Kasautomatisering met de Edge IoT-gateway: bedrading, logica en wat er in de praktijk misgaat
In dit artikel wordt beschreven hoe we Greenhouse Automation hebben geïmplementeerd met de Edge IoT-gateway.
Bij het werken aan kasautomatisering doet het probleem zich meestal op dezelfde plek voor.
De sensoren zijn al geïnstalleerd. De ventilatoren en pompen draaien. Maar niemand heeft de twee systemen met elkaar verbonden. CO₂, temperatuur, luchtvochtigheid — elk heeft zijn eigen display. De afzuigventilator heeft zijn eigen regelaar. De pomp ook. Uiteindelijk moet iemand de coördinatie handmatig doen en de waarschuwingen op een telefoon in de gaten houden.
Ik had zo’n tomatenkas — met sensoren erin, maar de ventilatoren werden nog handmatig bediend. Daarna zijn we gewoon begonnen met het lokaal op de gateway te installeren. Dat is eenvoudiger, en het blijft werken als het internet uitvalt.
Hoe de bedrading in elkaar zit
De EG8200 Edge IoT-gateway heeft twee RS485-poorten, beide met Modbus RTU. De meeste landbouwsensoren communiceren al via Modbus RTU, dus deze kunnen rechtstreeks op de bus worden aangesloten.
We splitsen het meestal op basis van het type sensor: klimaatsensoren op de ene bus, CO₂- en lichtsensoren op de andere. Zo blijven de adresruimten gescheiden en is het later makkelijker om storingen op te sporen.
Bij sommige Modbus-sensoren zijn de standaardadressen allemaal ingesteld op 1. Het is raadzaam om de adressen per apparaat in te stellen voordat u ze aansluit op de gedeelde bus. Sommige apparaten behouden de adresinstellingen bovendien niet goed na een stroomstoring — het is raadzaam om dit te controleren vóór de installatie.
Aan de uitgangszijde bevinden zich twee relais-DO’s. Deze schakelen de spoel van een tussenschakelaar; de schakelaar regelt de motorbelasting. Gebruik voor meer dan twee apparaten RS485-relaisuitbreidingsmodules op dezelfde bus.
DI-poorten voor waterniveauschakelaars en deursensoren. Handig voor vergrendelingen: als de zijventilatieopeningen openstaan, blijft de koelpomp van het kussen uitgeschakeld.
Ontslag treft ook mensen
Ik had een locatie waar de temperatuurmetingen steeds willekeurig uitvielen. De bedrading zag er prima uit; de configuratie zag er ook prima uit. Uiteindelijk ontdekte ik een lange kabel aan het einde van de bus zonder afsluitweerstand. Ik heb aan beide uiteinden een weerstand van 120 Ω geplaatst, en het probleem was opgelost.
Dat soort problemen komt in de software niet naar voren. Je moet teruggaan naar de fysieke laag.
Het is ook de moeite waard om te controleren of er relaismodules of pompregelaars op dezelfde bus ruis veroorzaken — we hadden eens een locatie waar het pomprelais af en toe leesfouten veroorzaakte bij sensoren in de buurt, totdat we wat extra ruimte creëerden en ferrietkernen toevoegden.
Besturingslogica
Op de EG8200 draait Node-RED rechtstreeks op het apparaat. Stel flows samen in een browser, implementeer ze, en klaar. Moet het instelpunt ter plaatse worden aangepast? Open dan een browser, wijzig het getal en implementeer opnieuw.
We lezen de sensoren ongeveer elke 30 seconden uit. Wanneer de temperatuur boven de drempelwaarde komt, activeert DO1 de schakelaar van de afzuigventilator. Als de luchtvochtigheid daalt, geeft een Modbus-schrijfopdracht de pompregelaar de opdracht om op gedeeltelijk vermogen te draaien. Er is een hysterese ingebouwd, zodat de ventilator niet voortdurend aan en uit gaat — de temperatuur moet eerst een paar graden onder de drempelwaarde dalen voordat de ventilator weer uitschakelt.
Werkt volledig lokaal. Zelfs als de internetverbinding uitvalt, blijft de kas gewoon draaien. Zodra de verbinding weer hersteld is, worden de opgeslagen gegevens weer normaal geüpload.
Voor locaties waar al SCADA is geïnstalleerd, kiezen we meestal voor MQTT. We hebben het zonder veel problemen gebruikt in combinatie met Mosquitto, HiveMQ en AWS IoT, maar als de bestaande broker aangepaste authenticatie- of topicregels heeft, kost de installatie daar wel wat extra tijd.
De logica zelf is niet waar de tijd in gaat zitten. Het aanleggen van de bedrading, het in bedrijf stellen van de apparatuur en een groot deel van de tijd die aan de inbedrijfstelling wordt besteed, gaat uiteindelijk op aan het traceren van de bedrading en het controleren welke stroomonderbreker welke ventilator van stroom voorziet — daar gaan de uren daadwerkelijk naartoe.
Automatisch en handmatig
Het systeem werkt automatisch en zonder toezicht. Maar bij gewaswisselingen, onderhoud en onverwachte groeiomstandigheden zal de vooraf ingestelde logica niet altijd kloppen.
De handmatige modus wordt geactiveerd via het lokale Node-RED-dashboard of via een MQTT-commando. De automatische logica wordt onderbroken; de operator heeft de directe controle. Het dashboard werkt in elke browser binnen het lokale netwerk; er is geen app nodig.
Op locaties met een onbetrouwbare internetverbinding is het belangrijker dan je zou denken dat je geen cloudportaal hoeft te gebruiken om een instelwaarde te wijzigen.
Inbedrijfstelling
In een standaardopstelling kan één persoon het systeem binnen een paar uur aan de praat krijgen. Het grootste deel daarvan bestaat uit het aanleggen van de bedrading.
Zet de EG8200 tijdens de inbedrijfstelling in de AP-modus — het apparaat zendt dan zijn eigen lokale netwerk uit; je hoeft dus geen verbinding te maken met het wifi-netwerk van de boerderij. Maak gewoon verbinding en open Node-RED direct.
Locaties met meerdere compartimenten: aangrenzende compartimenten delen soms één apparaat als het wifi-bereik voldoende is. Afzonderlijke gebouwen krijgen doorgaans hun eigen EG8200, die elk via 4G verbinding maken. Op sommige locaties wordt er de voorkeur aan gegeven om in plaats daarvan een kabel tussen de gebouwen te leggen, afhankelijk van wat er al aanwezig is.
Waar het zinvol is
Commerciële groente- en tomatenkassen, hydrocultuursystemen, zaailingenkwekerijen, koelhuizen. Overal waar de besturing onafhankelijk van een internetverbinding moet blijven functioneren.
Waar de grenzen worden bereikt: grote locaties met veel afzonderlijk regelbare zones. Met twee RS485-bussen en twee relaisuitgangen kun je de meeste middelgrote opstellingen aan. Voor grotere opstellingen zijn meerdere apparaten of andere hardware nodig.
Een paar vragen die vaak worden gesteld
Sensoren van verschillende fabrikanten — werken die op dezelfde bus?
Meestal wel, zolang ze Modbus RTU ondersteunen. Let vooral op de baudrate — de meeste staan standaard ingesteld op 9600 8N1, maar niet allemaal. Als een sensor niet reageert en de bedrading er goed uitziet, is dat het eerste wat je moet controleren.
Offline werken — hoe werkt dat eigenlijk?
Alle logica wordt lokaal uitgevoerd. Het internet wordt alleen gebruikt voor het uploaden van gegevens en toegang op afstand. Het is de moeite waard om dit te testen voordat je de locatie verlaat: koppel de antenne los en controleer of alles naar behoren werkt.
Kunnen de relaisuitgangen motoren rechtstreeks aansturen?
Niet rechtstreeks. Het relais schakelt de spoel van een magneetschakelaar in; de magneetschakelaar regelt de motor. Voeg bij meer dan twee belastingen RS485-relaisuitsbreidingsmodules toe.
De meeste problemen bij dit soort projecten hebben uiteindelijk te maken met de fysieke laag: aansluitingen, adresconflicten, de plaatsing van sensoren. Als dat eenmaal is opgelost, gaat de rest vrij vlot.
Technische specificaties en gegevensblad van de EG8200: productpagina. Vragen: contactformulier.
