Projekta Nr.: 2.2.1.3.i.0/1/24/A/CFLA/007

Projekta uzdevums ir palielināt gaisa kompresoru stacijas vadības digitalizācijas līmeni ar mērķi paaugstināt energoefektivitāti – enerģijas patēriņu uz saražoto materiālu (saspiests gaiss, slāpeklis, skābeklis) vienību, ražošanas procesa drošību – iespēja jebkurā brīdī attālināti kontrolēt ražošanas procesu un operatīvi vadīt atbilstoši apstākļu izmaiņām, savietojamību un ērtību apkalpošanā – vadības komandu izmantošanu latviešu valodā un saražoto materiālu kvalitātes kontroli atbilstošiem standartiem.

Lai pēc iespējas efektīvāk izmantotu saspiesta gaisa ražošanas sistēmas, tās jānoslogo optimālos režīmos atbilstoši mainīgajam saspiesta gaisa patēriņam. To var paveikt uzlabojot digitālo vadību un procesa/rezultāta kontroli. Projektā piedāvājam piecas aktivitātes, kuras dod iespēju sasniegt saspiesta gaisa sistēmu augstāku efektivitāti.

Bloka vadības funkcija - vairāku kompresoru staciju vienlaicīga vadīšana.

Galvenie uzdevumi vairāku kompresoru gaisa staciju vienlaicīgai vadīšanai ir nodrošināt vienādu kompresoru noslodzi un nepieciešamā skaita kompresoru staciju vienlaicīgu darbu. To nodrošina tā saucamā bloka vadības funkcija. Tā parasti ir jau ieprogrammēta kompresoru kontrolieros. Dažādu ražotāju kontrolieri nav paredzēti sadarboties starp dažādu ražotāju iekārtam, līdz ar to nepieciešama atsevišķa vadība, kas nodrošina visu dažādo staciju vadību un monitoringu.

Produktu kopums ir jaunums saimnieciskās darbības veicējam SIA FONONS. Projekta realizācija ļaus Latvijas ražotājam SIA Fonons piedāvāt klientiem uzlabotus un konkurētspējīgus produktus.

Saspiestā gaisa ražošanas iekārtas tiek izmantotas visās ražošanas nozarēs - metālapstrādē, kokrūpniecībā, pārtikas rūpniecībā, zinātniskos institūtos, autoservisos. Mērķa klienti ir ražošanas uzņēmumi, kuriem ir būtiski samazināt patērētās elektroenerģijas daudzumu uz saražotās produkcijas vienību un dīkstāvju zaudējumus.

Pēc projekta realizācijas plānots sasniegt TRL7 līmeni.

27.12.2024.

Elektrisko industriālo iekārtu startēšanas principu izpēte, atkarībā no elektromotora jaudas. Tiešā starta, slēgums zvaigzne-trijstūris, mainīga ātruma frekvenču pārveidotāju pielietošana. Biežu startēšanas procesu aplūkošana. Elektromotora uzkaršanas problēmas risināšanas iespēju izskatīšana. Automatizēta darba režīma maiņas iespējas pētījumi.

31.01.2025.

Dažādu darbības aizsardzības risinājumu izpēte. Iespējas iestrādāt vadības blokā un attēlot vadības panelī. Atbilstoša risinājuma vadības bloku programmēšanas iespējas.

Uzsākta algoritma izstrāde dažādu jaudas kompresoru startēšanai.

Iekārtas vadība atbilstoši darba spiedienam. Sekošana spiedienam.

28.02.2025.

Algoritma loģikas optimizēšana un efektīvākas elektroenerģijas izmantošanas iespēju aprēķināšana.

Dažādu aizsardzības iespēju iestrāde algoritmā.

Optimāla sekošana spiedienam. Vienmērīga spiediena sistēmā nodrošināšana.

30.05.2025.

Prototips ar integrētu iekārtas vadības algoritmu testēšanas apstākļos.

1.06.2025.

Tiek sagatavots lietotāja saskarsmes ekrāns.

1.07.2025.

Uzsāks pie daudziekārtu vadības algoritma izstrādes. Atkarībā no parametriem - piemēram spiediena, tiks vadītas vairākas iekārtas. Projekta ietvarā plānots demonstrēt algoritma darbību ar trijām iekārtām.

Ir sagatavoti trīs prototipi algoritmu testēšanai.

1.08.2025.

Tiek sagatavota testēšanas vide - atkarībā no spiediena izmaiņām iekārtu iedarbināšana un paralēlā darbība. Samazinoties spiedienam algoritmam jānodrošina vairāku iekārtu iedarbināšana, lai palielinātu kopējo jaudu.

1.09.2025.

Veikta pētniecība par iekārtu ieslēgšanās ātrumu. Spiediena strauja krituma gadījumā nepieciešams iekārtas ieslēgt ar pietiekamu ātrumu, lai neveidojas spiediena bedres.

3.11.2025.

Turpinās praktiskās izpētes process.

31.12.2025.

Veikta loģikas izpēte par vairāku iekārtu vadības algoritmiem darbinot saslēdzot vairākas iekārtas un mainot darbības apstākļus.

Izpētes gaitā mainīti darbības iestatījumi un mainīti pieslēgtie objekti.

Vadības bloku programmēšana un algoritmu izstrāde būtu vienkārša, ja gaisa patērētāji būtu vienmērīgi un sistemātiski. Reālā ražošanas situācijā gaisa patēriņš nav prognozējams. Viens no piemēriem ir mēbeļu ražošanas ar daudziem darba galdiem, pie kuriem strādā darbinieki. Katru mēbeles detaļu izgatavo viens vai vairāki darbinieki. Detaļas nav vairākos simtos vienādas. Līdz ar to izgatavošanas operāciju skaits atšķiras. Tā kā detaļas izgatavo darbinieki – cilvēki, tad katras operācijas izpildes laiks atšķiras – kāds var ātrāk, kāds to dara lēnāk. Darbības rezultātā rodas skaidas – kas jānopūš. Līdz ar to nenoteiktos laikos gaisa patēriņš pieaug. 

Pārsvarā rūpnīcas nodrošināšanu ar saspiestu gaisu izmanto vienu kompresoru ar gaisa ražību, kas ir pietiekoša visām darba vietām un iekārtām. Kompresoriem nepieciešamas apkopes un lai to veiktu, tie ir jāaptur vismaz uz stundu. Tādēļ rūpnīcās ar lielu skaitu darbinieku un iekārtām, kas patērē gaisu, ir uzstādīti vismaz divi kompresori. Rekomendēts ir lai vismaz būtu divi kompresori, jo kompresora bojājuma gadījumā, lai nerastos dīkstāve.

Lai ekonomiski izmantotu elektroenerģiju un taupītu uz kompresoru darba stundām, nepieciešams algoritms, kas seko gaisa patēriņam un darbina vienu vai vairākus kompresorus.

Pašlaik projektā tika pētīts neregulāra gaisa patēriņš un praktiski izstrādāts algoritms lai nodrošinātu vienmērīgu gaisa ražošanu.

Saspiesta gaisa nodrošināšana ir nepieciešama nepārtraukta un vienmērīga – ar minimālo spiedienu, kas nodrošina iekārtu darbību. Piemēram automatizētās iekārtas, vai automatizētās līnijas – tām ir nepieciešams minimālais spiediens 6 bar. Ja spiediens kādu brīdi ir bijis mazāks, iekārta apstājas – un līdz ar to visa ražošanas līnija apstājas. Tas rada dīkstāves laiku.

Gaisa minimālo spiedienu bedru novēršanai – jau laikus, paredzot spiediena kritumu un tā krišanās ātrumu, nepieciešams jau laicīgi ieslēgt kompresoru. Ja ar vienu kompresoru nepietiek, tad nepieciešams laikus ieslēgt vēl vienu vai vairākus kompresorus. Kompresora ieslēgšanās ātrums var būt līdz vairākām desmit sekundēm. Tā kā ieslēgšanās laiks ir relatīvi garš, tad patēriņa laikā gaisa spiediens var nokristies zem atļautā lieluma. Līdz ar to, ir nepieciešams izveidot algoritmu, kas ievērojot gaisa spiediena krišanās ātrumu aprēķina, kad jāieslēdz papildus kompresors, lai nodrošinātu vienmērīgu un nesamazinātu gaisa spiedienu sistēmā.

Pašlaik pētījums tika veikts ar divu kompresoru prototipiem – saslēgti savā starpā divi kompresoru vadības prototipi.

Izstrādātais algoritms tiek pārbaudīts dažādos apstākļos laboratorijas ietvaros. Tā kā uzņēmumam ir pieejami uz laiku dažādi kompresori, tad iespējams veikt dažādas simulācijas, lai uzlabotu algoritmu.

Gaisa patēriņa simulēšana notiek ar spiediena izmaiņām laikā – straujāks kritums un lēns kritums.

Paša prototipa darbībā tiek izmantots iepriekš izstrādātais algoritms. Šajā periodā tika pētīts, kā efektīvāks varētu vadības panelī sekot gaisa izmaiņām sistēmā un panākt laicīgu kompresora darbības atjaunošanu un gaisa spiediena vienmērīgu noturēšanu. Katram PLC – vadības panelim ir atšķirīgas loģikas veidošanas sistēmas. Ir iespējams izmantot iebūvēto loģikas veidošanas algoritmus un brīvākai loģikas programmēšanai iespējams izmantot C++ līdzīgai valodai komandas.

Divos piemēros redzami fragmenti no vadības algoritma, viens ir tradicionālais un daudz neatšķiras no programmēšanas valodas C++ vai arī tagad populārās Python programmēšanas valodās. Tas nozīmē, ka laikam ejot algoritmus būs iespējams veiksmīgi uzlabot un papildināt.

Programmēšanas tekstā var saskatīt, kā tiek nolasīti reģistri, kuros tiek ielasīti darbības parametri un pēc tam tos var analizēt.

Katrai komandai klāt tiek pievienots paskaidrojošais teksts, lai varētu izsekot komandām, kas tiks izpildītas.

Uzņēmuma izmantotajos INOVANCE vadības paneļos HMI ir iespējams arī izmantot jau iebūvētos loģikas risinājumus.

Šajā gadījumā ir iespēja gan ievadīt vadības parametrus, gan kā mainīgos lielumus. Tos var aplūkot 3. attēlā. Tas atļauj nenokļūdīties un pareizi izvelēties piesaistītās atmiņu adreses.

Vairāku vadības paneļu saslēgšanas gadījumā, viens ir jādefinē par vadošo un pārējie tiek vadīti. Tikai jāņem vērā kļūdu gadījumi – ja kāds no vadības paneļiem uzkaras un nevar veikt savas funkcijas. Tanī brīdī pārējiem ir vai nu jāpārņem vadība, vai jādarbojas autonomi. Jebkurā gadījumu situācijā kopumā kompresoriem jānodrošina nepārtraukta gaisa ražošana un piegāde iekārtām un darbiniekiem.

Vadības paneļu – vai arī varētu teikt kompresoru vadības sistēmas ir nepieciešams savstarpēji savienot – jānodrošina datu apmaiņa. Datu apmaiņa var notikt dažādos veidos. Jāievēro arī tas, ka iekārtas var būt blakus, bet var atrasties arī telpās, kas ir tālu viena no otras. Projekta ietvaros tika apskatītas dažādas komunikācijas – tiešā pa vadiem, komunikācija pa datu pārraides tīkliem – piemēram LAN – iekšējais datoru tīkls, datu pārraide, izmantojot mobilo telefonu pārraides datu tīklu – SMS nosūtīšana uz centrālo vadības paneli. Viens no būtiskajiem nosacījumiem ir datu nepārtrauktība – pārraidot informāciju nepieciešams nodrošināt, ka dati tiek sistemātiski noraidīti un saņemti – nedrīkst būt aizkavējums laikā un datu pazušana. Tas tiek nodrošināts, ar datu pārraides protokoliem, kas pārliecinās, ka informācija ir nosūtīta un saņemta.

Pētījuma ietvarā tika izmantota LAN datu pārraide. Tā ir stabila un vienmēr ir nodrošināta datu nepārtrauktība. Saslēdzot LAN tīklā ir iespējas arī vienkāršāk pieslēgt datoru, ar kuru tiek programmēts vadības bloks. Tā kā cehā, kur atrodas pētījuma paneļi un vadība ir trokšņaini, tad labāka pētnieciskā darbība var notikt telpās, kas vairāk piemērotas darbam ar datoru.

Šajā attēlā Nr. 4 paradītas divas vadības iekārtas. Lai veiksmīgi izdarītu pētījumu, tad netiek darbinātas kompresoru sistēmas, bet gaisa spiediens un tā izmaiņas tiek simulētas ar potenciometriem. Tas dod iespēju nodrošināt dažādus saspiesta gaisa stāvokļus un dažādas laika izmaiņas.

Katrs vadības panelis tiek programmēts, lai tas varētu darboties kā vadošais bloks un arī kā pakārtotais bloks. Arī kļūdu gadījumā vadības panelim ir nepieciešams pārņemt citu paneļu vadību – pārbaudot stāvokļus citās iekārtās un vadības paneļos, tiks meklēts, vai ir kāds galvenais vadības panelis. Ja galvenais nav pieejams, tad secīgā numerācijas kārtība vadību pārņem nākošais pieejamais vadības panelis.

Prototipos tiek darbināti palaidēji – releji, kurus var novērot, kā izpildās ieprogrammētie algoritmi.

Saspiesta gaisa simulēšanai izmanto potenciometrus, kas aizstāj reāla gaisa spiediena devējus. Ar tiem iespējams mainīt simulētā gaisa spiediena izmaiņas dažādos ātrumos, kas ir svarīgs parametrs, lai paredzētu gaisa spiediena samazināšanos līdz minimālajam spiedienam, kas jau ir kritisks un nav pieļaujams.

Reālā situācijā veicot pētījumu par gaisa kompresoru ieslēgšanās ātrumu un spēju uzsākt ražot gaisu ir iegūti dati, kas tiek izmantoti, lai veiksmīgi sagatavotu algoritmu vairāku iekārtu (kompresoru) vadībai.

Šo izstrādāto algoritmu iespējams izmantot ne tikai saspiesta gaisa ražošanai, bet arī cita veida iekārtām, kuram jāparedz priekšlaicīga ieslēgšana, ņemot vērā laiku, kas nepieciešams, lai iekārta uzstartētos un uzsāktu darbību.