Řízení fotovoltaických elektráren programovatelnými logickými automaty
Jak monitorovat, plánovat a řídit provoz vícero solárních elektráren na dvou kontinentech, z jednoho centrálního dispečinku a s minimálními nároky na personál? Mezinárodní společnost Photon Energy se sídlem v Amsterdamu nabízí zákazníkům komplexní služby v oblasti solárních elektráren a v současnosti provozuje či rozvíjí více než 100 střešních i pozemních solárních systémů o celkovém výkonu 230 MWp.
Řízení a monitoring takto rozsáhlých systémů vyžaduje výkonné a spolehlivé řídící jednotky. Zástupci Photon Energy se proto s požadavkem na vývoj odpovídajícího kontroléru obrátili na tým české společnosti UniPi.technology, která řídící jednotky vyvíjí a vyrábí.
Obr. 1: Jednotka Commander PE115S s balením
Požadavkem Photon Energy byl vývoj vlastního kontroléru, který by splňoval hardwarové požadavky nové generace. Jmenovitě šlo o vysoký výkon procesoru pro provoz vlastních aplikací, čtveřici rozhraní RS485, 8GB paměť pro uchovávání dat a I/O moduly. Tyto požadavky pak měly být zkombinovány s komunikačním a monitorovacím rozhraním PECOM vyvinutým firmou Photon Energy.
Jako základ byla použita jednotka Axon S115, disponující čtveřicí sériových linek RS485 pro komunikaci s velkým množstvím externích zařízení. Kromě standardní výbavy pak jednotka určená pro Photon Energy disponuje i přídavnou funkcionalitou v podobě tzv. HUBu, který má za úkol transformaci a agregaci dat a jejich následné odesílání do systému PECOM. Výsledný produkt byl pro potřeby zákazníka přeznačen na Commander PE115S, samotná jednotka i celé balení pak byly opatřeny firemním logem Photon Energy a provedeny v barvě vybrané zákazníkem.
Výsledný produkt umožnil posílit původní funkcionalitu o možnost spouštění aplikací s vyššími hardwarovými nároky (systém PECOM firmy Photon Energy) a zároveň i snížit počet potřebných hardwarových prvků v rozvaděči.
Obr. 2: Komunikační a monitorovací rozhraní PECOM
Obr. 3: Komunikační a monitorovací rozhraní PECOM
Obr. 4: Komunikační a monitorovací rozhraní PECOM
Obr. 5: UniPi Axon S115
Specializované modely
Model Axon S115 není jediným specializovaným modelem kontroléru v nabídce UniPi. V rámci nejnovější produktové řady UniPi Axon mají zákazníci k dispozici i další dva specializované modely Axon S205 a Axon S505. Společně s modelem S115 tvoří tyto kontroléry trojici PLC s architekturou přizpůsobenou pro specializované automatizační úlohy.
Výše zmíněný model Axon S115 je díky čtveřici sériových linek vhodný jako komunikační uzel pro vysoký počet zařízení. Jednotka je tak schopna komunikovat s až 100 zařízeními a lze ji využít pro vytváření rozsáhlých automatizačních sítí. V kombinaci s rozšiřujícími moduly Neuron Extension pak lze s Axonem S115 vytvořit síť čítající až 2880 vstupů a výstupů. Široká konektivita je zajištěna dvojicí sériových linek RS485, jednou sériovou linkou RS232 a sběrnicí 1-Wire pro připojení různých jednoduchých senzorů (teploměry, vlhkoměry apod.)
Obr. 6: UniPi Axon S115 + rozšiřující moduly
Model Axon S205 je vybaven osmi digitálními vstupy a osmi reléovými výstupy. Digitální vstupy jsou navrženy pro vyčítání binárních logických stavů reprezentovaných úrovní napětí, jednotka tak skrze ně může přijímat údaje z binárních zařízení jako jsou např. spínače osvětlení, hladinové senzory, pohybové senzory apod. Vstupy lze rovněž připojit k S0 výstupu elektroměrů a dalších pulzních měřičů (vodoměry, plynoměry apod.) a použít kontrolér k odečtu spotřeby energií. Reléové výstupy jsou pak určené pro spínání dvojstavových zařízení s vyšším proudovým odběrem jako jsou žárovky, pumpy, kotle, případně silnější externí relé. Výsledná kombinace je obzvláště vhodná například pro řízení osvětlení, dálkové ovládání garážových vrat, systémů zavlažování a dalších podobných aplikací. Vedle toho jednotka disponuje i sériovou linkou RS485 a sběrnicí 1-Wire.
Model Axon S505 disponuje čtyřmi analogovými vstupy a čtyřmi analogovými výstupy. Jednotka tak může odečítat údaje z analogových senzorů, jako jsou tenzometry či tlakoměry. Vedle toho můžete vstupy na kontroléru použít i k měření proudu, napětí, případně k odečtu údajů z odporových teploměrů. Analogové výstupy pak lze užít k regulaci vícestavových zařízení za pomoci 0-10V napětí. Na základě údajů ze vstupů tak lze tak ovládat a regulovat například vícestavové ventily, stmívače osvětlení, servomotory, akční členy různých strojů a další. I model S505 je vybaven rozhraním RS485 a sběrnicí 1-Wire.
Obr. 7: UniPi Axon S205
Obr. 8: UniPi Axon S505
Všechny uvedené modely sdílejí výbavu společnou všem modelům řady Axon. Kontroléry této řady jsou standardně poháněny průmyslovým počítačem se čtyřjádrovým ARM procesorem o taktu 1,2 GHz a 1GB RAM, pro ukládání dat a programů pak slouží interní 8GB eMMC paměť. Standardem je také 1Gbit Ethernet pro síťovou komunikaci a dvojice portů USB 2.0.
Široký výběr modelů
Vedle uvedené trojice kontrolérů zahrnuje řada Axon i dalších 10 modelů, rozdělených do tří velikostí a několika modelových řad. Architektura modelů se liší v závislosti na řadě, kontroléry Axon tak mohou disponovat
- až 36 digitálními vstupy pro vyčítání binárních logických stavů skrze 5-30V DC napětí
- až 4 digitálními výstupy pro spínání napětí do 35V
- až 28 reléovými výstupy pro ovládání či spínání zařízení s vyšším proudovým odběrem jako jsou žárovky, bojlery, pumpy apod.
- až 8 analogovými vstupy pro měření stejnosměrného napětí či proudu, případně pro příjem hodnot z analogových senzorů (teplotní čidla, tenzometry, tlakoměry apod.)
- až 8 analogovými výstupy pro plynulé ovládání připojených zařízení pomocí stejnosměrného napětí 0-10V
Pro menší projekty jsou ideální univerzální modely o rozměrech pouhých 70×90×60 mm (4 DIN moduly) s až 16 vstupy a výstupy. Do rozsáhlejších systémů jsou pak určené velké jednotky s až 70 vstupy / výstupy a vynikajícím poměrem ceny a počtu I/O.
Tato flexibilita je nadále umocněna softwarovou otevřeností Axonů – standardně se jednotky dodávají s předinstalovaným profesionálním řešením Mervis, zahrnujícím přehledné vývojářské prostředí, cloudovou databázi, proxy server, editor uživatelského rozhraní a další funkce. Vedle něj ale Axony podporují i širokou škálu jiných řešení, od komerčních platforem přes open-source software až po vývojářskou sadu SDK. Ta kombinuje open-source API EVOK, rozhraní Modbus TCP a kernelový ovladač SysFS, a je navržena především pro možnost implementace Axonu do stávajících softwarových řešení či pro vývoj vlastních aplikací.
Obr. 9: Jednotky UniPi Axon jsou dostupné v různých velikostech
Modulární konstrukce Axonu dovoluje i široké možnosti zákaznického přizpůsobení na úrovni hardwaru. Díky OEM programu Vám může UniPi zaslat libovolnou jednotku Axon ve Vámi vybrané barvě a s logem Vaší společnosti – stačí pouze zaslat grafické podklady a RAL kód vybrané barvy. Možností je i vývoj nové funkcionality na základě Vaší technické specifikace, kdy lze zkombinovat hardware UniPi s různými bezdrátovými technologiemi (BACnet, LoRa, EnOcean apod.) OEM program tak představuje vynikající příležitost pro softwarové vývojáře, kteří pro svá řešení hledají odpovídající hardware.
Vývoj a výroba programovatelných řídicích jednotek (PLC), převodníků, senzorů a systémů pro technická zařízení budov, BMS, chytré domácnosti, výrobu, průmysl a automatizaci.
