V Panel Express在自动化中的应用

为了使沼气工程的顺利运作并取得经济效益,具长期可用性的坚固耐用组件是必不可少的要素。此外,如果组件可以在运作过程中优化,那更是十分理想。软件在这里也起着决定性的作用,Awite Bioenergie有限公司依靠控创自动化电脑上使用的开源软件。

为了使沼气工程的顺利运作并取得经济效益,具长期可用性的坚固耐用组件是必不可少的要素。此外,如果组件可以在运作过程中优化,那更是十分理想。软件在这里也起着决定性的作用,Awite Bioenergie有限公司依靠控创自动化电脑上使用的开源软件。之所以决定使用控创的产品,是因为其硬件支持嵌入式Linux,具有Linux支持以及优秀的载板支持包。

据2008年底的统计数据,德国大约有4000个沼气池,可生产11亿千瓦时左右的电力,足够300万个家庭使用。用来产生电力的沼气可以从几乎所有类型的农作物和有机废物中获得,大多数厂房靠近农场和耕地,最大限度地降低运输成本。Awite Bioenergie有限公司是一家专业自动化沼气工程的公司。Awite的客户都是沼气工程的制造商和运营商。具有成本效益的系统设计以及高水平的效率、系统稳定和自动化,对Awite来说是最为重要的。除了基质的运输和生产以及日常维护工作必须进行外,只要使用一个在操作过程中用模糊逻辑控制流程的可选专业系统,沼气工程就可以完全自动化,甚至自我优化。为了提高效率,甚至提高现有工程的效率,沼气工程的电力和天然气生产技术不断创新,新的流程优化会常年发生。在这一方面,每个沼气工程可与赛车相比拟。赛车会不断地调整和优化,电机控制不断改善,以实现最佳的结果。Awite还需要应对在操作过程中提供正确的专业技术的挑战。

图1:在德国,Schweinspoint像这样的沼气工程2008年生产约11亿千瓦时的电力——足够供应约3万个家庭。

开源和Linux

高效率的要求和对不断创新发展的需要为开放式基于电脑的控制以及记录源代码且可以免费提供的开源软件提供了一种理想的气候。开源背后的基本思想是,一个大型社区与其他用户(包括软件开发人员)永久合作开发软件,可以从任何发展中获得利润。这样,可以用较低的成本和较短的开发时间有效地利用各种可用的知识和潜力。个人可以对软件进行快速调整,无需依赖任何许可方。具体而言,这意味着Awite的客户得到了真正的货币效益,以及更高的总系统效率。除此之外,Awite验证过的任何进一步发展都可以立刻供所有沼气工程运营商使用。而且,因为所有的改动必须记录下来,且Awite仅使用验证过的源代码和二进制文件,因此bug的风险绝对是最小的。有了这样的效率和开源理念,自动化电脑应在开源操作系统下运行——在本文中是嵌入式Linux。Awite信赖嵌入式Linux不仅在于它节约成本方面和许可免费实施,还有其他原因:为了使自动化计算机达到更高水平的可靠性和免维护操作,它规定使用CF模块(它的存储容易尽可能小,因此价格低廉)代替硬盘。专门为这种硬件编译了Linux内核,不需要图形界面,所以操作系统(包括所有应用程序)极其紧凑,内存容量不超过64MB。

此外,开源体系结构和一个大型开发人员社区是长期驱动支持的保证,这样万一将来有任何软件升级,多年来安装的硬件基础也绝对经得起未来的考验。沼气工程设计为运行20年或更长的时间是一个重要因素。甚至当运行其他软件时,Linux和开源也提供了更多优势:例如,不需要许可费用,即可通过ISDN运行应用程序Voice-Call。Awite的系统解决方案为客户节省几百欧元的软件费用。解决方案的一个明显优势是哪个方案是基于许可的。

使用嵌入式Linux基于x86的平板电脑

Awite选择可清晰地进行本地可视化显示所对应的屏幕尺寸的平板电脑作为自动化电脑时,有两个主要标准:支持嵌入式Linux和较低的购买价格。通常还需要满足进一步要求:比如抗热(0-40℃)和抗机械冲击能力,前端有足够的IP保护,以及良好的电磁兼容性——根据工程的类型,因为频率转换器可能是集成在控制柜中的大量干扰的来源。控创是提供充分Linux支持的基于x86的平板电脑的少数几家公司之一。Awite为其第一个平台选择一款控创平板电脑:Intel Celeron 650处理器,15’’屏幕尺寸,以及在一个128MB的紧凑闪存上装有嵌入式Linux作为强劲的存储介质。在其最近的工程里,Awite使用最新的后继版本控创V平板Express 150,1.5GHz的Intel Celeron处理器,1GB的RAM和1GB的CF卡,其中(以及板级支持包)控创还为已经改编和编译的eLinux提供运行时图像。控创的客户由于减少了开发所需的时间和精力,以及降低了总拥有成本(TCO),从而获得了利润。目前,Awite还在评估流行的OpenSuse Linux发行版的简化版本和控创V平板Express的Ubuntu Linux。至少95%的各种控制任务都在控创平板电脑上运行,它们还起到流程可视化服务器的作用。各种传感器和执行器,例如,生物反应器中混合物的填充水平指示器,气体和温度传感器及发动机控制,是通过总线控制器连接到控制柜中的WAGO夹具,以及通过Modbus-TCP连接到平板电脑。在总线控制器上(取决于具体工程类型)只运行硬实时请求,因为只需要运行它们。工程和过程控制由开源软件AWIControl进行,它是Awite用C++写的,而且在不断地发展,以便提高沼气工程的盈利能力。

图2:控创平板电脑至少执行95%的控制任务,同时起流程可视化服务器的作用。

“对我们来说,选择自动化计算机最重要的标准是完全支持Linux,以及应用开源软件的可能性。当时,控创平板电脑是以有吸引力的价格提供这种广泛支持的少数几个系统之一。”Awite有限公司总经理Ernst Murnleitner博士解释道。“后继机型控创V平板Express现在还提供了集成远程维护的可能性,包括防火墙和通过自动化计算机上的ISDN实现Voicecall。此外,使用ThinkIO,控创还在包括这种支持的投资组合中提供了进一步的系统。对于仅使用远程维护和操作的客户,这种系统配置是理想选择,因为现场不再需要面板,使我们的自动化解决方案的设计更加紧凑和更有效率。”

图4在操作过程中用模糊逻辑控制流程的可选专业系统

开源解决方案的详细视图

使用AwiControl可以访问所有沼气工程参数。此外,在沼气生产过程中,一个可选的模糊逻辑系统不断评估不同的参数,即PH值、气体成份和进度表,并在运营商指定的范围内进行自我优化。为了提高效率和节省时间,系统具备通过ISDN和/或DSL远程维护和操作的能力,这意味着操作人员可以从任何地方进行远程数据检索和调整运行参数,不需要亲临现场。为了实现这一点,Awite使用开放源码Processview服务器。通过Processview客户端,可以在世界上任何有互联网接入的地方从通过LAN或WAN连接的系统上查看相同的用户界面,登录服务器后即可对服务器进行访问,可以对系统进行远程操作。它甚至可以容纳多名用户同步登录,各用户分别使用各自的母语。由于精细分级的用户管理,可以授予各个用户不同的权限。集成的软件防火墙可保护自动化电脑免受来自网络的威胁。可以选择在系统上安装报警功能,当测量值超出设定范围或者发生故障时可以向运营商发出警报。通过一个PCIISDN卡(Fritz!卡),Awicontrol通过Voice-Call上的开源软件V-Box将不同报警信号传输给运营商设定的一个或多个固定电话或手机号码。如果安装了相应的网关,还可以在DSL上使用VoIP。另外,可以通过电子邮件或SMS网关发送短信。已没有必要再进行流程可视化的定期控制,因为任何紧急问题运营商都会得到通知,进一步降低了整体维护时间和沼气工程的运营成本。

沼气工程的运营方法

由密闭生物反应器中切碎的生物质(所谓的发酵基质)进行厌氧发酵产生沼气。发酵罐中搅拌装置连续运行,确保产生受热发酵基质的理想混合物。然而,千万不要让机械冲击影响微生物体。沼气在气站收集,在那里进行脱硫。沼气中的能量循环在一个连接块热电厂发生。这里用一个气体操作的内燃机驱动发电机。电力输送到全国电网。余热服务于各种加热回路,即用于维持发酵罐的温度、烘干发酵残留物或者其他物质(比如木屑),或者用来为建筑物供热。

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