Jesteśmy przyzwyczajeni do tego, że realizacja zadań związanych ze zbieraniem danych lub monitoringiem maszyn czy zużycia mediów energetycznych z wykorzystaniem sterowników PLC wymaga indywidualnego podejścia – napisania dla nas (lub przez nas), na potrzeby konkretnej instalacji, aplikacji na sterownik PLC. Typowe zadania realizowane z wykorzystaniem standardowych, pomocnych bibliotek za każdym razem układanych pod potrzeby konkretnej instalacji. Zmiana układu, dodatkowy licznik czy monitorowana wielkość w systemie to z reguły kolejne prace nad aplikacją i kolejna jej wersja wgrywana na sterownik PLC.
W kontekście realizacji właśnie takich „typowych” zadań możemy iść przetartą już ścieżką (w końcu integracja to typowe zadania dla automatyków) lub wykorzystać WAGO Energy Data Management (EDM) – nowy sterownik aplikacyjny WAGO. Rozwiązanie zostało pomyślana tak, by osoba wdrażająca lub użytkownik miał możliwość łatwej rejestracji i zbierania danych z maszyn, procesu lub odczytu liczników mediów, bez konieczności programowania. EDM jest oparty o standardowy sterownik PLC i moduły wejść/wyjść uzupełnione gotową aplikacją. Całość pełni rolę parametryzowanego koncentratora i rejestratora danych. Zapewnia swobodę doboru kart pomiarowych i otwartą komunikację zarówno na poziomie obiektowym, jak i komunikację z systemami nadrzędnymi.
Zadania, które ma realizować sterownik, konfigurowane są przez użytkownika za pomocą strony WWW udostępnianej przez PLC. Nie potrzeba żadnego dodatkowego oprogramowania narzędziowego – wystarczy komputer ze standardową przeglądarką internetową. Rozbudowa systemu zbierania danych o dodatkowe kanały pomiarowe lub liczniki może zostać przeprowadzona przez użytkownika samodzielnie, na dowolnym etapie.
Architektura
Akwizycja danych
EDM rozwiązuje typowe zadania związane z akwizycją danych. Mogą być one pozyskiwane:
- z klasycznych kart I/O sterownika (sterownik automatycznie wykrywa podłączone do CPU karty), np.:
– moduły pomiaru mocy (moce, energie, prądy – ogólnie parametry obwodów elektrycznych),
– karty wejść analogowych (przepływy, temperatury, ciśnienia, etc.)
– wejścia cyfrowe – zliczanie impulsów, np. impulsy liczników wody, impulsy z czujników
(zliczanie produktów, start stop maszyn, etc.) - poprzez podłączony do sterownika moduł karty I/O M-Bus Master (odczyt po M-Bus liczników ciepła/chłodu, energii elektrycznej)
- przez dostępny w sterowniku port RS-485 (odczyt dowolnych urządzeń Modbus RTU)
- przez dostępny port ETHERNET (z urządzeń zewnętrznych – Modbus TCP/IP – dowolne rejestry; ten mechanizm też jest wykorzystany do odczytu danych z innych sterowników EDM, np. gdy mamy kilka lokalizacji),
- przez dostępny w sterowniku port RS-485 (Modbus RTU, odczyt kompaktowych mierników WAGO 2557-570 – pomiary z rozproszonych lokalizacji, dowolne urządzenia Modbus).
Konfiguracja – poglądowe strony konfiguracyjne
Konfiguracja EDM odbywa się za pomocą przeglądarki internetowej. Użytkownik loguje się do aplikacji WWW sterownika. Przygotowuje i wybiera dane trafiające na wejścia fizyczne sterownika, wypracowywane przez moduły pomiaru mocy lub odczytywane po protokole (Modbus, M-Bus) z rozproszonych na obiekcie urządzeń. Ma możliwość skalowania danych, przyporządkowania jednostek i własnych nazw, które na dalszym etapie ułatwią identyfikację i śledzenie pomiarów.
Przykładowe strony konfiguracyjne WWW z aplikacji EDM:
Jeżeli korzystamy z danych z urządzeń komunikujących się po sieci, to zestawienie komunikacji i wybór interesujących nas rejestrów ułatwiają przeznaczone do tego parametryzowane zakładki:
Logowanie danych
Wybrane dane, przygotowane jak wyżej, mogą zostać rejestrowane za pomocą loggerów. Na sterowniku możemy uruchomić w sumie pięć loggerów. Dane są zapisywane w wewnętrznej pamięci sterownika PFC200 (750-8212) lub na zewnętrznej karcie SD. Format loggerów (podstawowy oparty jest o bazę SQLite) jest uruchamiany automatycznie przez aplikację na sterowniku. Z bazy pobierane są dane do wizualizacji – dashbordów. Pozostałe loggery bazują na plikach CSV (pliki te mogą być zapisywane w nieulotnej pamięci sterownika lub na zewnętrznej karcie SD).
Do każdej danej przypisujemy logger i określamy warunki logowania – cyklicznie lub na zmianę (warunki logowania są ustawiane indywidualnie dla każdej mierzonej zmiennej, którą chcemy rejestrować).
Dostępne są mechanizmy pozwalające zarządzać pamięcią – usuwanie najstarszych plików, zapisów i/lub automatyczny eksport plików z danymi na serwer FTP. Dane eksportowane są w formacie pliku CSV (także te zapisywane w bazie SQLite, z której korzysta domyślny logger).
Alarmowanie, sterowanie wyjściami fizycznymi sterownika
W oparciu o porównanie wartości mierzonej i określonej przez nas referencyjnej istnieje możliwość „pilnowania” wartości i definiowania akcji. Przekroczenie wybranej wartości może załączyć określone wyjścia fizyczne sterownika. O zaistniałym przekroczeniu zdefiniowani odbiorcy są informowani za pomocą wysyłanych mailowo alarmów.
Obliczenia
EDM pozwala wyliczać wartości w oparciu o mierzone dane i wprowadzane przez nas stałe. Możemy zdefiniować tzw. wirtualne obiekty (virtual objects). Mogą być nimi wyliczenia matematyczne. Kreator pozwala na tworzenie obliczeń obejmujących wybrane przez nas zmienne i dostępne wymienione niżej funkcje matematyczne.
Dostępne funkcje matematyczne:
Drugim typem wyliczanych obiektów mogą być tzw. energy objects – średnie i trendy związane z mocą:
Wizualizacja, własne dashboardy
Oprócz zaprezentowanej wizualizacji (służącej głównie do konfiguracji) EDM umożliwia uruchomienie opcjonalnego modułu wizualizacyjnego. Umożliwia on realizację zaprezentowanych wyżej funkcjonalności związanych z konfiguracją EDM w lepszej, ładniejszej graficznie i bardziej ergonomicznej formie.
Ale to co najważniejsze i co jest największą wartością dodaną – moduł ten pozwala na tworzenie on-line własnych dashbordów. Jesteśmy w stanie swobodnie dodawać udostępniane przez kreator kontrolki i wizualizować dane zarejestrowane przez główny datalogger w bazie SQLite sterownika. W dowolny momencie mamy możliwość tworzenia korelacji danych – zestawienia kilku zmiennych na jednym wykresie oraz dokonywania obliczeń i przeliczeń wartości.
Istnieje możliwość eksportowania danych do pliku CSV bezpośrednio ze strony WWW, co daje swobodę tworzenia dalszych, pogłębionych analiz i/lub bardziej przekrojowych zestawień. Funkcjonalności te pozwalają wychwycić wartości maksymalne i minimalne, czy obliczyć średnie wartości ze zdefiniowanego okresu.
Przykładowy dashboard:
Moduł wykresów pozwala użytkownikowi swobodnie definiować wybrane okresy, z dokładnością co do godzin i minut. Można np. zdefiniować okresy w ciągu dnia, które będą pokrywać się z założeniami taryfy i przeprowadzić analizę zużycia energii w poszczególnych przedziałach czasowych. Pozwoli to w łatwy sposób ocenić zużycie energii w szczycie i poza szczytem.
Warto dodać, że wizualizacja jest responsywna. Tak samo dobrze wygląda w przeglądarce komputera, jak i na urządzeniach mobilnych.
Udostępnianie danych do systemów SCADA i nie tylko
Za pomocą EDM można z łatwością udostępniać dane. Sterownik skonfigurowany jako serwer Modbus TCP/IP udostępni przygotowane dane np. do systemów SCADA bądź systemów raportujących.
Niezależnie od komunikacji Modbus, przy użyciu protokołu MQTT sterownik może logować dane na serwer w chmurze – wsparcie dla aplikacji WAGO Cloud.
O eksporcie danych do pliku CSV wspominałem wcześniej. Zadanie to ułatwia kreator, który pozwala zarządzać i zaplanować automatycznym transferem danych na zewnętrzny serwer (można tam gromadzić interesujące nas dane historyczne).
O czym trzeba pamiętać – ograniczenia systemowe
EDM ma wiele zalet, ale, jak każda konfigurowalna aplikacja, ma też swoje ograniczenia. Trzeba o nich pamiętać na etapie doboru i projektowania systemu.
Przegląd dostępnych funkcji i ograniczeń jest szczegółowo opisany w dokumentacji EDM (link do dokumentacji znajduje się na końcu artykułu).
W zakresie sprzętu należy dobrać do CPU (PFC200 750-8212) kompatybilne z aplikacją EDM karty I/O wejść sterownika.
Trzeba też pamiętać o następujący limitach samej aplikacji:
Z punktu widzenia możliwości logowania danych największe znaczenie ma zaznaczona w ramce wielkość. Określa ona maksymalną liczbę sygnałów (zmiennych), jakie jesteśmy w stanie logować w aplikacji EDM na pojedynczym sterowniku. 100 jest też maksymalną liczbą zmiennych, które możemy przeanalizować za pomocą własnych dashbordów. Równolegle (i tu w praktyce bez ograniczenia jak wyżej) wszystkie zmienne odczytywane z kart wejść/wyjść sterownika i po sieci możemy udostępniać do systemu SCADA po Modbus TCP/IP
Odczyty są widoczne w rejestrach sterownika i mogą być czytane przez system SCADA za pomocą Modbus TCP/IP. Integrację ułatwia sama aplikacja EDM – jesteśmy w stanie w wygodny sposób, „jednym kliknięciem” wygenerować mapę rejestrów Modbus w pliku CSV.
Większe aplikacje – kilka sterowników EDM w sieci
Jeżeli nasz obiekt jest duży pod względem liczby pomiarów (potrzebujemy analizować więcej niż 100 zmiennych) lub pomiary są rozproszone w kilku fizycznych lokalizacjach, to nic nie stoi na przeszkodzie, by instalację podzielić na sekcje funkcjonalne obejmujące np. zakłady, hale czy grupy maszyn i przypisać im dobrane do wymagań poszczególnych sekcji sterowniki EDM. Dzięki wykorzystaniu Modbus TCP/IP dane z jednej sekcji mogą być łatwo dostępne w innej. Do wymiany danych wykorzystywana jest sieć Ethernet i protokół Modbus TCP/IP. Pamiętamy, że EDM może być zarówno serwerem, jak i klientem.
Uwagi uzupełniające/licencjonowanie
Aplikacja dostępna jest obecnie w języku angielskim i niemieckim (planowana jest wersja także w języku polskim).
Do uruchomienia w pełni funkcjonalnej aplikacji EDM z dostępem do responsywnej wizualizacji HTML5 (z łatwością tworzone przez użytkownika dashbordy) potrzebne będą – oprócz sterownika PFC200 (750-8212) z kartami I/O – dwie licencje:
- 2759-206/261-1000 (funkcjonalność EDM)
- 2759-207/271-1000 (responsywna wizualizacja uruchamiana na sterowniku).
EDM jest więc licencjonowany, a licencja przypisana jest do konkretnego sterownika. Istnieje możliwość bezpłatnego pobrania ze strony WAGO aplikacji EDM i przetestowania jej funkcjonalności. Bez klucza licencyjnego aplikacja umożliwi zbieranie danych przez 30 dni.
Podsumowanie
Zarządzanie danymi o zużyciu energii oraz danymi z maszyn nie musi być skomplikowane. Rozwiązanie jest gotowe do pracy po przejściu kilku prostych kroków. Sami jesteśmy w stanie stworzyć modularny system umożliwiający archiwizację, wizualizacje i monitoring danych z naszego obiektu. W oparciu o dane możemy online tworzyć własne wykresy i wskaźniki i organizować je w dashbordy. Dane mogą być monitorowane niezależnie od miejsca – na komputerze lub urządzeniach mobilnych. O przekroczeniu monitorowanych, wybranych przez nas wartości będziemy informowani za pośrednictwem e-mail. W przypadku przekroczenia wartości granicznych możemy natychmiast podjąć środki zaradcze np. odłączyć automatycznie wybrane obwody/urządzenia.
POMOCNE LINKI
Zarządzanie danymi o zużyciu energii: https://www.wago.com/pl/d/Info_60429002
Technika pomiaru prądu i energii: https://www.wago.com/pl/d/Info_60340486
3-fazowe przetworniki pomiaru mocy: https://www.wago.com/pl/search?text=2857-0570&sort=relevance&f=%3AresultType%3Adownload
Instrukcja, sterownik aplikacyjny EDM: https://www.wago.com/pl/d/11069
Oprogramowanie do sterownika aplikacyjnego EDM do systemu zarządzania danymi o zużyciu energii: https://www.wago.com/pl/d/swreg_edm_c
Autor:
Mariusz Pacan, WAGO.PL
