Post on 09-Mar-2021
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,
RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO
DIPLOMSKO DELO
September, 2010 Božo Krebs
Božo Krebs
AVTOMATIZACIJA KOMPRESORSKE
POSTAJE
Diplomsko delo
Maribor, september 2010
I
Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa
AVTOMATIZACIJA KOMPRESORSKE POSTAJE Študent: Božo Krebs
Študijski program: VS Elektrotehnika
Smer: Avtomatika
Mentor: izred. prof. dr. Marjan Golob
Somentor: asist. dr. Božidar Bratina
Lektorica: prof. Nataša Krebs
Maribor, september 2010
II
III
ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr. Marjanu Golobu in somentorju asist. dr. Božidarju Bratini za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Prav tako se zahvaljujem Milanu Rotovniku pri tehnični podpori. Posebna zahvala gre moji družini in vsem, ki so me spodbujali in motivirali v času študija. Hvala!
IV
AVTOMATIZACIJA KOMPRESORSKE POSTAJE Ključne besede: kompresor, daljinsko vodenje, Lon, avtomatizacija, i.Lon 1000, LonMaker
POVZETEK Diplomska naloga predstavlja realizacijo nadzora kompresorske postaje v laboratoriju za
procesno vodenje. Razdeljena je na dva dela, in sicer na teoretični del, ki opisuje
uporabljene komponente ter LON tehnologijo. V drugem delu diplomske naloge je
predstavljena izvedba procesa.
V diplomski nalogi je predstavljen koncept daljinskega vodenja in nadzora stanja
kompresorja. Z LON tehnologijo smo omogočili nadzor nad kompresorjem. S pomočjo
i.Lon strežnika se spremljajo stanja kompresorja, in sicer temperatura cilindra
kompresorja, čas obratovanja in omogočen daljinski vklop ali izklop kompresorja.
Realizacija daljinskega vklopa ali izklopa je izvedena z digitalnim modulom podjetja
Echelon.
Krmilje motorja je izvedeno s standardnim kontaktorjem podjetja Iskra in s pomožnim
relejem. Vse to je postavljeno v kovinsko omaro, ki je nameščena na steno tik ob
kompresorju. V laboratoriju pa je nameščena manjša omarica, v kateri se nahajajo strežnik
in tipke za lokalni vklop ali izklop kompresorja. Za spremljanje parametrov na spletu je
izdelana osnovna spletna stran ter opisan postopek realizacije. V diplomski nalogi so
prikazane rešitve in konfiguracija potrebnih komponent za realizacijo nadzora
kompresorske postaje.
V
COMPRESSOR STATION AUTOMATION
Key words: compressor, remote control, Lon, automation, i.Lon 1000, LonMaker
ABSTRACT The diploma work presents the realization of control compressor station in the laboratory
for process control. It is divided into two parts, namely the theoretical part, which
describes the used components and the LON technology. The second part presents the
implementation of the process.
The concept of remote control and supervision of the compressor is described. With LON
technology we allow control over the compressor. By using web server i.Lon 1000 we
observe state of the compressor through the compressor cylinder temperature, duration of
operation and remote control (ON or OFF) of compressor. Remote control is realized with
a digital module of company Echelon.
The control circuit was carried out using standard connectors Iskra and auxiliary relay. All
this is placed in an electrical cabinet which is mounted on the wall next to the compressor.
In the laboratory is also placed a smaller electrical cabinet in which are the server and the
keyboard for local ON or OFF for the compressor. To monitor parameters on the internet
we have made a basic HTML web page with description of realized process. The diploma
shows various solutions to the problem of remote control and configuration of components
which are necessary to realize control of the compressor station.
VI
UPORABLJENE KRATICE: ANSI – American National Standard Institute
CEN – European Committee for Standardization
DIO – Digital Input Output
FTT – Free Topology Transceiver
HTML – Hyper Text Markup Language
IEC – International Electrotechnical Commission
IP – Internet Protocol
LON – Local Operating Network
OSI – Open Systems Intercinnection
SLTA – Serial LonTalk Adapter
VII
1. UVOD ............................................................................................................................ 1 2. PREGLED KOMPRESORSKIH POSTAJ ................................................................. 3
2.1 Splošno o kompresorjih .......................................................................................3
2.2 Kompresorska postaja v laboratoriju za procesno avtomatizacijo ........................6
2.3 Možne rešitve ......................................................................................................7
3. LON TEHNOLOGIJA ................................................................................................. 9
3.1 LonWoks sistem ...................................................................................................9
3.2 NeuronChip .......................................................................................................11
3.3 Protokol za LonWorks omrežja ...........................................................................13
3.4 LonWorks kontrolno omrežje .............................................................................14
3.5 LonTalk ..............................................................................................................14
3.6 LonPoint moduli .................................................................................................17
3.7 Opis SLTA-10 mrežnega vmesnika ......................................................................21
3.8 i.LON Internet Server .........................................................................................23
3.9 Programski paket LonMaker ..............................................................................26
4. IZVEDBA KRMILNEGA IN PROGRAMSKEGA DELA ....................................... 28
4.1 Opis kompresorja ...............................................................................................28
4.2 Zahteve za nadzor kompresorske postaje ..........................................................29
4.3 Projektiranje in izvedba krmilne omare ..............................................................31
4.4 Koncept daljinskega vodenja ..............................................................................34
4.5 Konfiguracija iLon strežnika ...............................................................................36
4.6 Namestitev LonWorks omrežja ..........................................................................38
4.7 Načrtanje spletnega uporabniškega vmesnika ...................................................43
5. TESTIRANJE, DOKUMENTIRANJE IN ANALIZA .............................................. 48
5.1 Tehniška dokumentacija ....................................................................................48
5.2 Opis krmilja ........................................................................................................53
5.3 Testiranje ...........................................................................................................56
5.4 Stroškovna analiza .............................................................................................57
6. ZAKLJUČEK ............................................................................................................. 60 7. UPORABLJENA LITERATURA .............................................................................. 62 8. PRILOGE ................................................................................................................... 63
1
1. UVOD
V današnjem svetu tehnologij in vedno bolj razširjenega interneta nas vodi želja po
daljinskem upravljanju. Danes igra internet pomembno vlogo pri našem vsakdanjem delu,
kakor tudi v prostem času. Je prenosni medij za komunikacijo s svetom in pridobivanje
najrazličnejših informacij. Zaradi tako obsežne razširjenosti po vsem svetu in posledično
hitrega dostopa do podatkov, je postal del življenje in hitro narašča. Prinaša tudi mračni
del, kjer po svetu ljudje, predvsem mlajša populacija, postajajo odvisni od interneta, se
zapirajo vase in nenadzorovano preživijo veliko časa pred osebnimi računalniki.
Uporabnost interneta pa ne prinaša samo odvisnosti v slabi luči, ampak prinaša v naša
življenja tudi kontrolo, nadzorovanje in uspešnost. S primerno uporabo lahko dosežemo
različne cilje in aktivnosti na različnih področij. V tehničnih procesih omogoča nadzor v
zgradbah, industriji in domovih. Tako je mogoče nadzorovati različne procese, kot so luči,
ogrevanje, varnost, predvsem pa omogoča uspešnost posameznih podjetij. Veliko vlogo
igra v avtomatizaciji procesnih obratov.
V diplomskem delu je opisan nadzor nad kompresorsko postajo v laboratoriju za procesno
avtomatizacijo. Želja je bila nadzorovati kompresorsko postajo preko interneta, ker je
kompresor oddaljenem od laboratorija tri nadstropja v fakulteti. Nadzor je potreben, saj se
kompresor vsakdanje uporablja za pnevmatske sisteme v laboratoriju, na katerih študentje
izvajajo vaje.
V laboratoriju želimo nadzirati stanje kompresorja, torej upravljati daljinski vklop ali
izklop kompresorja, spremljati tlak v kompresorski posodi, meriti temperaturo na cilindru
motorja in spremljati čas obratovanja kompresorja. S pomočjo programske opreme smo
izdelali spletno stran, na kateri se nadzorujejo in spremljajo vsi parametri, potrebni za
nadzor.
Realizacija daljinskega vklopa ali izklopa je izvedena z modulom podjetja Echelon, ki se
imenuje DIO-10 modul [9]. Kratica nam pove, da ima funkcijo digitalnega vhoda in
digitalnega izhoda. Krmilje motorja je izvedeno s standardnim kontaktorjem z oznako
KNL 16-10 podjetja Iskra in s pomožnim relejem. Vse to je postavljeno v kovinsko omaro,
2
ki je nameščena na steno tik ob kompresorju. V laboratoriju pa je nameščena manjša
omara, v kateri je iLon strežnik in tipke za vklop ali izklop kompresorja. Za povezljivost
modula in strežnika smo v programskem okolju LonMaker naredili lokalno omrežje. V
diplomski nalogi želimo opisati rešitve in konfiguracijo potrebnih komponent za realizacijo
nadzora nad kompresorsko postajo.
Diplomsko delo smo razdelili na pet glavnih poglavij. Drugo poglavje opisuje izvedbe
kompresorskih postaj, kakor tudi možnost uporabe kompresorskih postaj v industriji.
V tretjem poglavju so opisane uporabljene komponente. Predvsem so opisane komponente
podjetja Echelon, saj je z njimi opravljen večinski del nadzora nad kompresorsko postajo.
Del poglavja je namenjen tudi zelo pomembni komunikaciji, ki spada v LonWorks omrežja
in s tem omogočen dostop do globalnega spleta.
Tretje poglavja opisuje nadzorovani kompresor, projektiranje, izvedbo in konfiguracijo,
potrebno za usklajeno delovanje celotnega procesa. Prikazan je postopek načrtovanja
krmilne omare in namestitve ter izvedba. Opisana so tudi LonWorks omrežja s pripadajočo
komunikacijsko konfiguracijo.
V četrtem poglavju je opisana tehniška dokumentacija in uporabniška navodila. Glavni del
predstavljata testiranje in stroškovna analiza. V prvem delu opisujemo dokumentacijo,
potrebno ob takšnem procesu za nadzor in vodenje. V drugem delu so opisane ugotovitve
testiranja ter prikazan strošek pri izvedbi samega procesa.
V zaključnem delu je opisan povzetek izvedenih del in analiza ugotovitev. Podane so tudi
možnosti za razširitev procesa.
3
2. PREGLED KOMPRESORSKIH POSTAJ
2.1 Splošno o kompresorjih
Kompresor je delovni stroj. Delimo jih v dve veliki skupini [2]:
volumenske ali izrivne,
turbinske ali pretočne kompresorje.
Volumenski kompresorji se delijo na batne, ki so najpogostejši, na rotacijske in na
membranske kompresorje.
Za batni kompresor je značilno, da se spreminja delovni prostor, ki je posledica premega
gibanja bata v cilindru. Namen kompresorja je, da se pri stisljivi snovi povečuje energija,
pri tem se povečuje gostota in temperatura delovne snovi, zmanjšuje pa se specifična
prostornina. Zato je kompresorju potrebno dovajati delo, na primer električno energijo, ki
se v cilindru spreminja v tlačno energijo. Značilno za batni kompresor je, v primerjavi s
turbinskim, da se pojavi manjši pretok, večji tlak in manjša vrtilna frekvenca. Konstrukcija
in delovanje batnega kompresorja je podobno kot pri batni črpalki. V batnih kompresorjih,
kakor v batnih črpalkah, se bat giblje sem in tja ali pa kroži. Če se v valju odmika bat od
svoje izhodne lege, se odpre sesalni ventil, v preostali del vsesa zrak ter, ko pride bat do
nasprotne skrajne lege, potisne zrak skozi odprtino v zalogovnik ter spremeni smer gibanja.
Zaradi tega naraste tlak v valju, sesalni ventil se zapre, tlačni pa se odpre. Ker je v
zalogovniku večji tlak kakor v valju, je med sesanjem tlačni ventil zaprt.
Glede na območje tlaka so batni kompresorji razdeljeni na:
nizkotlačne od 1 do 10 barov,
visokotlačne od 10 do 100 barov,
visokotlačne od 100 do 4000 barov.
Glede na območje količine so batni kompresorji razdeljeni na:
male kompresorje od 1 do 10 m3/min,
srednje kompresorje od 10 do 100 m3/min,
4
velike kompresorje od 100 do 200 m3/min.
Uporaba batnih kompresorjev je raznolika:
za pogon pnevmatičnega orodja,
v industrijskih obratih (barvanje, hlajenje, izpihovanje ...),
za krmiljenje ventilov in naprav (pnevmatski ventili, vrtalniki …),
tlačno polnjenje motorjev z notranjim izgorevanjem.
Rotacijski kompresor spada k energetskim volumenskim strojem. Značilna veličina je
spreminjajoč se delovni prostor, ki je posledica ekscentrično nameščenega rotorja
(zobniška kompresorja, krilni kompresor) [3].
Membranski kompresor spada k energetskim volumenskim strojem. Značilna veličina je
spreminjajoč se delovni prostor, ki je posledica nihanja opne (membranski kompresor) [3].
Turbinski kompresor spada k energetskim turbinskim strojem. Značilen zanj je kolut, na
katerega so pritrjene posebej oblikovane lopatice, med katerimi teče delovna snov. Namen
stroja je, da se pri stisljivih snoveh v eni ali več stopnjah povečuje energija, na primer pri
zraku. Pri tem se povečujeta gostota in temperatura delovne snovi, zmanjšuje pa se
specifična prostornina. Zato je stroju potrebno dovajati delo, na primer električno energijo,
ki se v lopaticah spreminja v kinetično energijo. Značilno za turbinski kompresor je - v
primerjavi z batnim - večji pretok, manjši tlak in večja vrtilna frekvenca. Konstrukcija in
delovanje turbinskega kompresorja je podobno turbinski črpalki [3].
Glede na stopnjo kompresije so turbinski kompresorji razdeljeni na vakuumske črpalke
(< 1 bar), ventilatorje (< 1,1 bar, tlačna razlika je tako majhna, da se delovno snov
obravnava kot nestisljivo), puhala (<1,1 do 3 bara) in kompresorje. Turbinski kompresorji
so podobno kot turbinske črpalke razvrščeni na radialne in aksialne.
Področje uporabe je pestro. Ventilatorji se uporabljajo za prezračevanje predorov, rudnikov
in drugih prostorov, za odsesavanje plinov, prašnega zraka, za kroženje zraka pri sušenju,
gretju, hlajenju in klimatizaciji. Puhala se uporabljajo za dobavo zraka pri večjih motorjih
5
z notranjim zgorevanjem, za vpihovanje zraka pri plavžih, v kemični industriji. Radialni
kompresorji se uporabljajo v procesni tehniki za transport, za pripravo stisnjenega zraka,
pri uplinjanju premoga, aksialni pa pri plinskih prostorih in v jeklarski industriji.
Stisnjen zrak ima mnoge prednosti kakor tudi slabosti pred ostalimi oblikami energije
oziroma pred ostalimi prenosnimi mediji [3].
Prednosti uporabe stisnjenega zraka so naslednje:
eksplozijska požarna varnost (uporablja se predvsem v industriji, kjer je večja
nevarnost eksplozije),
ekološka sprejemljivost (po uporabi stisnjenega zraka le-tega preprosto spustimo v
atmosfero),
enostavna uporaba (proizvodne naprave, vzdrževanje …),
enostavna integracija pnevmatskih komponent z elektroniko.
Slabosti uporabe stisnjenega zraka so naslednje:
visoka cena energije, uporabljene za poizvedbo stisnjenega zraka,
spreminjane kvalitete zraka med procesom izvedbe,
drago vzdrževanje komponent za proizvodnjo stisnjenega zraka,
velike izgube zaradi puščanja na priključnih mestih in na pnevmatskih elementih.
Dandanes se ljudje vedno bolj zavedajo problema s stroški električne energije in vedno več
je elektronskih naprav, ki obremenjujejo električna omrežja. S tem se povečujejo potrebe
po varčevanju z električno energijo. Kompromirani zrak je eden najdražjih oblik energije
zaradi ne povračljivih procesov. Pri kompresorskih postajah to dosežemo z vgradnjo
računalniških sistemov, ki poskrbijo za energetsko učinkovito delovanje postaje in
nadzorovanje njenega delovanja. Z novim ekološkim trendom se vedno bolj uveljavljajo
brez oljni kompresorji, kjer je tudi takšen kompresor uporabljen v našem procesu.
6
2.2 Kompresorska postaja v laboratoriju za procesno avtomatizacijo
Laboratorij za procesno avtomatizacijo deluje v sklopu Inštituta za avtomatiko na Fakulteti
za elektrotehniko, računalništvo in informatiko v Mariboru na področju računalniške
avtomatizacije procesov v industriji, kjer predstavljajo glavne procesne veličine:
temperaturo,
pretok,
nivo in
tlak.
V laboratoriju za procesno avtomatizacijo se nahajajo različni pnevmatski sistemi, na
katerih študentje izvajajo praktične vaje pri posameznih predmetih. Vaje, kot so regulacija
pretoka, hidravlični stenski model – meritev nivoja, pnevmatika …, potrebujejo stisnjeni
zrak. V ta namen so v laboratoriju kupili nov kompresor, saj se je prejšnji uničil do takšne
meje, da se ni izplačalo popravljati. Starejši kompresor je bil postavljen na streho fakultete
in s tem posledično zunanjim vremenskim vplivom. Odgovorni so se odločili, da bo novi
kompresor imel svoj prostor v kleti fakultete in da se naredi daljinsko in lokalno
upravljanje le-tega.
Za daljinsko upravljanje kompresorja so se odločili iz preprostega razloga, in sicer zaradi
same varnosti, ekonomskega stališča in olajšanega dela pri vklopih in izklopih
kompresorja. Zaradi same varnosti kompresorja moramo zato spremljati:
tlak v tlačni posodi kompresorja,
temperaturo na cilindru kompresorja in
število delovni ur.
Za daljinsko vodenje kompresorske postaje je predpogoj, da fizično pritisnemo tipko
START v laboratoriju za pogon oziroma da kompresor postavimo v stanje pripravljenosti.
Tlak v tlačni posodi beležimo z WIKA tlačnim senzorjem tipa A-10. Območje tlaka ima od
0 do 10 bara, napajanje 10 – 30 VDC in izhodni signal 4 – 20 mA (2-žični). Signal iz
tlačnega senzorja se bo beležil z AI-10 modul podjetja Echelon.
7
Merjenje temperature na cilindru motorja je izvedeno s temperaturnim senzorje Pt 100,
število delovnih ur pa je programsko izvedeno.
Te tri veličine spremljamo in beležimo preko strežnika na spletni strani. Tako lahko
preprečimo uničenja kompresorja pred pregretjem, saj bi v primeru spuščanja zraka iz
tlačne posode kompresor neprekinjeno deloval in s tem bi se cilinder pregreval. Da bi
lahko preprečili pregretje, je nameščen senzor temperature vrste Pt 100. Signal iz senzorja
zajemamo z ustreznim modulom in ta preko zavite parice komunicira z iLon strežnikom.
Na strežniku je nameščena programska oprema iz programskega okolja LonMaker.
Strežnik nam omogoča, da je aplikacija dostopna na spletni strani. Aplikaciji smo dodali
možnost vklopa ali izklopa kompresorja, ne da bi morali hiteti v klet, kadar pride do
pregrevanja ali do kakšnega drugačnega problema. V primeru izpada spletnega omrežja je
na voljo lokalni vklop ali izklop, realiziran z dvema tipkama v laboratoriju za procesno
avtomatizacijo.
Močnostni del kompresorske postaje je voden s kontaktorjem in pomožnim relejem, ki
neposredno vklapljata ali izklapljata motor kompresorja.
Ves sistem je nameščen v krmilni omari v neposredni bližini kompresorja, ki je opisana v
nadaljevanju.
Kompresorska postaja je tudi vodena iz laboratorija, v katerem je nameščena manjša omara
s tipkami za vklop ali izklop kompresorja in z iLon strežnikom, ki je priklopljen na
omrežje.
2.3 Možne rešitve
Nadzori opredeljujejo nalogo sprotnega ugotavljanja stanja tehnološkega sistema. Pri tem
so pomembni trije vidiki: stanje, v katerem je proces, stanje opreme in stanje produktov.
Naš proces, ki opravlja omenjene vidike, potrebuje komponente, ki to omogočajo.
Sam začetek raziskovanja je bil usmerjen v programirljive logične krmilnike. Ker
laboratoriji sodeluje s podjetnem Miel Elektronika, smo se odločili za programirljive
logične krmilnike podjetja Omron. Za naš proces bi prišel v uporabo skoraj vsak krmilnik,
ki ima vsaj en analogni vhod in vsaj en digitalni izhod ter Ethernet komunikacijo.
Omenjena sta dva vhoda, saj potrebujemo za vklop ali izklop logično stanje, torej 0 ali 1. Z
8
analognim vhodom pa merimo temperaturo s Pt 100 temperaturnim senzorjem. S
komunikacijo bi naredili povezavo krmilnik – strežnik, kar bi omogočalo nadzor preko
spleta. Za naše zahteve je najbolj primeren krmilnik z oznako CJ2H podjetja Omron.
Možnost za uporabo tega krmilnika smo opustili, saj smo imeli v laboratoriju komponente
od podjetja Echelon. Da bi te komponente prešle v uporabo, smo začeli z raziskovanjem ter
v nadaljevanju s testiranjem. Zaključek raziskovanja in testiranja je pokazal, da omenjene
komponente ustrezajo našim zahtevam.
Za daljinski vklop in izklop bo skrbel digitalni modul, katerega bomo krmilili s
programsko opremo narejeno v programskem okolju LonMaker, ki bo nameščena na iLon
strežniku. Za nadzor nad kompresorjem bi lahko uporabil vrsto mnogih programirljivih
logičnih krmilnikov drugih proizvajalcev ali izvršili izvedbo na kakšen drugačen način.
9
3. LON TEHNOLOGIJA
V laboratoriju za procesno avtomatizacijo smo se odločili za izvedbo procesa z Lon moduli
iz čisto preprostega razloga. Namreč, digitalni modul, analogni modul in strežnik so bili že
v skladišču laboratorija. Da bi te komponente prešle v delovanje in da bi prihranili denar
ob morebitnem nakupu drugih, smo raziskali njihove zmožnosti in kompatibilnosti med
njimi ter ostalimi komponentami v procesu.
Izkazalo se je, da so za naš sistem uporabne in sledilo je podrobnejše raziskovanje o
delovanju in o zmožnostih omenjenih komponent.
3.1 LonWoks sistem
So sistemi, kateri so uporabljeni skoraj vsepovsod, od supermarketov do naftnih ploščadi,
v letalskih, železniških in drugih prevozniških panogah, igralnih avtomatih, v zasebnih
stanovanjih … Obseg omrežja je od 2 do 32000 naprav povezanih v omrežje. Nobena od
naprav ni nadrejena in nobena od naprav ni podrejena. Vse naprave v omrežju so
enakopravne in s tem imajo prednost v skupinskem delovanje [15].
Tak sistem ima slednje prednosti:
ob okvari naprave, ostale naprave delujejo nemoteno,
enostavnejše programiranje; vsaka naprava ima točno določeno nalogo za izvajanje,
lažje nadzorovanje in iskanje napak v sistemu.
Današnja LonWorks tehnologija pospešuje hiter razvoj in vzpostavitev ekonomije obsega.
LonWorks 2,0 platformo si deli večino tehničnih temeljev prvotne platforme LonWorks.
Najpomembneje je, da je vsaka naprava v omrežju LonWorks, ne glede ali je bila razvita
pred 20 leti ali zdaj, združljiva z novimi LonWorks napravami oziroma, da so nove
LonWorks 2,0 naprave združljive s starejšimi napravami.
10
Kaj je LonWorks platforma
LonWorks je ime izdelka podjetja Echelon za nadzor tehnološkega omrežja in ni le
protokol ali fizična plast za komunikacije. Osnovni komunikacijski protokol za parico
(twisted pair) in IP tunelske metode je standard ISO/IEC 14908.
LonWorks tehnologija se imenuje zato, ker je sestavljena iz vseh potrebnih elementov za
načrtovanje, namestitev, upravljanje, nadzor, zaznavanje, spremljanje in rešitve:
komunikacijski protokol ISO/IEC 14980-1 se uporablja v vsaki napravi LonWorks
tehnologije,
namenski mikroprocesor, ki ga je razvilo podjetje Echelon, poznan tudi kor Neuron
čip, je zelo optimiziran za upravljanje in nadzor omrežij. Neuron jedra imajo tri ali
štiri 8-bitne procosorje: dva sta namenjena komunikaciji, ostali pa so za splošno
rabo aplikacij,
oddajniška komponenta pošlje protokol k določeni komponenti preko zavite parice
ali po napajalni liniji. Vse naprave, katere so bile odobrene v okvirju ANSI/
EIA709, EN14908, GB/Z 20.177, 1-2.006 in ISO/IEC 14908, morajo imeti v
nadzornem omrežju oddajnik in električni vod signalizacije,
omrežna baza, imenovana LNS operacijski sistem, zbira podatke, ki so potrebni za
komponente odprtega sistema za nadzor in zagotavlja vzdrževanje in upravljanje
LonWorks sistemov. Omrežni operacijski sistem rešuje kritične funkcije v sistemu
za nadzor. LNS operacijski sistem podpira tudi plug-in naprave, ki jih izdelujejo
tudi drugi proizvajalci,
internetna povezljivost je standardna aplikacija, imenovana tudi funkcionalni profil
in standardna omrežna spremenljivka vrste SNTV; povezujeta pa LonWorks
naprave preko spletnih storitev (mednarodni IT standard),
interoperabilnost pomeni, da naprave, narejene pri različnih proizvajalcev, lahko
sodelujejo, ne da bi potrebovali prevajanje podatkov iz ene naprave v drugo.
Standardizirano programsko orodje, kot je LonMaker, vključuje orodje, katero
upravlja in namesti gonilnike različnih proizvajalcev.
11
3.2 NeuronChip
Večina naprav LonWorks izkorišča NuronChip kot kontrolni procesor. Je del naprave za
obveščanje ter povezovanje naprav v omrežje. Vsak NeuronChip ima edinstven lasten 48 –
bitni naslov (Neuron ID), ki mu je določen že v proizvodnji. Vsebuje tri procesorje, ki
nudijo komunikacijo med I/O napravi in zmogljivost obdelave podatkov, kot so branje,
pisanje in bralni polnilnik (RAM in ROM).
Prva dva procesorja (Network Procesor in Media Access Procesor) skrbita za
komunikacijo med vozlišči. V teh dveh procesorjih poteka procesiranje komunikacije do
šestega OSI nivoja. Do teh dveh procesorjev uporabnik nima dostopa. Iz aplikacije lahko
samo nastavimo določene parametre, potrebne za komunikacijo. Tretji mikroprocesor je
aplikacijski procesor. V njem se izvaja uporabniška aplikacija. Le-ta si izmenjuje podatke z
Media Access procesorjem med komunikacijo in ima dostop do I/O sredstev NeuronChipa.
NeuronChip ima vlogo komuniciranja in vlogo procesorja, zaradi česa se znatno zmanjšajo
stroški aplikacij.
MREŽNIPROCESOR
MACPROCESSOR
UPORABNIŠKIPROCESSOR
1024 BYTESRAM
512 BYTESEEPROM
10K BYTESROM
8 -
BIT
D
AT
A
B
US
IO10
16
- B
IT
A
DD
RE
SS
B
US
CP4
CP0
IO0
CLK1CLK2
SERVICE
RESET
KOMUNIKACIJSKAVRATA
2 ŠTEVCA /ČASOVNIKA
VHODNO / IZHODNIVMESNIK
OSCILATOR,URA IN
VODENJE
Slika 1: Blok shema NeuronChipa
FTT – 10 A komunikacijski vmesnik
FFT – 10 A komunikacijski vmesnik zagotavlja enostavnejšo in ceneno rešitev za
povezovanje LonWorks modulov na kateri koli kontrolni sistem z Neuron čipom. FTT – 10
A vmesnik je novejši komunikacijski vmesnik, katerega je nadomestil predhodnika FTT –
12
10. Nov FTT – 10 A kominkacijski vmesnik omogoča polaritetno neodvisnost, preprosto
povezljivost s topologijo proste povezave (twisted pair – parice) in nima potrebe po
dodatnem vodilu v kompleksnejših sistemih. Topologija proste povezave prihrani čas in
stroške vgradnje sistema, tako da dovoljuje povezavo hitrega načina. Poenostavljena je tudi
razširitev omrežja z izločanjem omejitev povezav in prepletanja.
FTT – 10 A komunikacijski vmesnik vsebuje izoliran transformator, kateri je grajen s 78
kbit/s hitrostjo Manchester-jeve kode. Priključne sponke so prilagojene priključitvi na
komunikacijska vrata Nevron čipa, časovnega impulza, napajanja in na komunikacijsko
povezavo (parica). Vmesnik ima vgrajeno avtomatsko detekcijo vhodnega časovnega
impulza, frekvenc 5, 10 in 20 Mhz. Komunikacijski vmesnik se nahaja v plastičnem ohišju,
ki ga ščiti pred zunanjimi vplivi. V kompaktnem ohišju je visok le 7,2 mm in je idealen za
uporabo pri zelo nizkih aplikacijah oziroma pri vgrajevanju v razna ohišja, omejena z
višino.
FTT – 10 vmesnik je združljiv z Echelon FTT – 10 A oddajnikom. FTT – 10 A vmesniki
imajo zmožnost komuniciranja med seboj po parici. Ta možnost omogoča cenovno ugodno
sredstvo za povezovanje v vozlišča, saj je potrebno zagotoviti napajalno napetost.
Pravilno delovanje zahteva, da se integriteta točke ohranja v celotnem segmentu, vključno
z I/O napravo ali napravami, ki so povezani z Neuron čipom. Transformator FTT – 10 A
oddajnik električno izolira vozlišče iz segmenta, ki omogoča napravi povezovanje z
vozliščem in s tem ne vpliva na komunikacijo. Kanal proste povezave je lahko sestavljen iz
več segmentov, ločen s fizičnimi plastmi. Fizična plast ponavljajoče dovoljuje parici, da
omrežje počasi raste; s tem bi vključevalo več vozlišč ali daljše razdalje. Arhitektura proste
povezave (parica) omogoča povezavo vozlišč preko dveh prepletenih vodnikov, brez
omejitev topologije. Pri povezovanju s parico je potrebno zagotoviti le napajalno napetost
+5 V enosmerne napetosti v vsakem vozlišču, ki ga želimo dodati v omrežje. Slika 4
prikazuje povezano LonWorks omrežje s prenosnim medijem. Oddajnik je oblikovan v
skladu z obema FCC in EN55022 EMI zahtevama, ki zmanjšujeta dolgotrajna in draga
testiranja. Je dovolj majhen, da se prilega skoraj v vsako aplikacijo in ima temu
ekonomsko primerno ceno [11].
13
Slika 4: Povezava LonWorks omrežja
3.3 Protokol za LonWorks omrežja
Naprave v omrežju LonWorks komunicirajo preko omrežnega nadzora s posebnim
protokolom, ki je bil ustvarjen s strani podjetja Echelon. Protokol je bil ratificiran kot
uradni standard po številnih nacionalnih in mednarodnih standardih [15], vključno z ANSI,
IEEE, CEN, in EN. Je svetovni standard za gradnjo nadzora. Zdaj je uradno znan kot ISO/
IEC14908-1.
ISO/IEC14908-1 protokol predvideva nabor storitev, ki omogoča uporabo naprave za
pošiljanje in prejemanje sporočil in iz drugih omrežnih naprav, ne da bi morali poznati
topologije omrežja ali imena drugih naprav, naslove ali funkcije.
Protokol lahko po želji zagotovi potrjevanje sporočil, preverjanje pristnosti sporočil in
prednostno dostavo. Podpora za omrežne storitve upravljanja omogoča daljinskim orodjem
za upravljanje omrežja, interakcijo z napravami preko omrežja, tako da se lahko:
nastavi omrežne naslove in parametre,
14
s prenosom aplikacijskih programov,
diagnosticiranje težav z omrežjem,
start/reset/stop naprav.
3.4 LonWorks kontrolno omrežje
Kontrolno omrežje LonWorks je izraz za posebno vrsto omrežja, ki izpolnjuje naslednje
zahteve:
decentralizirano komunikacijo vsak z vsakim,
pogosto, zanesljivo in varno komuniciranje med napravami,
zelo kratka sporočila,
nizka cena, ki omogoča vgradnjo v cenene instrumente.
LonWorks kontrolno omrežje omogoča skupini inteligentnih naprav, da medsebojno
komunicirajo preko enega ali več različnih medijev z uporabo LonTalk protokola. Že iz
kratice LON (Lokal Operating Networks) se da razbrati, da gre za lokalno mrežo, nad
katero se izvajajo operacije. Za razliko od sedaj pogosto uporabljenih omrežij, ki so bila
centralno zasnovana, LonWorks kontrolno omrežje za medsebojno komunikacijo ne
potrebuje nadrejene enote, proces pa poveže tako, da uporabnik vidi to kot eno logično
celoto. LonWorks omrežje lahko vsebujejo do 127 vozlišč na podmrežo (subnet) in do 255
podmrež na domeno (domain), kar pomeni do 32385 vozlišč na domeno. Največje število
domen v omrežju je 248, kar pomeni, da je maksimalno število vozlišč v omrežju 263.
Podprti so vsi komunikacijski mediji – parica, 220 V mrežna napeljava, radio zveza, IR,
koaksialni kabel, optične povezave, RS485 s hitrostjo prenosa od 300 bps do 1.25 Mbps.
3.5 LonTalk
LonTalk protokol je ustvarilo podjetje Echelon in je predmet številnih patentov, povezanih
z različnimi inovativnimi funkcijami. Protokol je bil zasnovan, da bi zanesljivo prenašali
podatke v omrežju, ne da bi poznali topologijo omrežja, imena, naslove in funkcije drugih
naprav. Doseganje interoperabilnosti med napravami zahteva, da se protokol izvaja na
enak način v vseh omrežnih napravah ter vzpostavi zanesljivo in dosledno sredstvo za
15
prenos, oddajanje in sprejemanje sporočil med LonTalk napravami. Zgrajen je po ISO/OSI
referenčnem modelu.
OSI referenčni model predstavlja modulirano zgradbo protokolov, kjer vsak sloj opravlja
določeno nalogo. Celoten skupek slojev deluje kot celota [16].
OSI MODEL
Plasti Funkcija
7. Podatkovna enota Omrežno obdelovalne aplikacije
6. Predstavitvena plast Predstavitev podatkov, šifriranje
in dešifriranje
5. Plast seje Določa vrsto komunikacije
4. Transportna plast Nadzor pretoka
3. Mrežna plast Odločilno in logično naslavljanje
2. Plast povezave Fizično naslavljanje
1. Fizična plast Binarni in signali prenos
Tabela 1: OSI model
Opis po nivojih OSI modela:
1. Aplikacijska plast: vmesnik med uporabnikom in OSI modelom. Tu so definirani
protokoli za elektronsko pošto, svetovni splet, prenašanje datotek, časovni protokol.
Odgovoren je za prepoznavo sogovornika in sinhronizacije komunikacije.
2. Predstavitvena plast: zagotavlja različne načine kodiranja in sisteme pretvorb za
aplikacijsko plast. Pretvarja podatke, poslane po omrežju, iz ene v drugo obliko,
določa sintakso, transformacijo in formiranje podatkov.
3. Sejna plast: nadzira komunikacijo med računalniki. Vzpostavlja ter prekinja
komunikacijo med lokalnim in oddaljenim računalnikom. Določa vrsto
komunikacij (enosmerno, dvosmerno).
16
4. Transportna plast: plast definira način prenosa, dolga sporočila razbije na manjše
dele. Odkriva in odpravlja napake, multipleksira.
5. Omrežna plast: vzpostavlja, prekinja in vzdržuje povezavo med uporabniki. Izbira
pot in skrbi za preklapljanje paketov, zavez ter sporočil.
6. Povezovalna plast: ta določa enote sporočila, način ugotavljanja napak, kontrolo
pretoka, MAC podnivo.
7. Fizična plast: Predpisuje prenosni medij preko katerega se prenašajo podatki.
Definira nivo signala, hitrost prenosa, način zapisa podatkov.
Protokol je zaradi svoje univerzalnosti predstavljen kot zbirka servisnih storitev.
Programer lahko izbere storitvene nastavitve, ki se lahko po potrebi sprožijo. Tudi
inštalater lahko dodatno spreminja storitvene nastavitve, potem ko je vozlišče že
nameščeno ali na novo nastavi glede na točno določeno LonWorks aplikacijo. Protokol
vsebuje skupino komunikacijskih servisov, ki omogočajo, da aplikacijski program v
vozlišču sprejema in pošilja sporočila do druge enote. LonTalk protokol omogoča
potrjevanje sporočil, overitev izvora sporočila in prioriteto pri pošiljanju. Sama
komunikacija poteka s prenosom podatkovnih paketov, ki poleg informacij vsebujejo tudi
naslov, na katerega so namenjeni. Vsako vozlišče, ki je priključeno na komunikacijski
kanal, preveri vsak podatkovni paket, da ugotovi, če je naslovnik. Če ugotovi, da je
podatkovni paket namenjen njemu, prepiše informacijo iz podatkovnega paketa v omrežni
medpomnilnik in pošlje pošiljatelju potrditev sprejema, če je izbran tak tip prenosa
podatkov.
Prenos podatkov preko komunikacijskega medija poteka z diferenciranim Manchester
signalom. Prehod signala (med 0 in 1 ali 1 in 0) na začetku periode pomeni logično 0,
signal brez prehoda pa logično 1. V obeh primerih pride do prehoda tudi na polovici
intervala. En prehod na interval torej pomeni logično 1, dva prehoda na interval pa logično
0. Ta način kodiranja je neobčutljiv na polariteto signala oziroma na polariteto priključkov
komunikacijskega medija. Dobro se obnese v okoljih, kjer prihaja do motenj signala in je
zelo primeren za prenos podatkov po različnih komunikacijskih medijih.
17
3.6 LonPoint moduli
Družina LonPoint izdelkov so namenjeni vključevanju novih in obstoječih senzorjev,
aktuatorjev kot tudi LonMark naprav v stroškovno učinkovite sisteme.
V nasprotju z običajnimi omrežji za nadzor, ki uporabljajo zaprti sistemski nadzori, so
povezani z lastnimi vhodi. LoinPoint izdelki ponujajo odprto sistemsko razdeljeno
arhitekturo sistema, v katerem vsaka naprava opravlja nadzor in obdelavo podatkov,
moduli pa so dostopni iz katere koli lokacije v omrežju. Razdeljevanje dela med
posamezne module v omrežju in zagotavljanje prostega dostopa do vseh naprav znižuje
stroške sistema in podaljšuje življenjsko dobo modula. Povečuje zanesljivost sistema in
omogoča lažje prilagajanje in odpravljanje težav, saj se jih lahko lažje lokacijsko odkrije.
Prehode, ki jih uporabljajo običajni sistemi nadzorovanja, je težko namestiti in vzdrževati.
Konec koncev visoki stroški omejujejo trg za nadzorne sisteme. Premagovanje meje
običajnega sistema je najbolje z odprtimi sistemi s porazdeljeno arhitekturo nadzora.
Takšni sistemi vključujejo naslednje:
vmesnik za široko paleto senzorjev in aktuatorjev,
uporabo programov, kateri združijo senzorje in aktuatorje z inteligentnimi
omrežnimi napravami,
načrt in namestitveno orodje, ki lahko brez večjih težav povezujemo v sistem,
programsko opremo, ki poenostavlja strojno konfiguracijo in skrajšuje čas
izvajanja,
odprte I/O enote, ki se lahko uporabljajo za povezavo človek – stroj.
Družina LonPoint proizvodov je posledica prav takšnih sistemski pristopov, ki zagotavljajo
nizke stroške in odprt sistem, zmogljivost za več uporabnikov iz operacijskih sistemov,
porazdeljeno procesiranje Neuron čipa in LonWorks platformo ter ožičenja modulov.
LonMaker orodje je lahko uporabljeno za načrtovanje, konfiguracijo in skrbi za
razdeljevanja v omrežju; je tudi dovolj ekonomičen, da lahko skrbi kot vzdrževalno orodje.
Orodje LonMaker in naprave so povezane v omrežje z LNS strežnikom za ohranjanje
sinhronizacije in zagotavljanje skupnega omrežja. Vsaka naprava ima dostop do strežnika
18
iz katere koli točke na LonWorks omrežju. Če je LNS strežnik povezan z IP omrežjem, kot
na primer lokalno (LAN) ali na internet, je tudi možno dostopati praktično od vsepovsod
po svetu. Tako omogoča LonMaker uporabnikom daljinsko spremljanje sistema in
daljinsko ugotavljanje težav v omrežju ter na daljavo izvajati vzdrževalna dela.
LonMaker vsebuje vnaprej narejene bloke, kateri so zmožni obdelati vhodno-izhodne
signale. Vsak od modulov ima neke vrste svoj procesor, ki se lahko uporablja za izračun
analogne funkcije, za kodiranje digitalnih vrednosti in pretvarja mrežne spremenljivke. Ta
funkcionalnost LonPoint modulov pogosto odpravi potrebo po centralizaciji. Na primer,
vzemimo AO-10 modul, ki ima vgrajen PID regulator, ki se lahko uporablja za zaprti krog
nadzora, medtem ko SCH-10 in DL-10 moduli vključujejo posebne funkcije za dnevni
nadzor in beleženje podatkov, navadno imajo nalogo centralnega upravljavca. Povezovanje
programske opreme LonPoint modulov omogoča LonMark ali LonWorks programska
oprema, ki ponuja večjo funkcionalnost, večjo zanesljivost in nižje stroške kot običajni
prehodni sistemi. LonPoint moduli se lahko upravljajo kot samostojni sistemi nadzora, kot
povezani z drugimi moduli v LonMark-u, LonWorks-u ali v kombinaciji z daljinskimi
sistemi in daljinsko nadzornimi postajami. LonPoint moduli lahko posredujejo podatke o
predelavah, o uporabnosti virov, časovne parametre, razne razporede, beleženje podatkov,
itd. Tako poznamo pet različnih modulov ter dva za povezovanje in nadzor:
DI-10 (digital Input modul – 4 digitalni vhodi s signalno LED lučjo),
DO-10 (digitalni output modul – 4 digitalni izhodi, opremljeni s stikalom za ročno/
izklop/avto možnostjo in signalni LED lučjo),
DIO-10 (digital input/output modul – 2 digitalna vhoda in 2 relejska izhoda, s
signalno LED lučjo in stikalo za ročno/izklop/avto vodenje za vsak izhod),
AI-10 (analog input modul – 2 neodvisna 16-bitna analogna vhoda),
AO-10 (analog output modul – 2 neodvisna 12-bitna analogna izhoda s PID
regulatorjem),
SCH-10 (scheduler modul ponuja čas dnevnega nadzora z drugimi moduli v
omrežju. SCH-10 modul vključuje prilagodljive naprave za izvajanje zaporedja
dejavnosti znotraj sistema ali podsistema. SCH-10 se lahko spremeni v modul DL-
10),
LPR (router modul se lahko uporabi za upravljanje omrežja prometa, povečanje
celotnega števila naprav LonWorks, povečanje velikosti omrežja in za ustvarjanje
19
povezav do drugih naprav. Usmerjevalniki LPR so na voljo v kateri koli
kombinaciji TP/FT-10, TP/XF-78 in TP/XF-1250 kanalov).
LonPoint moduli v sistemu zagotavljajo izjemno prilagodljivost in znižujejo ceno celotne
opreme, namestitve in nato obratovanja. Moduli so zelo poenostavljeni, tako da se lahko
programirajo s pomočjo CAD programskih sistemov in potrebujejo majhno število
vodnikov ter so na sploh zelo uporabni v avtomatizaciji.
DIO-10 (digital input/output) modul
DIO-10 modul je naprava z dvema digitalnima vhodoma in dvema relejskima izhoda. Oba
digitalna vhoda dopuščata priključne napetosti 5 V, 12 V, 24 V in 31 V. Oba relejska
izhoda pa dopuščata tok do 2 A in 30 V izmenične napetosti ali 42 V enosmerne napetosti.
Statusi izhodov so označeni z LED signalizacijo. Vgrajeno ima tudi stikalo za
ročno/off/avtomatsko vodenje. Modul se napaja od 16 V do 30 V izmenične ali enosmerne
napetosti iz iste napajalne napetosti kot priključeni senzorji.
Digitalni vhod modula zmore oblikovati, šteti, frekvenčno obdelovati v časovno realnem
času, prav tako enako obdelovati izhodne signale. Vsebuje tudi digitalni dekoder, ki lahko
dekodira štiri digitalne signale.
20
Slika 2: Prikaz DIO-10 modul podjetja Echelon
Analogni vhodi opravljajo logične, matematične operacije ali preračunavajo signale na
obeh vhodih modula za ustvarjanje analognih in digitalnih izhodov. Funkcija prevajalnik
(translator) spremeni poljuben omrežni signal v poljuben izhodni signal, ki je prilagojen
ostalim spremenljivkam.
Z uporabo orodja LonMaker lahko povezujemo DIO-10 modul ali druge module od
LonPoint, kateri podpirajo komunikacijo FFT – 10 A in uporabo LonMaker-ja. Omrežna
oblika in zunanja podoba LonWorks naprav je poenostavljena z vmesnikom Visio, ki
podpira LonMaker orodje. Sposoben je uvoziti ali izvoziti v AutoCAD datoteke. Kot
uporabniki, lahko DIO-10 modul hitro in enostavno konfiguriramo, dodajamo,
odstranjujemo, spreminjamo s pomočjo orodja Visio. Kot modul ima svoj lasten pomnilnik
in spomin, tako da lahko do njega dostopamo bodisi lokalno ali bodisi preko oddaljenega
LonWorks ali internetnega omrežja. Dvodelna konstrukcija omogoča pred ožičenje in s
tem električarju predhodno testiranje, ki mu prihrani čas in denar. Povezovanje mrežnega
in napajalnega vodnika od modula do modula je narejeno v zanki, kar pomeni da pri
menjavi enega v serijo vezanih modulov ne pride do motenj ali izpada signalov. Ima tudi
zaščito pri zamenjavi polaritet napajanja v primeru enosmerne napetosti ter zmanjšuje
21
možnosti napačnega ožičenja. Na sprednji strani modula je »jack» vtičnica, ki omogoča
dostop do omrežja brez razstavljanja modula, ko je potrebno konfigurirati modul ali le
zaradi vzdrževalnih del.
DIO-10 modul se lahko vgradi na osnovno ploščo, kjer so na zadnji strani vijačni
priključki ali se pritrdi na 1D DIN podnožje za namestitev na DIN letev [19].
3.7 Opis SLTA-10 mrežnega vmesnika
SLTA-10 mrežni vmesnik je visoko zmogljiv LonWorks vmesnik za povezavo s
prenosnimi računalniki, nadzornimi namizji ali stacionarnimi računalniki, opremljenimi z
RS-232 serijskim vmesnikom in združljivim operacijskim sistemom. Zasnovan je za
uporabo v LonWorks nadzornih omrežjih, ki zahtevajo oddaljene dostope do omrežja ali za
spremljanje, upravljanje ali diagnosticiranje omrežja. SLTA-10 vmesnik je idealen za
industrijske nadzore, avtomatizacijo hiš in nadzorovanje procesnih aplikacijah.
Gostujoča vozlišča morajo biti na omrežje LonWorks priključena preko vmesnikov
(PCLTA kartica, SLTA vmesnik, itd.), ki omogočajo komunikacijo med njimi in ostalimi
vozlišči v omrežju. Vmesnik je zasnovan tudi za uporabo v LonWorks kontrolnem
omrežju, ki omogoča klicno povezavo omrežnega dostopa ali gostujočega procesorja za
prikaz, upravljanje in diagnostiko omrežja.
LNS arhitektura omogoča več kot 16.0000 namestitev, opazovanj in vodenj naprav v
sistemu, kjer omogoča samodejno nastavitev omrežja. Uporabniki lahko na ta način
preoblikujejo nastavitve sistema iz vmesnih naprav kjerkoli v omrežju in poskrbijo za
vodena in opazovana stanja, ki se vedno osvežujejo s trenutnimi spremembami nastavitev.
SLTA mrežni vmesnik omogoča gostitelju (računalniku), da ima vlogo vozlišča, delovanje
aplikacij ali uporabo posebne programe, medtem ko se vmesnik rokuje z nižjimi nivoji, kot
so mediji za nadzor dostopa, preprečevanja trkov, preverjanje veljavnosti sporočil,
legaliziranje in prednostno obdelavo. Gostiteljske aplikacije, vključno z omrežnimi
spremenljivkami, se lahko spremenijo kadar koli in zaradi tega ne potrebujemo zamenjave
vmesnika. Gostitelj upravlja s šesto in sedmo plastjo LonTalk protokola in uporablja
LonWorks omrežni vmesnik za opravljanje plasti od ena do pet. LonTalk omrežni
vmesniški protokol določa obliko paketov, ki se izmenjujejo med omrežnim vmesnikom in
gostiteljem. Različni omrežni vmesniški protokoli so definirani za vsak tip omrežnega
22
vmesnika. Omrežni vmesnik je lahko naprava, popolnoma pripravljena za delovanje, kot
na primer Echelon Serijski LonTalk vmesnik (SLTA), ali pa po meri izdelana naprava,
zasnovana na LonBuilder-jevem mikroprocesorskem vmesniškem programu (MIP). MIP
razširi firmware Neuron čipa v komunikacijski procesor, ki je primeren za izdelavo
LonWorks omrežnega vmesnika. Aplikacija, ki teče na gostiteljevem procesorju,
komunicira z omrežnim vmesnikom preko omrežnega gonilnika. LonTalk omrežni
gonilniški protokol določa standardno obliko sporočila med gostiteljevo aplikacijo in
omrežnim gonilnikom. Vozlišča, ki uporabljajo gostiteljev procesor, so znana kot host-
based vozlišča. Vozlišča, katerih aplikacija v celoti poteka na Neuron Chip-u, so znana kot
Neuron Chiphosted vozlišča.
SLTA-10 vmesnik v kombinaciji računalnik – gostitelj se lahko uporablja tudi z vozlišči,
katera zahtevajo več procesorske moči, spomina, vhodno-izhodne zmogljivosti [10].
Slika 3: SLTA-10 mrežni vmesnik brez ohišja
23
3.8 i.LON Internet Server
Internetni strežnik i.Lon 1000 zagotavlja zanesljiv, varen internetni dostop v skladu s Cisco
omrežjem. Dostopamo lahko do LonWorks naprav, kakor tudi do vsakdanjih naprav v
našem okolju. Z iLon strežnikom lahko nadzorujemo, prilagajo in ponovno nastavljamo
parametre naprav od kjer koli je možen dostop do spleta.
Vse to omogoča LonWorks kontrolno omrežje, ki je svetovni standard (ANSI/EIA 709.1-
A-1999) za mrežno kontrolo in avtomatizacijo strojev v gradbeništvu, transportu, domači
uporabi in ostali industriji. ANSI/EIA 709.1-A-1999 standard omogoča vsakdanjim
napravam, da komunicirajo med sabo, so enakovredne in izvajajo ukazne in kontrolne
funkcije.
S pomočjo i.LON 1000 internetnega strežnika smo realizirali daljinsko upravljanje in
nadzor preko interneta naslednjim parametrom kompresorja:
stanje kompresorja (ON/OFF),
stanje pritiska v tlačni posodi,
stanje temperature cilindra,
čas obratovanja (delovne ure).
Z iLon strežnikom je tudi mogoče daljinsko upravljati in nadzirati vsako napravo oziroma
proces, ki nastopi samostojno ali se združuje v manjši podsistem. Pri tem nismo vezani
samo na proces kompresorske postaje, ampak lahko preko interneta nadziramo in
upravljamo tudi kompleksnejše procese kot na primer v industriji, v turizmu ali v kakšni
drugi aplikaciji.
24
Slika 5: Vsestranska povezljivost iLon strežnika
Internet Protokol (IP) je osnova za prenašanje podatkov v omrežju in daje nadzor nad
prenosom podatkov.
Echelon-ov i.LON 1000 povezuje vse te podatkovne in mrežne standarde. S spremljanjem,
nadziranjem, dostopanjem in manipuliranjem tistih LonWorks naprav, ki so že v uporabi
preko interneta, se odpirajo nove možnosti uporabe, trgovanja in poslovnih priložnosti.
LonWorks sistem je zelo dobro sprejet zato, ker ponuja zelo zanesljivo in cenovno
dostopno mrežno povezavo z nadzornimi napravami. Uporaben je tako pri malih, kot pri
velikih uporabniških sistemih. IP podatkovno omrežje komaj ustreza nalogam, ki jih izvaja
kontrolno omrežje, vendar pa omogoča visoke hitrosti, široko delovno področje skozi
katerega se lahko LonWorks podatke pošilja in sprejema. i.LON 1000 kot robustni visoko
zmogljiv vmesnik med LonWorks in IP zasnovanim omrežjem zagotavlja uporabnikom
edinstveno moč podatkovnih in nadzornih omrežij.
i.Lon 1000 zagotavlja visoko kakovost in zanesljivost. Vsebuje lahko do 4096 mrežnih
spremenljivk in ima 1 MB spomina za hranjenje spletnih strani. Za delovanje potrebuje 24
V izmenične ali enosmerne napetosti. Vgrajeni spletni strežnik dovoljuje dostop do
kontrolnih informacij, kot so mrežne spremenljivke, ki predstavljajo temperaturo,
zasedenost, hitrost, itd., preko brskalnika. Pri tem ni potrebno imeti posebne programske
opreme. Vso dogajanje in pošiljanje podatkov preko omrežja pa je lahko zaščiteno še z
25
geslom. To omogoča vgrajeni zmogljiv 32-bitni RISC procesor in Echelonova programska
arhitektura.
Naprava i.LON 1000 se lahko uporablja kot:
usmerjevalnik (router),
spletni strežnik,
usmerjevalnik in spletni strežnik.
Usmerjevalnik je naprava, ki je vezana na dve ali več omrežij hkrati. Pregleda vsak paket
podatkov in ga, če je potrebno, pošlje naprej v smeri omrežja, v katerem je naslovni
računalnik, kateremu je paket namenjen. Usmerjevalniki med seboj sodelujejo in skupaj
določajo optimalno (najkrajšo ali najcenejšo) pot. Usmerjevalnik aplikacija omogoča
uporabo IP kot standardni LonWorks kanal. Z eno stranjo je i.Lon 1000 priključen na
LonWorks kanal, z drugo pa na LonWorks/IP kanal. Lahko je nastavljen kot kateri koli od
štirih standardnih tipov: učenje, nastavljalnik, ponavljalnik ali most. i.LON 1000 ne
usmerja posamezne pakete skozi IP. Vsa sporočila, ki se prenašajo preko IP (Etherneta)
ostanejo nespremenjena skozi celotno omrežje. Nastavljen mora biti enako, kot drugi IP
gostitelji v IP omrežju.
Vgrajeni podatkovni in spletni strežnik omogočata delovanje spletnega strežnika, ki
povezuje mrežne spremenljivke s standardnim brskalnikom. Podatkovni strežnik lahko
pošlje trenutno vrednost mrežne spremenljivke spletnemu strežniku, seveda pa lahko tudi
sprejme podatke iz tega strežnika. Preden spletni strežnik vrne spletno stran brskalniku, jo
pregleda in poišče posebno vrstico HTML kode, ki nakazuje vir mrežnih spremenljivk.
Spletni strežnik zamenja trenutno vrednost mrežne spremenljivke za to kodo takrat, ko
vrne informacijo strežniku. Potemtakem je lahko vsaka mrežna spremenljivka, ki je
definirana v i.LON 1000, napotena spletni strani samo z vključitvijo pravilne HTML
kode[7].
26
3.9 Programski paket LonMaker
LonMaker je večnamensko programsko orodje, ki deluje na operacijskih sistemih
Windows z uporaba Microsoft Visio, ki služi kot grafični vmesnik. Programsko orodje
LonMaker vsebuje naslednje funkcije:
omrežno oblikovalno orodje omogoča oblikovanje mreže, ne da bi bili povezani z
njo. Tako oblikovanje omogoča, da se oblikuje mreža tudi takrat, ko nimamo
dostopa do interneta. To je v bistvu zaželeno za manjša omrežja ali sisteme, ki
delujejo v omrežju,
omrežno umestitveno orodje omogoča inženirju hitro namestitev komponent, ko je
že vzpostavljena mreža. LonMaker Browser omogoča popoln dostop do vseh
omrežnih spremenljivk in konfiguracijo komponent,
omrežno dokumentacijsko orodje – orodje LonMaker skupaj z Visio ustvarita risbo,
ki natančno predstavlja nameščeno omrežje in je bistvena sestavina končnega
poročila,
omrežno upraviteljsko orodje – LonMaker orodje podpira delovanje omrežja z
uporabo upraviteljskega vmesnika znotraj LonMaker risbe,
omrežno vzdrževalno orodje omogoča napravam, usmerjevalnikom, podsistemom
in povezavam enostavno testiranje, odstranjevanje, spreminjanje ali nadomeščanje s
sistemi za vzdrževanje.
Ta vsestranskost programskega orodja LonMaker se uporablja kot rešitev enega orodja za
vse faze omrežja: od začetnega načrtovanja do zagona in trajnega delovanja ter
vzdrževanja.
Orodje LonMaker deluje na LNS omrežnem operacijskem sistemu. LNS poskrbi za pot,
namestitev, upravljanje, spremljanje in nadzor za odprto kodna LonWorks omrežja.
LNS je standardna platforma, ki omogoča več LNS aplikacij, kot so LonMaker orodja,
LNS plug in in LNS DDE Server za interoperabilnost na sistem ali različnih računalnikov
v istem omrežju.
LNS je operacijski sistem odjemalec – strežnik z enim samim strežnikom, ki podpira
številne interoperabilne odjemalne aplikacije. LNS strežnik je lahko samostojna aplikacija,
povezana z omrežjem ali na istem računalnikom skupaj z LonMaker orodjem. Uporabniki
27
na drugih računalnikih se lahko povežejo na omenjeni strežnik in dostopajo do skupne rabe
baze podatkov.
LonMaker orodje uporablja zmogljiv LNS strežnik, da omogoči hkrati dostop na isti LNS
strežnik vsem programskim orodjem LonMaker, ki tečejo na različnih računalnikih. To
omogoča delo več uporabnikom hkrati na enem samem omrežju [5].
28
4. IZVEDBA KRMILNEGA IN PROGRAMSKEGA DELA
4.1 Opis kompresorja
V laboratoriji za procesno avtomatizacijo si lastijo kompresor od podjetja Nuair. Podjetje
Nuair spada med večja svetovna podjetja, kjer svojo znanje usmerjajo v batne kompresorje.
Na trgu se ponašajo s svojo dinamičnostjo, s tehnološkimi inovacijami in s kakovostjo
svojih izdelkov.
Kompresorji podjetja so še posebno zanimivi, saj njihovi kompresorji ne potrebujejo olja
ali kakršnega koli maziva za delovanje. Batni kompresorji so narejeni od 1 do 4 KM
zmogljivosti tlačne posode v razponu od 3 do 270 litrov ter pritiska do 10 barov.
Slika 7: Uporabljen kompresor podjetja Nuair
V laboratoriju si lastijo opisan kompresor s tehničnimi podatki, ki zadošča potrebe po
stisnjenemu zraku za pnevmatske sisteme v laboratoriju:
volumenski pretok zraka 390 l/min,
priključna napetost 400 V,
moč motorja 2,2 kW,
prostornina tlačne posode 150 l,
maksimalni tlak 10 bar,
masa 69 kg.
29
4.2 Zahteve za nadzor kompresorske postaje
Kompresorska postaja se nahaja v tehničnem prostoru z ostalimi napravami v kleti
fakultete. Da bi imeli nadzor nad kompresorjem, oddaljenem tri nadstropja fakultete,
potrebujemo komponente, ki nam to omogočajo.
V laboratoriju želijo nadzirati stanje kompresorja, lokalni in daljinski vklop ali izklop
kompresorja, spremljati tlak v kompresorski posodi, meriti temperaturo na cilindru motorja
in spremljati čas obratovanja kompresorja.
Koncept delovanja v osnovi zahteva dve možnosti vodenje kompresorske postaje. Ena
možnost je lokalno, druga pa daljinsko.
Lokalno vodenje kompresorske postaje bo izvedeno v laboratoriju za procesno
avtomatizacijo. V obstoječi omari, katera je že predhodno imela funkcijo lokalnega vklopa
ali izklopa kompresorja, sta nameščeni tipki z dvema signalnima lučema. Proces naj bi
začel delovati s pritiskom na tipko START. Ob pritisku na tipko START se kompresor
postavi v stanje pripravljenosti oziroma v primeru prazne tlačne posode se vklopi motor
kompresorja in se samodejno izklopi, ko tlak v tlačni posodi doseže želeni tlak ali če
pritisnemo tipko STOP. Tlak v tlačni posodi se mora beležiti s tlačnim senzorjem, ki daje
tokovni izhodni signal. Ta signal bo zajemal analogni AI-10 modul podjetja Echelon.
Daljinski nadzor kompresorske postaje je izvedeno z LonPoint moduli podjetja Echelon.
Za to odločitev smo se odločili, saj smo imeli na zalogi omenjene komponente.
Realizacija daljinskega vklopa ali izklopa je izvedena z digitalnim modulom (DIO-10
modul), realizacija merjenje temperature pa s temperaturnim modulom, ki ima priključeno
Pt 100 sondo.
Komunikacija z analognim AI-10 modulom, digitalnim DIO-10 modulom in
temperaturnim modulom je izvedena s FTT – 10 A vmesnikom, ki ga tudi predlagan
strežnik vsebuje. Strežnik iLon 1000 je nameščen v laboratoriju, v omari, zraven vgrajenih
tipk. iLon 1000 omogoča izvedbo grafičnega uporabniškega vmesnika. Na tem vmesniku
se bo spremljal tlak v kompresorski posodi, temperatura cilindra motorja in čas
obratovanja kompresorja.
30
Močnostni del kompresorske postaje je voden s kontaktorjem Iskra KNL 16-10 A/24 V in
pomožnima relejema, ki neposredno vklapljata ali izklapljata motor kompresorja.
Ves sistem je nameščen v krmilni omari v neposredni bližini kompresorja, ki je opisana v
nadaljevanju.
Platinasti uporovni senzor – Pt 100 Platinasti uporovni senzorji izkazujejo odlično kemijsko obstojnost ter ponovljivost
karakteristike. Tališče je visoko, zato je uporabna v širokem temperaturnem področju.
Standard IEC 571 predvideva uporabo platinastega termometra v področju T = –200 in
+850 °C.
Senzor je na voljo pri mnogih proizvajalcih z različnimi specifikacijami, natančnosti in v
različnih oblikah, da ustrezajo večini aplikacij. Narejen je lahko zelo natančno s toleranco
± 0,001 K. Razmerje med temperaturo in upornostjo je linearno v majhnem razponu
temperature.
IEC standard določa standardne vrednosti upornosti platinastih termometrov pri
temperaturi 0 °C, in sicer: R = 100, 200, 500 in 1000 Ω, ki jih označujejo temu primerne
oznake: kot Pt 100, Pt 200, Pt 500 in Pt 1000. V industrijski praksi najpogosteje srečamo
Pt 100.
Slika 6: Karakteristika Pt 100 temperaturnega senzorja
31
4.3 Projektiranje in izvedba krmilne omare
Projektiranje krmilne omare je izvedeno po naslednjih korakih:
projektiranje,
načrtovanje,
izdelava,
testiranje.
Pri projektiranju krmilne omare smo imeli zgoraj opisane zahteve. Na podlagi zahtev smo
začeli z raziskovanjem omenjenih komponent. Pri raziskovanju smo bili posebej pozorni
na kompatibilnost elementov, kakor tudi na zmožnost samih komponent. Na voljo smo
imeli v laboratoriju del komponent od podjetja Echelon. To so bile analogni modul,
digitalni modul, iLon strežnik in temperaturni modul. Po izbiri še manjkajočih elementov
ter elementov, katere smo imeli na voljo v laboratoriju, smo koncept delovanja narisali na
papir. Na podlagi vezalne sheme na papirju smo na delovni mizi zvezali in testirali
omenjenih komponent.
V fazi testiranja analognega AI-10 modula sva s somentorjem naredila usodno napako. Ker
je bil modul vstavljen v ohišje, ga nisva vzela iz ohišja in tako spregledala nastavitvene
priključke. AI-10 modul omogoča na vhodu napetost, tok ali upornost. Ta modul je že bil v
uporabi in tako nastavljen na uporovni vhod. S somentorjem sva na vhod modula
priključila napetost in s tem privedla do uničenja omenjenega modula.
Z uničenjem modula smo zgubili možnost meritve tlaka v tlačni posodi; meritev tlaka bo
lahko možnost za poznejšo morebitno nadgradnjo.
Po testiranju smo dobili uporabne podatke od ostalih komponent in pregled nad
delovanjem elementov; nato smo se lotili izdelave vezalnega načrta.
Vezalni načrta smo izdelali s pomočjo programskega orodja Eplan. Za risanje vezalnih
načrtov, krmilnih načrtov, električnih načrtov so na voljo tudi drugi programi, kot na
primer Eplan, AutoCad Electrical, Caddy, itd.
Izbrane komponente smo prostorsko razdelili po delovni površini, da smo si pridobili
predstavo velikosti omare ter približne mere. Na podlagi teh podatkov smo kupili omaro.
32
Pri večji krmilnih omarah pa te možnosti ni. Saj bi bilo nemogoče vse potrebne
komponente razporediti po delovni površini zaradi obsežnosti materiala. V ta namen
uporabljamo zgoraj opisana programska okolja. Ko smo imeli izdelano vso potrebno
dokumentacijo, je sledila razporeditev komponent v krmilni omari.
Slika 8: Razporejenost komponent krmilne omare
Ko smo imeli omaro pred seboj, smo začeli z montažo izbranih komponent. Namestitev
smo začeli od najmanjše do največje komponente. Torej, najprej z namestitvijo DIN letev,
ki omogočajo lažjo, hitrejšo in večkratno namestitev komponent. Sledilo je pritrjevanje
podnožja za temperaturni in digitalni modul. Predhodno smo za digitalni modul in
temperaturni modul izdelali podnožje s priključnimi sponkami na tiskanini za kasnejšo
ožičenje. Nato smo se lotili s pritrjevanjem močnostnega dela (transformatorja, releja,
kontaktorja), na koncu še vrstne sponke, ki se samo z dovolj močnim stiskom pritrdijo na
DIN letev. Pri omenjenih komponentah moramo paziti ustreznost elementov in skladnost s
standardi.
33
Na koncu smo še vgradili logično enota za merjenje temperature in digitalni modul, ki je
namenjen za daljinski vklop ali izklop. V prihodnje se lahko razširi na opcijo preverjanja
stanja kompresorja ter merjenje tlaka v posodi kompresorja.
Montaža krmilne omare in tipk v laboratoriju je prinesla posledično kar veliko dela z
namestitvijo električnih napeljav.
V kleti, kjer je nameščen kompresor, je bila obstoječa vtičnica, preko katere je bil
kompresor priključen na napajanje. Ker smo se odločili, da bi vtično zamenjali s krmilno
omaro, je bilo predhodno potrebno odstraniti vtičnico. Odstranitev vtičnice je privedla do
problema. Namreč, glavni napajalni kabel je bil štiri žilen. To pomeni, da je manjkal
nevtralni vodnik, saj za delovanje kompresorja ni potreben. Motor je asinhronski in
potrebuje le tri faze ter ozemljitev, brez nevtralnega vodnika pa krmilna omara ne bi
obratovala. Zato smo na novo položili kabel od glavne elektro omare do omenjene krmilne
omare.
Krmilni signal, ki ga vodimo od krmilne omare do tipk in strežnika v laboratoriju, je
speljan preko UTP kabla, ki pa je bil predhodno že položen.
Močnostni del krmilne omare
Kompresor v laboratoriju za procesno avtomatizacijo je krmiljen s pomožnim relejem,
katerega krmili močnostni kontaktor podjetja Iskra. Kontaktorje srečamo skorajda v vseh
sistemih večjih moči za indirektne vklope ali izklope. Njihova glavna naloga je, da v
trenutku, ko dobijo signal, bodisi od krmilnika bodisi od katerega stikala, spremenijo stanje
na izhodu. Na voljo imamo veliko število različnih kontaktorjev, za katere je značilno, da
se med seboj razlikujejo predvsem v nazivnem toku kontaktov. Na kontaktorju so običajno
na glavni kontakt priključene uporovne žice, ki služijo predvsem temu, da vklopni tok
omejijo ali v celoti zadušijo. V nasprotnem primeru bi lahko prišlo do poškodovanja
oziroma do zavaritve kontaktov.
Krmilja se uporabljajo za krmiljenje in nadzor procesov. Pri tem gre za avtomatizirane
postopke, ki so bolj ali manj odvisni od zunanjih manipulacij (polavtomati, izbira
programa …).
34
Generalno ločimo:
kombinacijska (logična) krmilja,
sekvenčna krmilja.
Kombinacijska krmilja so sistemi, pri katerih so zveze med vhodnimi in izhodnimi
spremenljivkami dane z logično enačbo. Trenutna stana izhodnih vrednosti so odvisna le
od kombinacije trenutnih stanj vhodnih spremenljivk. Vhodne spremenljivke predstavljajo
stanja procesnih veličin, ki jih zaznavajo senzorji, tipke, stikala in podobno. Izhodne
spremenljivke pa so signali, ki krmilijo (aktivirajo) izvršilne elemente v procesu (releje,
elektromagnetni ventili, signalni elementi …).
Pri koračnih krmiljih se posamezne krmilne operacije izvajajo po korakih, ki si sledijo en
za drugim. Pogoji za prehod iz enega v drugi krmilni korak so lahko procesni ali časovni.
Procesno odvisna krmilja upoštevajo vrednosti procesnih veličin, ki predstavljajo pogoj za
prehod iz ene operacije v naslednjo.
4.4 Koncept daljinskega vodenja
Za nadzor nad procesom je omogočen vklop ali izklop kompresorja iz laboratorija za
procesno avtomatizacijo, ki je izvedeno z DIO modulom, povezanim v LonWorks omrežje.
Lonworks omrežje je konstruirano v programskem okolju LonMaker. Za krmilje
kompresorja sta dve možnosti, in sicer daljinsko preko spletne strani ali lokalno s tipkama
nameščena v laboratoriju.
Tipke in signalni luči smo namestili v obstoječo omara kompresorja v laboratoriju (slika
9). Ker je omara večjih dimenzije, smo ta prostor izkoristili in vgradili iLon strežnik. Da bi
bil strežnik povezan na omrežje, je bilo potrebno še položiti kabel iz glavnega strežnika in
urediti kabel s signalnimi linijami iz krmilne omare kompresorja. Za pravilno delovanje in
dostopanje do spletne strani je potrebno strežnik pravilno konfigurirati. Korake
konfiguracije opisuje poglavje 4.5.
Ker je digitalni modul bil že v uporabi in nastavljen za potrebe predhodnika, smo ga morali
na novo nastaviti. Da smo lahko dostopali do modula, smo med modulom in računalnikom
35
vstavil SLTA-10 vmesnik. Vmesniku je potrebno pravilno nastaviti stikala, kot je opisano
v poglavju 4.6. Ko so pravilno nastavljena, vmesnik poskrbi za komunikacijo računalnik –
modul z uporabo RS-232 povezave. Za izdelavo omrežja, v katerem delujejo temperaturni
in digitalni vmesnik ter strežnik, je potrebno programsko okolje LonMaker. Za nastavitev
parametrov v modulih smo dostopali v predhodno narejenem omrežju, ki opisuje poglavje
4.6.
Slika 9: Omara v laboratoriju
36
4.5 Konfiguracija iLon strežnika
iLon strežnik mora imeti za nastavljanje nastavljen svoj TCP/IP (Transmision Control
Protocol/Internet Protocol). Največ omrežnega prometa poteka preko protokola TCP.
Paketi se preko protokola TCP, v vzpostavljeni povezavi med odjemalcem in
sprejemalcem, prenašajo zanesljivo v obe smeri, so brez napak, podvojevanja in so v
pravem vrstnem redu.
Nastavitev IP naslova je pomembna, kadar je na razpolago več iLon strežnikov povezanih
v skupno mrežo, saj moramo vedeti za kateri strežnik so namenjeni paketi. Poleg IP
naslova je potrebno namestit še maska podomrežja in prehod.
Za konfiguracijo iLon internetnega strežnika je potrebna naslednja oprema:
Hyper Terminal,
LonMaker for Windows,
LNS mrežni vmesnik,
FileZilla.
Vhod računalnika, s pripadajočim vhodom na iLon napravi, je potrebno povezati z vodilom
RS232. Ob zagonu Hyper Terminal se odpre okno Conection Description. V tem polju se
izbere ime in ikona.
S tipko potrditve se pojavi okno Conect To. V tem oknu je potrebno izbrati COM vhod, ki
ga uporabljamo. Med zavihki je potrebno poiskati Properties/Settings in nastaviti tipke,
tako da delujejo kot tipke v programskem okolju Windows. V naslednjem oknu je
predstavljena nastavitev komunikacijskih parametrov. Omenjene naprave delujejo pri 9600
bitih na sekundo, uporabljajo 8 podatkovnih bitov, 1 stop bit in brez paritete. S
potrditvenim gumbom se ob vzpostavitvi komunikacije v komandnem oknu pojavi ime
želene povezave.
V programskem oknu Hyper Terminala se ukazi pišejo podobno kot v DOS-u ali UNIX-u.
Sintaksa za nastavitev je: command argument.
37
Slika 10: Okno Hyper Teminal
Za nastavitev i.LON spletnega strežnika so bili uporabljeni ukazi in naslovi, prikazani v
spodnji tabeli. Tabela je povzeta iz diplomskega dela Nadzor inteligentne hiše s spletno
kamero.
IP address Spremeni IP naslov
ipaddress 164.8.65.135
Subnet mask Spremeni subnet mask:
Subnetmask 255.255.255.0
Host name Spremeni ime naprave:
Hostname ilon 100
Gateway Spremeni gateway naslov:
Gateway 164.8.65.1
Ftp user Nastavitev FTP imena:
Ftpuser ilonweb
38
Ftp password Nastavite FTP gesla:
Ftppasword ilonweb
Tabela 2: Ukazi in naslovi za nastavitev internetnega strežnika i.LON 1000.
Novi parametri stopijo v veljavo, ko se i.LON 1000 ponovno zažene. Za ponoven zagon in
izklop naprave se uporabi ukaz reboot. Po ponovnem zagonu lahko z ukazom show
izvršimo pregled nastavljenih parametrov. Na primer: ilon1000> show
Na takšen način se lahko definira vsak i.LON 1000 internetni strežnik.
4.6 Namestitev LonWorks omrežja
Podatki, prebrani iz senzorja temperature in stanja procesa, se vodijo na lokalnem
LonWorks omrežju. Da bi lahko dostopali do njih, je potrebno nastaviti omenjeno omrežje.
V ta namen se uporablja namestitveno orodje LonMaker for Windows. Za konfiguracijo je
potrebno imeti ustrezno vmesniško kartico, kot na primer: PCLTA-10, PCNSI-10 ali
SLTA-10. V našem primeru uporabljamo SLTA-10, ki smo jo tudi opisali v poglavju 3.7
ter v nadaljevanju opisali konfiguracijo SLTA-10 vmesnika.
Nastavitev SLTA-10 vmesnika
SLTA-10 konfiguriramo s stikali, nameščeni na ohišju vmesnika. Vsako stikalo
predstavlja vhod vmesnika za nastavitev in omogoča različne opcije vmesnika. Za naše
potrebe smo morali spremeniti zadnji dve stikali, ki določata hitrost komunikacije.
39
Slika 11: Nastavitvena stikala SLTA-10 vmesnika
Pomen posameznik stikal:
Stikalo 1 (CFG3) – omogoča izbiro mrežnega protokola med dvema protokoloma, in sicer:
ALERT/ACK je protokol, narejen za gostujoče računalnike v omrežju, kateri ne
morejo istočasno sprejemati vseh znakov pri visoki hitrosti.
BUFFERED je pomnilniški protokol, namenjen gostujočim računalnikom in
aplikacijam, da lahko sprejmejo serijski podatek brez izgube
Stikalo 2 (CFG2) – z njim izberemo možnost povezljivosti direktno z gostiteljem ali preko
modema. Če je stikalo CFG2 na poziciji OFF, je vmesnik povezan direktno z gostiteljem,
če pa je stikalo CFG2 na poziciji ON, mora biti tudi stikalo CFG1 na poziciji OFF.
Stikalo 3 (CFG1) – omogoča ali onemogoča mrežne komunikacije z opcijo RESET. Če je
stikalo onemogočeno, torej v položaju ON, vmesnik ne bo mogel komunicirati po izvedbi
funkcije RESET, dokler vmesnik ne sprejme niFLUSH_CANCEL ukaza s strani gostitelja.
Stikalo 4 (NSI) – izbira način mrežne komunikacije med NSI in MIP načinom. Tovarniška
nastavitev tega stikala je ON.
NSI način mrežne komunikacije je najpomembnejša funkcionalnost uporabe z LNS
aplikacijami
40
MIP način mrežne komunikacije je vmesnik, nadomestilo za SLTA/2 serijski
LonTalk vmesnik z izboljšanimi funkcijami
Stikalo 5 (AutoBaud) – uporablja se za izbiro samodejnega odkrivanja hitrosti
komunikacije. Stikalo v poziciji ON je le uporabno v NSI načinu komunikacije, kar
pomeni, da ne komunicira preko modema. Funkcija samodejne zaznave se začne pri
priključitvi na napajalno napetost, kjer vmesnik počaka na »0« byte, nato prepozna hitrost
tako, da vmesniku gostitelj pošlje 8 binarnih ničel v razmiku vsaj 50 ms. To izvaja, dokler
vmesnik ne dobi pravilen »0 = byte.
Stikala 6 – 8 – imenova Baud 2 do 0, uporablja se jih za ročno določitev hitrosti
komunikacije. Če je stikalo 5 (AuvtoBaud) na poziciji OFF, so aktivna vsa tri stikala. S
stikali je možno doseči osem različnih položajev oziroma kombinacij za nastavitev hitrosti
komunikacije, kot prikazuje slika 12.
Slika 12: Kombinacije stikal
Za nastavitev lokalnega LonWorks omrežja so potrebni naslednji koraki:
1. zaženemo programsko okolje LonMaker for Windows in odpremo novo mrežo ter
izberemo ime omrežja. Odpre se nam glavno okno, ki nam ponuja možnost izbire
41
simbola, ki imajo lastnosti izbrane fizične naprave. Kliknemo na simbol in ga
povlečemo na LonWorks omrežje. Vpiše se ime in izberemo Commission device.
Odpre se okno, v katerem je možno izbrati med trenutnimi vrednostmi v
podatkovni bazi ali med trenutnimi vrednostmi na napravi. Z izbiro trenutnih
vrednosti se vrednosti spremenljivk postavijo na dejansko stanje v napravi,
2. možnost naslednjega okna podaja izbiro poti LonMaker-ju o podatkih določene
naprave. Izbere se Upload from Device in s tem se pridobijo vrednosti in
informacije o napravi preko zunanjega vmesnika, torej preko vmesnika SLTA-10,
3. programsko okolje omogoča izbiro kanala, na katerem se nahaja spletni strežnik. Za
komunikacijo je uporabljen TP/FTT – 10 kanal. Izbere se online,
4. po končani izbiri potrdimo izbran vnos ter naslednje okno od nas zahteva pritisk na
Servis Pin, kjer LonWorks omrežje pridobi podatke.
Da se izognemo pritiskanju Servis Pinov, je tudi na voljo unikatno ID število posameznih
komponent, ki ga vnesemo pri kreiranju funkcijskih blokov v LonMakerju. V nadaljevanju
so zapisane ID številke:
SLT-10 ima ID: 000246945800
DIO-10 ima ID: 000388764800
iLON ima ID: 030000001152
Temperaturni modul ima ID: 000222987201
Z zgoraj opisanimi postopkih smo prišli do želenega omrežja. Slika 13 prikazuje
LonWorks omrežje, potrebno za nadzor [10].
42
Slika 13: LonWorks omrežje
Izdelano LonWorks omrežje vsebuje štiri naprave, in sicer:
SLTA-10,
strežnik iLon 1000,
DIO-10 digitalni modul,
temperaturni modul.
Vsi moduli, vključeni v lokalno omrežje, se nastavijo po zgoraj opisanih korakih. Vsak od
modulov doda funkcijski blok tako, da se v osnovnih oblikah klikne nanj ter se povleče in
spusti na posamezno napravo. Tipka Create NV omogoča dodajanje mrežnih spremenljivk
k vsaki od teh naprav. Izbere se ime spremenljivke. S pomočjo tipke Browse se izbere
izhodna mrežna spremenljivka, ki se jo želi opazovati. Izberemo toliko spremenljivk, kot
jih ima posamezna naprava. Prvo ime posamezne spremenljivke postane programsko ime,
na katerega se potem tudi vse sklicuje. Ob spremembi programskega imena je potrebno
spremenljivko odstraniti in postopek ponoviti od začetka. Na funkcijskem bloku se morajo
prikazati vse definirane vhodne in izhodne spremenljivke. Spletni strežnik i.LON 1000
omogoča tudi konstruiranje mreže brez povezav. Pri pisanju programa za spletno stran se
to upošteva tako, da se kličejo globalne spremenljivke, kar je predstavljeno v podpoglavju
4.7.
43
4.7 Načrtanje spletnega uporabniškega vmesnika
Spletne strani so v današnjem času nekaj vsakdanjega. Iz dneva v dan je več uporabnikov
interneta in s tem obiskov različnih spletnih straneh. Tako je spletna stran s svojo obliko,
vsebino in podobo postavljena na ogled večjim številom uporabnikom. Poleg prijetnega
zgleda mora spletna stran uporabniku nuditi tudi pregleden, enostaven in hiter dostop do
vsebin in informacij.
Spletna stran za naš proces omogoča spremljanje in spreminjanje vrednosti parametrov
uporabljenih modulov, ki so definirani v programskem okolju LonMaker. Pri izdelavi
spletne strani se lahko uporabi kateri koli standardni ali HTML urejevalnik teksta. Pogoj
je, da je stran narejena v goli HTML kodi, saj vmesnik podpira samo omenjeno kodo. Za
izdelavo spletne strani je na voljo veliko različnih programov, kot so na primer Web Page
Maker, NVO, Dreamweaver, Note pade, itd.
Izdelano spletno stran se lahko ogleda z različnimi brskalniki, kot na primer Inter Explorer,
Mozilla Firefox, Google Crome, itd. Spletna stran je tudi narejena za dostop z mobilnimi
telefoni ali z dlančniki.
Spletna HTML koda je narejena tako, da omogoča dostop do strežnikovih sistemskih
podatkov in dinamičnih podatkovnih spremenljivk.
Pred začetkom izdelave spletne strani je dobro vedeti, kakšne funkcije bo imela spletna
stran in kaj bo prikazovala. Spletno stran smo izdelali z brezplačnim programskim okoljem
CoffeeCup v HTML kodi.
Spletna stran je zapisana med ukazom <HTTML> in </HTTML>. Med tema ukazoma,
<HEAD> in </HEAD> je zapisana glava spletne strani. Z ukazom TITLE določimo naslov
spletne strani. Pomemben ukaz je tudi <BODY>, v katerem definiramo zgleda spletne
strani in vse kar vsebuje spletna stran.
HTML koda se prenese in shrani na pomnilnik strežnika s pomočjo raznih programskih
okolij. Eden od takšnih je FileZilla, ki smo ga sami uporabljali. Spletna koda se mora
shranit v mapo Web/Forms. Vse grafične datoteke, ki jih spletna stran vsebuje, pa morajo
biti shranjene v mapi Images. Velikost pomnilniškega diska na strežniku je 1 MB.
44
Z programskim okoljem FileZilla se je pred nalaganjem podatkov potrebno povezati na
strežnik z nastavljenim IP naslovom, uporabniškim imenom in geslom.
Ker je spletna stran naložena na iLon strežnik, ta potrebuje nekaj dodatnih ukazov za
pravilno prikazovanje ter pravilno definiranje in spreminjanje lokalno-globalnih
spremenljivk. Tako mora vključevati ukaz <iLonWeb_url>, ki omogoča vgraditev
potrebne varnosti za preprečevanje dostopa do strežnikovih sistemskih podatkov in do
dinamičnih mrežnih spremenljivk, ki so zunaj uporabniškega dostopa.
Z znakom SYMBOL se določi primeren tip spremenljivke. Lokalne spremenljivke se
definirajo z NVL_ in jih kličemo samo z imenom spremenljivke. Globalne oziroma mrežne
spremenljivke se definirajo z NVE_ in za klic je potrebno poznati NV Index in NV
Selector.
Sistemske spremenljivke, ki so definirane znotraj strežnikovega sistema, se označijo z
ILON_. Spreminjajo se lahko samo preko osebnega računalnika z RS232 povezavo in
pripadajočim vhodom na i.Lon 1000.
Dostop do spletne strani je potrebno zavarovati in hkrati omejiti dostop nepooblaščenim
osebam. V ta namen i.Lon strežnik podpira varnostni mehanizem za zaščito spletnih strani,
ki omogočajo omejitve dostopa do datotek na strežniku. Dostop je lahko zavarovan z
uporabniškim imenom in geslom ali izvornim IP naslovom. Varnost lahko nastavimo s
pomočjo i.Lon Web Server Parameters. Ko odpremo program, se pojavi spodaj vidno okno
(slika 14). V začetnem koraku je potrebno vpisati uporabniško ime in geslo.
45
Slika 14: Določanje uporabniškega imena in gesla
V drugem zavihku je potrebno določiti skupine. Tako je potrebno najprej narediti seznam
uporabnikov. V našem primeru je narejen samo en uporabnik in ta kot administrator. To
opcijo prikazuje slika 15.
Slika 15: Kreiranje skupin
V zavihku Locations (slika 16) je možno urejati lokacije in IP naslove.
46
Slika 16: Nastavitev lokacij
In še v zadnjem oziroma v četrtem pomembnem zavihku je potrebno nastaviti domeno, v
kateri nastavimo URL pot, skupino uporabnikov in lokacijo (slika 17).
Slika 17: Nastavitev domen
Z nastavitvijo varnostnih parametrov se s shranitvijo nastavitev pojavi datoteka
webparameters.dat, katero je potrebno prenesti na i.Lon strežnik. S to datoteko se pojavi
omejen dostop do spletne strani, ki je varovana z uporabniškim imenom in geslom, kot
smo predhodno nastavili.
47
Izdelana internetna stran je dosegljiva na internetnem naslovu
http://164.8.65.135/forms/kompresor.html z naslovom Kompresorska postaja. Z povezavo
na internetno stran se zahteva uporabniško ime in geslo. Nastavljeno uporabniško ime je
admin in geslo *******.
Na zgoraj omenjeni spletni stani je mogoče spremljati parametre, kakor tudi spreminjati
stanje kompresorja. Izdelana internetna stran prikazuje osnovne veličine, potrebne za
nadzor ter upravljanje. Ostaja pa tudi možnost nadgradnje oziroma dodajanje parametrov,
kot so meritev tlaka, spremljanje delovnih ur kompresorja, itd…
48
5. TESTIRANJE, DOKUMENTIRANJE IN ANALIZA
5.1 Tehniška dokumentacija
Cilji tehniške dokumentacije so poleg zasnove, funkcionalnih rešitev in izbire ustrezne
električne opreme tudi ti, da omogočajo investitorju, izvajalcu, nadzoru in končnemu
uporabniku ustrezno podlago za spremljanje gradnje, izvajanje in vzdrževanje električnih
inštalacij. Načrt za električne inštalacije in električno opremo, kot del celotne projektne
dokumentacije, mora biti v skladu s tehničnimi predpisi in standardi. Biti mora tudi v
skladu s projektnimi pogoji.
Za izdelavo vezalnega načrta smo uporabili programsko okolje Eplan Electric. Programsko
okolje Eplan je profesionalno orodje za elektro projektiranje, ki nudi delovna okolja za vse
faze načrtovanja, razvoja in izdelave dokumentacije. Je produkt nemškega podjetja
EPLAN software and Service GmbH & Co. KG, ki je v lastništvu podjetja Rittal.
Program EPLAN omogoča integracijo inženirskih orodij, ki pripadajo različnim področjem
tehnike. Integrirati je mogoče tudi orodja drugih proizvajalcev. To je pomemben korak v
smeri globalne integracije in sodelovanju do sedaj večinoma ločenih tehničnih področij.
Med Eplanove izdelke spadajo:
Eplan Electric,
Eplan Fluid,
Eplan Cabinet in
Eplan PPE.
Eplan electric je orodje za elektro inženiring, ki ima modularno strukturo. Znotraj
programskega paketa so na voljo programski paketi:
Compact,
Select in
Professional.
49
Programski paket Compact ponuja manjši obseg elektro projektov. Število strani elektro
shem je omejeno na 40, skupno število vseh strani pa 250. Primeren je za manjša podjetja,
ker je tudi cenovno ugoden.
Programski paket Select je paket za elektro projekte srednje zahtevnosti, ki je brez
omejitev obsega dokumentacije.
Programski paket Professional je paket za zahtevne in kompleksne elektro projekte ter za
napredne uporabnike. Veliko število parametrov omogoča več fleksibilnosti v skladu s
potrebami uporabnika.
Eplan Fluid je orodje za avtomatizirano izdelavo hidravličnih in pnevmatskih shem s
pripadajočo dokumentacijo. Predstavlja učinkovito kombinacijo funkcij za risanje in
generiranje dokumentacije ter logičnih funkcij. Eplan Fluid omogoča enostavno
administriranje projektov na različnih straneh in podlogah ter kontrolo avtomatskih
povezav med elementi. Uporabnik ima na razpolago baze hidravličnih in pnevmatskih
simbolov, navigacijske funkcije za lažje delo, itd.
Vsa potrebna dokumentacija za proizvodnjo in vzdrževanje se avtomatično generira na
računalniku s pomočjo nekaj enostavnih opcij. Na ta način se izdelajo seznami povezav
posameznih naprav, seznami materialov, seznami mesečnih alarmov, podmazovanja,
zamenjave rezervnih delov, itd.
Eplan Cabinet omogoča enostavno konstrukcijo elektro omar glede na elektro projekt v
Eplanu. S standardiziranimi funkcijami se lahko v kratkem času konstruira in prikaže
omara v 3D grafiki ter generira kvalitetno 2D dokumentacijo, podloge za izdelavo
montažnih plošč v merilu, avtomatsko 3D ožičenje znotraj omar in program za upravljanje
z različnimi NC stroji (frezanje, vrtanje, vrezovanje navojev, itd.). Na ta način se
zmanjšujejo stroški proizvodnje ter se istočasno povečuje kvaliteta izdelave in
produktivnost.
Eplan PPE je optimalno orodje za načrtovanje in implementacijo projektov na področju
elektro merilni tehniki in upravljanja v procesni industriji. Sestavljen je iz več modulov, ki
jih uporabnik sestavi v skladu s potrebami.
50
Izvedba elektro projekta v Eplanu poteka na sledeč način:
izdelava novega projekta,
vstavljanje želenih simbolov.
Ko odpremo programsko okolje Eplan, nas ta vpraša po izdelavi novega projekta, kjer
kliknemo v redu; skozi nastavitve za nov projekta nas ves čas vodi čarovnik. Če program
ne ponudi te možnosti, ga izvedemo preko menijskega ukaza Project – New Wizard. Odpre
se nam okno, kot prikazuje slika 18.
Slika 18. Ustvarjanje novega projekta
Ponujene imamo tri možnosti, in sicer:
Project Name,
Template in
Storege Location.
V Project Name vpišemo želeno ime projekta. V Template sta dve možnosti, in sicer
Num_tp1001.exp in IEC_tp1001.ept. Razlika med predlogama je v organizaciji projekta.
Prvi predlog ima definirano enostavnejše številčenje, brez določene drevesne strukture,
drug predlog pa ima definirano organizacijo po standardu IEC. Na koncu imamo še
možnost Storage. Ta možnost nam ponuja izbiro poti, kamor želimo shraniti projekt.
51
Skozi izvedbo projekta s tipko Next nas vodi čarovnik, ki nas opozarja na vnesene podatke.
Pomemben korak v čarovniku je zavihek Properties, v katerega vnesemo podatke o
projektu, ki so kasneje prikazani v glavi električnega načrta. Te podatke je kasneje možno
tudi urejevati.
Z klikom na tipko Finish se ustvari naš projekt.
Ko je projekt uspešno izveden, sledi risanje električnih shem. Z možnostjo Insert Symbol
pridemo do baze vsebovanih simbolov. Izberemo želen simbol in potrdimo, da dobimo
simbol na delovno površino. Če želenega simbola ni na voljo, je možno narediti svoj
simbol. S funkcijo Wire pa povezujmo simbole med seboj.
Na koncu sledi še tiskanje. Opisano je okrnjeno navodilo za izvedbo projekta, saj v našem
primeru nismo potrebovali kompleksnejšega projekta. Izdelana vezalna shema je prikazana
na sliki 19. Za kompleksnejšo izdelavo obstaja kar obširni priročnik [11].
Slika 19 : Vezalni načrt
52
Za risanje grafično vezalno sheme našega procesa smo uporabili AutoCad Eletrical.
Je produkt ameriškega podjetja Autodesk, ki je namenjen izdelavi električni nadzornih
sistemov.
Slika 20: Vezalna shema v AutoCad eletrical
53
5.2 Opis krmilja
Krmilje lahko razdelimo na dva dela. Prvi del je logično krmilno vezje, za katero je
izdelana posebna omara v laboratoriju. V njej se nahajata strežnik in tipki za vklop ali
izklop. Iz krmilne omare v kleti je preko UTP kabla pripeljan signal. UTP kabel ima štiri
parice vodnikov, in sicer:
oranžno, oranžno-belo (napajanje),
modro, modro-belo (komunikacija),
zeleno, zeleno-belo (signal – standby),
rjavo, rjavo-belo (krmilna signala iz releja).
Po oranžno, oranžno-beli parici poteka 24 V napajanje. Oranžen vodnik poteka na tipko
START in tipko STOP, skupaj z oranžno-belim vodnikom pa tvorita napajanje strežnika.
Modro, modro-bela parica je povezava med temperaturnim senzorjem in digitalnim
modulom. Po tem vodniku se izvaja komunikacija.
Zeleno, zeleno-bela parica je namenjena za prenos signala v laboratorij na indikacijsko
lučko, ki nam daje informacijo o pripravljenosti kompresorja oziroma, če je kontaktor
pritegnil kotvo.
Rjavo, rjavo-bela parica je uporabljena za prenos krmilnih signalov, ki vodita iz releja.
Rjavi vodnik je uporabljen za prenos krmilnega signala iz releja na številki 2, rjavo-beli
vodnik je uporabljen za prenos krmilnega signala iz releja na številki 3.
54
Slika 21: Razporeditev UTP paric
Drugi del je močnostni del, ki se nahaja v krmilni omari. Izveden je z relejem in
kontaktorjem, preko katera se vodi vklop ali izklop motorja kompresorja.
Pri vklopu kompresorske postaje imamo na voljo po dva para tipk, ki imata popolnoma isti
funkciji, razlika je v lokaciji namestitve. En par se nahaja v laboratoriju, drugi pa v krmilni
omari. Par vsebuje zeleno tipko START in rdečo tipko STOP ter pripadajoči signalni luči,
in sicer:
zelena signalna luč za indikacijo, če je kompresor v stanju pripravljenosti,
rdeča signalna luč za indikacijo prisotnosti napetosti v sistemu.
Ob pritiski tipke START sprožimo rele K2. Kotva releja K2 pritegne kontakte in sklene se
tokokrog. Preko kontakta (1, 2) ostane tokokrog sklenjen in kompresor preide v stanje
pripravljenosti. Torej, kotva na kontaktorju K1 pritegne delovne kontakte. Ob tem se tudi
prižge zelena signalna luč v omari v laboratoriju ter v krmilni omari. Sklenjen tokokrog
ostane, dokler ne pritisnemo tipke STOP in s tem razklenemo kontakte.
Drugi kontakt releja K2 (23, 24) je vezan zaporedno z mirovnim kontaktom digitalnega
modula.
55
Slika 22: Logika tipk za vklop
Vodenje preko spleta je narejeno z digitalnim modulom, kjer je njegov mirovni kontakt
zaporedno vezan s kontaktom releja K2 (23, 24). Kadar želimo vklop ali izklop s spletne
strani, je predpogoj, da v laboratoriju za procesno avtomatizacijo fizično pritisnemo tipko
START in tako vklopimo kompresor, ki preide v stanje pripravljenosti. S tem tudi
omogočimo vklop ali izklop kompresorja preko spleta.
Ta funkcija pride v poštev, kadar bi radi preverili stanje kompresorja. V primeru, da smo
pred vikendom pozabili vklopljen kompresor, se lahko povežemo na splet in ga ugasnemo.
Saj bi tako v primeru spuščanja zraka kompresor nemoteno deloval in trošil odvečno
energijo po nepotrebnem.
56
5.3 Testiranje
Po vgradnji opisanih komponent nas še čaka testiranje krmilne omare. Testiranje poteka po
delih, da bi s tem preprečili morebitne poškodbe oziroma uničenje komponent.
S testiranje smo začeli najprej na močnostnem delu. Ko smo priklopili krmilno omaro na
električno napetost, smo preizkusili vklop iz laboratorija. Za prvi preizkus delovanja se je
izkazalo, da je prišlo do napake. Pričakovali smo, da bo ob pritisku tipke START kontaktor
pritegnil kotvo. Ampak zgodilo se nič. Po temeljitem pregledu, kje je napaka, smo odkrili
napako v omari za lokalno vodenje. Namreč, zamenjali smo polariteti krmilnega
tokokroga. Tokokrog se je sklenil preko tipk in se kratko sklenil, namesto da bi se sklenil
preko relejski kontaktov. Za odstranitev napake je bilo potrebno zamenjati polariteti
napajanja. Po odstranitvi napake smo ponovno poizkusili ter uspešno zaključili testiranje
lokalnega in močnostnega dela.
Drugi del testiranj smo opravili na krmilni enoti. Torej, morali smo preizkusiti daljinski
vklop ali izklop preko spleta z digitalnim modulom. Z digitalnim modulom lahko vodimo
kompresor pod pogojem, da je fizično pritisnjena tipka START bodisi v laboratoriju bodisi
v krmilni omari pri kompresorju.
V začetnih testiranjih, preden smo začeli načrtovati ves proces, smo pri modulu za
temperaturo spregledali, da ima enosmerno napajanje. Namreč, v laboratoriju, kjer smo
testirali, smo imeli enosmerno napetost. Sicer moduli od podjetja Echelon podpirajo
enosmerno napetost, kakor tudi izmenično napetost. Temperaturni modul pa žal ne podpira
izmenične napetosti. To nas privede do problema, saj je naša krmilna omara narejena z
izmenično napetostjo, kot se uporablja v industrijski tehniki.
V ta namen smo izdelali majhen usmernik, ki smo ga vstavili med temperaturni modul in
tiskanino, na katero sta pritrjena digitalni modul in temperaturni modul.
57
5.4 Stroškovna analiza
V tem poglavju bomo poizkusili čim bližje prikazati stroške opisanega procesa. Pokazali
bomo, kako smo realizirali projekt od začetka do konca.
Pred vsakim projektom, kateri se ima namen izvajati, obnavljati ali bodisi voditi, je
potrebno predhodno narediti pregled stanja in popis materiala. Na podlagi tega se lahko
naredi predračun ali ekonomska analiza.
Sam začetek projekta je bil usmerjen v raziskovanje in pridobivanje informacij o
morebitnem obstoječem procesu. Ker je bilo prejšnje stanje kompresorja odstranjeno,
nismo potrebovali informacij od prejšnjega stanja, ampak smo začeli z zahtevami
laboratorija.
Na začetku poti načrtovanja smo preučili zahteve, ki so se izkazale, da imamo večji del
stroškov pokritih. Namreč, nekaj komponent so imeli na voljo v laboratoriju. Komponente,
ki so bile v skladišču laboratorija, so bile digitalni modul, iLon strežnik in senzor
temperature, ki predstavljajo največji del stroška. Za ostale uporabljene komponente in
material smo najprej pridobili potrebne predračune. Predračuna sta bil izstavljena iz strani
podjetja Schrack in podjetja Merkur, ki sta imela na razpolago ves uporabljen material.
Predračuna smo morali predložiti vodstvu laboratorija, da so ga odobrili. Ko sta bila
odobrena, smo lahko šli nabaviti potreben material. Spodnja tabela prikazuje okvirni
znesek uporabljenega materiala.
58
Elektro material (vodniki, uvodnice, kabel
čevlji, sponke, kanal za ožičenje ...) 160€
Krmilna oprema (DIO-10, temperaturni
senzor, i.Lon, kontaktor, rele ...) 900€
Programski paketi (LonMaker, SLTA-10
menegment, Visio ...) 1500€
Ure (razvojne in izvedbene) 800€
SKUPAJ: 3360€
Tabela 3: Pregled stroškovnega dela
V tabeli je prikazan okvirni znesek celotnega procesa, kateri tudi zajema programsko
opremo. Programska oprema je že bila nameščena na osebne računalnike v laboratoriju in
pripravljena za uporabo. Tako, da smo si strošek programske opreme v našem procesu
prihranili.
V ta projekt smo vložil približno 100 delovnih ur. Nekje 25 ur je bilo potrebnih za
raziskovanje o uporabljenih komponentah, da smo si pridobil potrebne informacije o
delovanju in tehničnih lastnostih modulov.
Nato je sledilo 25 ur pridobivanj znanj iz programskih orodij. Spoznati je bilo potrebno
orodje LonMaker, Eplan, AutoCAD in konfigurirati iLon 1000 strežnik ter izdelati spletno
stran. Brez pomoči somentorja bi se te ure podvojile.
Sledila je izdelava krmilne omare in nadzorne omare v laboratoriju ter namestitev in
ožičenje. To delo nam je vzelo približno 40 delovnih ur.
Pri testiranju celotnega sistema, smo imeli nekaj preglavic z dodatnimi tipkami v krmilni
omari. Tako, da smo pri testiranju porabili še dodatnih nepredvidljivih 10 ur.
Če bi te delovne ure, ki smo jih porabili pri izdelavi tega procesa pomnožilei s povprečno
urno postavko za diplomiranega inženirja cca. 8 €, bi bila cena same izvedbe dela okoli
800€.
Stroškovna analiza je pokazala, da je v vsakršni izvedbi projekta potrebna temeljita analiza
procesa. Analize nam namreč omogočajo predstavitev problema in s tem prikažejo
59
obsežnost same izvedbe ter podajo začetne vrednosti investicij. Na samem začetku
stroškovne analize je nemogoče podati strošek, ki bi zajel vse stroške končne izvedbe.
Nikoli se ne ve vnaprej, kje se bo zapletlo oziroma na katerem koraku bo potrebna kakšna
dodatna sprememba ali študija. Na začetku se tudi opravi pregled in primerjava ali se
izplača investirati v morebitno obnovo ali v izdelavo novega želenega procesa. Načeloma
se večji projekti razdelijo na posamezne faze izvedbe in s tem preprečijo izgube pri
napakah projektiranja ali pri izvedbah.
V omenjenem procesu smo imeli glede stroškov precej odprte poti. Ampak z
iznajdljivostjo in spretnostjo smo prišli na končni znesek izvedbe na manj kot 200 €. Če
povzamemo, če s tem procesom olajšamo delo s kompresorjem, in kar je še bolj
pomembnejše, da varujemo kompresor, ki je vreden 450 €, je investicija upravičena.
Izkazalo se je, da smo bili ves čas na pravilni poti načrtovanja in izvedbe ter da smo
projekt uspešno pripeljali do konca.
60
6. ZAKLJUČEK
V današnjem hitrem tempu življenja ljudje vse pogosteje posegajo po sistemih za hitrejšo
in učinkovitejšo življenjsko pot. Vedno več je v svetu potreb po upravljanju, nadzoru in
kontroli po domovih, javnih ustanovah, energetskih zgradbah, predvsem pa v industriji in
še kje. Tako je dandanes mogoče z računalniki, dlančniki ali z mobilnimi telefoni
nadzorovati luči, ogrevanje, hlajenje, različne dostope, hladilnike … Z omenjenimi nadzori
je omogočeno prihraniti pri denarju, času, predvsem pa je pomemben faktor, da si olajšamo
življenje.
V laboratoriju za procesno avtomatizacijo smo se odločili za avtomatiziranje kompresorske
postaja. Potrebe po daljinskem nadzoru kompresorske postaje so nastale iz potreb
študentov za izvajanje vaj na pnevmatskih sistemih in iz potrebe, da je v laboratoriju
izveden lokalni nadzor nad novim kompresorjem.
Na začetnem nivoju smo si postavili cilj, da naj bi programljiv logični krmilnik nadzoroval
ves sistem. Ampak raziskovanja so pokazala, da je za nas procesni krmilnik precejšni
cenovni zalogaj in da bi bila dovolj analogni in digitalni modul. Da bi čim bolj znižali
stroške, smo se odločili za LonPoint module, ki so bili na voljo v laboratoriju. Na
razpolago so bili analogni vhodno/izhodni modul (AIO-10), analogni vhodni modul (AO-
10) in digitalni modul (DIO-10). S testiranjem omenjenih modulov smo se podali v
razširjeno raziskovanje. Pri testiranju AIO-10 modula se je le-ta uničil in tako smo morali
opustiti zamisel o spremljanju tlaka v tlačni posodi kompresorja. AIO-10 modul ima dva
analogna vhoda in dva digitalna izhoda. V prvotnem konceptu delovanja je bilo
zamišljeno, da bi na en analogni vhod priključili Pt 100 senzor za merjenje temperature na
cilindru motorja, na drug analogni vhod pa bi priključili tlačni senzor.
Tako smo prešli na temperaturni modul podjetja Silikon, s katerim merimo temperaturo na
cilindru motorja. Pri temperaturnem modulu smo morali še dodati usmernik, ki smo ga
namestili pod le-tega. Lokalni in daljinski vklop ali izklop je izveden z DIO-10 modulom.
Z LonMaker programskim okoljem smo ustvarili lokalno omrežje za daljinsko dostopanje
do kompresorske postaje.
61
Z uporabo i.Lon strežnika smo prikazali izvedbo LonWorks lokalnega omrežja,
sestavljenega iz dveh različnih naprav. Na eni strani je modul podjetja Echelon, na drugi
strani pa je temperaturni modul podjetja Silikon. Oba imata komunikacijo po FFT – 10 A
protokolu in tako smo se lahko povezali v LonWorks omrežje. Strežnik omogoča
spremljanje in vpisovanje spremenljivk. Tako se lahko preko spleta spremlja temperatura
kompresorja in izvaja nadzor nad kompresorjem. Ta način avtomatizacije procesa je
praktičen, saj se lahko naš proces vodi od kjer koli po svetu, kjer je dostop do interneta.
Zaradi vedno večjega posega po mobilnih telefonih in dlančnikih, z opcijo interneta, je
možnost dostopa skoraj neomejena.
Na začetku smo si pri izvedbi procesa zastavili cilje in zahteve kako naj bo izveden proces.
Med postopkom izdelave procesa smo naredili nekaj sprememb ob krmilni omari. Namreč,
začetna ideja je bila dodatna vtičnica ob krmilni omari. V to vtičnici, ob morebitni okvari
krmilne omare, bi lahko vklopili kompresor. Kasneje smo vtičnico odstranili in namesto
nje vgradili dodatni dve tipki v krmilno omaro, ki služita za vklop ali izklop. S tem smo še
za korak izboljšali proces in neposredni nadzor v kompresorski postaji. Razen tega smo
dosegli zastavljene cilje in ugotovili, da je takšen proces zelo uporaben v industriji.
Izveden proces dopušča vse možnosti dodatnih raziskovanj in nadgradenj. Razširi se lahko
v več smeri, kot so na primer merjenje tlaka v tlačni posodi kompresorja, spremljanje
obratovalne ure kompresorja, itd. Zamenjava modula s programljivim logičnim
krmilnikom pa prinese mnogo rešitev.
Kompresorska postaja trenutno deluje kot samostojni proces v laboratoriju za procesno
avtomatizacijo. Za vsako izvajanje pnevmatskih vaj je potrebno predhodno vklopiti
kompresor. Z nadgradnjo procesa bi se lahko tako povezali z ostalimi pnevmatskimi
procesi v laboratoriju in tako bi izpolnili predpogoj, da je kompresor vklopljen, preden bi
začeli izvajati pnevmatske procese. Ena iz med možnosti povezovanja med procesi bi bila
povezava med Lon protokolom in Modbusom protokolom. Možnost povezovanja je tudi s
Scado. Zanimivo bi bilo tudi raziskovanje o podprti komunikaciji med našim procesom in
ostalimi procesi v laboratoriju.
7. UPORABLJENA LITERATURA
[1] Tovornik, Boris, Gradniki sistemov vodenja, Fakulteta za elektrotehniko
računalništvo in informatiko, Maribor 1995.
[2] Popovič, Milan, Višja tehnična šola, Kompresorji in ventilatorji 1. del, Maribor,
1968.
[3] Popovič, Milan, Višja tehnična šola, Kompresorji in ventilatorji 2. del, Maribor,
1969.
[4] Petrinjak, Dalibor, Nadzor inteligentne hiše s spletno kamero, diplomsko delo,
Maribor, 2004.
[5] LonMaker User's Guide, Release 3.1, Echelon Corporation, Inc, 26. julij 2010.
[6] Echelon, i.LON 1000 Internet Server, Datasheet, Echelon corp.
[7] Echelon, i.LON 1000 Internet Server, User Guide, Echelon corp., version 1.01.
[8] Echelon DIO-10 digital input ouput, interface modul, Echelon corp.
[9] Echelon DIO-10 Digital Input Output, Datasheet, Echelon corp.
[10] Serial LonTalk Adapter and Serial Gateway User's Guide, Revision 9, Echelon
Corporation, Inc, 1995.
[11] FTT-10A Free Topology Twisted Pair Transceiver
[12] FTT-10A Free Topology Transceiver User.s Guide
[13] Eplan, elektric P8, Getting Started, inc. 2007
Viri na internetu:
[14] Domača stran Silon: http://www.silon.si
[15] Domača stran Echelon: http://search.echelon.com/
[16] Wikipedija: http://en.wikipedia.org/wiki/OSI_model
8. PRILOGE
8.1 KAZALO SLIK
Slika 1: Blok shema NeuronChipa........................................................................................ 11 Slika 4: Povezava LonWorks omrežja .................................................................................. 13 Slika 2: Prikaz DIO-10 modul podjetja Echelon ................................................................... 20 Slika 3: SLTA-10 mrežni vmesnik brez ohišja ..................................................................... 22 Slika 5: Vsestranska povezljivost iLon strežnika .................................................................. 24 Slika 7: Uporabljen kompresor podjetja Nuair ...................................................................... 28 Slika 6: Karakteristika Pt 100 temperaturnega senzorja ........................................................ 30 Slika 8: Razporejenost komponent krmilne omare ................................................................ 32 Slika 9: Omara v laboratoriju ............................................................................................... 35 Slika 10: Okno Hyper Teminal ............................................................................................. 37 Slika 11: Nastavitvena stikala SLTA-10 vmesnika ............................................................... 39 Slika 13: LonWorks omrežje ................................................................................................ 42 Slika 14: Določanje uporabniškega imena in gesla ............................................................... 45 Slika 15: Kreiranje skupin .................................................................................................... 45 Slika 16: Nastavitev lokacij .................................................................................................. 46 Slika 17: Nastavitev domen .................................................................................................. 46 Slika 18. Ustvarjanje novega projekta .................................................................................. 50 Slika 19 : Vezalni načrt ........................................................................................................ 51 Slika 20: Vezalna shema v AutoCad eletrical ....................................................................... 52 Slika 21: Razporeditev UTP paric ........................................................................................ 54 Slika 22: Logika tipk za vklop .............................................................................................. 55
8.2 KAZALO TABEL
Tabela 1: OSI model ............................................................................................................ 15 Tabela 2: Ukazi in naslovi za nastavitev internetnega strežnika i.LON 1000. ....................... 38 Tabela 3: Pregled stroškovnega dela..................................................................................... 58
8.3 ŽIVLJENJEPIS
Božo Krebs
Strma ulica 3
2352 Selnica ob Dravi
Tel. številka: 041/876–496
Elektronska pošta: bozo.krebs@gmail.com
Rodil sem se 20. 11. 1985 v Mariboru. Osnovno šolo sem obiskoval med leti 1992–2000 v
Selnici ob Dravi. Po končani osnovni šoli sem se vpisal v Srednjo elektro-računalniško
šolo v Mariboru, smer elektrikar-elektronik. Po končanih zaključnih izpitih sem se vpisal
na smer elektrotehnik-elektronik. Celotno srednješolsko izobraževanje je trajalo od leta
2000 do leta 2005. Leta 2005, po končani poklicni maturi, sem se vpisal na Fakulteto za
elektrotehniko, računalništvo in informatiko v Mariboru, smer elektrotehnika, in sicer
študijski program avtomatika, kjer sem leta 2010 uspešno zaključil visokošolski študij.
IZJAVA O USTREZNOSTI DIPLOMSKEGA DELA Podpisani mentor izred. prof. dr. Marjan Golob izjavljam, da je (ime in priimek mentorja) študent Božo Krebs_____________________ izdelal diplomsko (ime in priimek študenta-tke) delo z naslovom: Avtomatizacija kompresorske postaj___________________ (naslov diplomskega dela) _________________________________________________________________________ v skladu z odobreno temo diplomskega dela, Navodili o pripravi diplomskega dela in mojimi navodili. Datum in kraj: Podpis mentorja: Maribor, september 2010 _________________________
IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE
DIPLOMSKEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV Ime in priimek diplomanta-tke: Božo Krebs___________________________________ Vpisna številka: 93590470_________________________________________________ Študijski program: VS Elektrotehnika ______________________________________ Naslov diplomskega dela: Avtomatizacija kompresorske postaje___________________ _______________________________________________________________________ Mentor: izred. prof. dr. Marjan Golo__________
Somentor: _ asist. dr. Božidar Bratina___________
Podpisani-a Božo Krebs izjavljam, da sem za potrebe arhiviranja oddal elektronsko verzijo zaključnega dela v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. Diplomsko delo sem izdelal-a sam-a ob pomoči mentorja. V skladu s 1. odstavkom 21. člena Zakona o avtorskih in sorodnih pravicah (Ur. l. RS, št. 16/2007) dovoljujem, da se zgoraj navedeno zaključno delo objavi na portalu Digitalne knjižnice Univerze v Mariboru. Tiskana verzija diplomskega dela je istovetna elektronski verziji, ki sem jo oddal za objavo v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. Podpisani izjavljam, da dovoljujem objavo osebnih podatkov vezanih na zaključek študija (ime, priimek, leto in kraj rojstva, datum diplomiranja, naslov diplomskega dela) na spletnih straneh in v publikacijah UM. Datum in kraj: Maribor, september 2010 Podpis diplomanta-tke:
________________________
IZJAVA:
Podpisani Božo Krebs izjavljam, da sem diplomsko nalogo napisal sam in se zavedam
morebitnih posledic v primeru kršitve.
Podpis:_________________________