MONITOROVACÍ SYSTÉM SKLIZNĚ CHMELE

Chmelařský institut s. r. o.

MONITOROVACÍ SYSTÉM SKLIZNĚ CHMELE Metodika pro praxi 1/2009 Jiří Kořen a kol.

Výstup z projektu programu MPO - IMPULS, číslo projektu FI-IM2/152 „Výzkum a vývoj techniky a technologie sklizňového procesu a posklizňové úpravy chmele“

Vedoucí autorského kolektivu Ing. Jiří Kořen, Ph.D.

Autoři Ing. Václav Ciniburk Ing. Jiří Kořen, Ph.D. Ing. Jan Podsedník Ing. František Veselý, CSc.

Recenzenti Prof. Ing. Václav Fric, DrSc., dr. h. c., emeritní profesor ČZU v Praze Ing. Markéta Altová, MZe ČR

Jazyková úprava Patricie Buchtová, Chmelařský institut s.r.o., Žatec

Metodika je schválena Ministerstvem průmyslu a obchodu, Odborem výzkumu, vývoje a offsetových programů pro využití v zemědělské praxi (čj. 705/09/03400/1214 ze dne 7. 1. 2009)

© Chmelařský institut s.r.o., 2009 časopis Chmelařství - Petr Svoboda ISBN: 978-80-86836-57-7

Obsah METODIKA PRO PRAXI MONITOROVACÍ SYSTÉM SKLIZNĚ CHMELE 1.

Cíl metodiky a dedikace

4

2.

Vlastní popis metodiky

4

2.1.

Chmel, způsob sklizně

4

2.2.

Požadavky na sklizeň chmele – hlavní parametry

5

2.3.

Význam a možnosti monitorovacího systému sklizně chmele

6

2.4.

Řešení monitorovacího systému sklizně chmele

7

2.4.1. Technologické vstupy jednotek

8

2.4.2. Popis monitorovacího systému

2.4.3. Sběrný systém PLC

11

2.4.4. Centrální systém

13

2.4.5. Instalovaný software

14

2.4.6. Stručný popis algoritmu v PLC

20

2.4.7. Možnosti monitorování jednotlivých úseků sklizně

21

2.4.8. Popis aplikace ControlWeb

24

9

3.

Srovnání „novosti“ postupů

25

4.

Popis uplatnění metodiky

25

5.

Abstrakt, Abstract

25

6.

Seznam použité související literatury

26

7.

Seznam publikací, které předcházely metodice

26

8.

Přílohy

27

1.

Cíl metodiky a dedikace

Cílem metodiky je předat pěstitelům chmele a dalším zájemcům návrh optimálního systému sběru a přenosu dat, jejich sledování a vyhodnocení při mechanizované sklizni, sušení a balení chmele. Význam monitoringu a jeho cíl se dotýká ekonomických a technických nároků na sklizňové pracovní postupy, zejména v současné době rychle rostoucích nákladů v oblasti paliv, energií, materiálu a pracovních sil. Vhodným zpracováním dat z průběhu sklizně chmele se dostávají do rukou pěstitele chmele prostředky k analýze technologického procesu. Jeho dodržováním lze úspěšně ovlivňovat kvalitu produktu. Další provozní podklady, získané na základě monitoringu sklizně, umožňují významně ovlivňovat přímé náklady na sklizeň chmele a působit na další technický rozvoj sklizňových středisek chmele u jednotlivých pěstitelů. V dnešní době jsou již běžně používány aplikace pro správu dat a poskytování informací, většinou však nejsou navrženy tak, aby vyhovovaly nárokům systému, který může zpracovat data v reálném čase z výrobních operací nebo technologických postupů. Metodika byla zpracována v rámci řešení projektu v programu MPO - IMPULS, číslo projektu FI-IM2/152, název projektu „Výzkum a vývoj techniky a technologie sklizňového procesu a posklizňové úpravy chmele“. Projekt byl řešen ve Chmelařském institutu s.r.o. v Žatci, spoluřešitelská pracoviště: ČZU Praha – Technická fakulta, Katedra zemědělských strojů a Chmelařství, družstvo Žatec – závod Mechanizace. Pro zpracování metodiky byly využity také podkladové informace dodavatele systému pro sledování dat.

2.

Vlastní popis metodiky

2.1.

Chmel, způsob sklizně

Česká republika je třetím největším producentem chmele na světě, přitom je největším producentem jemného aromatického chmele s poměrně nízkým výnosovým potenciálem. Česká republika má v rámci EU jako první zaregistrovanou ochrannou známku – chráněné označení původu Žatecký chmel – první a jediné označení, které se týká chmele. Nároky pěstitelů a obchodníků s chmelem jsou vysoké. Při dnešní obtížné ekonomické situaci v zemědělství je složité na trhu obstát, což bez dalšího vývoje nové techniky a organizace není možné. Jaká byla situace před padesáti lety? To nejlépe vyjadřuje následující citace: Mimo rámec těchto běžných plánů potřeby pracovníků na špičkové práce jsou každoročně vysílány ještě značné počty přechodných pracovníků na práce, spojené s jarním ošetřením a sklizní chmele. Na jarní práce ve chmelnicích je každoročně získáváno 8 000 až 10 000 pracovníků, sklizně chmele se zúčastňuje na 90 000 česáčů, většinou z řad školní mládeže. (Národní shromáždění, poslanec Toman, 17. října 1958) První česací stroj anglické firmy Bruff a Rotobank byl v Československu uveden do provozu v roce 1954, s ohledem na jemnou strukturu hlávky Žateckého poloraného červeňáku však neměl uspokojivé výsledky. To vedlo k vývoji prvního našeho česacího stroje ČCH-1, který byl testován v provozu v roce 1959. Vývoj našich dalších typů s postupným zlepšováním výkonu

4

metodika pro praxi 1/2009 • cíl metodiky a dedikace • vlastní popis metodiky - chmel, způsob sklizně

i kvality byl srovnáván i s česacími stroji vyráběnými v Evropě. Byly to např. stroje Bruff typy D-9, D-11, E, H (Anglie) dále Allayes M22 a M42 (Belgie), Wolf 700 (SRN) a další. Naše stroje byly postupně vyvíjeny pod označením ČCH-2, ČCH-3, ČCH-4, LČCH-1 a LČCH-2. Na základě požadavků pěstitelů a obchodníků s chmelem na snížení nákladů pěstování a vysokou kvalitu chmele byl vyvinut česací stroj AT-50, který je v současné době nejvýkonnějším strojem na trhu a splňuje vysoké nároky na kvalitu načesaného chmele s minimálním obsahem příměsí a značnou úsporou pracovních sil. Pro sklizeň chmele se střední výměrou 5–20 ha je určen česací stroj PT-15, pro vyšší koncentraci chmelnic do 35 ha je to česací stroj PT-30. Získané zkušenosti a poznatky byly uplatněny i u rekonstrukcí starších česacích strojů malých pěstitelů s cílem zlepšení kvality načesaného chmele. V současné době je sklizeň chmele, až na malé výjimky (výsazy, malé plochy), od strhávání rév až po lisování chmele do balotů plně mechanizována. V průběhu sklizně jednotlivé pracovní operace na sebe navazují. Jedná se o kontinuální proces, při kterém musí být sladěna výkonnost jednotlivých zařízení. V moderním sklizňovém středisku je vhodná následující skladba a návaznost zařízení: - strhávání chmelových rév na chmelnici (ruční nebo strhávači) a doprava k česacímu stroji - česání chmele - přesun očesaného chmele na sušárnu (popř. do zásobníku chmele) - sušení chmele - klimatizace usušeného chmele - lisování chmele do hranolů (žoků), označování baleného chmele

2.2.

Požadavky na sklizeň chmele – hlavní parametry

2.2.1.

Strhávání rév a doprava k česacímu stroji

Používaný způsob mechanizovaného strhávání a odvozu rév k česacímu stroji v současné době vcelku vyhovuje požadavkům. Je však nutné řídit strhávání tak, aby nevznikaly dlouhé prostoje návěsů s chmelovými révami s následkem osychání vrchní vrstvy rév, a tím i zhoršené česatelnosti hlávek. 2.2.2.

Česání chmelových hlávek

První nejdůležitější část sklizně – výkon a kvalita česání jsou ovlivněny habitem chmelových rév, vlhkostí rostlin, rychlostí vkládací dráhy i česacích prvků a následně tříděním hlávek od odpadu. Z hlediska produktivity je výkon ovlivněn také obsluhou, která zavěšuje révy do vkládací dráhy. Nastavení provozních parametrů česacího stroje je také rozdílné pro jednotlivé odrůdy chmele, hlavní rozdíl je u jemného aromatického chmele (Žateckého poloraného červeňáku) oproti hybridním odrůdám.

metodika pro praxi 1/2009 • vlastní popis metodiky - požadavky na sklizeň

5

2.2.3.

Přesun očesaného chmele na sušení

Očesaný chmel je dopraven bu ihned do sušárny, nebo v případě vyššího výkonu česání do zásobníků chmele, ze kterých je chmel podle provozních podmínek přesouván k sušení. V zásobnících je nutné bedlivě sledovat teplotu uvnitř vrstvy načesaného chmele, aby nedošlo k jeho zapaření a znehodnocení. 2.2.4.

Sušení chmele

Druhá nejdůležitější část sklizně – celý průběh sušení musí být pod neustálou kontrolou z hlediska dodržování teploty sušicího média, vrstvy nasypaného chmele, rychlosti pásů u pásových sušáren, vše s ohledem na vnější teplotu a vlhkost vzduchu. Všechny odchylky mají vliv jak na délku a kvalitu sušení, tak i na spotřebu topného média a následný proces klimatizace hlávek. 2.2.5.

Klimatizace usušeného chmele

Před lisováním chmele je v procesu klimatizace vyrovnávána vlhkost chmelových hlávek v jejich profilu, aby nedošlo v lisu k jejich rozplevelení. Zde jsou nejdůležitějšími parametry teplota a relativní vlhkost vháněného vzduchu. 2.2.6.

Lisování chmele do hranolů, certifikace

Usušený a klimatizovaný chmel je lisován do hranolů, které jsou určeny ke konečné expedici od pěstitele. Každý hranol je označen místem původu, odrůdou chmele, rokem sklizně a hmotností. Pro expedici je nutné vypracování průvodní dokumentace dle příslušných právních předpisů („Prohlášení pěstitele“), a proto musí být vedena přesná evidence o každém lisovaném hranolu.

2.3.

Význam a možnosti monitorovacího systému sklizně chmele

Pro současný provoz nestačí jen dostatek technických a technologických zařízení, pro vedení podniku je potřeba především řízení informačních toků. Při sklizni chmele jsou to např. informace o prostojích a jejich příčině, produktivitě a přesnosti obsluhy, spotřebě energií apod. Efektivní přeměna technologických údajů na smysluplné informace není jednoduchá. Strategická rozhodnutí jsou velmi závislá na věrohodnosti a snadné a rychlé dostupnosti požadovaných informací. Jsou-li důležité informace zpracovávány pomalu a na různých místech, jejich význam a využitelnost podstatně klesá. Ukazuje se, že pro projekty zahrnující více dílčích technologií, jako je tomu při sklizni chmele, je nezbytné soustředit technologická data na jednom místě a zde je i spravovat. Avšak archivaci velkých množství technologických údajů v reálném čase se zaručeným rychlým, jednoduchým a obecně platným přístupem k těmto datům z prostředí celého výrobního závodu lze jen obtížně realizovat běžnými postupy, kterými disponují i ty nejmodernější relační databázové systémy jako Oracle nebo Microsoft SQL Server. Nutnost rychle reagovat na nové obchodní příležitosti vyvolala v posledních letech potřebu vývoje informačních systémů s možností přizpůsobení potřebám zákazníků. Flexibilita systému při nasazení musí umožňovat změnu aplikací, pružné přizpůsobení při rozšiřování

6

metodika pro praxi 1/2009 • význam a možnosti monitorovacího systému sklizně chmele

sklizňového systému, aby byl vyhovující nejen současným, ale i budoucím potřebám, pomohl zlepšit řízení, výkonnost a efektivnost sklizně chmele. Správná úprava celého procesu sklizně chmele vyžaduje rozsáhlou kontrolu a řízení všech jednotlivých kroků. Automatizovaný systém by měl zahrnovat všechna data a řídicí impulsy technologického procesu sklizně, propojeného na centrální počítačový systém včetně kontrolního a řídicího systému česání, sušení a balení. Při zavádění a zkoušení systému byly v rámci řešení zvoleny hlavní charakteristické funkce: - sběr dat ze všech požadovaných míst sklizňového komplexu - poskytování dat v reálném čase - možnost vizualizace průběhu historických dat - záznam skutečného průběhu dat a všech technologických parametrů - sledování prostojů prvků sklizňového komplexu - výpočet efektivity, resp. produktivity na určených místech - zálohování všech dat za celou dobu sklizňového období - přístup k informacím pro určené pracovníky - možnost přístupu k informacím odkudkoliv (Internet) pro vedoucí pracovníky

2.4.

Řešení monitorovacího systému sklizně chmele

Byl zhotoven a odzkoušen systém, který umožňuje kombinace požadovaného řízení s přehledným zobrazením a je lehce integrovatelný s příslušnými zařízeními, umožňuje všechny hodnoty vkládat, zpracovávat a zobrazovat jednoduchým způsobem. Úpravy byly provedeny s cílem optimalizace času česání, sušení, vyprazdňování sušicích komor a nastavení optimální sušicí teploty, rychlosti pasů, výšky vrstvy chmele s dalším transportem přes regulované kondicionování (klimatizování, uklidnění, stabilizaci) se směšováním vzduchu. Tak je zajištěna příprava chmele v požadovaném optimálním stavu k hranolovému lisu, včetně certifikace zabaleného chmele (Prohlášení pěstitele) v návaznosti na další zpracování pro pivovary. Monitorovací systém pro sklizeň chmele je založen na systému PLC (Programming Logic Controller), pomocí něhož dochází ke sběru dat, výpočtu statistických údajů a sběru dat s dočasnou archivací „data logger“. Vlastní archivace dat je pak prováděna na centrálním počítačovém systému. Archiv je ukládán do souborů, které je možné importovat do běžného tabulkového procesoru (Microsoft Excel nebo kompatibilní) pro následné zpracování a vyhodnocení dat na PC. Celý systém může být rozdělen na jednotlivá střediska. Každé středisko je monitorováno vlastním systémem PLC. Nad těmito sběrnými místy (PLC) je pak vytvořen jeden centrální sběr dat z jednotlivých míst. Centrální sběr dat je tvořen počítačem PC s dotykovou obrazovkou.

metodika pro praxi 1/2009 • řešení monitorovacího systému sklizně chmele

7

2.4.1.

Technologické vstupy jednotek

2.4.1.1. Česací stroj Na česacím stroji je vyhodnocována vlastní práce obsluhy. Je zde monitorováno několik vlivů, na základě nichž se provádí sledování výtěžnosti stroje. Měřená hodnota: Signál réva Signál kámen Spotřeba el. energie Sledování vozíků

digital input digital input digital input RS 232

Sledovaná hodnota: Čas práce Prostoj organizační Prostoj technologický

odečet času v PLC odečet času v PLC odečet času v PLC

Vypočítaná hodnota: Rychlost dráhy

m.min-1

Sběr dat z česacího stroje je prováděn pomocí digitálních vstupů PLC. Každý impuls představuje určitou jednotku násobenou koeficientem, výsledná hodnota je pak suma pulsů („kamenů či révy“ – je-li koeficient roven 1), nebo suma spotřebovaného množství (LTO litrů). Z načítaných impulsů je vypočítávána hodnota jednotek za hodinu. Výpočet je zatížen chybou, která je určena zejména podle počtu pulsů získaných za daný časový úsek (1–10 %). Sledování vozíků s chmelovou révou se provádí na základě čtecího zařízení bezdrátových karet RFID. Traktorista se při každém složení vozíku u česacího stroje pomocí karty a čtecího zařízení zaeviduje v systému. Aby nedocházelo k několikanásobné evidenci stejného vozíku během krátké doby, je povoleno přihlášení na stejnou kartu až po pětiminutové pauze. Každý záznam je uložen v lokálním archivu PLC a následně přenášen do centrálního počítače sběru dat. Velikost archivu je 100 záznamů (za směnu). 2.4.1.2. Zásobník chmele Z hlediska technologického je zásobník chmele kapacitní zařízení pro stabilizaci množství suroviny. V tomto místě je nutné sledovat teplotu a vlhkost.

8

Měřená hodnota: Teplota Vlhkost

RS 485 ModBus RS 485 ModBus

Vypočítaná hodnota: Rosný bod

RS 485 ModBus (počítaná sondou)


2.4.1.3. Sušárna chmele (pásová i komorová) Při sušení chmele je prováděn sběr dat o teplotách (˚C) v daných místech, vlhkosti, spotřebě LTO. Rosný bod je informativní hodnotou pro zajištění teploty nad tímto bodem, aby případně nedocházelo k vysrážení vody, a tím zvlhčení suroviny. Měření teplot a relativní vlhkosti se provádí pomocí sond umístěných na jednotlivých místech technologického zařízení. Z teploty a relativní vlhkosti je pak vypočítán rosný bod. Tyto sondy jsou opatřeny komunikačním rozhraním RS 485 s protokolem ModBus. Každá sonda má svoji adresu. Aby bylo možné zajistit kvalitu čtených dat ze sond, je navrhovaná komunikační rychlost RS 485 snížena na 1 200 bps. Na základě těchto údajů lze technologické zařízení nastavit tak, aby se minimalizovala spotřeba surovin potřebných pro chod technologie (LTO, el. energie). Měřená hodnota: Teplota Vlhkost Spotřeba LTO Rychlost pasu mm.min-1

RS 485 ModBus RS 485 ModBus digital input digital input

Vypočítaná hodnota: Rosný bod

RS 485 ModBus

2.4.1.4. Lisování, balení chmele Při lisování se data přenáší do centrálního systému pro další archivaci. Data jsou přenášena datovým rámcem. Po jejich přenesení je zpět odeslána informace do vážicího zařízení. Měřená hodnota: Datum Hmotnost Označení

2.4.2.

RS 232 RS 232 RS 232

Popis monitorovacího systému

Monitorovací systém se skládá ze systému sběru dat a výpočtu PLC typ Amit Adis167 s OS NOS 166 verze 3.41. K tomuto PLC systému je připojena jako periférie čtečka karet RFID. Dále je to terminál s displejem, třemi indikačními diodami a mini klávesnicí. Centrální počítačový systém je vybaven pevným diskem o kapacitě 80 GB. Tato kapacita je dostačující pro archivaci dat na 30 let při periodě sklizně 1x ročně po 14 dnů. Dále je v systému dotyková obrazovka o rozměru 8“ s rozlišením 800 x 600. Komunikační rozhraní je RS485, RS232, Ethernet, USB. Napájení tohoto systému je ze zdroje 24 V. Komunikace mezi systémy PLC a centrálním systémem probíhá přes Ethernet protokol DBNET/IP. Výhodou je, že se systémy mohou nacházet ve vzdálenějších místech. Tímto způsobem je centrální systém uložen v bezpečném místě. K centrálnímu systému lze posléze přistupovat přes sí Ethernet a přenášet a zálohovat uložená data dál.


9

Obr. 1: Základní konfigurace monitorovacího systému

Obr. 2: Komunikace mezi vzdálenými místy

10


2.4.3.

Sběrný systém PLC

Pro monitorování dat je použit vzhledem k různorodosti jednotlivých středisek sběrný modulární systém PLC. Tento modulární systém je osazen CPU C167, DI8 (16), AI5, UART (RS485), UART (RS232), Eth. Komunikace mezi PLC a centrálním systémem probíhá přes protokol DBNET/IP. Každá stanice PLC má svoji DBNET adresu, kterou je jednoznačně identifikována.

Obr. 3: Složení PLC systému Vnější digitální signály jsou připojeny přes zdroj 24 V.

Obr. 4: Zapojení vnějších digitálních signálů


11

Protože se jedná o systém, u kterého je napojeno méně než 32 zařízení typu ModBus RTU Slave, jsou všechna měření sledována přes jednu větev RS 485.

Obr. 5: Zapojení snímačů Ta RH přes sběrnici RS 485 ModBus funkce snímače: 03 (0x03): Čtení 16-bitových registrů (Read Holding Registers) 04 (0x04): Čtení 16-bitové vstupní brány (Read Input Registers) 16 (0x10): Nastavení více 16-bitových registrů (Write Multiple Registers) Modbus registry snímače: Proměnná Měřená teplota Měřená relativní vlhkost Hodnota počítané veličiny* Adresa snímače Kód přenosové rychlosti Sériové číslo snímače Hi Sériové číslo snímače Lo Verze Firmware Hi Verze Firmware Lo

Jednotka AdresaX [˚C] 0x0031 [%] 0x0032 0x0033 [-] 0x2001 [-] 0x2002 [-] 0x1035 [-] 0x1036 [-] 0x3001 [-] 0x3002

Formát Int*10 Int*10 Int*10 Int Int BCD BCD BCD BCD

Velikost BIN16 BIN16 BIN16 BIN16 BIN16 BIN16 BIN16 BIN16 BIN16

Status R R R R/W** R/W** R R R R

Vysvětlivky: • * volbu počítané veličiny lze provést pomocí uživatelského software. • Int*10 registr je ve formátu integer*10. • R registr je určen jen pro čtení. • W** registr je určen pro zápis, podrobněji viz popis komunikačních protokolů. • X při přenosu jsou adresy registrů indexovány od nuly, tj. registr 0x31 se fyzicky po sběrnici vyšle jako hodnota 0x30, 0x32 jako 0x31… (zero based addressing). Připojení k nadřazenému centrálnímu systému je provedeno přes rozhraní ethernet protokolu UDP/IP. Čtecí zařízení je připojeno k PLC pomocí rozhraní RS 232 v automatickém módu. Automatický mód čtecího zařízení zajišuje okamžité vyslání dat po rozhraní RS 232. Jakmile 12


dojde k jejich přečtení, provádí se to v nekanonickém módu, tj. je odeslán každý znak okamžitě po přečtení. Vzhledem k předpokládané vyšší vzdálenosti než 12 m je komunikační rychlost snížena na 9 600 bps, kde komunikační vzdálenost přesahuje 100 m. Datový formát, který je odesílán čtecím zařízením, je popsán Netronix protokolem RS 232. Celý rámec posílaných dat je sestaven z adresy modulu, délky dat, instrukce, dat, operačního kódu, CRC (H,L). Aby nedocházelo ke špatnému přenosu dat po datové lince, je spočítán cyklický kód CRC - CCIT a přidán k celému rámci. Délka posílaných dat je počítána i se dvěmi byte(y) CRC kódu :

Obr. 6: Připojení čtečky karet a váhy

2.4.4.

Centrální systém

Systém: CPU: VIA Eden s taktem 400 MHz RAM: 256 MB PC-133 SDRAM Napájení: 12 až 24 V DC, maximálně 1,5 A při 24 V DC, součástí dodávky je síový adaptér 100 až 240 V AC/12 V DC 80 GB 2,5“ HDD IDE I/O rozhraní: COM1: RS232 COM2: RS232/422/485 Ethernet: 10/100 base T 2 x USB 1.1 dále PS/2 klávesnice, PS/2 myš, paralelní LPT port, stereo audio mikrofonní vstup, linkový vstup a linkový výstup EMC: certifikováno CE/FCC Class A Zobrazovač: TFT LCD s rozlišením 800 x 600 bodů a 262 tisíc barev svítivost: 400 cd/m2 pozorovací úhel: 130 stupňů vodorovně podsvit: dvě CCFL trubice dotyková fólie: analogové rezistivní snímání pozice s rozlišením 1024 x 1024 bodů, průzračnost lepší než 80 %, životnost minimálně milion doteků do jednoho místa při dodržení podmínek provozu


13

Mechanické řešení: rozměry: šířka 231 mm, výška 176 mm, hloubka 73 mm hmotnost 1,4 kg Prostředí: pracovní teplota: 0 až 50 ˚C skladovací teplota: 0 až 70 ˚C vlhkost: 10 až 95 % při 40 ˚C nekondenzující vibrace: 5 až 17 Hz, max. 0,1” rozkmit, 17 až 640 Hz, max. 1,5 G přetížení rázy: max. 10 G

2.4.5.

Instalovaný software

Na centrálním systému se nachází operační systém Windows Xp Profesional. Je zde instalován Runtime ControlWeb 5, ve kterém je vytvořena aplikace pro sběr dat. Obrazovka sběrného počítače je rozdělena na jednotlivá střediska. Střediska jsou označena podle označení česacích strojů. Na každé obrazovce jsou záložky k jednotlivým částem střediska, jako je česací stroj, sušárna, lis aj.

Obr. 7: Hlavní obrazovka – rozdělení středisek

14


Obr. 8: Česací stroj - ukázka rozložení záznamů Na obr. 8 je obrazovka sběru dat česacího stroje. Na obrazovce se nachází archivační nástroje pro evidenci vozíků a evidenci směn. Při kliknutí na archivační nástroje se otevře nabídka s možností zobrazení dat či otevření v InCalcu nebo prohlížeči trendů (obr. 9). Tato nabídka se otevře i v případě dvojkliku na jakoukoliv sledovanou veličinu zobrazenou na jakékoliv obrazovce. S daty lze pak nadále pracovat, a to bu v již zmiňovaném InCalcu, což je jednoduchý tabulkový procesor obdobný Excelu, nebo jej lze zobrazit pomocí prohlížeče trendů a archivu. Prohlížená data lze potom uložit jako dbf (database format) kamkoliv na síti či do sdíleného adresáře pro případný přenos na jiný počítač. Data uložená v archivu je možné otevřít v prohlížeči dBase, z něhož lze provést export do Excelu. MS produkty, jako jsou Excel či Access, umí pracovat s daty v tomto formátu.


15

Obr. 9: Výběr archivního souboru

Obr. 10: Záznam vozíků s chmelovou révou (test)

16


Záznam vozíků (obr. 10) je vložen také do databáze, zde nejde o záznam trendu, ale skutečného přihlášení vozíku. U vozíku se zaznamenává datum, čas, číslo karty vozíku. Čísla karet jsou rozdělena na tři části. Vozík je pak identifikován v databázi v polích DATA_1, DATA_2, DATA_3. Vozík se pouze zaeviduje přiložením kartičky. Na displeji se objeví číslo kartičky a rozsvítí se prostřední dioda zeleným světlem. Dojde-li k opětovnému přihlášení stejné kartičky v intervalu kratším než 5 minut, je toto přihlášení vyhodnoceno jako chybové a rozsvítí se prostřední dioda červeným světlem. Každé platné přihlášení vozíku je uloženo do archivační matice s časem.

Obr. 11: Evidence směn Evidence směn (obr. 11) je prováděna obdobně jako u vozíků. Při evidenci směn se evidují data k příslušné směně. Uložení požadovaných sumárních dat probíhá na základě nulování dat z předchozího dne (např. ve 4:00 hod.). V této chvíli se uloží všechna data daná směnou a přenesou se do archivační matice. Tato data lze pak následně prohlížet či editovat, nebo přenášet na jiné místo.


17

Na obr. 12 je obrazovka pásové sušárny. Zde jsou zobrazována aktuální čtená data. Každá veličina je ukládána do archivního souboru.

Obr. 13: Záznam hodnot

18


U každé kontinuální veličiny dochází k průběžnému záznamu hodnot s desetiminutovým intervalem. Tyto hodnoty lze pak zpětně prohlížet (obr. 13), případně ukládat pro další zpracování na jiné uložiště.

Obr. 14: Zobrazení na váze

Na obr. 14 je zobrazení stavu váhy. V dalším vývoji programu se předpokládá, že budou zasílány informace od váhy o jejím stavu, a tím dojde ke zvýšení kvality monitorovacího systému. Z tohoto důvodu je část lisování oddělena na vlastní obrazovce. K zobrazení dat, získaných z váhy při lisování chmelových hlávek do balotů, je provedena i jejich evidence. Tato evidence je prováděna na základě přijatých dat z váhy pomocí čtečky čárového kódu z evidenčních registračních štítků ÚKZÚZ. Evidence navážených balotů je zobrazena na obr. 15.


19

Obr. 15: Evidence hranolů

2.4.6.

Stručný popis algoritmu v PLC

Obr. 16: PLC systém (sběr dat)

20


Systém PLC je ovládán přes menu na displeji terminálu. V menu je možné najít aktuální informace uložené v PLC. Pohyb v menu je ovládán přes klávesnici šipkami nahoru a dolů. Výběr dané položky je proveden stisknutím tlačítka Enter. Návrat do předchozí nabídky se provádí stisknutím tlačítka Esc. Při začátku směny se eviduje: Čas začátku směny Nulují se množství révy a kamenů (lépe určit přesný čas – např. ve 4:00 hod.). Nuluje se spotřeba LTO (ve stejný čas). Po konci směny dochází k sumaci dat: Evidence časů a vyhodnocení prostojů Evidence počtu révy Evidence počtu kamenů Během práce směny se provádí: Evidence organizačních prostojů Evidence technologických prostojů Hodnoty předávané pomocí snímače jsou upraveny (x 0,1) a uloženy každých 10 minut v archivační matici, která je přenášena do centrálního sběru dat, do datových souborů s označením podle příslušného stroje a rozsahu dat.

2.4.7. Možnosti monitorování jednotlivých úseků sklizně Zavedení monitoringu sklizně není nutné zajistit najednou v plném rozsahu pro všechny úseky sklizně chmele, je možné postupné zavedení podle požadovaných prioritních údajů. Je však výhodnější mít vyřešen celý technologický úsek (např. česání nebo sušení) kompletně, aby získávané údaje poskytly celkový přehled pro příslušné pracovníky k případnému organizačnímu řešení.


21

2.4.7.1.

Česání

Činnost

Popis monitorování

Identifikace vozíku s révou

Každý traktorista je vybaven identifikační RFID kartou, kterou se po příjezdu k česacímu stroji a složení chmelových rév přihlásí vložením do snímače. Ten předá údaje karty do systému se záznamem času a místa přihlášení.

Kameny

Indukční snímač počítá všechny kameny prošlé do česací části stroje. Je tak možná kontrola chodu stroje – při odstávce je v časovém intervalu zaznamenáván poslední počet kamenů; je možné provádět výpočet rychlosti dráhy, tj. počet kamenů za 1 minutu – důležitý údaj pro správné nastavení při česání různých odrůd chmele.

Réva

Snímač zaznamenává počet chmelových rév vložených do česacího ústrojí – u AT-50 je možné sledovat i každou dráhu zvláš. Je zaznamenán počet rév za časový úsek i za směnu, v přepočtu na celkový počet kamenů i produktivita obsluhy při zavěšování.

Čas

Je zaznamenán čas zapnutí stroje při začátku směny, jeho případné vypnutí a zapnutí během směny a při ukončení směny. Z údajů jsou spočteny časy běhu a prostoje česacího stroje, které se dělí na další následné ukazatele.

Čas organiz. Při běhu stroje jsou evidovány prostoje na výměnu vozíků, tj. běží evidence prostoje počtu kamenů, ale nejsou vkládány révy, popř. je vypnuta podávací dráha.

22

Čas technol. prostoje

Jsou evidovány prostoje při vypnutí celého stroje z důvodů nutných přestávek nebo oprav.

Rychlost česání

Z počtu vložených rév za časový úsek je možné automaticky sledovat tzv. rychlost česání, tj. počet rév za 1 minutu, porovnání s rychlostí počtu kamenů i efektivitu česání.

Zásobník chmele

V zásobníku chmele mezi česacím strojem a sušárnou je sledována teplota a vlhkost chmele pomocí čidel. U velkokapacitních zásobníků je možné řízení provzdušňovacího ventilátoru (zapínání, otáčky), popř. i návaznost na tzv. alarm systém, který upozorní obsluhu na odchylku od požadovaných hodnot.


2.4.7.2. Sušení

Činnost

Popis monitorování

Teplota ˚C

Pro zajištění rovnoměrného prosušení chmele je sledována teplota vzduchu u jednotlivých vrstev chmele na více místech sušárny.

Vlhkost v %

Je sledována relativní vlhkost vzduchu u jednotlivých vrstev chmele na více místech sušárny, pro sledování prosušení chmele, popř. výpočtu rosného bodu.

Klimatizace

Obě hodnoty – teplota i vlhkost jsou sledovány i v klimatizační komoře.

Spotřeba LTO

Pomocí digitálního průtokoměru je sledována celková spotřeba LTO za směnu, v rozsahu zálohovaných dat je pak vypočtena i momentální spotřeba za časový úsek (např. za 10 minut).

Rychlost pasu

U pásových sušáren při sušení chmele s různou počáteční vlhkostí, nebo dle vnějších podmínek, popř. u jiných chmelových odrůd je možné nastavení odlišné rychlosti pasů.

Čas

Je zaznamenán čas zapnutí sušárny při začátku směny, její vypnutí/zapnutí během směny a ukončení směny. Z údajů jsou spočteny časy běhu a prostoje.

2.4.7.3. Lisování do hranolů, vážení, certifikace

Činnost Lisování, vážení

Popis monitorování Je zaznamenán počet nalisovaných hranolů, jejich jednotlivá hmotnost, celková hmotnost slisovaného chmele za směnu. Jsou tak zajištěny podkladové údaje pro certifikaci (Prohlášení pěstitele).


23

2.4.8.

Popis aplikace ControlWeb

Program Control Web 5 (dále jen Control Web), vyvinutý firmou Moravské přístroje a.s, která sídlí ve Zlíně, patří k velice rozšířeným produktům určeným pro vývoj průmyslových SCADA/MMI aplikací. Control Web je univerzální nástroj pro vývoj a nasazování vizualizačních a řídicích aplikací, simulací, aplikací sběru, ukládání a vyhodnocování dat, aplikací rozhraní člověk-stroj. Unikátní objektově orientovaná komponentová architektura zajišuje aplikacím systému Control Web nejširší rozsah nasazení od prostých časově nenáročných vizualizací až po řídicí aplikace reálného času. Vyznačuje se snadno konfigurovatelnou, objektově orientovanou grafikou s vlastním grafickým editorem. Control Web pracuje v prostředí operačních systémů, implementujících aplikační programové rozhraní Win32, a podporuje řadu průmyslových standardů. Lze v něm vytvářet aplikace pracující v reálném čase nebo datově řízené. U systémů řízených pomocí Control Web je každý vstupně/výstupní kanál čten přesně v době, kdy jej nějaký virtuální přístroj požaduje. Také umožňuje vizualizaci technologií, prostřednictvím internetových standardů http a HTML, pomocí libovolného WWW klienta. Control Web je používán a nasazován prakticky ve všech významných českých průmyslových podnicích a univerzitách a úspěšně pracuje i v mnoha aplikacích po světě. Pro svou schopnost zvládat značná množství dat je často nasazován na velmi velké aplikace, které jsou již za možnostmi většiny vizualizačních programů. Pro svou výhodnou cenu je proto používán i při výuce na středních a vysokých školách. Jako příklad lze uvést monitorování a řízení aplikací od jaderné energetiky až po vědecké a školní laboratoře. ControlWeb je důsledně navrhován jako systém nezávislý na hardware a s patřičným ovladačem komunikuje s jakýmkoliv průmyslovým zařízením. Architektura ovladačů je otevřená a pečlivě dokumentovaná, každý může implementovat vlastní ovladač. ControlWeb podporuje všechny Win32 platformy. Je určen pro trvalý spolehlivý provoz 24 hodin, 7 dní v týdnu. Interní, velmi přísné testy prověřují každou jednotlivou alokaci paměti a její párovou dealokaci. ControlWeb Runtime („tlustý klient“) - aplikace ControlWeb dokáží sdílet data po síti, volat vzdálené metody apod. Lze tak libovolně kombinovat a tvořit aplikace client/server nebo peer-to-peer. Přístup k aplikaci přes WWW browser („tenký klient“) - ControlWeb obsahuje zabudovaný HTTP server a dokáže vytvářet dynamické aplikace založené na WWW technologiích, zpřístupňované prostřednictvím standardních WWW prohlížečů. Je možné vytvářet serverové aplikace pro klienty na plnohodnotných PC i na mobilních telefonech. Většina vizualizačních programů nejen nedokáže realizovat libovolné řídicí algoritmy, ale především nedokáže pracovat v přesném reálném čase. S volně programovatelným systémem Control Web lze v rámci jediného programového systému realizovat soft-PLC řídící v reálném čase stroje a výrobní linky, měřicí a regulační systémy i rozsáhlé síové vizualizační a operátorské systémy. Schopnost práce v reálném čase je v současné době nutným a zásadním požadavkem, kladeným na moderní programové systémy pro průmyslovou automatizaci, sběr, sledování a hodnocení provozních údajů, popř. i vytvoření tzv. alarm systému. Časové rozlišení aplikací systému Control Web lze zjemňovat až do řádu milisekund.

24


3.

Srovnání „novosti“ postupů

Provoz nákladné techniky pro sklizeň chmele byl vždy pěstiteli sledován se zvláštním zřetelem na její využití a zvyšování efektivnosti. Veškerá inovace byla zaměřena na úsporu obsluhy, snižování energetické náročnosti a zvyšování celkové spolehlivosti používané techniky. Hodnocení účinnosti těchto opatření si vyžadovalo spolehlivější podklady, než je dosavadní způsob ručního měření a zpracování podkladů. Nový systém umožňuje okamžitou kontrolu nastavených hodnot, komplexní vyhodnocení průběhu pracovního dne, ale i celé sklizňové sezony. Záznamy dat o provozu česacího stroje, sušáren chmele a balení do hranolů umožní souhrnnou prohlídkou dat diagnostikovat poruchy zařízení, tím i zefektivnit servisní činnost na technických zařízeních jednotlivých strojů.

4.

Popis uplatnění metodiky

Monitorovací systém sklizně chmele vyžaduje dodatečné náklady na technická a programová vybavení sklizňových středisek. Podkladem k realizaci jsou především ekonomické stimuly, dané využitím strojního zařízení, úspory energie nevyužitých strojů vlivem organizačních prostojů (délka přestávek, evidence pracovní doby apod.) a předcházení technických poruch a jejich včasné diagnostikování a odstranění. Systém má charakter stavebnice a je možné ho postupně pořizovat a rozšiřovat o další snímače měřených parametrů. Přínosy využití česacího stroje u vkládaných rév se běžně pohybují v rozmezí 70–90 %. Například zvýšeným využitím vkládací dráhy česacího stroje o 5 % je možné zkrátit sklizeň o jeden pracovní den při předpokládané sklizni 20 dní. Nepřesoušením chmele a dodržením sušicího režimu na 7–8 % relativní vlhkosti usušeného chmele lze docílit úspory paliv o 8–10 %, tj. 1.500 Kč na 1 tunu chmele.

5.

Abstrakt

Nasazení monitorovacího systému do sklizňové techniky přináší možnosti získávání důležitých podkladů pro zdokonalování organizace a zvyšování efektivnosti každého jednotlivého sklizňového střediska. Sklizňová technika doplněná o monitorovací systém bude snižovat dosavadní požadavky na praktickou zkušenost pracovníků, obsluhujících jednotlivé typy strojů.

Abstract Utilization of the monitoring system within harvest process brings possibilities to obtain important source materials for improvement of effectiveness not only in the whole hop enterprise but in the each harvest unit as well. Harvest machinery including the monitoring system will decrease demands on practical experience of the staff working on the individual types of harvest machines.

metodika pro praxi 1/2009 •srovnání „novosti“ postupů • popis uplatnění metodiky • abstrakt

25

6.

Seznam použité související literatury

Blattný, C., Osvald, V., 1950: Jen zdravý a jakostní chmel. Brázda. Praha: 368 s. Moravské přístroje a.s., 2007: Co je Control Web 5. Zlín – Otrokovice: 4 s. Pantek (CS) s.r.o, 2008: Průmyslové automatizační a informační aplikace pro výrobní inteligenci. Hradec Králové: 8 s. Poly-analyser s.r.o., 2006: Popis zařízení. Lom u Mostu: 17 s. Rybáček, V. a kol., 1991: Hop production. Elsevier Science Publishing. Amsterdam: 286 s. Rybáček, V. a kol., 1980: Chmelařství, SZN Praha: 426 s. Kořen, J. a kol., 2007: Výzkum a vývoj techniky a technologie sklizňového procesu a posklizňové úpravy chmele. Závěr. zpráva projektu programu MPO - IMPULS, číslo projektu FI-IM2/152. Žatec

7.

Seznam publikací, které předcházely metodice

Kořen, J. a kol., 2006: Výzkum a vývoj techniky a technologie sklizňového procesu a posklizňové úpravy chmele. Roční zpráva projektu programu MPO - IMPULS, číslo projektu FI-IM2/152. Žatec Kořen, J. a kol., 2007: Výzkum a vývoj techniky a technologie sklizňového procesu a posklizňové úpravy chmele. Závěr. zpráva projektu programu MPO - IMPULS, číslo projektu FI-IM2/152. Žatec Podsedník, J., 2007: Výzkum a vývoj techniky a technologie sklizňového procesu a posklizňové úpravy chmele. Průb. zpráva projektu programu MPO - IMPULS, číslo projektu FI-IM2/152. Žatec: 15 s.

26

metodika pro praxi 1/2009 • seznam použité související literatury • seznam publikací, které předcházely metodice

8.

Přílohy

Příl. č. 1a:

Evidence vozíků chmele (ukázka datového záznamu) pomocí evidenčních karet (RFID) jednoho traktoristy umožňuje sledování přesného času přísunu chmele k česacím strojům, časovou diferenci mezi vozíky a celkový výkon traktoristy za směnu. Datum

Příl. č. 1b:

Čas

Karta číslo

Česačka

20.8.2008

04:48:44

1

6204

160016 PT3015

20.8.2008

05:17:36

1

6204

160016 LČCH2

20.8.2008

06:17:44

1

6204

160016 LČCH2

20.8.2008

06:44:23

1

6204

160016 PT3015

20.8.2008

07:32:07

1

6204

160016 LČCH2

20.8.2008

08:10:48

1

6204

160016 LČCH2

20.8.2008

08:53:20

1

6204

160016 LČCH2

20.8.2008

10:07:57

1

6204

160016 LČCH2

20.8.2008

10:39:55

1

6204

160016 LČCH2

20.8.2008

11:16:21

1

6204

160016 LČCH2

20.8.2008

11:49:29

1

6204

160016 AT50

20.8.2008

12:59:22

1

6204

160016 LČCH2

20.8.2008

13:44:20

1

6204

160016 LČCH2

20.8.2008

17:23:01

1

6204

160016 LČCH2

20.8.2008

18:23:05

1

6204

160016 LČCH2

20.8.2008

18:55:54

1

6204

160016 AT50

Vozíky/den

Evidence vozíků chmele (ukázka části datového záznamu) pomocí evidenčních karet (RFID) na jednom česacím stroji – přehled počtu vozíků, časový interval a zavážení jednotlivými traktoristy. Datum

Čas

Karta číslo

28.8.2008

05:36:02

1

6205

32035

28.8.2008

05:36:14

1

6205

27207

28.8.2008

06:11:12

1

6205

26247

28.8.2008

06:12:18

1

6204

153126

28.8.2008

06:12:19

1

6204

150072

28.8.2008

06:47:53

1

6205

32035

28.8.2008

06:48:10

1

6205

27207

28.8.2008

06:48:58

1

6205

26247

28.8.2008

07:20:42

1

6204

150072

28.8.2008

07:27:23

1

6204

153126

Pozn.

metodika pro praxi 1/2009 •přílohy

27

Evidence vozíků chmele (část souhrnu), přehled za časové období.

Příl. č. 2:

Počty vozíků dle česaček Ukazatel

19.8.

20.8.

21.8.

22.8.

23.8.

24.8.

25.8.

26.8.

AT50

Vozíky

60

70

66

75

66

48

63

54

LČCH2

Vozíky

20

23

22

17

16

19

21

16

PT3015

Vozíky

32

35

28

28

33

30

32

32

Celkem

112

128

116

120

115

97

116

102

Evidence počtů chmelových rév (část souhrnu) u česacích strojů.

Příl. č. 3:

Počty rév dle česaček

AT50

19.8.

20.8.

10 936

13 645

23.8.

24.8.

25.8.

26.8.

0* 15 039 13 839

22.8.

11 213

12 690

10 398

LČCH2

5 692

5 634 6 476

5 602

5 592

4 702

4 816

5 171

PT3015

7 299

6 207 6 615

7 122

6 939

6 646

6 540

5 831

* - porucha - nejsou data

28

21.8.

metodika pro praxi 1/2009 • přílohy

Příl. č. 4:

Grafické znázornění evidence počtů vozíků dle evidenčních karet (RFID).

Příl. č. 5:

Grafické znázornění počtu sklizených chmelových rév u česacích strojů.


29

Příl. č. 6:

DATUM 14.9.08

Přehled pracovního času česacího stroje včetně prostojů, počtu rév a produktivity zavěšování (výpis dat z průběhu směny). Prostoj

Kameny

KPH

KSUM

ČAS

30

R1

R2

R3

05:00:00

0

0

0

0

0

07:30:00

0

746

657

629

668

07:40:00

0

746

657

629

668

07:50:00

0

746

657

629

668

08:30:00

0

902

801

765

810

12:20:01

0

2 061

1 777

1 760

1 831

12:30:01

0

2 061

1 777

1 760

1 831

12:40:00

0

2 061

1 777

1 760

1 831

17:20:00

0

3 632 3 069

3 065

3 253

17:30:00

0

3 632 3 069

3 065

3 253

17:50:00

0

3 632 3 069

3 065

3 253

20:30:00

0

4 504

3 801

3 762

3 994

21:00:00

0

4 504

3 801

3 762

3 994

84

84

89

Produktivita zavěšování Příl. č. 7:

Počet rév/dráha

Přehled pracovního času česacího stroje včetně prostojů, počtu rév a produktivity zavěšování – grafické znázornění dle předchozí tabulky.


Příl. č. 8:

Ukázka plného grafického záznamu (z MS Excel) sledovaných dat na pásové sušárně chmele PSCH 325. Teplota je sledována na sondách A3-1T až A3-3T (pasy), A4_T je teplota v klimatizační komoře, obdobně jsou zapojeny sondy relativní vlhkosti (RH). Zároveň je znázorněna venkovní teplota a vlhkost, spotřeba LTO je vyjádřena v litrech za 10 minut.


31

32

Příl. č. 9:

Grafické znázornění průběhu teplot na pasech a klimatizační komoře za delší časový úsek. Zachycení odchylek, které bylo nutno řešit – 21. 8. sonda B4_4T byl zaznamenán pokles teploty, 22. a 25. 8. sonda B4_1T nárůst teploty (klimatizační komora). Příznivý průběh teplot je dne 24. 8.

Příl. č. 10a:

Průběh venkovní teploty a spotřeby LTO, včetně výpočtu polynomů. Při nižších denních teplotách je spotřeba na maximu, až při cca 18 ˚C začíná regulace spotřeby vypínáním trysek.


Příl. č. 10b:

Průběh venkovní teploty a spotřeby LTO, včetně výpočtu polynomů. Při vysokých denních teplotách je spotřeba na minimu, regulace opět začíná při cca 18 ˚C.

Příl. č. 11:

Ukázka záznamu a průměrné charakteristiky meteoúdajů.


33

34

Příl. č. 12:

Ukázka umístění měřicích sond u pásové sušárny.

Příl. č. 13:

Umístění měřicí sondy nad vrstvou chmele u pásové sušárny.


Příl. č. 14:

Ukázka umístění měřicích sond u hranolového lisu.

Příl. č. 15:

Automatizovaný násyp hranolového lisu kapsovým dopravníkem.


35

POZNÁMKY: .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... ....................................................................................................................

MONITOROVACÍ SYSTÉM SKLIZNĚ CHMELE

Recommend Documents