sisteme de operare. Două utilități autonome Offline Configurator și Layout Designer vă permit să personalizați numele de unități și resurse, categoriile de eroare și parametrii fără a vă conecta la unitate cu sistemul de monitorizare. Principalele funcții ale sistemului: înregistrarea datelor cu resurse de sistem, livrarea datelor în forme și tabele grafice, înregistrarea erorilor cu notificarea prin e-mail sau SMS, reconfigurarea comenzilor la distanță sau a serviciului de setări în masă, efectuarea operațiunilor pe program.

Generația de monitorizare bazată pe tehnologia Cloud vine la pachet cu un modul de comunicare TelevisGate 2G cu traficul achitat pentru 12 luni. Datele acumulate de la controlerele conectate sunt acumulate pe un server cloud. Pentru vizualizarea datelor acumulate este necesar de accesat adresa IP a serverului cloud de orice dispozitiv cu acces la rețeaua globală. Setările sistemului de monitorizare poate fi modificat deasemeni prin accesarea serverului web corespunzător.

Toate aceste sisteme de monitorizare se bazează pe regulatoare de temperatură standard, corespunzătoare producătorului dat. Deficitul de bază este însă capacitatea de adaptare și modificare a algoritmului de funcționare a sistemului de refrigerare, schimbând parametrii monitorizați. Utilizarea PLC-urilor aduce o serie de avantaje față de sistemele existente: adaptarea sistemului de automatizare / monitorizare la instalația dvs., elaborarea parametrilor monitorizați, adăugarea de senzori de presiune la sistemul de monitorizare, camere video.

1.4 Formularea sarcinilor de cercetare/proiectare

Acest proiect are ca scop elaborarea unui sistem de monitorizare compact, ușor adaptabil, simplu în exploatare dar și să deține instrumentariu vast pentru a putea controla cu strictețe și o bună precizie procesul de refrigerare, luând în considerație toți parametrii implicați.

Pentru atingerea acestui scop, s-au elaborate următoarele sarcini de proiectare:

Cercetarea rolul sistemelor de automatizare și monitorizare a proceselor complexe

Analiza necesității monitorizării a funcționării instalațiilor frigorifice

Studierea conceptului IoT în rolul sistemelor de automatizare și monitorizare

Cercetarea schemei de structura a sistemului de monitorizare și automatizare

Proiectarea conceptuală a sistemului de monitorizare

Cercetarea modalităților de elaborare a soft-ului pentru sistemul de monitorizare

Elaborarea web-serverului local pentru conexiune IoT

Elaborarea bazei de date pentru serverul IoT a sistemului de monitorizare

II ELABORAREA SISTEMULUI ELECTRONIC DE MONITORIZARE BAZAT PE CONCEPTUL IoT

2.1 Schema de structură a sistemului de monitorizare și automatizare

Obiectul ce va fi supus automatizării și monitorizării reprezintă o instalație frigorifică. Instalația frigorifică reprezintă un circuit închis a unui agent frigorific (freon), care în procesul de fierbere absoarbe o cantitate de căldură din camera frigorifică. În tabelul 2.1. sunt prezentate temperaturile de fierbere a unor agenți frigorifici.

Tabelul 2.1. Temperaturile de fierbere a unor agenți frigorifici

În figura de mai jos (fig.2.1) este prezentată o structură a unei instalații frigorifice mai simple.

Fig.2.1. Structura unei instalații frigorifice

Fig.2.2. Părțile componente a unui agregat frigorific

În cazul agregatelor simple, ca în figurile 2.1, 2.2, cel mai simplu ar fi utilizarea de termostate electronice standard, dar pentru agregatele mai complexe, cum ar fi instalațiile de refrigerare, instalațiile cu CO2 au nevoie de o analiză mai largă, prin urmare, cel mai rezonabil ar fi utilizarea unui PLC. De exemplu, la instalațiile de refrigerare există mai multe motoare cu compresor, acestea fiind conectate treptat, menținând o presiune de aspirație relativ constantă, care la rândul său menține temperatura de fierbere setată. În acest caz, invertoarele de tensiune sunt, de asemenea, utilizate pentru a varia rotațiile la motor-compresor. Acest exemplu este doar una dintre caracteristicile de lucru ale unei instalații de refrigerare, iar cu un simplu controler de temperatură nu le puteți controla.

O altă particularitate a muncii ar fi în acele instalații care utilizează CO2 ca agent de lucru. În acest caz, presiunea de lucru este mai mare decât în ​​cazul freonilor, astfel încât o înregistrare mai detaliată a presiunii agentului se realizează în mai multe puncte de lucru, pentru a evita orice posibilă scurgere a agentului.

Luând în considerație toate componentele unei instalații frigorifice, totalitatea senzorilor necesari și actuatorii folosiți la controlul procesului de automatizare, precum și construcția unui PLC ,sistemul local de automatizare și monitorizare în viziunea mea se propune următoarea structură:

Fig.2.3. Structura general a sistemului local de automatizare/monitorizare

De regulă, structura de bază a sistemului local este compusă din următoarele componente (fig.2.3):

PLC

Echipamentele cu logică programată (ELP) sau automatele programabile (AP) sau programmable logic controllers (PLC) sunt echipamente destinate conducerii automate a proceselor industriale. Structura unui proces automatizat cu ajutorul unui automat programabil poate fi sintetizată prin schema bloc prezentată mai jos (fig.2.4).

Fig.2.4. Schema bloc a procesului de lucru PLC

Astfel, o mașină programabilă îndeplinește două sarcini principale de automatizare a proceselor:

– măsură, care în acest caz include monitorizarea stării procesului de achiziții pe mașini automate, prin intermediul senzorilor, butoanelor, limitatoarelor de cursă, etc;

– management, care include prelucrarea informațiilor primite de la intrări și generarea comenzilor necesare pentru a executa elemente ale procesului automat în conformitate cu un program specific.
Automatizarea programabilă poate înlocui automatizarea discretă care utilizează sau controlează realizarea de elemente electromecanice, pneumatice sau electronice în logică cu fir, aducând flexibilitate, structură compactă, sistem de extindere în sistemul de operare și programare ușoară și rapidă. Un program automat poate fi definit ca un sistem specializat destinat tratării problemelor logice secvențiale și combinate, simulând structurile logice de control ale unei configurații elastice și programabile. Construcția modulară a unui program automat poate permite extinderea relativă a unui modul cu ușurință relativă, având grijă de numărul total de terminale de intrare și ieșire, permițând astfel numărul de articole legate de elementele de interes și de ieșire. extins fără a fi necesară achiziția automată după o clasă superioară, așa cum se arată în figura 2.3.

Fig.2.5. Structura intern a PLC-ului

Un PLC constă din:

– unități centrale de procesare,

– unitate de memorie de EEPROM FLASH sau memorii RAM nonvolatile.

– circuitul de interfață pentru intrări și ieșiri,

– sursa de putere,

– modul de comunicare, cum ar fi cel pentru programarea PLC, sau modul de extensie I / O.

Unitatea de programare

Unitatea de programare permite introducerea și finalizarea programului în raport cu evoluția mașinilor și cu modificările necesare în secțiunile lor de utilizare funcționale.

Soluțiile adoptate pentru toate materialele, incluzând mai multe variante:

– o consolă autonomă cu memorii proprii, metode specifice de programare off-line (soluții utilizate pentru compania Siemens, consola de top PG, fig. 2.6);

– consola portabilă, de dimensiuni mici, complet automată, folosind memorie aproape (numerotată și folosită „de mână”), metode de programare online specifice (fig. 2.7);

– computer personal PC, soluție pentru înlocuirea variantei menționate mai sus (fig. 2.8);

Fig.2.6. Programarea cu ajutorul consolei autonome

Fig.2.7. Programarea cu ajutorul consolei portabile

Fig.2.8. Programarea cu ajutorul calculatorului personal

Router

Routerul este utilizat pentru a rula informațiile citite de PLC în rețeaua globală, către o bază de date, către un utilizator care dorește să le vizualizeze prin rețeaua globală.

HMI

Interfețele HMI permit interacțiunea dintre personal și automatul programabil, aceasta reprezintă o interfață grafică care permite vizualizarea grafică a tuturor parametrilor prelucrați, a proceselor care au avut loc. Cu ajutorul acesteia putem prelucra informația reprezentând-o sub formă de grafice, tabele, scheme.

2.2 Proiectarea conceptuală a sistemului de monitorizare

În rezultatul studiului structurii, capabilităților și parametrilor unei instalații frigorifice și ținând seama de necesitățile obiectelor discutate, au fost formulate inițial cerințele de bază ale sistemului de monitorizare conceptual. Sistemul conceptual trebuie să ofere o strategie pentru soluțiile în timp real, oferind accesul utilizatorului final la un sistem de management al datelor deschis și ușor de utilizat.

Inclusiv în familia de produse a sistemului de monitorizare trebuie să fie o interfață grafică de utilizator (GUI), un subsistem complet integrat în timp real și un sistem integrat de management al bazelor de date relaționale (RDBMS).

Pot exista și alte cerințe importante, pe care le recomandăm să fie respectate la proiectarea sistemului automatizat de supraveghere sunt următoarele.

Sistemul să permită accesul sistemelor de informații corporative și pachetelor de aplicații specializate la datele acumulate. Arhitectura sistemului va utiliza toate standardele industriale pentru a permite conectivitate transparentă la alte componente hardware, software și rețele. Obiectivele de performanță, flexibilitate, extensibilitate și acces liber sunt fundamentale în determinarea utilității și longevității oricărui sistem de monitorizare. Sistemul trebuie să utilizeze o arhitectură software, care permite funcțiile să fie mobile, flexibile și robuste. De asemenea, trebuie să permită distribuirea procesării între diferitele componente ale sistemului de monitorizare pentru a optimiza performanța generală a sistemului.

Sistemul de automatizare și monitorizare va asigura, o integrare ușoară și deschisă cu software-ul de aplicație al altor producători prin intermediul standardelor industriale. Sistemul trebuie să permită utilizatorului sistemului flexibilitatea de a adapta diverse aplicații de bussines. Sistemul de comanda trebuie să ofere capacitatea de a extinde datele în timp real din domeniu către întreprindere, oferind acces la date operaționale și istorice oricând și orice nivel.

Sistemul de automatizare trebuie să respecte conceptele unui sistem informatic distribuit. Componentele trebuie să aibă capacitatea de a partaja date istorice și în timp real între sisteme independente și locații geografice. Acest lucru va spori fiabilitatea și funcționalitatea generală a sistemului prin furnizarea accesului partajat la componente și aplicații. Sistemul distribuit trebuie să furnizeze opțiuni de configurare care permit mai multor sisteme să împărtășească date de telemetrie, alarmare, evenimente, telecomunicații și funcționalități de control.

Sistemul de comanda și monitorizare trebuie să fie configurat utilizând standarde industriale, hardware și software nemodificat. Produsele standard ale furnizorului de hardware și software trebuie să constituie componentele principale ale sistemului, astfel sistemul nu va depinde, în cea mai mare măsură posibilă, de echipamente sau programe specializate, unice sau de proprietate disponibile numai de la un singur furnizor.

Sistemul trebuie să furnizeze replicarea bi-direcțională a datelor între sisteme. Pentru a gestiona cantitățile mari de date, care sunt schimbate între sisteme fără a necesita o utilizare excesivă a lățimii de bandă WAN, datele în timp real vor fi împărțite numai între acele sisteme cu relații strict definite. Trebuie să fie posibilă definirea acestor relații de sistem pentru a partaja toate înregistrările sau doar câmpurile specificate în înregistrări. Pentru a reduce în continuare încărcarea rețelei între locații, este posibilă stocarea datelor istorice la nivel local de către fiecare sistem.

Fig. 2.9. Architectura generală a sistemului de automatizare și monitorizare a proceselor de refrigerare.

sistemul trebuie să suporte o metodă ”prietenoasă” cu controlerul (cum ar fi un singur buton sau o casetă de dialog) pentru a schimba starea operațională a sistemului.

6. Pe de altă parte, configurația rețelei va furniza un model de rețea simplificat, care va permite redundanța dublă, dar va prezenta ca o singură rețea virtuală la utilizator. Modelul de redundanță trebuie să fie atât robust, cât și auto-reparabil. Atunci când o singură componentă nu reușește, partenerul respectiv al componentei va prelua fără a afecta restul sistemului. Robustitatea LAN-lui virtual se realizează prin asigurarea:

Switch-uri duble inteligente redundante;

Fiecare comutator trebuie să fie interconectat, oferind avantajul comunicării în rețea între carduri și redundanță în cazul unei defecțiuni a unui card.

Carduri de rețea redundante inteligente;

Utilizarea cardurilor inteligente și a driver-ilor trebuie să permită cardurilor să simtă când o rețea sau o alt card nu reușește, ceea ce duce la preluarea cardului necesar.

Adrese IP virtuale.

Ținând cont de aceste cerințe și specificul obiectului cercetat, se propune ca toate computerele din sistemul de monitorizare să se conecteze între ele folosind cele mai recente tehnologii standard din rețeaua locală (LAN) și WAN (Wide Area Network). LAN-urile multiple, rețelele WAN, podurile, serverele și routerele să se completeze reciproc pentru a îndeplini cerințele de performanță, fiabilitate, securitate și extensibilitate ale sistemului. Perifericele sistemului se vor conecta fie direct la rețeaua LAN a sistemului, fie prin servere conectate direct la LAN-ul sistemului, fie prin porturi paralele sau seriale atașate la stația de lucru. Aceasta permite accesul la orice dispozitiv de pe orice computer din sistem cu autoritatea de acces corespunzătoare. Sistemul trebuie să furnizeze suport pentru echipamentele de rețea distribuite, cum ar fi imprimantele în rețea, PC-urile conectate în rețea și dispozitivele de stocare în masă/de rezervă .

Arhitectura propusă este divizată în trei nivele ierarhice:

Nivelul de sus pentru procesarea, stocarea și managementul datelor;

Nivelul intermediar – mediile de comunicație;

Nivelul de jos – componentele teleghidate, aplasate direct pe obiectele de comandă.

Nivelul de sus prezintă rețeua locală a companiei ce deține lanțul de depozite frigorifice, care include serverele de procesare și stocare a datelor, calculatoarele centrului de dispecirizare și comandă, un server VPN pentru conexiunea cu alte rețele externe și Internet, un router VPN pentru interacțiunea cu rețeaua de comunicație mobile, prin intermediul căreea se creează interacțiuni cu componentele teleghidate, distribuite teritorial. Date și parametri tehnici a echipamentului de la nivelul de sus sunt prezentate în anexe.

Nivelul de comunicație are două componente: WAN și așa numitul Mobile Backbone Network. În privința WAN, avem o abordarea tradițională pentru interacțiunea unei game largi de utilizatori ai companiei. Vom argumenta a doua componentă, care reflectă specificul obiectului dat de cercetare. Backbone network (conexiune digitală de mare viteză și de mare capacitate, care formează nucleul unei rețele locale sau largi) face parte din rețeaua de calculatoare, care interconectează diferite părți de rețea, oferind o cale de schimb de informații între diferite rețele LAN sau subrețele. O backbone network poate lega diferite rețele în aceeași clădire, în diferite clădiri într-un mediu campus sau în zone largi. În mod normal, capacitatea Backbone network este mai mare decât rețelele conectate la ea. O corporație mare, care are multe locații, se propune rețea backbone, care leagă toate locațiile împreună, de exemplu, dacă un cluster de servere trebuie să fie accesat de diferite departamente, care se află în diferite locații geografice.

Argumentele de alegere a acestei soluții – conexiune prin Backbone network au fost următoarele funcționalități:

– Agregarea: cel mai înalt nivel de agregare într-o rețea de furnizori de servicii. Următorul nivel din ierarhia de sub nodurile principale este rețelele de distribuție și apoi rețelele de margine. Echipamentele la sediul clientului nu se conectează în mod obișnuit la rețelele centrale ale unui furnizor de servicii de mari dimensiuni.

– Autentificare: funcția de a decide dacă utilizatorul care solicită un serviciu din rețeaua de telecomunicații este autorizat să facă acest lucru în cadrul acestei rețele sau nu.
    – Apel de comandă/comutare: funcția de control al apelului sau de comutare determină viitoarea cursă de apel pe baza procesării semnalizării apelului. De exemplu. funcționalitatea de comutare poate decide, pe baza "identificatorului apelat", că apelul va fi direcționat spre un abonat din rețeaua operatorului sau cu portabilitatea numerelor mai răspândită în rețeaua unui alt operator.

– Serviciu de invocare: Rețeaua centrală efectuează sarcina de invocare a serviciului pentru abonații săi. Invitarea serviciului poate avea loc pe baza unor acțiuni explicite (de exemplu, transfer de apeluri) de către utilizator sau implicit (apel în așteptare).

Gateway-uri: Gateway-urile trebuie să fie prezente în rețeaua centrală pentru a accesa alte rețele. Funcționalitatea gateway-ului depinde de tipul de rețea cu care se face interfața.

S-a propus următoarea schema de aplicare a rețelei ”backbone” pentru interacțiunea componetelor nivelului de sus cu componentele teleghidate de la un deposit frigorific este prezentată în fig. 2.10..

Specificul acesteia constă ca un punct de acces (APN) să fie poarta de întrare în rețeaua mobilă GSM, GPRS, 3G sau 4G, asistate de operatorii de comunicații mobile Moldcell/Orange/Moldtelecom, pentru a crea un tunel VPN de interacțiune cu routerul VPN a rețelei de calculatoare de la nivelul de sus al sistemului.

2.3 Cercetarea modalităților de elaborare a softului pentru sistemul de monitorizare

Partea software a sistemului de automatizare/monitorizare bazat pe PLC este cea mai importantă parte a întregului proces. Aici are loc elaborarea algoritmului de funcționare a instalației frigorifice, citirea datelor, prelucrarea datelor, executarea comenzilor în dependență de datele citite, transmiterea datelor către baza de date.

Fiecare producător de PLC-uri elaborează instrumentariu propriu pentru elaborarea soft-ului pentru PLC-urile produse, ca de exemplu:

Schneider Grup – EcoStruxure Control Expert cunoscut și ca Unity pro este un instrumentariu dezvoltat de către Schneider Grup pentru elaborarea proiectelor de automatizare și monitorizare în baza PLC-urilor din familia Modioon, tot de ei produse.

Mitsubishi Electric – IQ Works2, PX Developer sunt instrumentariile elaborate de către Mitsubishi Electric pentru elaborarea proiectelor în baza PLC-urilor din familia Melsec.

Siemens AG – TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) este softul celor de la Siemens AG pentru dezvoltarea proiectelor de automatizare și monitorizare în baza PLC-urilor Simatic.

Procesorul unui PLC execută două programe diferite:

Sistemul de operare al PLC-ului,

Programul de lucru al utilizatorului.

Sistemul de operare

Sistemul de operare organizează toate funcțiile, operațiile și secvențele procesorului care nu sunt asociate cu o sarcină de control. Sarcinile sistemului de operare includ:

Gestionarea unei reporniri la cald și a unei reporniri calde

Actualizarea și ieșirea tabelelor de imagine de proces de intrare și ieșire

Executarea programului utilizator

Detectarea și apelarea întreruperilor

Gestionarea zonelor de memorie

Stabilirea comunicării cu dispozitive programabile

Programul utilizator

Este o combinație de diferite funcții care sunt necesare pentru a prelucra o sarcină automatizată. Acest lucru trebuie creat de utilizatori și trebuie să fie descărcat pe CPU al PLC. Unele dintre sarcinile programului utilizator includ:

Inițierea tuturor condițiilor pentru începerea sarcinii specificate

Citirea și evaluarea tuturor semnalelor de intrare binare și analogice

Precizarea semnalelor de ieșire tuturor semnalelor de ieșire binare și analogice

Executarea întreruperilor și gestionarea erorilor

În sectorul automatizării industriale actuale, există mai multe producători de producție de top care dezvoltă PLC-uri tipice, de la mici până la high-end-uri. Fiecare producător de PLC are propriul său software dedicat pentru a programa și configura hardware-ul PLC. Însă limbajul de programare a PLC este variat în funcție de producători. Unii producători au limbaje de programare comune, iar alții sunt diferiți. Unele dintre limbajele de programare standard ale PLC sunt în principiu de două tipuri, care sunt în continuare subdivizate în mai multe tipuri, care sunt următoarele:

Limbaj textual

Lista de instrucțiuni (IL)

Text structurat (ST)

Limbajul grafic

Diagrame scară (LD)

Diagrama blocului funcțional (FBD)

Diagrama funcțională secvențială (SFC)

În comparație cu limbajele bazate pe text, mulți utilizatori preferă să programeze un PLC cu ajutorul limbajelor grafice datorită caracteristicilor de programare simple și convenabile. Toate funcțiile și blocurile funcționale necesare sunt disponibile în biblioteca standard a fiecărui software PLC. Aceste blocuri funcționale includ cronometre, contoare, șiruri, comparatori, funcții numerice, aritmetice, bit-shift, apelare ș.a.

Diferite tipuri de dispozitive de programare sunt utilizate pentru a introduce, modifica și depana un program PLC. Aceste dispozitive terminale de programare includ dispozitive portabile și bazate pe computer. În metoda dispozitivului de programare portabil, un dispozitiv proprietar este conectat la PLC printr-un cablu de conectare. Acest dispozitiv este format dintr-un set de chei care permite introducerea, editarea și descărcarea codului în PLC. Aceste dispozitive portabile constau într-un afișaj mic pentru a face vizibilă instrucțiunea programată. Acestea sunt dispozitive compacte și ușor de utilizat, dar aceste dispozitive portabile au capacități limitate.

Fig.2.11. Dispozitive pentru programarea PLC

Cel mai popular, un computer personal (PC) este utilizat pentru programarea PLC-ului împreună cu software-ul oferit de producător. Folosind acest computer, este rulat programul în modul online sau offline și, de asemenea, poate fi editat, monitorizat, diagnosticat și depanat programul PLC. Modul de transfer al programului către PLC este prezentat în figura de mai sus,(fig.2.11), în care PC-ul este format dintr-un cod de program corespunzător aplicației de control care este transferat la CPU PLC prin cablu de programare.

Printre mai multe limbaje de programare, schema logică a scărilor este cea mai simplă și simplă formă de programare a PLC. Înainte de a merge la programarea PLC-ului cu acest limbaj, ar trebui să știți câteva informații de bază despre acesta. Figura de mai jos arată schema cu scară tare, în care aceeași sarcină a lămpii este controlată de două butoane cu buton apăsat. În cazul în care unul dintre întrerupătoare se închide, lampa luminează. Aici două linii orizontale sunt numite trepte care sunt conectate între două linii verticale numite șine. Fiecare treaptă stabilește continuitatea electrică între șinele pozitive (L) și cele negative (N), astfel încât curentul să curgă de la dispozitivele de intrare la ieșire. Unele dintre simbolurile utilizate în programarea logicii scărilor sunt prezentate în figură.

Fig.2.12. Programarea în scară

Întrerupătoarele de intrare sunt tipuri care includ în mod normal închise și deschise în mod normal, așa cum se arată mai sus. Pe lângă simbolurile funcționale date mai sus, există mai multe funcții precum cronometrul, contorul, PID etc., care sunt stocate în biblioteca standard pentru a programa sarcini complexe.

2.4 Elaborarea web-serverului local pentru conexiune IoT

Orice computer care poate implementa http sau https este capabil să joace rolul unui server web. Http este un protocol, un mod de comunicare care furnizează pagini web. Este destul de utilizat pe scară largă și ușor de implementat. Prin http puteți transfera html și crea interfețe simple de utilizator, poate implementa Java Script și poate face pagini web mai complicate și este disponibil în majoritatea browserelor. Una dintre marile calități ale acestui protocol este aceea că a înlocuit afișele complicate și grele cu pagini web prietenoase pentru utilizator.

Browserul trimite o solicitare serverului care caută în pagina solicitată și o returnează în browser pentru utilizator. Cererea va consta în informații despre tipul de browser utilizat, despre computer sau despre documentul solicitat. Va avea o metodă, o adresă URL, un șir de interogare și corpul de încărcare în cazul în care doriți să fie trimise date către server. Răspunsul va include starea, care indică browserul dacă pagina a fost găsită sau nu (erorile dintre cei 400 se referă la o pagină care nu a fost găsită, 300 sunt redirecții și 200 sunt confirmări ale paginii găsite).

Fig.2.13. Pașii de accesare a unui web-server

Https are două roluri importante de securitate.

Acesta codează datele. Cererea și răspunsul vor fi ambele criptate la trimitere și descriptate atunci când sunt citite.

Serverului i se cere întotdeauna un certificat de autenticitate înainte de a i se cere o pagină. Acest lucru previne împotriva datelor furate prin intermediul paginilor web false.

O interogare va arăta întotdeauna astfel: adresa http: // adresa: [port] URL? Querystring. Portul poate lipsi, caz în care va fi 80 pentru http și 443 pentru https. Trebuie specificat dacă nu este unul dintre cei doi. În ceea ce privește adresa URL, atunci când nu este scrisă, valoarea implicită va fi /. Metodele disponibile în http sunt: ​​obține, postează, pune și șterge. Principalele fiind primele două.

Metoda Obține nu are nevoie de corp de încărcare. Acesta va solicita doar date de la server și va trimite numai anteturile, adresa, adresa URL.

Post trimite date importante către server, care vor fi încărcate. Postul are rolul de a modifica datele de pe server. Răspunsul ambelor metode este pagina și orice informații suplimentare solicitate.

Putul este similar cu postarea, doar că în mod semantic, această metodă creează doar un obiect pe server.

Ștergerea joacă de asemenea un rol semantic. Nu are nevoie de corp de încărcare și șterge obiecte de pe server. Aceeași acțiune poate fi efectuată totuși folos

Pe un server pot exista mai multe site-uri web, ceea ce înseamnă că, dacă gazda nu este specificată în cerere, este posibil ca răspunsul să nu fie cel pe care îl așteaptă browserul. De asemenea, răspunsul poate avea mai mult decât text. Orice caracteristică suplimentară: imagini, obiecte JavaScript și așa mai departe vor avea nevoie de o nouă solicitare, astfel încât procesul va fi încetinit.

Plăcile sunt computere nu prea puternice. Cu wyliodrin nu este nevoie să intalniți niciun software sau să faceți nicio configurație pe placi pentru a rula un server web pe ele. Pentru a crea un server web în wyliodrin, veți avea nevoie de un nod web. Cel mai simplu mod de a utiliza o pagină web în acest mod special este de a trimite fișiere statice. În fișierele de proiect, creați un nou folder static. Tot ce se află în interiorul său va fi trimis înapoi browserului de către server, indiferent de faptul că sunt fișiere html, Java Script sau CSS. De asemenea, pot fi adăugate imagini, dar vor face procesul mai lent. Există alte modalități de adăugare a unei imagini. De exemplu, folosind un sistem de stocare și incluzând imaginile de acolo. Această metodă va rezolva problemele de viteză și memorie. Nodul web: Opțiunea de rută este de fapt adresa URL. Site-ul web va fi activ atunci când se va poticni pe ruta specificată. După parola alegeți metoda și scrieți portul pentru configurarea serverului. Acest port va fi folosit o singură dată, la început.

Sarcina utilă se înscrie fie în șirul de interogare pentru metoda get, fie în datele de încărcare pentru postare. Mesajul este construit pe această sarcină utilă, pe două variabile obligatorii: res care reprezintă răspunsul și req care este cererea. Fără ultimele două, serverul nu va putea oferi un răspuns.

Fig.2.14. Editarea unui nod web

Nodul de răspuns web: Mesajul primit de acest nod provine de la un nod web. Pentru un răspuns web, modul simplu este să redirecționați. Ceea ce înseamnă că, în câmpul redirecționare, puteți scrie calea către unul dintre fișierele statice, iar browserul va fi trimis la această pagină. În plus, veți avea nevoie de adresa IP a consiliului, care poate să nu fie publică decât dacă se află în aceeași rețea cu serverul web.

Ca soluție, serverele IOT au o adresă publică. Portul pentru aceste servere poate fi 80 pentru http sau 443 pentru https. Utilizatorul accesează pagina publică, prin intermediul serverului IOT conectat la Wyliodrin, precum și la placă. Acum, problema cu placa și web-ul care se află în aceeași rețea este rezolvată, deoarece ambele pot comunica cu Wyliodrin.

Șabloane web: La fel ca în cazul fișierelor statice, veți avea nevoie de un folder de șabloane. De această dată, când utilizați nodul, nu aveți nevoie de toată calea. Puteți scrie numele fișierului doar în folderul șabloane. Ce face nodul? Procesează răspunsul, adică încarcă valorile, plus sarcina utilă în ea și o trimite înapoi în browser. Valorile trebuie să fie cuprinse între două seturi de paranteze cretate {{}}. Valorile nu se vor actualiza decât dacă pagina este reîncărcată.

Cu mult timp în urmă, serviciile web erau mai complicate. Acum aplicația solicită doar datele web serverului și este sarcina browserului de a le rearanja astfel încât să fie în formatul potrivit pentru aplicație.

Cum să o implementăm într-o aplicație Wyliodrin? Folosind un simplu răspuns web și un nod de server web, trimiteți o pagină statică utilizatorului și de fiecare dată când efectuați o interogare, în loc de un șablon, utilizați un nod de răspuns web și trimiteți sarcina utilă browserului, care poate fi un număr , un obiect sau orice altceva.

Un socket web se bazează pe protocolul http sau https. Creează o conexiune între browser și server, astfel încât unul poate trimite date. Când browserul face o solicitare, serverul recunoște socket-ul și nu închide conexiunea. Cele două părți trimit pachetele pe care trebuie să le trimită. Dacă serverul nu știe să funcționeze cu socluri, socket io va reveni la interogare.

2.5 Bazele de date pentru serverul IoT

În procesul proiectării bazelor de date (BD), de regulă se rezolvă următoarele două probleme :

în ce mod să se reflecte obiectele domeniului cercetat în obiecte abstracte ale modelelor de date, ca acestă reflecție să nu contrazică semanticii obiectelor domeniului dat și tot odată să fie maximum posibil de accesat rapid și de stocat cât mai compact – aceasta este problema de proiectare logică a bazei de date;

cum să se asigure executarea eficientă a tuturor solicitărilor către baza de date, adică cum să se organizeze datele pe suporturi – acesta este problema de proiectare fizică a BD.

Trebuie de menționat, că la etapa curentă se rezolvă numai prima problemă, iar pentru a doua se reduce la selectarea unui sistem de gestionare a BD (SGBD), întrucât aceste sisteme sunt bazate pe structuri fizice proiectate în mod profesional, ce asigură acces rapid și eficient la toate componentele structurii BD.

Să analizăm problema de proiectare logică a BD a sistemului pentru procesul de refrigerare și păstrare, ținând cont de specificul acestora. Pentru acest domeniu problema a fost formulată în modul următor. Fiecare sistem de refrigerare și păstrare, amplasată geografic în anumit teritoriu, are câteva subsisteme, fiecare dintre ele sunt înzestrate cu sisteme electronice de comandă, care trebuie să fie conduse și monitorizate în continuu. Monitorizarea prevede înregistrarea tuturor paramerilor instalației frigorifice și subsistemelor ei, tuturor evenimetelor și avariilor.

În continuare vom utiliza pentru proiectarea logică a BD cel mai popular și des utilizat model de date – „ER-model” – modelul de date „Entitate – Relații”. Acest model a fost propus încă în anul 1976 de către matematicianul Chen (SUA). Sensul acestui model constă în modelarea domeniului cercetat cu ajutorul mijloacelor grafice și stabilirea relațiilor între entitați.

Noțiunile de bază a ER-modelelor sunt entitatea, relația și atribute. Entitatea – prezintă obiectul real sau virtual, datele despre care trebuie stocate în BD. În diagrame entitățile se prezintă prin dreptunghiuri, care conține denumire entității. De menționat, că această entitate reflectă tot setul de obiecte de același tip, de exemplu entitatea ”stație” va reprezenta toate stațiile dintr-un oraș/municipiu. Fiecare entitate se caracterizează printr-un set de atribute, care reflectă proprietățile specifice ale entității. Fiecare entitate are o legătură logică cu alte entități. Aceste legături se relectă prin relații. Se cunoaște, că relațiile pot fi de următoarele trei tipuri:

relație „1:1” – un obiect dintr-o entitate are numai o singură apartenență la un obiect din altă entitate;

relație „1:n” – un obiect dintr-o entitate are mai multe apartenențe cu mai multe obiecte din altă entitate;

relație „n:n” – mai multe obiecte dintr-o entitate are mai multe apartenențe la altă entitate.

Reieșind din aceste cerințe, se propune structura conceptuală a BD în formă de ER-relații. În calitate de entități avem următoarele:

set de instalații frigorifice;

instalația frigorifică;

parametri ai instalației și subsistemelor lor;

informații despre echipament/utilaj de refrigerare la fiecare instalație

etc.

Aplicând această metodă, s-a creat schema conceptuală a BD pentru sistemul de comandă și monitorizare pentru instalația frigorifică, care este prezentată în fig. 2.. Structura logică a BD se realizează prin dezvoltarea ER-modelului prezentat mai sus, utilizând următoarele procedee:

Proprietățile fiecărei entități se descriu cu un set de atribute.

Relațiile dintre entități se realizează cu ajutorul atributelor specifice, numite „cheie primară”, „cheie secundară”.

Spre exemplu, entitatea „Stare procese” se descrie cu ajutorul următoarelor atribute:

Identificatorul procesului (PK);

Denumirea procesului;

Instalația frigorifică (FK);

Tipul procesului;

Referință la parametrii procesului (FK);

Note explicative.

Pentru fiecare atribut se stabilește tipul de date corespunzător și optim din punct de vedere al volumului și timpului de acces. Fiecare entitate se reflectă printr-o tabelă, care va avea în calitate de coloane atributele stabilite, iar în calitate de linii vor fi înregistrările – exemplare concrete ale entității date. Fiecare tabelă conține un atribut special, numit „cheie primară” – PK, care identifică fiecare obiect, exemplar din entitate și nu premite dublarea acestora, altele pentru referințe – chei secundare – FK. Pe altă parte cheia primară mai joacă și alte roluri: la căutarea înregistrărilor și stabilirea relațiilor între tabele (entități).

A doua problemă este implementarea schemei conceptuale BD într-un sistem de gestiune a BD. Analizând schema conceptuală a BD, se poate constata că ea poate fi realizată pe un sistem cu performanțe înalte. Astfel de sisteme de gestiune există și sunt implementate în sisteme de conducere a întreprinderilor, stațiilor termo-electrice, etc: MS SQL, Sybase, Informix, Oracle și alte.

Fig.2.15. Structura conceptuală a bazei de date

În acest studiu există o cerință importantă, care impune să abordăm altfel problema: sistemul de monitorizare trebuie să cupindă toate instalațiile frigorifice dintr-o locație, prin urmare, datele din BD de la fiecare instalație trebuie să fie exportată și fuzionată într-o bază de date a dispeceratului companiei pentru o prelucrare suplimentară istorică și comparativă cu alte instalații. Reieșind din această cerință, se propune un sistem SGBD, care are posibilități de funcționare „client-server”.

Unul din cele mai populare și performante este Microsoft SQL Server, care reprezintă unul dintre cele mai complexe sisteme de gestiune al bazelor de date relaționale (SGBD). Acesta ocupă primul loc alături de Oracle în top-ul celor mai folosite și mai complexe servere de baze de date in prezent.

MS SQL Server se caracterizează prin ușurința procesului de administrare și implementare, prin gradul înalt de disponibilitate datorita tehnologiei MS Clustering Services și prin asigurarea unui nivel înalt de scalabilitate și securitate. MS SQL Server reprezintă o soluție ideala pentru rețele omogene de servere bazate pe platforma MS Windows. Conform celui mai recent studiu realizat de Evans Data Corporation, în lumea dezvoltătorilor „wireless” principala alegere pentru bazele de date backend o constituie Microsoft SQL Server.

Aproape 30% din totalitatea proiectelor „wireless” utilizează MS SQL Server, în timp ce într-un procent de 20% se alege MySQL. Realizarea schemei logice în mediul MS SQL Server se produce prin descrierea fiecărei tabele, declarând atributele, tipurile lor de date. Realizând toate tabele și relațiile între ele cu ajutorul acestui instrumentar obținem structura fizică a BD .

Accesul la datele din BD poate fi efectuat în două moduri:

cu ajutorul sistemului instrumentar MS SQL Server Entreprize pentru efectuarea unor proceduri de inițializare sau profilactică, deschizând câte o tabelă – este rezervat pentru administrarea BD;

prin apel din programele aplicative cu solicitări în limbajul SQL.

Fig.2.16. Setul de tabele ale BD

2.6 Concluzii

În cadrul capitolului II a fost analizat modalitățile și oportunitățile de proiectare și elaborare a unui sistem electronic de automatizare și monitorizare a unui set de camere frigorifice.

Studiind procesul tehnologic precum și controlerele existente pe piață, a fost stabilit că pentru instalațiile frigorifice simple este mai ușor și mai ieftin de aplicat controlerele de temperatură standart (Eliwell RC500NT, Danfoss AK-RC 101 OPTYMA, Eliwell ID974,…), dar problemele apar atunci când avem de a face cu instalațiile de tip centrală, instalații pe CO2, pompe de căldură sau sisteme de climatizare avansate.

Sistemul propus de automatizare/monitorizare prezintă un șir de avantaje față de controlerele simple, standart. În cazul PLC-urilor este posibil de variat algoritmul de funcționare a instalației frigorifice precum și dezvoltarea sistemului prin adăugarea altor componente de siguranță ce duce la îmbunătățirea întregului sistem și creșterea calității produsului păstrat. Programarea, proiectarea acestor sisteme au loc în baza softurilor utilitare a companiei producătoare respective; pentru Siemens – TIA Portal; pentru Schnieder – Unity Pro; Mitsubishi – IQ Works2. Elaborarea algoritmilor de lucru a instalațiilor frigorifice în baza controlerelor liber programabile reprezintă un domeniu actual, fiindcă oferă posibilități nemărginite și oferă posibilitate de monitorizare și control al fiecărui element din sistemul întreg. În cadrul acestui modul a fost cercetat și analizat modalități de elaborare a web-server-ului în baza PLC-ului, precum și baze de date pentru serverele IoT. În baza de date IoT sunt mai multe instrumentarii de prelucrare a datelor, atât pentru prelucrare, cât și pentru vizualizarea acestora în moduri diferite (diagrame, tabele,…).

CAP.iii Implementarea sistemului electronic de monitorizare a unui set de camere frigorifice comerciale

3.1 Realizarea schemei de structură a sistemului de monitorizare și automatizare

Pentru realizarea schemei de structură a sistemului de monitorizare și automatizare a unui set de camere frigorifice, ca bază, va servi arhitectura generalizată a sistemului studiat în capitolul 2 dar și componentele și subsistemele sistemului frigorific care trebuie automatizat.

Fig.3.1. Arhitectura generală a sistemului de automatizare și monitorizare

Fig.3.2. Părțile componente de bază a unei centrale frigorifice

Fig.3.3. Exemplu de centrală frigorifică echipată cu 2 trepte de comprimare, manometre presiune și relee de presiune

Fig.3.4. Evaporatoare conectate într-o singură încăpere

În imaginile de mai sus pot fi vizualizate unele elementele a instalației frigorifice comerciale. Elementele de bază fiind următoarele:

Sistemul de comprimare a agentului frigorific

Condensatorul

Valva de expansiune

Vaporizatorul

Filtre de impurități

Rezervor agent frigorific

Separator lichid

Separator ulei

Regulator nivel ulei

Relee de presiune nivele critice

Fiecare din aceste componente, în dependență de sarcinile inaintate, diferă numărul, tipul, modul de acționare,ș.a.

Sistemul de comprimare a agentului frigorific reprezintă inima acestui sistem de refrigerare, acesta are rolul de absorbție, comprimare și refulare a agentului frigorific, prezintă un grup de compresoare (care pot fi volumice cu piston sau rotative de tip elicoidale/ centrifugale/ cu spirale(fig.3.5) ) conectate paralel într-un circuit închis al agentului frigorific. În dependență de destinația instalației, capacitatea frigorifică necesară sunt selectate tipul de compresoare și numărul acestora. Dacă instalația va funcționa la răcire sau alte aplicații comerciale de puteri mici și medii atunci se vor utiliza compresoare volumice cu piston sau rotative elicoidale, mai rar centrifugale, pe când pentru sisteme de climatizare mari, pompe de căldură sau grupuri pentru răcirea agentului intermediar sunt mai des folosite compresoarele cu spirale, deoarece construcția permite lucru cu agentul frigorific în stare lichidă pe când cele volumice cu piston trebuiesc maxim ferite de acest lucru.

Ce ține de numărul compresoarelor, sunt selectate în dependență de necesitatea de putere frigorifică calculate, tipul de agent frigorific. În dependență de agentul frigorific se preconizează presiunea de aspirație necesară, precum și numărul treptelor de aspirație pentru fiecare compressor în parte, pentru a menține cât mai stabil acea presiune de aspirație. Menținerea unei presiuni constant de aspirație prezintă un principiu de bază la elaborarea sistemului de automatizare și un element de bază în funcționarea corectă a instalației frigorifice.

În sistemul de comprimare a agentului frigorific se mai include și elementele de siguranță pentru compresoare, cum ar fi releele de presiune sau senzorii de presiune, care permit monitorizarea nivelului de agent frigorific și/sau a nivelului de ulei în baia de ulei a fiecărui compresor în parte. Aceste elemente de protecție sunt utilizare pentru înlăturarea funcționării incorecte a instalație precum și prevenirea defectării sistemului de comprimare.

Fig.3.5. Tipuri de compresoare

Condensatorul prezintă un schimbător de căldură care are rol de răcie a agentului frigorific pentru ca acesta să-și schimbe starea de agregare din stare gazoasă în stare lichidă. Răcirea trebuie să aibă loc într-un interval de temperaturi prestabilită, pentru a menține o viteză constantă de refulare a agentului frigorific în sistem.

Condensatoarele pot fi cu răcire cu aer, răcire cu lichid sau mixte. În cazul răcirii cu lichid acestea , din punct de vedere constructiv și de gabarit, sunt mai mici comparativ cu cele cu răcire cu aer și pot fi folosite la încălzirea încăperilor sau depozitelor, dar apare problema de fiabilitate. Fiabilitatea condesatoarelor cu răcire cu lichid este mai joasă comparativ cu condensatoarele cu răcire cu aer, plus la aceasta mai apare problema de răcire a lichidului ce absoarbe căldura din condensator în caz că acesta nu este utilizat în alt sistem de încălzire. Cel mai des întâlnite sunt condensatoarele cu răcire cu aer și mixtă. În cazul condensatoarelor cu răcire cu aer, pentru un schimb de căldură mai rapid sunt utilizate ventilatoare, și aici apare necesitatea automatizării procesului de pornire, oprire, monitorizarea stării de funcționare. Pentru o menținere mai stabile a vitezei de refulare sunt folosite invertoare de frecvență sau și mai nou ventilatoare inteligente, care își modifică viteza în dependență de temperature de ieșire a agentului frigorific din condensator.

Fig.3.6. Tipuri de condensatoare

Valva de expansiune este instalată în orificiul de intrare a vaporizatorului și are 2 roluri de bază:

Efectul de diminuarea, la trecerea agentului frigorific cu presiune si temperature relative mare prin sectiunea transversal mică a valvei de expansiune, se diminuiază presiunea si temperature agentului frigorific creând mediul necesar pentru procesul de fierbere a agentului frigorific,

Controlul fluxului de agent frigorific, ventilul de expansiune își modifică secțiunea transversal în dependență de starea agentului frigorific la iesirea din evaporator, are rolul de menținere a efectului de fierbere pe tot evaporatorul dar și fierberea completă a agentului , acesta fiind complet în stare gazoasă la ieșire.

Din punct de vedere constructive valvele de expansiune pot fi mecanice și electronice. Pentru o funcționalitate cât mai corectă sunt folosite valvele electronice care au la bază 2 principii de funcționare: motor pas cu pas, care mărește sau micșorează orificiul de trecere a agentului frigorific în dependență de presiunea și temperature agentului frigorific la ieșirea din vaporizator sau acționarea prin impulsuri a valvei. În ambele cazuri are loc monitorizarea stării agentului la ieșirea din vaporizator, doar că valvele cu acționare prin impulsuri se utilizează mai des la schimbătoarele de căldură de putere mai mare. Ca și în cazul condensatoarelor, pentru un schimb mai rapid de căldură sunt utilizate ventilatoarele.

În cadrul unei instalații frigorifice sunt montate 3 filtre-dezumificatoare după cum urmează:

Elemente de filtrare la aspirație, la intrarea agentului frigorific în sistemul de comprimare

Elemente de filtrare la refulare, la ieșirea din rezervorul de agent frigorific

Elemente de filtrare a uleiului, la ieșirea uleiului din rezervorul de ulei

Aceste elemente de filtrare sunt necesare într-o instalație frigorifică pentru a preveni pătrunderea impurităților, așchii metalice, particulelor de apă care ar duce la funcționarea greșită precum și la defectarea elementelor component ale instalației (valve de expansiune, placa cu supape ale compresorului,ș.a.). Aceste elemente de filtrare reprezintă niște cartridge care trebuie schimbate periodic și necesită monitorizarea duratei de lucru a instalației și informarea departamentului de mentenanță de schimb periodic a acestor elemente.

Separatoarele de lichid cu schimbator de caldura, montate pe aspiratia compresorului, vaporizeaza excesul de refrigerant lichid care se intoarce, protejand compresorul de posibilele defectiuni

Compresoarele frigorifice sunt unse cu ulei de refrigerare care circula din carterul compresorului spre chiulasa. Odata cu agentul frigorific, o pelicula fina de ulei este evacuata de compresor, ulei ce va fi distribuit in întregul sistem. Cantități mici de ulei care circulă prin sistem nu va afecta performanța sistemului. Uleiul in cantitati mai mari care circulă în sistem va avea efecte negative asupra componentelor din sistem si reduce capacitatea sistemului de a elimina în mod eficient căldura. Condensatoarele, evaporatoarele și alte schimbătoare de căldură pierd din eficiență atunci când sunt acoperite în interior cu un film de ulei. Uleiul frigorific neintors in compresor este una din principalele cauze de ungere necorespunzatoare a compresorului care poate conduce la defectarea compresorului. La temperaturi scazute, pelicula de ulei frigorific devine dificil să se mute, ulei fiind prins în sistem. Agentul frigorific paraseste compresorul prin linia de refulare conținand si o cantitate de ulei. Acest amestec intră in separatorul de ulei, viteza de circulatie este redusa pentru a permite pentru inceput separarea uleiului de agentul frigorific. Picaturile de ulei se acumuleaza la partea inferioara a separatorului de ulei. Gazul refrigerant trece apoi printr-o sită de evacuare eliminand particulele de ulei rezidual. Uleiul se adună în partea de jos a separatorului de ulei până când un flotor cu supapă cu ac se deschide pentru a permite intoarcerea uleiului în compresor. Intoarcerea se face rapid din cauza presiunii mai mare în separatorul de ulei decât în carterul compresorului. Când nivelul de ulei s-a redus, se închide supapa cu ac, pentru a preveni ca si agentul frigorific gaz sa revina in compresor. Agentul frigorific gaz iese prin orificiul de evacuare al separatorului de ulei și se duce la condensator.

Regulatorul nivel ulei este o piesă importantă din cadrul de automatizare dar și un element necesar pentru lucrul stabil și îndelungat al unui compresor. Regulatorul de ulei are rolul de a menține un nivel optim de ulei în baia de ulei al compresorului. În cazul unei centrale frigorifice, toate compresoarele sunt conectate la un sistem comun de ulei, care conține un rezervor de ulei, separatorul de ulei, regulatoare de nivel ulei la fiecare compresor și deja circuitul ce leagă aceste componente. Lipsa acestui component din sistemul cu ulei al unei instalații duce la refularea uleiului frigorific odată cu freonul în sistem și uzarea compresorului. Regulatoarele nivel ulei pot fi mecanice și electronice, în prezent sunt folosite pe larg regulatoarele electronice deoarece în caz de nefuncționare corectă a sistemului de alimentare cu ulei este posibilă deconectarea automată a instalației și indicarea bazei problemei, prevenind uzarea acestuia și ajutând departamentul tehnil la identificarea esenței problemei.

Pentru eleborarea unui sistem de automatizare și monitorizare corect funcțional sunt luate în calcul fiecare element în parte cu particularitățile acestora. Fiecare element al sistemului frigorific au un rol important în funcționarea corectă și automatizarea necorespunzătoare sau nemonitorizarea unor subsisteme vor duce la defecțiuni repetate și costisitoare a sistemului frigorific.

3.2 Elaborarea web-serverului în baza controlerului Siemens S7-1200

În cadrul instrumentariului dezvoltat de către Siemens, TIA Portal, este posibilitatea de elaborare a web-server-ului direct pe dispozitiv. Pentru aceasta se vor urma următorii pași:

În meniul configurațiilor generale ale dispozitivului, submeniul web server, se activează linia Activate web server on this module.(fig.3.7.)

Fig.3.7. Activarea web server

Se descarcă proiectul creat în PLC și se aplică adresa ip în bara de adrese al browser-ului. Se va intra în web server-ul Siemens implicit. (fig.3.8)

Fig.3.8. Accesarea web server implicit

Acest website este perfect pentru vizualizarea erorilor apărute și vizualizarea grafică a datelor. Înainte de a activa paginile definite de utilizator în PLC, trebuie de creat un fișier HTML pentru pagina noastră de utilizator. Se crează un fișier text numit "Camera1" și-l salvăm într-un folder de pe computer (adică "C: \ UserPages").

Acum putem să activăm paginile de utilizator și să folosim acest fișier pe care l-am creat. Pentru a activa paginile de utilizator, navigăm la configurația dispozitivului -> Server Web -> Pagini Web definite de utilizator. Setăm directorul HTML în dosarul pe care l-am creat și pagina HTML implicită în fișierul pe care l-am creat. Apoi, facem clic pe Generați blocuri pentru a compila pagina de utilizator,figura 3.9.

Fig.3.9. Activarea paginii de utilizator

Fragmentele sunt numele dat fiecărui fișier în dosarul paginilor de utilizator. Inițial, am creat doar un singur fișier "Camera1", dar am creat mai multe fișiere în acest dosar. Ar arăta cam așa:

Fig.3.10. Crearea mai multor fișiere în dosar

Pe măsură ce adăugăm mai multe fișiere în dosar , putem depăși numărul maxim de octeți care poate fi conținut într-un bloc de date, atunci când se întâmplă acest lucru, se creează un alt bloc secvențial de date. Putem include fișiere HTML, JavaScript și chiar fișiere imagine. Toate vor fi convertite în fragmente de blocuri de date.

Pentru ca paginile utilizatorilor să funcționeze, trebuie să apelăm funcția WWW în proiect. Ne amintim DB-urile create de funcția "Generați blocuri". Știm deja că DB334 stochează fragmentele. DB333 este utilizat împreună cu funcția www pentru a controla recuperarea și livrarea fragmentelor. Înserăm funcția www în proiect, o compilăm și o înscrim pe PLC.

Fig.3.11. Funcția www

Acest proces solicită procesele din browser și sincronizează datele din paginile de utilizator. Se ocupă de recuperarea fragmentului corect din blocurile de date Fragment după cum se arată mai jos:

Dacă parcurgem adresa IP a PLC-ului , vom vedea pagina principală de conectare a serverului Web Siemens. Există o legătură în partea stângă pentru paginile de utilizator. Numele din hyperlink se potrivește cu numele aplicației pe care l-am specificat în ecranul de configurări utilizator în Portalul TIA.

3.3 Elaborarea bazei de date pentru serverul IoT a sistemului de monitorizare

Baza de date va folosi la structurarea informațiilor stocate într-o formă mai explicită, pentru vizualizarea acestora într-o structură simplificată. În baza parametrilor necesari spre vizualizare și senzorilor conectați în sistem, a fost elaborată următoarea structură a bazei de date, fig.3.12.

Fig.3.12. Exemple de structuri a a bazei de date

Studiind principiul de lucru a instalației frigorifice, precum și componentele acestui sistem, a fost elaborată o bază de date ce include componentele sistemului frigorific, parametrii acestei instalații, intervalul de valori de lucru a parametrilor de temperatură, umeditate și presiune. Această bază de date a fost proiectată cu scopul de a putea monitoriza procesul de refrigerare/păstrare a produselor depozitate în camere frigorifice la distanță.

Această bază are o structură mai simplă față de acele elaborate în baza programelor speciale. Programele specifice pentru programarea controlerelor programabile. În timpul procesului de programare, introducerea algoritmului de lucru a instalației frigorifice, baza de date se generează în baza algoritmului scris, ceea ce reprezintă o ușurință pentru programator. Neavînd destule capacități de programare în mediile de programate TIA Portal sau IQWorks a fost creată structural baza de date de mai sus. În baza acestei structuri a fost creată o interfață de utilizator. Interfața de utilizator permite personalului autorizat să acceseze baza de date a setului de depozite frigorifice pentru vizualizarea datelor de lucru a instalației și valorile setate a acestora.

Fig.3.13. Pagina de autentificare a utilizatorului

Pagina de autentificare este prima pagină pe care o accesează utilizatorul atunci când dorește să intre în baza de date IoT. În această pagină se poate vedea 3 linii, unde utilizatorul trebuie să introducă datele sale: Nume, Prenume, Parola. În baza combinațiilor acestor 3 date personale utilizatorul poate accesa informațiile din cadrul bazei de date IoT, unde sunt stocate informațiile citite de la instalațiile frigorifice.

Fig.3.13. Schița de proiectare a paginei de stare a sistemului frigorific

După accesarea datelor, utilizatorul va putea accesa pagina de stare a sistemului frigorific. În această pagină, sub formă de indicatori se va putea vedea starea componentelor conectare: starea compresor, stare valvă, stare senzori, precum va fio posibilă accesarea unor submeniuri de modificare a parametrilor.

Fig.3.14. Pagina de actualizare a parametrilor de lucru a instalației

În cadrul acestei pagini va fi posibilă modificarea parametrilor de lucru a instalației frigorifice: conectare/deconectare valvă de expansiune, minimul și maximul de temperatură, umeditate.

Fig.3.15. Pagina de actualizare a parametrilor pe cameră

Această pagină permite vizualizarea și modificarea parametrilor de lucru a instalației per cameră individuală. Datorită faptului că o instalație frigorifică lucrează pentru 4 camere frigorifice, parametrii de lucru pot fi setați pentru fiecare cameră individual.

Concluzii generale

Instalațiile frigorifice reprezintă un sistem complex, iar pentru automatizarea acestuia sunt necesari un șir de senzori conectați la un sistem de comandă central, capabil să prelucreze informațiile sustrase de la senzori și a lua decizii concrete în dependență de valorile senzorilor. Monitorizarea unui asemenea sistem reprezintă o necesitate pentru departamentul de deservire tehnic. În dependență de starea echipamentului, rata erorile apărute pe parcursul funcționării instalației, se pot lua decizii privind lucrările de mentenanță.

Conceptul IoT , conexiunile și interacțiunile dintre părțile componente ale sistemului nostru prin rețeaua globală va permite sistemului nostru să ia naștere. Accest concept, posibilitatea de conexiune a sistemului de monitorizare la rețeaua globală va permite utilizatorilor să acceseze informațiile din cadrul bazei de date create referitor sistemului nostru. Fără acest concept monitorizarea la distanță ar fi mai costisitoare și cu o rată de erori mai mare.

În urma analizei sistemelor de monitorizare existente pe piață am constatat mai multe neajunsuri al sistemelor actuale. Sistemele de monitorizare existente au un număr restrâns de senzori conectați (1-2 senzori de temperatură, 1 senzor de umeditate) la procesorul ce dirijează doar cu conectarea compresorului,defrostul și opțional poate fi un releu pentru comanda ventilator vaporizator. Celelalte componente devin independete, valva de expansiune, presostate și nu pot fi monitorizate funcționarea acestora.

S-au analizat metodele de automatizare și monitorizare a camerelor frigorifice din cadrul depozitelor frigorifice, ca urmare a acestor analize s-a propus aplicarea controlerelor liber programabile (PLC). Aceste controlere permit conectarea unui număr mare de senzori (un modul I/O suplimentar permite conectarea până la 32 de senzori sau actuatori). Pentru proiectul dat este suficient un singur modul I/O suplimentar, deoarece mai avem la dispoziție 6 conexiuni din cadrul modulului de bază.

Funcționarea întregului proces de automatizare și monitorizare se bazează pe algoritmul de funcționare elaborat și adaptat în controler. La programarea acestuia se bazează pe proprietățile și nuanțele funcționării fiecărui element (conectarea consecutivității compresoarelor, conectarea și deconectarea ventilatoarelor condensatorului, menținerea temperaturii de fierbere constante,…).

Pentru monitorizarea la distanță a parametrilor de lucru, precum și a stării echipamentelor instalației a fost proiectat un web-server pe controlerul liber programabil, permițând o prelucrare rapidă a datelor și accesarea datelor direct pe controlerul principal, fără a fi nevoie de echipamente suplimentare.

Pentru stocarea informațiilor provenite de la instalație, formarea unor rapoarte de stare, crearea unor previziuni a eventualelor defecțiuni ce vor avea loc, s-a elabora o bază de date pe serverul IoT. În cadrul acestei baze de date s-au introdus parametrii de bază a instalației. Procedurile prezente pe serverul IoT permit prelucrarea acestor date în zeci de moduri, permițând accesarea datelor în diverse forme, dar și permite efectuarea unor previziuni referitor procesului de lucru a instalației frigorifice (lucrări de profilaxie, modificarea parametrilor de lucru în dependență de starea meteorologică, prevenirea unor defecțiuni tehnice majore în baza șirului de erori apărute).

Pentru elaborarea unui asemenea proiect este nevoie de o investiție inițială mai mare (aproximativ 350 mii lei, inclusiv și partea de acționare ) în comparație cu utilizarea termostatelor electronice de temperatură, dar utilizarea PLC-urilor permite controlul și monitorizarea mai eficientă, reducerea numărului de personal de deservire, utilizarea energetică mai eficientă, previziunea defecțiunilor majore ale instalației. Adunând toate aceste avantaje se ajunge la concluzia că investițiile inițiale mai mari vor aduce la un venit mai mare în perspectivă, deoarece pierderile ulterioare vor fi semnificativ mai mici.

Bibliografii

Produse de automatizare Eliwell

http://mosinv.ru/_4_presentations/Eliwell%20presentation.pdf

Monitoring solutions

https://www.danfoss.com/en/products/electronic-controls/dhs/monitoring-solutions/#Overview

Automatizarea, Tablouri electrice de comanda si automatizare

Automatizari

Системы мониторинга Televis

https://mosinv.ru/71_Monitiring.htm

Programmable Logic Controllers. Frank D. PETRUZELLA, 2016, EngineeringBooksPdf@gmail.com

DI-159 High Speed PLC with Embedded Basic

https://www.dataq.com/resources/pdfs/datasheets/di-159-plc-data-acquisition-starterkit_ds.pdf

Wireless data acquisition system for IoT applications

https://www.researchgate.net/publication/258832803_Wireless_data_acquisition_system_for_IoT_applications

Refrigeration, HVAC and lighting control for retail

http://www2.schneider-electric.com/sites/malaysia/en/solutions/energy_efficiency/quick-navigation/refrigeration-hvac-and-lighting-control-for-retail.page

Digital and Intelligent Sensors and Sensor Systems:Practical Design Dr. Sergey Y. Yurish

I/O modules

https://mall.industry.siemens.com/mall/en/ww/catalog/products/10045164?activeTab=order&regionUrl=WW

Monitorizare și control TelevisGo

http://ecolux.md/catalog/elemente-de-automatizare-si-componente-electrice/

EWPA 007/030, pressure transducers

https://aircool.ru/files/tex_info_katalogi/TEXDOC/eliwell/ewpa_007-030.pdf

Siemens S7-1200 Web Server Tutorial – From Getting Started to HTML5 User Defined Pages https://www.dmcinfo.com/latest-thinking/blog/id/8567/siemens-s7-1200-web-server-tutorial- -from-getting-started-to-html5-user-defined-pages

EWHS 314, humidity transducers

https://www.electricautomationnetwork.com/en/eliwell/sn0npm1a6i4m0-eliwell-ewhs-314-probe-to-tta-hr0100-rh-3070-c-420ma

IPTE Factory Automation

http://www.ace.tuiasi.ro/users/103/2016_03_07%20IPTE%20Factory%20Automation%20EN.pdf

Programarea automatelor programabile folosind limbaje bazate pe blocuri funcționale. http://iota.ee.tuiasi.ro/~cghaba/SPME/spmeLab/L08%20-%20Programe%20AP%20cu%20BF.htm

Cursul 4, Automate vectoriale, profesor Mărgineanu Ioan, 2014

http://432x.ncss.ro/Anul%20III/AMP/Cursuri/AMP-Cursul%205%20Limbajul%20LAD.pdf

Limbajul de programare de tip “Scheme cu contacte” (LD)

http://iota.ee.tuiasi.ro/~cghaba/SPME/spmeNotecurs/Scheme%20cu%20contacte.pdf

Webservers for Internet of Things, Alexandru Radovici

https://ocw.cs.pub.ro/courses/iot/courses/05

Application of IoT in monitoring and controlling agricultural production, Siniša Ranđić
https://www.researchgate.net/publication/298906220_Application_of_IoT_in_monitoring_and_controlling_agricultural_production