Node-RED Raspberry Pi жүйелеріндегі температураны басқаруды қалай жеңілдетеді

Low-code басқаруы өнеркәсіптік автоматтандыруға жақындай түсуде

Low-code инженерлік платформалары техниктер мен автоматтандыру инженерлерінің шағын басқару жобаларына деген көзқарасын өзгертуді жалғастыруда. Бұрын ауқымды скрипт жазуды қажет еткен нәрселерді енді Node-RED сияқты графикалық бағдарламалау орталары арқылы іске қосуға болады.

Бұл жобада Raspberry Pi және DS18B20 температура сенсоры ықшам температура контроллерінің негізін құрайды. Бұл құрылым заманауи low-code құралдарының DIY әзірлеуін практикалық өнеркәсіптік автоматтандыру ұғымдарымен қалай байланыстыра алатынын көрсетеді.

1-сурет. Raspberry Pi аппараттық платформалары жеңіл автоматтандыру және бақылау міндеттерін барған сайын қолдайды.

Температураны басқару неге инженерияның негізгі практикалық жаттығуы болып қала береді

Температураны реттеу инженерлерді сенсор деректерін жинау, цифрлық шығыстар және басқару логикасы сияқты автоматтандырудың негізгі ұғымдарымен таныстырады. Тіпті қарапайым жобалардың өзі кері байланыс жағдайларының жабдық жұмысына нақты уақытта қалай әсер ететінін көрсетеді.

Жобада Raspberry Pi контроллері, DS18B20 цифрлық сенсоры және Node-RED бағдарламалау ортасы қолданылады. Бұл үйлесім негізгі басқару процесінің көрінуін сақтай отырып, әзірлеу күрделілігін азайтады.

2-сурет. Сенсорларды ықшам сымдау схемалары қоршаған ортаны бақылау жүйелерін жылдам прототиптеуге мүмкіндік береді.

Цифрлық сенсорлар интеграция күрделілігін азайтады

DS18B20 артықшылығы

RTD және термопаралар сияқты дәстүрлі температура құрылғылары көбіне қосымша сигналды кондициялау жабдығын қажет етеді. DS18B20 интеграцияны жеңілдетеді, өйткені ол 1-Wire протоколы арқылы цифрлық түрде байланысады.

Бір сигнал сымы бір байланыс желісінде бірнеше сенсорды қолдайды. Бұл архитектура сымдардың тығыздығын азайтып, дизайнды таратылған сезу қолданбалары үшін тартымды етеді.

Таратылған басқару платформаларымен жұмыс істейтін инженерлер үшін масштабталатын сенсор интеграциясы заманауи DCS басқару жүйелері және шеткі автоматтандыру орталары.

Сенсор сымдары және GPIO қосылымдары

Сенсорға 4,7 кОм тарту резисторы қолданылатын қарапайым сымдау схемасы қажет. Қуат көзі мен жерге қосу сымы Raspberry Pi құрылғысына тікелей жалғанады, ал сигнал сымы GPIO кіріс істікшесіне бағытталады.

Бірнеше сенсор бір кіріс желісін ортақ пайдалана алады, бұл енгізу-шығару ресурстары шектеулі ықшам жүйелер үшін конфигурацияны тиімді етеді.

Figure 3. Тартқыш резисторды дұрыс орналастыру 1-Wire байланысының тұрақты жұмысын қамтамасыз етеді.

Node-RED басқару логикасын визуалды жұмыс ағынына айналдырады

Орындалу ортасын құру

Node-RED Linux негізіндегі ендірілген жүйелермен байланысты бағдарламалау кедергілерінің көп бөлігін жояды. Оның браузерге негізделген интерфейсі пайдаланушыларға сүйреп апару арқылы функциялық блоктарды қолданып, логикалық ағындар құруға мүмкіндік береді.

Орнатудан кейін қосымша пакеттер DS18B20 сенсорымен және Raspberry Pi GPIO жабдығымен байланыс орнатуға мүмкіндік береді. Интерфейс жергілікті жерде стандартты Node-RED орындалу ортасының мекенжайы арқылы қолжетімді болады.

Figure 4. Node-RED дәстүрлі сценарий жазуды визуалды бағдарламалау блоктары мен нақты уақыттағы диагностикаға алмастырады.

Температура деректерін нақты уақытта оқу

Бағдарламалаудың алғашқы қадамы DS18B20 түйінін ағынға қосып, мақсатты сенсорды тағайындауды қамтиды. Содан кейін debug түйіні тексеру және ақауларды жою үшін температураның нақты уақыттағы мәндерін көрсетеді.

Периодтық сканерлеу уақытын да мұқият баптау қажет. Сауалнама жүргізудің шамадан тыс жоғары жиілігі ендірілген жабдықтағы процессор жүктемесін қажетсіз арттыруы мүмкін.

Figure 5. Debug түйіндері іске қосу кезінде сенсор деректерін бірден көруге мүмкіндік береді.

Температура логикасын жасау

Шығысты басқару үшін Switch шарттарын пайдалану

switch түйіні қолданбаның шешім қабылдау механизмі ретінде әрекет етеді. Өлшенген температура орнатылған шектен асқанда, логика payload мәнін шығыс жолына бағыттайды.

Екінші шарт белгіленген мәннен төмен температураларды өңдеп, салқындау кезінде шығыстың дұрыс бастапқы күйіне қайтуын қамтамасыз етеді.

Figure 6. Шектік логика қарапайым, бірақ тиімді тұйық контурлы басқару реакциясын қалыптастырады.

GPIO шығыстарын басқару

GPIO шығыс түйіндеріне екілік мәндер қажет, сондықтан change түйіндері логика нәтижесін 1 немесе 0 мәніне түрлендіреді. Бұл мәндер таңдалған Raspberry Pi шығыс түйінін басқарады.

Бұл тәсіл модульдік құрамды қоса алғанда, ірі PLC орталарында қолданылатын логикалық құрылымды қайталайды PLC және PAC жүйелері өндірістік нысандардың барлық аумағында енгізілген.

7-сурет. Жүктеме түрлендіруі логикалық функциялар мен физикалық шығыстар арасындағы үйлесімділікті қамтамасыз етеді.

Қосылғаннан кейін өлшенген температура бапталған шектен асқан сайын, шығыс түйіні GPIO істікшесіне қуат береді. Содан кейін температура шектен төмен түскенде, жүйе шығысты төмен күйге қайтарады.

8-сурет. Толық жұмыс процесі сезуді, шешім қабылдау логикасын және физикалық шығысты басқаруды біріктіреді.

DIY прототипінен өнеркәсіптік шеткі басқаруға дейін

Жоба әдейі қарапайым болып қала береді, дегенмен ол өнеркәсіптік автоматтандырудағы кеңірек үрдісті көрсетеді. Кодсыз орталар шеткі шлюздерде, IIoT жүйелерінде және бөлінген мониторинг қолданбаларында барған сайын жиі кездеседі.

Инженерлер платформаны бақылау тақталарымен, бұлттық дерекқорлармен, дабылдарды басқару жүйесімен немесе архиваторға қосылу мүмкіндігімен кеңейте алады. Қосымша сүзу логикасы қысқа циклділікті азайтып, операциялық тұрақтылықты жақсарта алады.

9-сурет. Бақылау тақтасының визуализациясы операторға көрінуді және қашықтан бақылау мүмкіндігін арттырады.

Автоматтандырудағы Node-RED-тің шынайы маңызы

Node-RED-тің маңызы әуесқойлық жобалардан әлдеқайда кең. Оның визуалды архитектурасы операциялық технология мен бағдарламалық жасақтамаға негізделген автоматтандыру арасындағы кедергіні азайтады.

Өндірушілер шеткі есептеу мен IIoT инфрақұрылымын енгізуді жалғастырған сайын, кодсыз әзірлеу құралдары дәстүрлі PLC және DCS орталарымен қатар қолданылатын стандартты құралдарға айналуы ықтимал. Бүгінде автоматтандыру саласына кіріп жатқан инженерлер үшін осы гибридті платформаларды түсіну барған сайын маңызды бола түсуде.

Практикалық тұрғыдан алғанда, бұл температура контроллері функционалды автоматтандыруды қазір қаншалықты жылдам енгізуге болатынын көрсетеді. Бұрын арнайы микробағдарлама мен ұзақ әзірлеу циклдерін қажет еткен нәрселерді енді бірнеше минут ішінде визуалды түрде құрастыруға болады.

Автор: Daniel Mercer | Өнеркәсіптік жүйелер жөніндегі аға тілші | Daniel өнеркәсіптік басқару платформаларын, кіріктірілген автоматтандыруды және шеткі есептеу жүйелерін қамту саласында 14 жылдық тәжірибеге ие. Оның тәжірибесіне Siemens, Emerson DeltaV, Honeywell процесс жүйелері және Beckhoff Automation архитектуралары қатысқан өндірістік нысандардағы интеграция жобалары кіреді.