Số hóa hỗ trợ nghiên cứu khí hậu ở Anh

Khoảng 200 năm trước, cây sồi đã được trồng trong khu rừng này ở Staffordshire để cung cấp gỗ cho hạm đội tàu gỗ của Anh. Sau đó là cuộc cách mạng công nghiệp. Thép thay thế gỗ, và khu rừng bị lãng quên. Để phát triển không bị xáo trộn, giờ đây nó phục vụ một mục đích rất khác: là địa điểm nghiên cứu cho Viện Nghiên cứu Rừng Birmingham, thí nghiệm Làm giàu Carbon Dioxide trong không khí tự do, hay BiFor FACE. Tại đây, các nhà khoa học cho cây trưởng thành tiếp xúc với mức CO2 cao để nghiên cứu cách rừng có thể phản ứng với khí hậu thay đổi.

Tiến sĩ Kris Hart, người có bằng Tiến sĩ về địa sinh học đất và hiện là Trưởng phòng Hoạt động tại BiFor FACE, giải thích: “Chúng tôi muốn hiểu sự gia tăng tương đối đột ngột của CO2 trong khí quyển, do khí thải nhiên liệu hóa thạch, đang ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái rừng như thế nào. Để làm được điều đó, chúng tôi đang tiếp xúc các phần mẫu của rừng với mức CO2 dự kiến vào năm 2050 và nghiên cứu mọi thứ, từ sinh lý cây và bệnh tật đến thực vật dưới lớp, đất và côn trùng - về cơ bản ở mọi cấp độ mà bạn có thể nghĩ đến.

Cách tiếp cận toàn diện này dựa vào việc kiểm soát chính xác và cung cấp CO2 nhất quán, cùng với việc thu thập dữ liệu chất lượng cao. Trung tâm của cả hai là phần cứng và phần mềm tự động hóa công nghiệp của chúng tôi.

Bản cập nhật phù hợp với tương lai

Trong rừng, cây cối được nhóm thành sáu cái gọi là mảng, mỗi mảng được bao quanh bởi các tòa tháp mở cho phép gió, mưa và côn trùng di chuyển tự do qua địa điểm. Ba trong số các mảng thường xuyên tiếp xúc với nồng độ CO2 cao ở dạng tinh khiết cao, có nguồn gốc như một sản phẩm phụ của quá trình tiêu hóa chất thải thực phẩm kỵ khí. Trong mỗi mảng này, khoảng 30 điểm phân phối được đặt ở các độ cao khác nhau giải phóng CO2. Ba mảng còn lại đóng vai trò là đồ thị điều khiển để so sánh.

Khi dự án ra mắt vào năm 2017, một ngôn ngữ lập trình dựa trên văn bản hoạt động trên PC đã được chọn để kiểm soát các thiết bị chịu trách nhiệm giải phóng CO2 vào mảng. Theo thời gian, hệ thống bắt đầu thể hiện tuổi tác và giới hạn của nó, thúc đẩy nhóm tại BiFor FACE tìm kiếm một giải pháp thay thế mạnh mẽ và linh hoạt hơn - điều này dẫn họ đến với nhà tích hợp hệ thống Transicon.

Jennifer Hughes, Tổng Giám đốc tại Transicon cho biết: “Chúng tôi bắt đầu bằng cách lắng nghe kỹ nhu cầu của các nhà nghiên cứu. “Nó nhanh chóng trở nên rõ ràng rằng giải pháp hiệu quả nhất và đảm bảo tương lai sẽ là một hệ thống điều khiển công nghiệp được xây dựng dựa trên các công nghệ của Siemens.”

Nó nhanh chóng trở nên rõ ràng rằng giải pháp hiệu quả nhất và đảm bảo tương lai sẽ là một hệ thống điều khiển công nghiệp được xây dựng dựa trên các công nghệ của Siemens.

Jennifer Hughes, Tổng giám đốc, Transicon

Tích hợp dễ dàng, vận hành nhanh

Các kỹ sư tại Transicon đã lắp ráp một gói công nghệ toàn diện của Siemens để quản lý mạng lưới van, máy phân tích khí, cảm biến gió và các thiết bị khác tại địa điểm BiFor FACE và thu thập dữ liệu quan trọng. Cốt lõi là Simatic S7-1200 bộ điều khiển logic lập trình (PLC). Là bộ não của hệ thống, nó xử lý dữ liệu thời gian thực - chẳng hạn như mô hình gió, lượng mưa và tiếp xúc với ánh nắng mặt trời để xác định lượng CO2 cần giải phóng để duy trì mức quy định. Các khối chức năng PLC mô phỏng cũng được phát triển trong cổng thông tin TIA (Tự động hóa hoàn toàn tích hợp) của Siemens để tái tạo các điều kiện hoạt động trong thế giới thực để hỗ trợ thử nghiệm hệ thống.

Sensors và thiết bị truyền động trên toàn trang web được kết nối với PLC thông qua Simatic ET 200SP, một hệ thống I/O mô-đun cho phép thu thập dữ liệu đáng tin cậy và thực thi lệnh tại hiện trường. Nhờ chuyển mạch trạng thái rắn, hệ thống tiếp xúc với ít hao mòn cơ học hơn, làm cho nó mạnh mẽ hơn và ít bị hỏng hơn. Thêm vào đó, các mô-đun có thể được hoán đổi nóng mà không làm gián đoạn hoạt động.

Siemens WinCC, một nền tảng SCADA, giám sát toàn bộ quá trình, cung cấp cho các nhà nghiên cứu tại BiFor FACE một cái nhìn rõ ràng, thời gian thực về trạng thái hệ thống. Nhu cầu bảo trì giờ đây dễ xác định hơn, cho phép khắc phục sự cố nhanh hơn và có mục tiêu hơn. Một sự đổi mới quan trọng là sự phát triển của một công cụ trực quan 3D, cho phép các nhà nghiên cứu nhìn thấy chiều cao tương đối của tất cả các cảm biến và xem các mảng từ nhiều góc độ - một cải tiến đáng kể so với giao diện cơ bản của hệ thống trước đó.

Cảm ơn Digital Twin khả năng tích hợp trong TIA Portal, các kỹ sư của Transicon đã có thể mô phỏng và kiểm tra hệ thống trước khi cài đặt. Điều này đã hợp lý hóa quy trình tích hợp và rút ngắn thời gian vận hành bằng cách giảm nhu cầu điều chỉnh tại chỗ. Và nếu họ cần hỗ trợ trên đường đi, họ có thể nhờ đến các kỹ sư tại Siemens để được hỗ trợ.

Một mô hình cho các viện nghiên cứu khác

Thiết lập mới chỉ là những gì Tiến sĩ Kris Hart và nhóm của ông cần. Ông nói: “Chuyên môn của Transicon đã cho phép chúng tôi nâng cao đáng kể độ chính xác và độ tin cậy của hệ thống phân phối carbon dioxide của chúng tôi, điều này hoàn toàn quan trọng đối với tính toàn vẹn của nghiên cứu biến đổi khí hậu lâu dài của chúng tôi. Hơn nữa, việc lắp đặt có thể được nhân rộng đến các địa điểm khác trên thế giới nghiên cứu tác động của nồng độ CO2 cao hơn trong khí quyển.

Jennifer Hughes nói: “Giải pháp mà chúng tôi đã phát triển cung cấp một bản thiết kế cho các hệ thống kiểm soát thử nghiệm đáng tin cậy, nhất quán có thể được triển khai trên toàn cầu nếu các thí nghiệm FACE được mở rộng sang các địa điểm khác trong tương lai.” Bởi vì nếu những phát hiện từ BiFor FACE định hình chính sách khí hậu toàn cầu, chúng sẽ cần được hỗ trợ bởi dữ liệu từ các khu rừng trưởng thành khác trên khắp thế giới.

Hồ sơ công ty

BiFor FACE

Kể từ năm 2017, Viện Nghiên cứu Rừng Birmingham, Free Air Carbon Dioxide Enrichment, hay BiFor FACE, đã mô phỏng bầu khí quyển 2050 được dự đoán bằng cách bơm CO₂ xung quanh cây sồi trưởng thành. Bằng cách bắt chước môi trường trong tương lai, các nhà nghiên cứu có thể hiểu được các khu rừng có thể được kỳ vọng sẽ phản ứng với môi trường thay đổi như thế nào. BiFor FACE là một trong ba cơ sở như vậy trên toàn cầu và đã được tôn vinh với thiết kế thân thiện với môi trường.

BiFor FACE - Đại học Birmingham

Transicon

Được thành lập vào năm 1967 và có trụ sở tại Khu kinh doanh Queensway ở Telford, Vương quốc Anh, Transicon đã xây dựng được danh tiếng mạnh mẽ trong việc thiết kế và sản xuất các hệ thống điều khiển theo yêu cầu. Chuyên môn của công ty bao gồm các ổ đĩa AC, DC và servo, cũng như các hệ thống PLC và SCADA. Transicon phục vụ một loạt các khách hàng công nghiệp, làm việc trên khắp Vương quốc Anh và quốc tế.

Chuyên gia Tích hợp Hệ thống & Tự động hóa Công nghiệp | Transicon

Tìm hiểu thêm

Tích hợp IT/OT

SIMATIC Energy Manager ghi lại mức tiêu thụ năng lượng và phương tiện truyền thông và tích hợp dữ liệu từ máy móc, SCADA và các hệ thống tòa nhà. Nó hỗ trợ các giao thức và giao diện chung, cung cấp dữ liệu cho nền tảng bền vững và ESG.

SIMATIC S7-1200

Bộ điều khiển cơ bản là sự lựa chọn thông minh cho các giải pháp tự động hóa nhỏ gọn với các chức năng truyền thông và công nghệ tích hợp. Bộ điều khiển SIMATIC S7-1200 có sẵn trong các phiên bản tiêu chuẩn và an toàn.