Меня зовут Игнат, я — сотрудник компании OPENRBT и занимаюсь автоматизацией автомоек самообслуживания. Этот объект в Омске стал для нашей команды уже двадцатым в рамках партнерства с сетью WashZone, а саму систему за это время переосмысливали шесть раз.
Снаружи такая автомойка выглядит довольно просто: бокс, терминал, два пистолета. Но внутри работает целый комплекс оборудования — насосы высокого давления с частотными преобразователями, система дозирования химии, инструменты для приема платежей и удаленный мониторинг.
На предыдущих объектах в качестве верхнего уровня мы использовали обычный ноутбук. На этой автомойке мы решили изменить архитектуру и перенесли серверное программное обеспечение на ПЛК. Кроме того, здесь установлены терминалы самообслуживания собственной разработки.
Дальше расскажу, как устроена система и что именно мы изменили с учетом опыта эксплуатации предыдущих автомоек.
Лирическое отступление — эволюция наших терминалов
Первое поколение: LCD‑экраны и механические кнопки
Первые простые терминалы управления автомойками самообслуживания обычно строились на базе светодиодных RGB‑панелей и механических кнопок. В начале работы над системой мы решили использовать LCD‑матрицы. Это давало возможность индивидуализировать интерфейс, показывать в нем рекламу и выводить объявления.
Для опроса кнопок и управления режимами мойки мы разработали плату расширения для одноплатных компьютеров, совместимых с Raspberry Pi.
Силовой частью управляли непосредственно с терминала: в технологическое помещение прокладывали кабели к реле и пускателям. В более поздних версиях появилась также линия RS-485 для управления частотными преобразователями.
Дополнительные фото
Второе поколение: сенсорные экраны и USB‑контроллер
Механические кнопки оказались одним из самых ненадежных элементов терминала управления. Частично проблему решали пьезокнопки и емкостные чувствительные элементы, но наиболее надежным и технологичным вариантом стали емкостные сенсорные пленки, установленные непосредственно под закаленным стеклом терминала.
В этот же период мы разработали контроллер с USB‑интерфейсом. Благодаря этому в качестве управляющего компьютера можно было использовать мини‑ПК без 40-контактного разъема.
При этом линии управления силовым оборудованием по‑прежнему прокладывали от поста в технологическое помещение. Контроллер уже умел управлять частотными преобразователями.
Дополнительные фото
Третье поколение: готовые POS‑панели и управление по RS-485
Сенсорные панели долго оставались для автомоек самообслуживания премиальной опцией: терминалы было сложно изготавливать, а комплектующие стоили дорого. Чтобы предложить более доступное решение, мы начали использовать готовые POS‑панели в сборе. При изготовлении терминала такую панель остается только вклеить в водостойкий корпус.
Одновременно мы изменили архитектуру управления. Команды стали передаваться по RS-485, поэтому больше не требовалось прокладывать от каждого поста отдельные кабели к каждому реле.
Специализированные платы получили две изолированные шины: одна принимает команды от сервера на базе контроллера Wiren Board, вторая управляет частотным преобразователем конкретного поста.
Дополнительные фото
Четвертое поколение: сложные интерфейсы и модульная электроника
Сейчас мы уделяем особое внимание дизайну интерфейсов и сложной анимации. Например, на индикаторе доступного баланса уровень воды постепенно снижается, а сама вода сохраняет эффект движения, брызг и бликов.
Электронику мы полностью перевели на модульную архитектуру и электронную коммутацию. Исключение составляют только пускатели насосов высокого давления.
За это время контроллер управления постом автомойки пережил девять ревизий, и его развитие продолжается.
Дополнительные фото
Архитектура автоматизации автомойки
На автомойке шесть постов. Каждый из них управляется контроллером ESP32 с прошивкой OPENRBT, написанной на языке C. Логика управления предельно проста: контроллер выполняет функции удаленного ввода‑вывода. По командам системы верхнего уровня он изменяет состояние выходов, а по запросу передает состояние входов.
Каждый пост оборудован терминалом самообслуживания нашей собственной разработки. Внутри установлен одноплатный компьютер Raspberry Pi, который отвечает за пользовательский интерфейс и прием оплаты по QR‑коду, банковскими картами. После выбора программы и оплаты терминал передает информацию в систему автоматизации поста по Ethernet.
Как устроен платежный терминал
Платежный терминал включает интерактивный дисплей и терминал VENDOTEK для приема банковских карт. Сначала изготавливают экран из закаленного стекла. На его обратную сторону устанавливают емкостную сенсорную пленку, которую предварительно настраивают для работы при наличии жидкости на поверхности и калибруют с учетом толщины стекла. Затем стекло надежно приклеивают к корпусу терминала, а в отдельных исполнениях крепят винтами. Матрицу располагают в чувствительной зоне сенсора с зазором 2–3 мм.
Матрица и электроника сенсорной панели чувствительны к высокой температуре, поэтому область дисплея всегда оборудуют дополнительными вентиляторами. Внутри корпуса размещают управляющую электронику и блоки питания. При наружной установке дополнительно используют термостат или комплект вентиляторов.
Почему обычный сенсорный экран плохо работает под струями воды
Емкостный сенсор распознает прикосновение по изменению электрического поля. Однако на его показания влияет не только палец: вода тоже влияет на распределение электрического поля. Капли и потеки могут объединять несколько чувствительных зон и вызывать ошибки определения координат касания.
Поэтому для терминала автомойки недостаточно просто разместить сенсорную пленку за стеклом. При настройке учитывают материал и толщину стекла, площадь чувствительных зон и поведение сенсора при попадании воды. Производители сенсорных контроллеров отдельно предусматривают аппаратные и программные методы защиты от ложных срабатываний при намокании.
Microchip прямо называет воздействие воды одной из основных проблем емкостных интерфейсов и рекомендует отдельно проектировать влагозащищенный режим работы.
Программное обеспечение верхнего уровня мы написали на Go. Через него персонал и владельцы автомойки:
-
настраивают режимы работы контроллеров для каждой программы мойки;
-
устанавливают стоимость услуг;
-
анализируют продажи;
-
принимают банковские платежи и платежи через СБП;
-
проводят инкассацию;
-
контролируют ресурс оборудования и расход химии;
-
следят за состоянием инженерных систем автомойки.
Веб‑интерфейс работает через браузер и адаптирован для настольных компьютеров и мобильных устройств.
Первоначально программное обеспечение работало на обычном ноутбуке. Такое решение имело несколько недостатков:
-
ноутбук сложно разместить внутри шкафа автоматики;
-
активное охлаждение требует регулярной очистки от пыли;
-
преобразователи USB‑RS-485 оказались слишком чувствительны к помехам от частотных преобразователей и электромагнитных пускателей, из‑за чего связь с Modbus‑устройствами работала нестабильно.
Почему нестабильно
USB‑адаптер RS-485 хуже работает в условиях помех именно из‑за USB‑интерфейса, он менее устойчив к помехам. Кроме того, порты RS-485 контроллера Wiren Board лучше защищены от импульсных помех схемотехнически.
Обратите внимание и на встраиваемый модуль WBE2-I‑RS485-ISO. Он добавляет контроллерам Wiren Board 6–8 гальванически изолированный порт RS-485 и может стать следующим шагом в борьбе с помехами — например, когда между землями устройств возникает существенная разность потенциалов. Или присутствуют синфазные помехи.
На этом объекте мы перенесли систему верхнего уровня на Wiren Board 8, что решило перечисленные выше проблемы. SSD с базой данных подключили к USB‑порту контроллера, а платежный терминал и онлайн‑кассу — по Ethernet.
Дополнительные фото
Ворота и освещение
Первое, что видит посетитель автомойки, — светофор над воротами. Он показывает, свободен пост или занят.
Воротами управляет штатная система автоматики. В ее состав входит микроволновый датчик присутствия. Когда автомобиль подъезжает к свободному посту, ворота автоматически открываются. После заезда автомобиля они закрываются, а светофор переключается на красный сигнал. Для выезда предусмотрена кнопка открытия ворот изнутри.
В теплое время года автоматику ворот блокируют, поэтому ворота остаются открытыми.
Подготовка воды
Для работы автомойки требуется умягченная вода. Это необходимо как для приготовления моющих растворов, так и для увеличения срока службы оборудования, которое подогревает воду.
Умягчение обеспечивает ионообменный фильтр со встроенной автоматикой. Она периодически промывает ионообменную смолу раствором поваренной соли. В систему автоматизации автомойки этот процесс не интегрирован.
Как умягчают воду
Жесткость воды определяется количеством растворенных в ней соединений кальция и магния. При нагреве они образуют отложения на нагретых поверхностях. Кроме того, жесткая вода увеличивает расход моющих средств, поскольку часть ПАВ вступает в соединения с ионами кальция и магния.
В умягчителе вода проходит через слой ионита (ионообменной смолы). Смола заменяет ионы кальция и магния, содержащиеся в воде, на ионы натрия. Ионы натрия практически не образуют соединений с ПАВ. И не образуют накипи.
Постепенно обменная емкость смолы исчерпывается. Чтобы восстановить свойства смолы, автоматика пропускает через нее концентрированный раствор поваренной соли. Натрий вытесняет из смолы накопившиеся кальций и магний, после чего установка промывает смолу чистой водой и снова переходит в рабочий режим.
На мойке используют как холодную, так и подогретую воду. Воду нагревает автономная котельная.
Автономная котельная
Теплоснабжение обеспечивают два газовых котла под управлением контроллера ZONT. Он координирует их совместную работу, поддерживает температуру теплоносителя в системе отопления и управляет нагревом воды. Для нагрева воды используется скоростной проточный теплообменник.
Котельную можно было построить на базе Wiren Board или интегрировать контроллер ZONT с Wiren Board. Однако мы от этого отказались, чтобы не тратить дополнительное время на разработку.
Отопление
Посты отапливают тепловентиляторы с водяными калориферами.
Кроме того, на постах предусмотрен подогрев пола. Он нужен не столько для отопления помещений, сколько для того, чтобы на полу не образовывался лед и поверхность быстрее высыхала после мойки.
Оборудование постов
Оборудование каждого поста собрано на отдельной раме. В его состав входят насос высокого давления (НВД), дозирующие насосы и гидравлическая обвязка.
Насос высокого давления имеет мощность 5,5 кВт и развивает давление до 300 бар. Для ограничения максимальной производительности его питают через частотный преобразователь.
Как работает НВД
В отличие от привычных всем центробежных насосов (циркуляционных, повысительных) для создания давления в сотни атмосфер используются плунжерные насосы. Плунжер — это по сути тот‑же поршень, но без уплотнительных колец и манжет. Он работает с очень малым зазором с гильзой. Плунжер отходит назад — камера заполняется водой через впускной клапан. Плунжер движется вперед — вода сжимается. Так и создается огромное давление.
Давление на выходе плунжерного насоса пульсирующее. Чтобы снизить пульсации, используют несколько последовательно установленных плунжеров, установленных со сдвигом фаз. Все как в двигателе внутреннего сгорания.
В нашем случае используются трехплунжерные насосы, со сдвигом фаз на 120°
Благодаря этому снижаются вибрация и ударные нагрузки на шланги, фитинги и клапаны.
Это позволяет изменять производительность в зависимости от выбранной программы. Например, при подаче пены производительность насоса снижается на 25% — это обеспечивает более комфортную работу с пистолетом для пены, позволяет получить густую устойчивую пену и одновременно снизить расход химии.
На выходе насоса установлен предохранительный клапан. При его срабатывании вода, раствор шампуня или эмульсия воска сбрасываются в дренаж. Благодаря этому давление в системе не превышает допустимого значения даже при отпущенном курке пистолета.
К выходу насоса подключены два пистолета — для воды и для пены. Они отличаются соплами, а в пистолете для пены дополнительно установлена кассета для вспенивания.
На вход насоса высокого давления поступает умягченная вода после ионообменного фильтра. В зависимости от выбранного режима используется холодная или подогретая вода. Переключение выполняет смесительный вентиль с электроприводом, установленный в котельной.
Для подачи химических компонентов используют четыре дозирующих насоса ULKA. Они подмешивают в воду растворы (или эмульсии) пены, шампуня, воска и красителя.
Зачем красить пену
Причин две.
Во‑первых, окрашенная пена лучше заметна на светлых автомобилях, особенно белых.
Во‑вторых, многим клиентам просто нравится розовая пена — она выглядит эффектнее и создает ощущение более дорогой услуги.
В зависимости от выбранной программы автоматика рассчитывает, какие компоненты и в каком количестве необходимо добавить. Затем она выдает дозирующим насосам нужное число импульсов с требуемой частотой. Каждый насос на один импульс подает строго определенный объем реагента. Поскольку производительность насоса высокого давления известна заранее, рассчитать необходимую дозировку не составляет труда.
Кстати, компания самостоятельно готовит всю используемую химию. Концентраты разводят до нужной концентрации, фасуют и используют на собственных автомойках. Кроме того, эту продукцию поставляют и другим владельцам автомоек.
Дополнительные фото
Алгоритм работы мойки
Клиенту доступны семь программ мойки, каждая со своей стоимостью за минуту использования. После внесения оплаты он выбирает нужную программу.
Информация о выборе поступает на Wiren Board. Контроллер включает основное освещение поста (дежурное освещение работает постоянно) и начинает передавать контроллеру поста команды управления: запуск и остановку насоса высокого давления, задание частоты вращения двигателя через частотный преобразователь, серии импульсов для дозирующих насосов и другие команды. Контроллер ROBOTRON на базе ESP32 получает их и управляет исполнительными механизмами.
Есть одна особенность работы системы. Если во время подачи воды или моющего раствора клиент отпускает курок пистолета, насос высокого давления продолжает работать. Давление в системе возрастает, предохранительный клапан открывается, и вода или моющий раствор сбрасываются в канализацию
Это означает, что при отпущенном курке расход воды и химии практически не уменьшается. Раствор в любом случае окажется в канализации: либо после мойки автомобиля, либо сразу после выхода из насоса высокого давления.
Почему сделано именно так?
Такой вариант оказался самым простым и надежным.
Теоретически можно организовать байпас и возвращать часть готовой смеси с выхода насоса высокого давления обратно на его вход. Однако при таком перепаде давления смесь будет заметно нагреваться и менять свои свойства. Кроме того, пришлось бы реализовывать отдельные контуры байпаса для разных реагентов.
Другой вариант — останавливать насос высокого давления при каждом отпускании курка и одновременно ставить таймер программы на паузу. Но тогда насос пришлось бы запускать при каждом новом нажатии курка, а частые пуски значительно сокращают его ресурс.
Поэтому на практике чаще всего используют схему с непрерывной работой насоса и сбросом раствора через предохранительный клапан. Возможная экономия воды и химических реагентов не компенсирует усложнение установки и сокращение ресурса оборудования
Дополнительные фото
Рабочее место оператора
Несмотря на высокий уровень автоматизации, на автомойке постоянно присутствует оператор.
Через систему видеонаблюдения он контролирует работу всех постов и вмешивается только при необходимости. В его обязанности входят устранение аварийных ситуаций, обслуживание оборудования и пополнение запасов расходных материалов. Например, если происходит повреждение трубопровода, оператор принимает меры по устранению аварии. Кроме того, он следит за уровнем химических составов и по мере необходимости доливает их в емкости системы дозирования.
Дополнительные фото
Заключение
Если вы планируете открыть автомойку самообслуживания, важно продумать не только архитектуру технологического оборудования, но и обеспечить достаточный уровень автоматизации. Автоматизированная система на автомойке самообслуживания позволяет принимать и обрабатывать платежи, переключать программы мойки, управлять оборудованием постов, дозировать химические составы и помогает учитывать их расход и ресурс оборудования. Кроме того, владелец получает удаленный доступ к настройкам и статистике работы автомойки.
ссылка на оригинал статьи https://habr.com/ru/articles/1063708/