Come controllare centralmente più canali di tornelli?

1. Architettura del sistema: una progettazione distribuita a più livelli garantisce l'affidabilità del sistema.
Il sistema di controllo centralizzato per tornelli multi-canale si basa su un progetto di "controllo decentralizzato a gestione centralizzata". Ha tre livelli: il livello di controllo locale, il livello di comunicazione di rete e il livello di gestione centrale. Ogni livello funziona da solo ed è ridondante con gli altri, quindi il sistema può continuare a funzionare anche se una parte si guasta.
Livello di controllo locale
All'interno di ciascun canale del cancello rotante è incorporata un'unità di controllo locale indipendente (LCU). Questa unità include un controller PLC, un motore di azionamento, un codificatore, un gruppo di sensori (radiazione infrarossa, induzione del corpo umano, sensore anti-pizzicamento) e un meccanismo di blocco elettromagnetico. Ad esempio, in un ambiente carcerario, il tornello a tutta altezza-di 90-gradi deve essere in grado di controllare l'angolo in modo molto preciso utilizzando un meccanismo anti-inversione di 15-gradi e una struttura a cricchetto. Utilizzando il protocollo Modbus TCP, il PLC locale invia informazioni in tempo reale sulla posizione del tornello, sullo stato del passaggio e sulla corrente del motore al livello di gestione centrale.
Livello per la comunicazione di rete
Per costruire una rete ad anello ridondante, ciascuna unità di controllo locale è collegata a due collegamenti in fibra ottica separati tramite doppie schede di rete. Ciò garantisce che i dati possano essere inviati in tempo reale e che si evitino interferenze. I gateway di edge computing possono essere utilizzati per preelaborare i dati e convertire i protocolli localmente in un cluster di gate distribuito (come quando i gate si trovano in edifici diversi) per alleggerire il carico sul server centrale. Ad esempio, il sistema di controllo centralizzato di Gezhouba Ship Lock utilizza un'architettura di rete a tre-strati (livello locale, livello di controllo secondario e livello centrale) per gestire tre chiuse di navi contemporaneamente, con un ritardo di comunicazione inferiore a 50 ms.
Gestione dal centro
La piattaforma di gestione centrale viene eseguita su server o nel cloud e collega touch screen HMI, server database e moduli di gestione degli allarmi. Utilizzando il protocollo OPC UA e la connessione PLC locale, puoi vedere lo stato del gate, assegnare diritti in batch, archiviare i registri del traffico e ricevere avvisi quando qualcosa va storto. Ad esempio, in una stazione ferroviaria con un tornello rotante a-canale a tutta altezza-, la piattaforma centrale può mostrare la posizione del cancello di ciascun canale, il numero di persone che attraversano e la temperatura delle apparecchiature in tempo reale. Può anche emettere allarmi e bloccare il tornello quando viene rilevato un comportamento di trascinamento.
2. Funzione principale: da un controllo alla collaborazione intelligente
Un sistema di controllo centralizzato multi-canale è utile perché supera i problemi derivanti dalla gestione di un singolo dispositivo. Consente ai gruppi di gate di lavorare insieme e prendere decisioni intelligenti. Le sue funzioni principali sono:

Gestione delle autorizzazioni in batch
Supporta la concessione in batch dei diritti di accesso in base al ruolo, al periodo di tempo e al gruppo di canali per evitare di dover configurare ciascun dispositivo separatamente, il che è una perdita di tempo. Ad esempio, in una fabbrica chimica, il sistema può fornire automaticamente ai dipendenti di turni diversi i permessi di accesso al canale giusto e inviare loro un promemoria via SMS per rinnovare i loro permessi prima che scadano. La crittografia AES-256 viene utilizzata per proteggere i dati di autorizzazione dalla modifica senza autorizzazione.
Pianificazione dinamica del traffico
Utilizzando sensori a infrarossi e sensori sul corpo umano, il sistema tiene traccia della pressione in tempo reale. La piattaforma centrale utilizza quindi algoritmi per modificare lo stato di apertura e chiusura del cancello. Ad esempio, durante l'ora di punta mattutina, il sistema può aprire automaticamente più canali e accelerare il tempo necessario per ripristinare il cancello (da 3 secondi a 1 secondo), aumentando il flusso di traffico da 30 persone al minuto a 50 persone al minuto.
Un sistema di allarmi su più livelli
Il sistema è dotato di una funzione di autocontrollo-incorporata-in grado di rilevare più di 20 tipi di problemi, tra cui sovraccarico del motore, anomalia dell'encoder e interruzione della comunicazione. Può anche fornire informazioni sugli avvisi tramite WeChat, e-mail e SMS. Ad esempio, se il cancello della prigione viene rotto violentemente, il sistema non solo emette allarmi acustici e luminosi nell'area, ma blocca anche i canali vicini e invia istantanee video al terminale di sicurezza.
Ottimizzazione basata sui dati
La piattaforma centrale tiene traccia dei registri del traffico di ciascun cancello (inclusi tempo, direzione e tipo di autorizzazione) e utilizza l'analisi dei big data per creare mappe di calore del traffico e rapporti sullo stato delle apparecchiature. Ad esempio, un'area di gestione militare ha esaminato le statistiche del traffico per tre mesi e ha notato che il volume del traffico di Canale 2 aumentava notevolmente durante la pausa pranzo. Pertanto, il tempo di ripristino del gate del canale è stato modificato per ridurre il traffico del 40%.
3. Come metterlo in pratica: costruire un ambiente intelligente insieme a software e hardware
Per funzionare, un sistema di controllo centralizzato multi-canale necessita di molta collaborazione tra la scelta dell'hardware, degli algoritmi software e dei protocolli di comunicazione. Ecco i punti tecnici più importanti:

Scelta dell'hardware: sia l'elevata affidabilità che la compatibilità sono cruciali.
Controller PLC: per garantire che i sensori locali e i motori di azionamento funzionino insieme senza problemi, scegli modelli che supportano protocolli industriali come PROFINET ed EtherCAT. Ad esempio, il PLC Siemens della serie S7-1200 può gestire quattro tornelli rotanti contemporaneamente. Dispone inoltre di una funzione di regolazione PID integrata che può far avviare e arrestare il motore in modo più fluido.
Motore per l'azionamento: Per regolare la posizione del cancello in un anello chiuso, viene utilizzato un servomotore con encoder. Ad esempio, il motore del tornello silenzioso a tutta altezza- deve essere in grado di avviarsi con un carico del 100% e avere una precisione di posizione di 0,1 gradi per garantire che funzioni bene a temperature comprese tra -20 gradi e 60 gradi.
Gruppo di sensori: i sensori di radiazione infrarossa devono resistere alle interferenze della luce solare (ad esempio, con una lunghezza d'onda di 940 nm), i sensori del corpo umano devono rilevare il movimento umano entro un raggio di 5- metri e i sensori anti-pizzicamento devono avere un tempo di risposta inferiore a 50 millisecondi.
Algoritmo per il software: dalle regole ai dati
Controllo della logica del traffico: utilizzare la tecnica della macchina a stati finiti (FSM) per creare regole di transizione dello stato del gate e spiegare i cinque requisiti per la transizione dello stato "eccezione di reimpostazione del passaggio di autorizzazione in standby". Ad esempio, se il sistema rileva un comportamento ritardato, forza il cancello a passare dallo stato "superato" a quello "anomalo" e lo blocca.
Modello per la previsione del traffico: utilizziamo una rete neurale LSTM per esaminare i dati sul traffico passato, indovinare quanto sarà occupato ciascun canale nei prossimi 15 minuti e rendere possibile la pianificazione dinamica. La misurazione nella-vita reale di un impianto chimico indica che il modello può anticipare con una precisione del 92% e modificare la strategia di apertura e chiusura del cancello con 10 minuti di anticipo.
Gestire lo stato della tua attrezzatura: crea un indice di salute dell'attrezzatura (EHI) utilizzando elementi come la corrente del motore e la frequenza di vibrazione. Quando l'EHI scende al di sotto di un certo livello, avviare la manutenzione preventiva. Ad esempio, questa funzione ha aiutato una certa flotta di tornelli carcerari a ridurre il numero di volte in cui le loro attrezzature si rompevano da tre volte al mese a metà volta.
Protocollo per la comunicazione: trovare il giusto equilibrio tra bassa latenza e larghezza di banda elevata
Comunicazione nell'area: il protocollo Modbus TCP viene utilizzato per inviare e ricevere dati tra PLC, sensori e motori di azionamento. La sua larghezza di banda di 100 Mbps è sufficientemente veloce per il trasferimento di dati in tempo reale-da molti sensori.
La comunicazione tra la piattaforma centrale e il PLC locale avviene tramite il protocollo OPC UA, che funziona su diverse piattaforme. Il suo metodo di trasmissione protetto può impedire la perdita di dati. Se disponi di molti cluster di gateway (più di 100 unità), puoi utilizzare il protocollo MQTT per creare un sistema di comunicazione leggero che non sovraccarichi la rete.
4. Caso applicativo: test dalla teoria alla pratica
Ad esempio, un grande impianto chimico aveva otto ingressi e uscite, ciascuno con il proprio tornello. Ciò ha causato problemi, tra cui un'amministrazione sparsa dei permessi e una bassa efficienza del traffico. Utilizzando un sistema di controllo centralizzato multi-canale, è possibile apportare i seguenti miglioramenti:

Migliore efficienza: la velocità del traffico è passata da 25 a 45 persone al minuto e il tempo di attesa in fila nelle ore di punta mattutine è diminuito del 60%.
Risparmio sui costi di gestione: Il numero delle guardie giurate è passato da 12 a 4 e la frequenza di manutenzione delle apparecchiature è diminuita del 50%.
Sicurezza migliorata: la precisione del rilevamento del tailgating è ora del 99,8% e non si verificano più intrusioni illegali.