Node-RED Raspberry Pi жүйелерінде температураны басқаруды қалай жеңілдетеді

Төмен кодты басқару өнеркәсіптік автоматтандыруға жақындауда

Төмен кодты инженерлік платформалар техникалық мамандар мен автоматтандыру инженерлерінің кішігірім басқару жобаларына көзқарасын қайта қалыптастыруда. Бұрын кең ауқымды скрипттер қажет болған нәрсе қазір Node-RED сияқты графикалық бағдарламалау орталарында іске қосылуы мүмкін.

Бұл жобада Raspberry Pi және DS18B20 температура сенсоры компакт температура контроллерінің негізін құрайды. Бұл орнату заманауи төмен кодты құралдардың DIY дамуы мен практикалық өнеркәсіптік автоматтандыру ұғымдарын қалай байланыстыратынын көрсетеді.

1-сурет. Raspberry Pi аппараттық платформалары жеңіл автоматтандыру және мониторинг тапсырмаларын қолдауды арттырады.

Неліктен температураны басқару негізгі инженерлік жаттығу болып қала береді

Температураны реттеу инженерлерді сенсорды алу, сандық шығыстар және басқару логикасы сияқты негізгі автоматтандыру ұғымдарымен таныстырады. Тіпті қарапайым жобалар да кері байланыс жағдайларының жабдық мінез-құлқына нақты уақыттағы әсерін көрсетеді.

Жоба Raspberry Pi контроллері, DS18B20 сандық сенсоры және Node-RED бағдарламалау ортасын қолданады. Бұл комбинация даму күрделілігін азайтады және басқару процесін бақылауды сақтайды.

2-сурет. Компакт сенсор сымдары экологиялық мониторинг жүйелерін жылдам прототиптеуге мүмкіндік береді.

Сандық сенсорлар интеграция күрделілігін азайтады

DS18B20 артықшылығы

Дәстүрлі температура құрылғылары, мысалы RTD және термопаралар, жиі қосымша сигнал өңдеу жабдығын талап етеді. DS18B20 интеграцияны жеңілдетеді, себебі ол 1-Wire протоколы арқылы сандық түрде байланысады.

Бір сигнал сымы бірдей байланыс желісінде бірнеше сенсорды қолдайды. Бұл архитектура сым тығыздығын азайтады және таратылған сенсорлық қолданбалар үшін жобаны тартымды етеді.

Таратылған басқару платформаларымен жұмыс істейтін инженерлер үшін масштабталатын сенсор интеграциясы қазіргі заманғы маңызды тақырып болып табылады. DCS басқару жүйелері және шеткі автоматтандыру ортасы.

Сенсорды қосу және GPIO байланыстары

Сенсорға 4,7 кОм тартқыш резисторды қолданатын қарапайым сым қосу қажет. Қуат пен жер тікелей Raspberry Pi-ға қосылады, ал сигнал желісі GPIO кіріс пиніне бағытталады.

Бірнеше сенсор бір кіріс желісін бөлісе алады, бұл конфигурацияны шектеулі I/O ресурстары бар ықшам жүйелер үшін тиімді етеді.

3-сурет. Дұрыс тартқыш резисторды орналастыру 1-Wire байланысының тұрақты жұмысын қамтамасыз етеді.

Node-RED басқару логикасын визуалды жұмыс ағынына айналдырады

Жұмыс ортасын құру

Node-RED Linux негізіндегі кірістірілген жүйелермен байланысты бағдарламалау кедергілерінің көп бөлігін жояды. Браузер негізіндегі интерфейс пайдаланушыларға логикалық ағындарды сүйреп апару функция блоктарын пайдаланып құруға мүмкіндік береді.

Орнатудан кейін қосымша пакеттер DS18B20 сенсоры мен Raspberry Pi GPIO аппараттық құралымен байланысуды қамтамасыз етеді. Интерфейс стандартты Node-RED іске қосу мекенжайы арқылы жергілікті қолжетімді болады.

4-сурет. Node-RED дәстүрлі скрипттерді визуалды бағдарламалау блоктары мен тікелей диагностикамен ауыстырады.

Тікелей температура деректерін оқу

Бірінші бағдарламалау қадамы - DS18B20 түйінін ағынға қосып, мақсатты сенсорды тағайындау. Дебаг түйіні тексеру және ақауларды жою үшін тікелей температура мәндерін көрсетеді.

Периодтық сканерлеу уақыты да мұқият бапталуы керек. Артық сұрау жиілігі кірістірілген аппараттық құралдағы процессордың жүктемесін қажетсіз арттыруы мүмкін.

5-сурет. Дебаг түйіндері іске қосу кезінде сенсор деректерін дереу көруге мүмкіндік береді.

Температура логикасын құру

Шығысты басқару үшін ауыстырып қосу шарттарын пайдалану

Ауыстырып қосу түйіні қолданбаның шешім қабылдау қозғалтқышы ретінде қызмет етеді. Өлшенген температура конфигурацияланған шектен асқанда, логика жүктемені шығыс жолына бағыттайды.

Екінші шарт орнатылған нүктеден төмен температураларды өңдейді, салқындату кезінде шығыстың дұрыс қалпына келуін қамтамасыз етеді.

6-сурет. Шекті логика қарапайым, бірақ тиімді жабық циклді басқару реакциясын жасайды.

GPIO шығыстарын басқару

GPIO шығыс түйіндері екілік мәндерді талап етеді, сондықтан өзгерту түйіндері логикалық нәтижені 1 немесе 0-ге түрлендіреді. Осы мәндер таңдалған Raspberry Pi шығыс пинін басқарады.

Бұл тәсіл үлкен PLC орталарында қолданылатын логикалық құрылымды қайталайды, оның ішінде модульдік құрылымдар да бар. Өндірістік нысандарда қолданылатын PLC және PAC жүйелері.

7-сурет. Payload түрлендіру логикалық функциялар мен физикалық шығыстар арасындағы үйлесімділікті қамтамасыз етеді.

Байланыс орнатылғаннан кейін, өлшенген температура орнатылған шектен асқанда шығыс түйіні GPIO пинін қосады. Жүйе температура шектен төмен түскеннен кейін шығысты төмен күйге қайтарады.

8-сурет. Толық жұмыс процесі сезу, шешім қабылдау логикасы және физикалық шығыс басқаруын біріктіреді.

Өзін-өзі жасау прототипінен өнеркәсіптік шеткі басқаруға дейін

Жоба әдейі қарапайым болып қалса да, ол өнеркәсіптік автоматтандырудағы кеңірек қозғалысты көрсетеді. Төмен кодты орталар шеткі шлюздерде, IIoT жүйелерінде және таралған бақылау қосымшаларында жиі кездеседі.

Инженерлер платформаны басқару тақталары, бұлттық дерекқорлар, дабылдарды басқару немесе тарихшы байланысы арқылы кеңейте алады. Қосымша сүзгілеу логикасы қысқа циклділікті азайтып, операциялық тұрақтылықты жақсарта алады.

9-сурет. Басқару тақтасының визуализациясы оператордың көрінуін және қашықтан бақылау мүмкіндігін арттырады.

Автоматтандырудағы Node-RED-тің нақты маңызы

Node-RED маңызы тек хобби жобаларымен шектелмейді. Оның визуалды архитектурасы операциялық технология мен бағдарламалық автоматтандыру арасындағы кедергіні төмендетеді.

Өндірушілер шеткі есептеу және IIoT инфрақұрылымын қабылдауды жалғастыра берген сайын, төмен кодты әзірлеу құралдары дәстүрлі PLC және DCS орталарымен бірге стандартты серіктестерге айналуы ықтимал. Бүгінгі күні автоматтандыруға кірісіп жатқан инженерлер үшін осы гибридті платформаларды түсіну барған сайын маңызды болуда.

Практикалық тұрғыдан алғанда, бұл температура контроллері функционалды автоматтандырудың қаншалықты жылдам енгізілуін көрсетеді. Бұрын арнайы микробағдарлама мен ұзақ әзірлеу кезеңдерін қажет еткен нәрсе қазір бірнеше минут ішінде визуалды түрде құрастырылуы мүмкін.

Автор: Даниэл Мерсер | Аға өнеркәсіптік жүйелер туралы репортер | Даниэлдің өнеркәсіптік басқару платформалары, кірістірілген автоматтандыру және шеткі есептеу жүйелерін қамтитын 14 жылдық тәжірибесі бар. Оның тәжірибесіне Siemens, Emerson DeltaV, Honeywell процесс жүйелері және Beckhoff Automation архитектураларын қамтитын алаңдық интеграция жобалары кіреді.