Digitalisering understøtter klimaforskning i Storbritannien

For omkring 200 år siden blev der plantet egetræer i denne skov i Staffordshire for at levere tømmer til Storbritanniens træskibsflåde. Så kom den industrielle revolution. Stål erstattede træ, og skoven blev glemt. Efterladt til at vokse uforstyrret tjener det nu et helt andet formål: som forskningssted for Birmingham Institute of Forest Research, Free Air Carbon Dioxide Enrichment experiment eller BiFor FACE. Her udsætter forskere modne træer for forhøjede niveauer af CO2 for at studere, hvordan skove kan reagere på et skiftende klima.

Dr. Kris Hart, der har en ph.d. i jordbiogeokemi og nu fungerer som driftschef hos BiFor FACE, forklarer: „Vi ønsker at forstå, hvordan den relativt pludselige stigning i atmosfærisk CO2, drevet af fossile brændstofemissioner, påvirker skovøkosystemets struktur og funktion. For at gøre det udsætter vi stikprøver af skoven for de CO2-niveauer, der forventes i 2050, og studerer alt fra træfysiologi og sygdomme til underjordiske planter, jord og insekter - stort set alle niveauer, du kunne tænke på.“

Denne omfattende tilgang er afhængig af præcis kontrol og konsekvent levering af CO2 sammen med indsamling af data af høj kvalitet. Centralt for begge er vores hardware og software til industriel automatisering.

En fremtidssikret opdatering

Inden for skoven er træer grupperet i seks såkaldte arrays, hver omgivet af åbne tårne, der tillader vind, regn og insekter at bevæge sig frit gennem stedet. Tre af arrayerne udsættes regelmæssigt for forhøjede niveauer af CO2 i en meget ren form, der hentes som et biprodukt af den anaerobe fordøjelse af madaffald. I hvert af disse systemer frigiver omkring 30 leveringspunkter placeret i varierende højder CO2. De resterende tre arrays tjener som kontrolplot til sammenligning.

Da projektet blev lanceret i 2017, blev et tekstbaseret programmeringssprog, der fungerer på pc'er, valgt til at styre de instrumenter, der er ansvarlige for frigivelse af CO2 til arrayerne. Over tid begyndte systemet at vise sin alder og begrænsninger, hvilket fik teamet hos BiFor FACE til at søge efter et mere robust og fleksibelt alternativ - hvilket førte dem til systemintegratoren Transicon.

„Vi startede med at lytte nøje til forskernes behov,“ siger Jennifer Hughes, General Manager hos Transicon. „Det blev hurtigt klart, at den mest effektive og fremtidssikrede løsning ville være et industrielt styringssystem bygget op omkring Siemens teknologier.“

Det blev hurtigt klart, at den mest effektive og fremtidssikrede løsning ville være et industrielt styringssystem bygget op omkring Siemens teknologier.

Jennifer Hughes, Administrerende direktør, Transikon

Nem integration, hurtig idriftsættelse

Ingeniører hos Transicon samlede en omfattende pakke med Siemens teknologier til at styre netværket af ventiler, gasanalysatorer, vindsensorer og andre instrumenter på BiFor FACE-stedet og til at indsamle vigtige data. Kernen er Simatic S7-1200 programmerbar logisk controller (PLC). Som systemets hjerne behandler det data i realtid - såsom vindmønstre, nedbør og soleksponering for at bestemme, hvor meget CO2 der skal frigives for at opretholde de specificerede niveauer. Simulation PLC-funktionsblokke blev også udviklet i Siemens TIA-portal (Totally Integrated Automation) for at replikere virkelige driftsforhold for at understøtte systemtest.

Sensors og aktuatorer på tværs af byggepladsen er forbundet til PLC'en via Simatic ET 200SP, et modulært I/O-system, der muliggør pålidelig dataindsamling og kommandoudførelse i marken. Takket være solid-state-switchen udsættes systemet for mindre mekanisk slid, hvilket gør det mere robust og mindre tilbøjeligt til svigt. Derudover kan moduler hot-swappes uden at afbryde driften.

Siemens WinCC, en SCADA-platform, overvåger hele processen og giver forskere på BiFor FACE et klart overblik i realtid af systemstatus. Vedligeholdelsesbehov er nu lettere at identificere, hvilket muliggør hurtigere og mere målrettet fejlfinding. En vigtig innovation var udviklingen af en 3D-visualiseringsmotor, som giver forskere mulighed for at se de relative højder af alle sensorer og se arrayerne fra flere vinkler - en betydelig forbedring i forhold til det forrige systems grundlæggende grænseflade.

Takket være Digital Twin kapaciteter integreret i TIA Portal, Transicons ingeniører var i stand til at simulere og teste systemet før installation. Dette strømlinede integrationsprocessen og forkortede idriftsættelsestiden ved at reducere behovet for justeringer på stedet. Og hvis de havde brug for hjælp undervejs, kunne de henvende sig til ingeniørerne hos Siemens for at få hjælp.

En model for andre forskningsinstitutter

Den nye opsætning er lige hvad Dr. Kris Hart og hans team havde brug for. „Transicons ekspertise har gjort det muligt for os at forbedre præcisionen og pålideligheden af vores kuldioxidleveringssystem betydeligt, hvilket er helt afgørende for integriteten af vores langsigtede klimaforskning,“ siger han. Desuden kan installationen replikeres til andre steder rundt om i verden, der studerer virkningen af højere koncentrationer af CO2 i atmosfæren.

Det var designet, siger Jennifer Hughes: „Den løsning, vi har udviklet, giver en plan for pålidelige, konsistente eksperimentelle kontrolsystemer, som kunne implementeres globalt, hvis FACE-eksperimenterne udvides til andre steder i fremtiden.“ For hvis resultaterne fra BiFor FACE skal forme den globale klimapolitik, skal de understøttes af data fra andre modne skove rundt om i verden.

Virksomhedsprofiler

BiFor ansigt

Siden 2017 har Birmingham Institute of Forest Research, Free Air Carbon Dioxide Enrichment eller BiFor FACE simuleret den forudsagte 2050-atmosfære ved at pumpe CO₂ omkring modne egetræer. Ved at efterligne det fremtidige miljø kan forskere forstå, hvordan skovområder kan forventes at reagere på et skiftende miljø. BiFor FACE er en af kun tre sådanne faciliteter globalt og er blevet hyldet for sit miljøvenlige design.

BiFor FACE - University of Birmingham

Transikon

Transicon blev grundlagt i 1967 og baseret i Queensway Business Park i Telford, Storbritannien, og har opbygget et stærkt ry inden for design og fremstilling af skræddersyede kontrolsystemer. Virksomhedens ekspertise dækker AC-, DC- og servodrev samt PLC- og SCADA-systemer. Transicon betjener en bred vifte af industrielle kunder, der arbejder i hele Storbritannien og internationalt.

Specialister inden for Systemintegration og Industriel Automation | Transicon

Få mere at vide

IT/OT-integration

SIMATIC Energy Manager registrerer energi- og medieforbrug og integrerer data fra maskiner, SCADA og bygningssystemer. Det understøtter fælles protokoller og grænseflader, der leverer data til bæredygtigheds- og ESG-platforme.

SIMATIC S7-1200

Basic-controllere er det smarte valg til kompakte automatiseringsløsninger med integrerede kommunikations- og teknologifunktioner. SIMATIC S7-1200-controllere fås i standard- og fejlsikre versioner.