泓格禽畜養殖場環境監控解決方案
透過泓格的 WISE 系列邊緣運算控制器將 DLW 系列微型氣象站與 DL-300 系列數據紀錄器所偵測到的溫溼度、照度、風速、空氣品質數據、TPD/ VPD系列HMI 蒐集的電子磅秤、吊秤數據、PM-3000 系列電錶模組量測到的電力數據傳回中控室的 AVEVA Edge 圖控軟體統一做視覺化的管理，並依現場狀況開啟或關閉電燈、水簾幕、循環風扇、進/送料馬達、供水設備，隨時維持禽畜場內良好的環境品質。
案例介紹
隨著全球化的加速，禽流感在世界各地的傳播速度越來越快，近期包括台灣、日本在內的國家都必須大量撲殺染病禽鳥來防堵禽流感病毒的延燒，因而造成雞蛋供不應求的狀況。台灣的家禽養殖大多仍採用傳統的開放式家禽舍，容易受到外在環境，像是溫濕度變化的影響，使得禽鳥抵抗力下降並增加患病風險。若備有環境控制設備，則可提供一個相對穩定的環境，以確保家禽的安全。此案例將說明泓格如何透過智能環境監控系統協助家禽養殖場打造最舒適的生長環境，以降低季節變化對產期的影響。
泓格家禽養殖場環境監控解決方案，安心守護家禽的安全
此方案架構可分為: (一) 環境品質監控、(二) 電力監控、(三) 水資源管理、(四) 飼料供給管理、(五) 邊緣運算與遠端管理五個部分。
一、環境品質監控
針對環境品質監控，客戶在養鵝場內佈建 DLW-1023 微型氣象站偵測一氧化碳、二氧化碳、細懸浮微粒、風速、溫溼度、照度等等、DL-305-IP43 數據紀錄器蒐集氨氣數據、DL-306-IP65 數據紀錄器量測硫化氫數值，並安裝 M-7051-G 數位輸入模組監測照明與水簾幕的狀態、M-7055-G 數位輸入/輸出模組啟閉循環風扇，這些資訊皆透過 Modbus RTU 通訊協定傳至 WISE-5231 邊緣運算控制器，並透過 WISE-5231 上的 XV107 I/O 擴充板來控制照明設備及水簾幕，同時也透過 Modbus TCP 通訊協定將資料回傳到中控端的 AVEVA Edge 圖控軟體進行視覺化的管理。
DLW-1000 系列微型氣象站可以即時量測溫度、溼度、風速、風向、雨量、照度、大氣壓力、海平面高度等氣象資訊及一氧化碳、二氧化碳、氧氣、氨氣、甲醛、硫化氫、(細)懸浮微粒、總揮發性有機物等空氣品質資訊，且支援 Modbus RTU/TCP 以及 MQTT 通訊協議。DLW-1000 系列微型氣象站具備 IP54 防護設計及進出氣孔風扇設計，能有效抵擋強烈風雨下的低角度逆灌進水，並提供 RS-485 和 Ethernet (支援 PoE) 防水保護接頭，確保設備能在極端環境下正常運作。在此案例中，客戶使用 DLW-1023 微型氣象站偵測溫溼度、照度、風速、一氧化碳、二氧化碳、細懸浮微粒，並將蒐集到的數據透過 Modbus RTU 通訊協定傳送至 WISE-5231 邊緣運算控制器，達到簡單的邏輯控制與告警功能。
DL-300 系列數據紀錄器設有液晶顯示器，並可量測與記錄溫度、濕度、露點溫度、一氧化碳、二氧化碳、甲醛、總揮發性有機物、氨氣及硫化氫數據，且會附上日期和時間戳，最多可儲存 450,000 筆可下載的數據記錄。此系列數據紀錄器支援多種通訊協定，如: DCON、Modbus RTU、Modbus TCP 及 MQTT，可無縫整合至 HMI 或 SCADA 系統中。管理者可在手機上下載泓格開發的 iAir 空氣品質管理App 隨時取得 DL-300 系列模組監測到的資料及發送訊息至模組上的液晶顯示器，並可在 PC 上安裝泓格的 iAir Utility 免費軟體為多個 DL-300 系列模組進行分組 (Grouping) 以及輸出 CSV 文件，方便遠端察看與管理數據。在此案例中，客戶使用 DL-305-IP43 數據紀錄器量測氨氣濃度、DL-306-IP65 數據紀錄器量測硫化氫數值，並將蒐集到的數據透過 Modbus RTU 通訊協定傳送至 WISE-5231 邊緣運算控制器。
M-7051/M-7051D 數位輸入模組提供 16 個數位輸入通道，可用乾接點和濕接點接線，其中乾接點的有效傳輸距離可達 500 公尺，適合長距離的量測。M-7051/M-7051D 數位輸入模組配有 4 kV ESD 防護和 3750 VDC 模組內部隔離，且所有通道不僅具有光耦合隔離功能，還可用作 16 位元計數器。M-7051D 有 16 個 LED 指示燈，可用於監控通道狀態。M-7051/M-7051D 皆支援 Modbus RTU 和 DCON 通訊協定，可由軟體設定。此案例中，M-7051-G 數位輸入模組負責蒐集照明與水簾幕的狀態。
M-7055/M-7055D 數位輸入/輸出模組提供 8 個隔離通道數位輸入、8 個隔離通道數位輸出，數位輸入可選擇 Sink/Source 輸入，且皆可用作 16 位元計數器；數位輸出則支援帶短路保護的 Source 輸出。M-7055D 有 16 個 LED 指示燈，可用於監控通道狀態。M-7055/M-7055D 皆支援 Modbus RTU 和 DCON 通訊協定，可由軟體設定，同時也可設定上電值和安全值，並支援 4 kV ESD 防護和 3750 VDC 模組內部隔離。此案例中，M-7055-G 數位輸入/輸出模組負責開啟或關閉循環風扇。
二、電力管理
針對電力監控，客戶在養鵝場內安裝 PM-3133-100 三相智能電錶監控現場設備的用電狀況，並以 Modbus RTU 通訊協定傳至 WISE-5231 邊緣運算控制器，執行邏輯的判斷。在現場設備耗電量過高時關閉非必要的設備，以節省整體用電量。同時，WISE-5231 邊緣運算控制器透過 Modbus TCP 通訊協定將資料回傳到中控端的 AVEVA Edge 圖控軟體進行視覺化的管理。
PM-3000 系列智能電錶具備高精度（<0.5％，PF=1）之特性，適用於低電壓的一次側以及中、高電壓的二次側，透過 PM-3000 系列智能電錶，使用者能獲得準確、可靠的能源消耗數據，並進行即時的設備監控與操作。PM-3000 系列智能電錶提供開口式CT供量測，並支援 Modbus RTU、Modbus TCP、CANopen 通訊協定與 2 路繼電器輸出，能與警報器或燈控做整合。在此案例中，PM-3133-100 三相智能電錶負責蒐集各式設備的用電數據，並透過 Modbus RTU 通訊協定回傳給 WISE-5231 邊緣運算控制器。
三、水資源管理
針對水資源管理，WISE-5231 邊緣運算控制器可透過 Modbus RTU 通訊協定蒐集養鵝場水池中的水錶和 PH 測試儀所量測到的數據，並執行邏輯的判斷。在水池水位過高或過低時，透過 tM-R5 繼電器模組關閉或開啟電磁閥控制水流。同時，WISE-5231 邊緣運算控制器透過 Modbus TCP 通訊協定將資料回傳到中控端的 AVEVA Edge 圖控軟體進行視覺化的管理。
tM-R5 繼電器模組提供 5 個繼電器輸出通道，在此案例中負責接收 WISE-5231 邊緣運算控制器的指令，在水池水量過多或過少時關閉或開啟電磁閥來控管水量。
四、飼料供給管理
針對飼料供給管理，客戶在養鵝場內安裝 TPD-433F-H 和 VPD-143-H 分別蒐集與顯示電子磅秤與電子吊秤的數據，這些數據都透過 Modbus RTU 通訊協定傳至 WISE-5231 邊緣運算控制器，以執行邏輯的判斷。當 TPD-433F-H 和 VPD-143-H 顯示的磅秤/吊秤數值低於設定值時，WISE-5231 邊緣運算控制器會透過 tM-PD3R3 數位輸入繼電器輸出模組驅動送料機補足飼料。同時，WISE-5231 邊緣運算控制器也透過 Modbus TCP 通訊協定將資料回傳到中控端的 AVEVA Edge 圖控軟體進行視覺化的管理。
TPD 和 VPD 系列 HMI 皆具有高解析度的觸控螢幕、即時時鐘 (RTC) 和多種通訊介面，如RS-232/RS-485、乙太網路和 USB。其中，TPD 系列適合用於家庭與大樓自動化的應用中，而 VPD 系列則是專為工廠及機器自動化應用而設計。TPD 系列具備揚聲器且有專用的明盒，可和諧融入室內環境的設計；VPD 系列具有橡膠鍵盤，搭配 IP65 等級的防水防塵前面板，特別適用於環境嚴苛的工廠當中。此案例中，TPD-433F-H 與 VPD-143-H HMI 透過 4.3″ 的高解析度彩色觸控螢幕分別顯示電子磅秤與電子吊秤的數據，並透過 Modbus RTU 通訊協定回傳給 WISE-5231 邊緣運算控制器。
tM-PD3R3 數位輸入繼電器輸出模組提供 3 個數位輸入通道和 3 個繼電器輸出通道，每個通道都具有光電耦合器隔離功能。此案例中，tM-PD3R3 負責接收 WISE-5231 邊緣運算控制器的指令，在飼料不足時驅動飼料機補足飼料。
五、邊緣運算與遠端管理
WISE 系列邊緣運算控制器可被廣泛的應用於各種工業現場的邊緣邏輯控制與監測，其內建的 IF-THEN-ELSE 邏輯引擎可以穩定且高效地執行自動化邏輯，即使與中控中心的通訊中斷，依舊能在現場進行邊緣運算，並提供數學運算、排程和電子郵件及 Line/WeChat 警報消息發送功能。WISE 系列邊緣運算控制器內建的資料記錄器 (Data Logger) 具備資料補遺機制，可自動將資料回送中控中心以確保所有資料檔案的完整傳送，使用者毋須擔心資料遺失的風險。另外，WISE 系列智慧邊緣運算控制器還可搭配 XV-board 輸入輸出擴充板以應付各式應用場域的 I/O 需求，且 XV-board 輸入輸出擴充板可直接插在 WISE 系列智慧邊緣運算控制器上，大幅節省空間。
在此案例中，WISE-5231 邊緣運算控制器負責接收所有現場端的資訊，並進行邏輯的判斷，在必要時透過各式 I/O 模組與 XV-board 啟動相關設備來維護整體環境的品質，並在異常狀況發生時發送告警通知相關人員，同時也透過 Modbus TCP 通訊協定把資料回傳至中控室。
AVEVA Edge 是一款全方位的圖形監控軟體，它提供基本組件給使用者製作功能強大的 SCADA 和 HMI 應用程式，並支援所有 Windows 執行平臺，包括 Windows Embedded Compact、Windows Embedded Standard、Windows 8.1/10 和 Windows Server Editions (Server 2012/2016/2019)。
使用者除了能在 PC 上執行 AVEVA Edge 之外，也能透過手機瀏覽器開啟網頁進行遠端的操作。此案例中，現場的數據回傳到中控室後，AVEVA Edge 圖控軟體即可將資料彙整成趨勢圖供分析，並可輸出 CSV、PDF、Excel 等格式報表，而當現場數據出現異常時，AVEVA Edge 會發出警報通知管理人員進行問題排除。
泓格產品為此案例帶來的效益
DLW-1000 系列微型氣象站模組、DL-300 系列數據紀錄器皆支援 RS-485、Ethernet 及 PoE 通訊界面，能廣泛與多種設備包括 HMI 及 SCADA 系統做整合。
泓格的 M-7000 系列遠端 I/O 模組支援 Modbus RTU、DCON 通訊協定與各種訊號，包括電流、電壓、溫度等類比與數位訊號的輸出/輸入，且備有雙看門狗功能。Module Watchdog 會在模組不正常工作時自動重設 CPU；Host Watchdog 則可確保主機與 I/O 模組間的通訊正常，管理者也可預設 Safe Value 作為 I/O 模組收不到主機命令時的應變機制（超過Timeout設定時間時），而在輸出模組也有Power On Value能確保模組在剛上電或復電時可在預設的輸出狀態，藉此提升系統的可靠性與穩定性。
WISE 系列邊緣運算控制器提供簡單、易用的工作邏輯編輯頁面，使用者完全無須撰寫任何程式碼，只需於人機介面點選設定即可完成工作邏輯的編輯。
-
管理者可透過中控端或行動裝置輸入想要補充的飼料量，由此精準控制打料的量，以最低的成本達到最高的育成率。
建置自動化的環境監控系統能減少人員入內巡檢的次數，以避免外部病毒的進入，並維持養鵝場的生物安全性。
結語
環境監控可以隨時幫助農場管理者監控環境條件，及時發現異常情況並立即採取相關措施，以防止疫情的蔓延。在禽流感爆發期間，環境監控也可以幫助政府部門和農業機構確定病毒的傳播範圍，並協助決策者制定有效的防疫策略與應變計畫。
泓格的智慧農牧解決方案已成功應用於多個場域，包括: 利用 ZigBee 無線傳輸達到恆溫與節水的魚塭智慧水產養殖解決方案、溫室香菇智慧養殖解決方案、種子庫遠端溫度監控解決方案、玉米田智慧灑水系統等等。泓格運用數位科技協助客戶打造智慧化的農牧管理，讓農民與飼主輕鬆地一手掌握現場資訊，提升經營效能。
相關產品
ICP DAS View All
ICP DAS was established in 1993 and strongly focuses on innovation and the enhancement of industrial automation technology. ICP DAS continuously endeavors to develop a comprehensive selection of products ranging from remote I/O controllers, distributed I/O modules, I/O data acquisition boards, programmable automation controllers, industrial communication modules, web-related products, motion control systems, SCADA/HMI software to automation solutions for applications critical to energy management, motion automation, smart factories, intelligent buildings, and smart cities. Our ambition is to provide a wide range of high-quality products and versatile applications, together with prompt and efficient services, that can be implemented to assist in the continued success of our clients worldwide.