Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija Andrej Urbas RAZVOJ INTELIGENTNEGA OKOLJA S KRMILNIKOM SAUTER Diplomsko delo Maribor, marec 2016
Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija RAZVOJ INTELIGENTNEGA OKOLJA S KRMILNIKOM SAUTER Diplomsko delo Študent: Študijski program: Smer: Mentor: Somentor: Lektorica: Andrej Urbas UN ŠP - Elektrotehnika Elektronika izr. prof. dr. Matej Rojc red. prof. dr. Zdravko Kačič Mateja Lubej Maribor, marec 2016 I
II
ZAHVALA Iskreno se zahvaljujem mentorju dr. Mateju Rojcu za vsestransko pomoč pri izdelavi diplomske naloga in še posebej dr. Zdravku Kačiču. Hvala tudi podjetju DART, ki je zagotovilo programsko in strojno podporo za izdelavo diplomske naloge. Zahvaljujem se tudi mojim staršem in vsem, ki so me podpirali pri študiju. III
RAZVOJ INTELIGENTNEGA OKOLJA S KRMILNIKOM SAUTER Ključne besede: nadzorni sistem, SCADA aplikacija, avtomatizacija, krmilnik Sauter, inteligentna okolja, Reliance, CASE Suite, BACnet/IP gonilnik. UDK: 681.518.52(043.2) Povzetek V diplomski nalogi predstavljamo razvoj nadzornega sistema s programskim paketom Reliance 4. Prav tako je predstavljeno programiranje krmilnikov podjetja Sauter s pripadajočim programskim paketom CASE Suite. Komunikacija med krmilnikom in SCADA aplikacijo na osebnem računalniku poteka preko BACnet/IP gonilnika. Pri razvoju sistema smo oddaljenim uporabnikom omogočili tudi dostop do vizualizacije z uporabo pametnih mobilnih naprav. Delovanje SCADA aplikacije je prikazano na primeru inteligentnega bivalnega okolja. IV
THE DEVELOPMENT OF THE AMBIENT INTELLIGENCE CONCEPT BY USING SAUTER CONTROLLER Keywords: control systems, SCADA application, automatization, Sauter controller, intelligent environment, Reliance, CASE Suite, BACnet/IP driver, UDK: 681.518.52(043.2) Abstract In the thesis we describe how to develop a control system with the help of the Reliance 4 software package. We also describe how to program Sauter controllers with the CASE Suite software package. We use the BACnet/IP driver, which enables communication between the SCADA application and our personal computer. Moreover, we provide users with remote access to visualizations via their smartphones. We demonstrate a SCADA application on an example of a smart household. V
KAZALO VSEBINE: 1 UVOD... 1 2 NADZORNI SISTEM SCADA ZA INTELIGENTNA OKOLJA... 2 2.1 ZASNOVA SISTEMA SCADA ZA INTELIGENTNA OKOLJA... 2 2.2 OGREVANJE OBJEKTA... 3 2.3 HLAJENJE OBJEKTA... 3 2.4 KRMILJENJE SENČIL (ŽALUZIJ)... 4 2.5 NADZOR DELOVANJA KOTLOVNICE... 5 3 KRMILNIK SAUTER... 6 3.1 FUNKCIONALNOST KRMILNIKA... 6 3.2 RAZPOREDITEV VHODOV IN KANALOV KRMILNIKA... 9 3.3 PROGRAMIRANJE IN KONFIGURIRANJE... 10 3.4 PROGRAMSKI PAKET CASE SUITE... 10 3.5 UPORABA SAUTER CASE SUITE ENGINE PROGRAMA... 12 4 BACNET KOMUNIKACIJSKI VMESNIK IN TCP/IP PROTOKOL... 16 4.1 BACNET/IP OMREŽJE... 16 4.2 NASLAVLJANJE ZNOTRAJ BACNET OMREŽIJ... 18 4.3 NASLAVLJANJE V TUJA BACNET OMREŽJA... 19 4.4 B/IP OMREŽNA ARHITEKTURA... 20 4.5 KOMUNIKACIJA MED BACNET/IP IN BACNET OMREŽJEM... 21 4.6 TCP/IP PROTOKOL... 21 5 NADZORNI SISTEM RELIANCE 4... 23 5.1 DELOVNO OKOLJE RELIANCE 4... 23 5.2 RAZVOJ PROJEKTA V RELIANCE 4 DESIGN OKOLJU... 24 5.2.1 Kreiranje novega projekta... 24 5.2.2 Upravitelj naprav (Device Manager) naprave, oznake in drugi objekti. 25 5.2.3 Drugi upravitelji (Other Managers) podatkovne tabele, trendi in drugi predmeti... 27 VI
5.2.4 Upravitelj strukture projekta (Project Structure Manager) Nadzorna območja in računalniki... 30 5.2.5 Oblikovanje oken (Designing windows)... 31 5.2.6 Zagon projekta (Running a project)... 32 5.3 NASTAVITEV SCADE RELIANCE 4 ZA KOMUNIKACIJO S KRMILNIKOM... 32 6 SPLETNI IN MOBILNI NADZOR RELIANCE APLIKACIJ... 38 6.1 SPLETNI ODJEMALCI (WEB CLIENT)... 38 6.2 MOBILNI ODJEMALCI (MOBILE CLIENT)... 38 6.3 PAMETNI ODJEMALCI (SMART CLIENT)... 39 6.4 IZVOZ PROJEKTA ZA SPLETNI IN MOBILNI DOSTOP DO SCADA APLIKACIJ... 39 7 RAZVOJ NADZORNEGA SISTEMA Z UPORABO SAUTER KRMILNIKA... 43 7.1 GLAVNI MENI... 44 7.2 MENI PREGLED... 44 7.3 UPORABA FUNKCIJSKEGA PREDALA GRAFIČNEGA VMESNIKA... 45 7.4 DELOVANJE REŽIMA ZA OGREVANJE/HLAJENJE... 46 7.5 OKNO ZA NASTAVITVE REŽIMA DELOVANJA... 48 8 SKLEP... 49 9 VIRI, LITERATURA... 50 VII
KAZALO SLIK: Slika 2.1: Grafični vmesnik za nadzor klimata [8]... 4 Slika 3.1: Krmilnik EY-AS525 [3]... 7 Slika 3.2: Dodatni kontrolni modul (zaslon) Modu840 [3]... 8 Slika 3.3: Sestava programskega paketa SAUTER CASE Suite [3]... 11 Slika 3.4: Postopek kreiranja projekta v CASE Suite programu... 13 Slika 3.5: Primer novo ustvarjenega projekta... 13 Slika 3.6: Delovno okolje SAUTER CASE Engine programa... 14 Slika 3.7: Primer izhodnega bloka in poimenovanja... 15 Slika 3.8: Nastavitve krmilnika za komunikacijo z nadzornim sistemom Reliance 4... 15 Slika 4.1: Preprosto BACnet/IP omrežje na lokalnem IP podomrežju... 17 Slika 4.2: BACnet APDU ukaz preveden v BACnet/IP ukaz [4]... 17 Slika 4.3: Direktno naslavljanje med dvema BACnet/IP napravama... 18 Slika 4.4: Primer sporočila namenjenega le eni napravi [4]... 18 Slika 4.5: Naslavljanje med dvema BACnet/IP napravama... 19 Slika 4.6: Primer sporočila namenjenega vsem napravam v BACnet omrežju [4]... 19 Slika 4.7: Broadcast sporočilo doseže naprave zgolj v enem BACnet omrežju... 19 Slika 4.8: Popolnoma povezana zvezda... 20 Slika 4.9: Na levi je prikazano B/IP sporočilo za nastavitev BDT tabele v BBDM napravi. Na desni je prikazan B/IP odgovor od BBDM naprave, in sicer da je bila BDT tabela uspešno nastavljena [4]... 21 Slika 4.10: BACnet/IP in ne-bacnet/ip omrežje... 21 Slika 5.1: Kreiranje novega projekta v programu Reliance 4... 24 Slika 5.2: Kreiranje novega projekta ime in mesto za shranjevanje projekta.... 25 Slika 5.3: Upravitelj naprav Device Manager... 26 VIII
Slika 5.4: Drugi upravitelji Managers... 28 Slika 5.5: Project Structure Manager... 30 Slika 5.6: Window Manager upravitelj oken... 31 Slika 5.7: Zagon projekta... 32 Slika 5.8: Nastavitev IP naslova za uspešno komunikacijo... 34 Slika 5.9: Dodajanje nove oznake elementu... 35 Slika 5.10: Dodajanje tabel za prikaz trendov... 36 Slika 5.11: Nastavitve aktivnega gumba... 37 Slika 6.1: Nastavitve računalnika in IP naslova za izvoz projekta... 40 Slika 6.2: Nastavitve varnosti funkcij odjemalca... 40 Slika 6.3: Izbor oddaljenih odjemalcev... 41 Slika 6.4: Nastavitev Jave... 42 Slika 6.5: Začetna spletna stran za dostop oddaljenih naprav... 42 Slika 7.1: Grafični vmesnik za nadzor objekta... 43 Slika 7.2: Prikaz izbranih temperatur v časovnem obdobju... 46 Slika 7.3: Nadzor regulacije za ogrevanje... 47 Slika 7.4: Nadzor regulacije hlajenja... 47 Slika 7.5: Nastavitev temperatur v režimu ogrevanja ali hlajenja... 48 Slika 7.6: Nastavitev urnika delovanja... 48 IX
KAZALO TABEL: Tabela 1: Razporeditev vhodov in izhodov krmilnika... 9 X
UPORABLJENE KRATICE SCADA sistem za nadzor, kontrolo in urejanje podatkov (ang. Supervisory Control And Data Acquisition) TCP protokol za nadzor prenosa (ang. Transmision Control Protocol) IP internetni protokol (ang. Internet Protocol) HMI vmesnik človek stroj (ang. Human Machine Interface) BACnet avtomatizacija stavb in nadzor omrežij (ang. Building Automation and Control Network) AS avtomatska postaja (ang. Automatic Station) HTML jezik za označevanje nadbesedila (ang. Hypertext Markup Language) LOP lokalna krmilna enota (ang. Local Operating Panel) HVAC ogrevanje, prezračevanje in klimatizacija (ang. Heating, Ventilation and Air Conditioning) UDP protokol uporabniškega datagrama (ang. User Datagram Protocol) SOAP enostaven objektni dostopovni protokol (ang. Simple Object Access Protokol) NPDU omrežni protokol podatkovnih enot (ang. Network Protocol Data Units) APDU aplikacijski protokol podatkovnih enot (ang. application protocol data units) BVLL BACnet virtualni sloj povezav (ang. BACnet Virtual Link Layer) PLC programirljiv logični krmilnik (ang. programmable logic controller) NPCI omrežni informacijski protokol (ang. Network Protocol Information) BBMD BACnet oddaja upravljanja naprave (ang. BACnet Broadcast Management Device) XI
1 UVOD V današnjem času je tempo življenja vedno hitrejši, posledično pa imamo vedno manj časa, še posebej za vsakodnevna domača opravila. Vedno bolj tudi razmišljamo, kje bi lahko kaj privarčevali oz. da ne bi po nepotrebnem trošili energije tako v svojih domovih, kot tudi v različnih delovnih okoljih. Pri tem se vedno bolj poslužujemo avtomatizacije, ki lahko namesto nas učinkoviteje upravlja vse več opravil, sveda če jih programsko ustrezno definiramo z vključevanjem raznih senzorjev. Krmilniki, ki so v zadnjih letih vedno hitrejši, zmogljivejši in dostopnejši vedno večjemu številu uporabnikov, predstavljajo centralni del avtomatizacije in proizvodnih procesov. V okviru teh lahko zagotovijo hitro odzivanje na spremembe v aplikacijah in okolju, lahko jih tudi vedno hitreje preprogramiramo in to brez sprememb na fizičnem ožičenju. Tako se uporabljajo za realizacijo številnih procesov avtomatizacije, kot so krmiljenje, regulacija, posredovanje alarmov, zajemanje podatkov itd.[13] Na tržišču je danes mnogo različnih proizvajalcev krmilnikov. V diplomski nalogi smo se odločili za razvoj inteligentnega okolja z uporabo krmilnika Sauter in nadzornega sistema Reliance, s pomočjo katerega smo razvili tudi grafični vmesnik za nadzor objekta. V nalogi uporabljamo krmilnik Sauter z BACnet/IP komunikacijskim vmesnikom (BACnet Building Automation and Control Network). Tako lahko s končnim nadzornim sistemom SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) krmilimo senzorje, žaluzije, spremljamo statuse stikal in drugo. Diplomsko nalogo začenjamo z uvodom, kateremu sledi nekaj splošnega o inteligentnem okolju in avtomatizaciji nadzornega sistema. V tretjem poglavju se posvetimo predstavitvi krmilnika podjetja Sauter in pripadajočemu programskemu paketu za programiranje krmilnikov omenjenega proizvajalca. Četrto poglavje je posvečeno BACnet/IP komunikaciji, ki je značilna za izbran krmilnik. V petem poglavju podrobneje predstavimo uporabo programskega paketa Reliance za izdelavo SCADE ter podamo potrebne nastavitve za komunikacijo med krmilnikom in nadzornim sistemom. Šesto poglavje je namenjeno spletni in mobilni uporabi nadzornega sistema. V sedmem poglavju predstavimo različne uporabe izdelanega grafičnega vmesnika, kateremu sledi sklep v osmem poglavju in našteti uporabljeni viri v devetem poglavju. 1
2 NADZORNI SISTEM SCADA ZA INTELIGENTNA OKOLJA Nadzorni sistem SCADA se uporablja za spremljanje in nadzor naprav, ki se običajno nahajajo v okolju. Sistem tako spremlja in nadzoruje delovanje krmilnih enot preko katerih vpliva na proces delovanja. Naloga sistema SCADA je prenos podatkov iz/do različnih virov ali lokacij. Hkrati mora zagotavljati pravilnost podatkov in skrbeti za ustrezen cikel posodabljanja [11]. Takšni sistemi so se sprva uporabljali za nadzor velikih proizvodnih sistemov, npr. elektrarne. S padanjem cen, novimi komunikacijskimi in procesorskimi rešitvami pa so postali primerni tudi za širšo uporabo. Dandanes jih tako uporabljamo v porazdeljenih računalniških sistemih krmiljenja, ki temeljijo na vgrajenih sistemih. Z razvojem komunikacij je postal mogoč tudi nadzor procesov kjerkoli in kadarkoli [12]. SCADA nadzorni sistemi lahko nadzorujejo delovanje sistemov v poslovnih objektih, trgovskih centrih, hotelih, kopališčih itd. (npr. spremljamo, nadzorujemo prezračevalni sistem, ogrevanje, hlajene, porabo energije in podobno). Takšen sistem se lahko razvije tudi za upravljanje in nadzor stanovanjskega objekta hiše, kar je sicer tudi cilj diplomske naloge. 2.1 Zasnova sistema Scada za inteligentna okolja V nalogi želimo razviti uporabniški grafični vmesnik za nadzor poljubnega stanovanjskega objekta. V okviru tega bomo podrobneje predstavili uporabo programskega orodja Reliance (za razvoj uporabniškega grafičnega vmesnika) ter programskega paketa Sauter CASE Suite (za programiranje krmilnika). Nadalje bomo predlagali ustrezne konfiguracije za komunikacijo med krmilnikom Sauter in osebnim računalnikom, na katerem bo tekel nadzorni sistem. S pomočjo sistema bomo spremljali in regulirali ogrevanje, hlajenje, upravljali z žaluzijami, spremljali morebitne alarme, preverjali zgodovino podatkov, časovnih potekov (grafov) itd. Uporabniku bomo omogočili dostop preko spleta ali z računalnikom ali mobilno napravo. Prednosti predlagane zasnove nadzornega sistema so: optimalnejše ogrevanje doma (pozimi ustrezno ogrevan, poleti primerno hlajen), spreminjanje nastavitev od koderkoli in kadarkoli, nadzor nad porabo energije, delovanje po vnaprej določenem programu (urniku)... 2
2.2 Ogrevanje objekta Za ogrevanje bivalnih prostorov kot tudi industrijskih objektov uporabljamo različne energetske vire. Ogrevanje prostorov je t.i. kompenziranje toplotnih izgub v okolico, kar v gospodinjstvih znaša približno 70 % celotne porabe energije. V industrijskih okoljih je zaradi toplotnih izgub poraba energije znatno višja [9]. Da bi optimizirali porabo energije in posredno nekaj tudi privarčevali, se vedno bolj odločamo za avtomatizacijo procesov, preko katerih lahko zagotovimo ustreznejše delovanje toplotnih sistemov. S pomočjo pametne inštalacije in nadzornega sistema lahko spremljamo dogajanje v objektu in ustrezneje reguliramo nastavitve termostatov. Na primer želeno temperaturo lahko nastavimo glede na zasedenost prostorov, in sicer kadar je prostor prazen zmanjšamo temperaturo na termostatu z nekje optimalnih 21 C na 18 C ali določimo urnik nočnega in dnevnega režima delovanja, kar omogoči, da se zbudimo v prijetno ogretem prostoru in se po končanem delu vrnemo v topel dom. Nadzor nad delovanjem in nastavitvami lahko izvajamo kjerkoli, to lahko storimo preko računalnika ali mobilnih naprav. 2.3 Hlajenje objekta Tudi sistemi za hlajenje lahko imajo veliko izgub. Pri hlajenju veljajo podobne predpostavke kot za ogrevanje, saj jih krmilimo na osnovi termostatov. Za delovanje v režimu hlajenja so termostati nastavljeni na nekoliko višje temperature, ki so med 23 C in 25 C. Dodatno nižanje želene temperature bi predstavljalo večje energetske izgube [9]. V stanovanjskih objektih za hlajenje najpogosteje uporabljamo klimatske naprave. Te lahko s pomočjo pametne inštalacije nadzorujemo, jih daljinsko krmilimo in po želji tudi spremljamo porabo. Klimatsko napravo moramo najprej priključiti preko ustreznega vmesnika v pametni sistem, ki lahko nato samodejno vklaplja ali izklaplja hlajenje na osnovi definiranega urnika in tudi poskrbi za optimalno delovanje hlajenja. Sistem je lahko opremljen z dodatnimi varnostnimi senzorji in stikali, ki na primer zaznajo odprto okno in tako onemogočijo delovanje hlajenja, s čimer sistem prepreči nepotrebno izgubo energije. Pri hlajenju industrijskih objektov (trgovski centri, proizvodne hale...) se uporabljajo tako imenovani klimati, ki prostor hladijo ali ogrevajo na osnovi kroženja zraka. Na tak način dovajajo v prostor tudi svež zrak. S pomočjo nadzornega sistema in potrebnega krmiljenja lahko spremljamo temperaturo, kvaliteto zraka, stanje ventilov, loput in jih po potrebi tudi 3
spreminjamo. Vse spremembe nastavitev lahko izvajamo na daljavo s SCADA nadzornim sistemom. Na sliki 2.1 je prikazan grafični vmesnik za nadzor klimata, izvedenega z uporabo programskega okolja Reliance. Slika 2.1: Grafični vmesnik za nadzor klimata 2.4 Krmiljenje senčil (žaluzij) Senčila so prisotna praktično v vsakem domu, kjer služijo ustrezni osvetlitvi prostorov ali preprečevanju neželenih pogledov. V kolikor imajo motorni pogon, jih je mogoče krmiliti tudi s pomočjo pametnih sistemov. Senčila lahko tako krmilimo preko prenosnih naprav in jih prilagajamo dejanskim potrebam. Lahko se tudi samodejno regulirajo glede na zasedenost in namen uporabe prostorov. Tako je mogoče samodejno regulirati osvetljenost prostorov, na vnaprej nastavljeno vrednost, s preprostim dvigovanjem ali spuščanjem senčil [9]. Nadalje lahko sistem, s pomočjo podatkov pridobljenih iz vremenske postaje, zvečer samodejno spusti žaluzije ali jih dvigne zjutraj. Preko prenosnih naprav lahko senčila tudi nastavimo na želeno vrednost in določimo krmiljenje posameznih senčil tekom dneva. Senčila lahko pozimi pasivno izkoristimo za ogrevanje prostorov, poleti pa za hlajenje. Pametni sistem lahko preko vremenske postaje spremlja osvetljenost, na osnovi 4
podatkov pa preračuna katero okno odpreti in katero zapreti. Tako se lahko sončna svetloba izkoristi za ogrevanje prostorov, medtem ko lahko spuščene žaluzije zagotovijo dodatno izolacijo pred izgubo toplote pozimi ali pred prevelikim segrevanjem prostorov poleti. 2.5 Nadzor delovanja kotlovnice Sodobne kotlovnice vsebujejo kombinacijo ogrevalnih naprav, ki lahko vključujejo tudi toplotno črpalko. Še vedno pa najpogosteje uporabljamo peči na trda ali tekoča goriva. S pametnim sistemom lahko nadzorujemo in vklapljamo tudi takšne naprave, spremljamo temperaturo, obratovalne ure, porabo električne energije itd. Sistem lahko tudi poskrbi, da se poleti ogreva sanitarna voda in vklaplja/izklaplja obtočno črpalko za sanitarno vodo v odvisnosti od porabe in potreb objekta. Tako lahko tudi izključi cirkulacijo vode v času, ko smo odsotni ali pa v nočnem režimu, da ni nepotrebnih izgub [9]. 5
3 KRMILNIK SAUTER V diplomski nalogi smo se odločili uporabiti krmilnik EY-AS525 Švicarskega podjetja SAUTER. Njihova znanja in produkti temeljijo na več desetletnih izkušnjah, kar jih uvršča med tehnološko vodilna podjetja na področju avtomatizacije objektov, integracije sistemov in energetskega upravljanja na štirih ključnih področjih: razvoj komponent za avtomatiko zgradb, razvoj krmilnih sistemov, servis in energetsko upravljanje [1]. Tako se Sauter krmilnike dandanes uporablja za avtomatizacijo mnogih zgradb, hotelov in kopališč, tudi v Sloveniji, kar je dokaz za zanesljivost in funkcionalnost njihovih produktov. 3.1 Funkcionalnost krmilnika Krmilnik EY-AS525 se uporablja za regulacijo, nadzor, spremljanje in optimizacijo delovanja naprav. Temelji na BACnet/IP komunikaciji. Spletni strežnik (moduweb) je integriran v sam krmilnik za celovito delovanje, neposredni grafični pregled podatkovnih točk, obveščanje in posredovanje alarma in ustvarjanje urnikov [2]. Lastnosti krmilnika: Modularna avtomatska postaja (AS), Del družine sistema SAUTER EY-modulov 5, Regulacija, nadzor, spremljanje in optimizacija operativnih sistemov npr. HVAC inženiring, 26 vhodov/izhodov, Razširljiv z 8 I/O ali novalink moduli, Razširljiv s komunikacijskimi moduli za integracijo tretjeosebnih sistemov, Komunikacija: BACnet/IP (ENISO 16484-5), Vgrajen spletni strežnik, Programiranje/konfiguriranje preko osebnega računalnika s programskim paketom Case Suite, Uporaba kontrolne knjižnice, časovne in koledarske funkcije, Nadzor, ki temelji na podatkih meteoroloških napovedi, 6
Lahko je opremljen z lokalno-delovnimi in prikazovalnimi enotami, lociranimi do 10m stran, Snemanje podatkov. Tehnični podatki krmilnika Napajanje 230V; Vhodi/izhodi: o 8 digitalnih vhodov (alarm/stanje), o 6 digitalnih izhodov (rele, od 24 do 250V, 2A), o 8 univerzalnih vhodov (npr. temperaturni sensor Ni1000/Pt1000, U/I/R, DI), o 4 analogni izhodi (od 0 do 10 V), o 1 varen (Watchdog) izhod (5 Hz); Arhitektura: o Procesor 32 bit, 400 MHz, o Pomnilnik 16MB, o Vgrajen spletni strežnik moduweb, o Aplikacijski podatki s pomočjo CASE Engine, o SDRAM 32MB, o SRAM 1MB; Vmesniki in komunikacija: o Ethernet 1 x RJ-45 vtičnica, o Komunikacijski protokol BACnet/IP (DIX). Slika 3.1: Krmilnik EY-AS525 [3] 7
Dodatni kontrolni modul modu840 (slika 3.2) Modu840 LOP (local operating panel) je dodaten modul (zaslon display) h krmilniku. Uporablja se za prikaz, navigacijo in delovanje avtomatske postaje EY-modulo 5 in njihovih naprav na sami lokaciji montaže. Vzporedno z integriranim moduweb spletnim brskalnikom modu840 omogoča vizualizacijo in delovanje vseh podatkovnih točk in regulacijskih zank. Z operacijsko enoto lahko pregledamo nastavitve krmilnika, spremenimo časovni program, beremo alarme itd. Modu840 se lahko namesti ali odstrani tudi med delovanjem, ne da bi to vplivalo na naloge avtomatske postaje ali I/O modulov. Operacijska enota deluje brez posebnega zagona in projektiranja. Lastnosti modu840: Del družine sistema SAUTER EY-modulo 5, Lahko se priključi neposredno na EY-modulo 5 AS, Vtični element za razširitev modela 525 AS, Lokalno delovanje in indikatorska enota za neposredno lokalno in ročno upravljanje modula 525 AS, Enostavna uporaba z eno tipko (metoda uporabe "zavrti in pritisni"), Grafični prikaz z različnim naborom pisav in tipov, Vizualizacija podatkov s strukturiranim prikazom, Dva LED indikatorja za alarm in status funkcij, Prikazuje predmete, alarme in druge informacije, Izbira štirih jezikov, Lahko se namesti na daljavo (z dodatki) v omari. Slika 3.2: Dodatni kontrolni modul (zaslon) Modu840 [3] 8
3.2 Razporeditev vhodov in kanalov krmilnika Pri povezovanju krmilnika z zunanjimi vhodno-izhodnimi napravami (senzorji) smo si pomagali s podatki v tabeli 1. V njej je razvidna razporeditev posameznih signalov in priključnih sponk potrebnih za pravilno vezavo. Te podatke potrebujemo tudi pri programiranju samega krmilnika in jih je potrebno vpisat v posamezne bloke, ko gradimo oziroma razvijamo program [2]. Tabela 1: Razporeditev vhodov in izhodov krmilnika Opis Vhodi Modu525 Kanali Diagram ožičenja Signali GND Watchdog izhod (pulsating OC) WD 1 Analogni izhodi (0 10V) 0 a0 2 3 1 a1 4 5 2 a2 6 7 3 a3 8 Digitalni vhodi 4 d4 9 Števec pulzov - Pulse counter (CI) 5 d5 10 11 6 d6 12 13 7 d7 14 15 8 d8 16 17 9 d9 18 10 d10 19 11 d11 20 Univerzalni vhodi 12 u12 22 21 (Ni/Pt1000/U/I/R/Pot/DI) 13 u13 24 23 14 u14 26 25 Tokovni signal samo na kanalih 12, 15 u15 28 27 13 ali vhodu 22, 24 16 u16 30 29 17 u17 32 31 18 u18 34 33 19 u19 36 35 Referenčna napetost 1.23 V 37 38 9
vhod izhod Digitalni izhodi (relay 0-1) 20 R21 39 40 21 R21 41 42 22 R22 43 44 23 R23 45 46 24 R24 47 48 25 R25 49 50 3.3 Programiranje in konfiguriranje Celoten uporabniški program (Engine Plan) in različni deli (BACnet objekti, slike za moduweb itd.) so razviti z uporabo programskega paketa CASE Suite. Uporablja se lahko do 512 BACnet podatkovnih točk, vključno s strojnimi vhodi in izhodi. Vsak krmilnik (modul) mora biti nastavljen za komunikacijo v omrežje Ethernet. Vse nastavitve, kot so naslov IP, maska podomrežja, prehod in številka stopnje (DOI) so nastavljeni v CASE Suite programskem paketu. Mogoča je tudi samodejna konfiguracija preko strežnikov DHCP. Modul vsebuje hiter operacijski sistem. Z uporabo programa CASE Suite lahko uporabnik naloži program s katerekoli točke v omrežju IP. Utripajoča rdeča led lučka na napravi prikazuje aktiven prenos. Podatki so zapisani v bliskovni pomnilnik in se ohranijo tudi v primeru izpada električne energije. Vhode in izhode lahko nastavimo z uporabniškim programom in prosto uporabljamo za posamezne naloge nadzora in regulacije. 3.4 Programski paket CASE Suite Programski paket je namenjen programiranju Sauterjevih krmilnikov. Programiranje v programu CASE Suite poteka grafično, pri čemer sestavljamo vse tiste posamezne bloke, ki predstavljajo različne vhode in izhode, ki jih med seboj povežemo. S pomočjo napisanega programa lahko nato preko računalnika in posebnega usmerjevalnika spremljamo delovanje avtomatike, ki je vgrajena na posameznem sistemu. CASE Suite je namenjen komercialni in tehnični obdelavi projektov, gradnji sistemov za upravljanje kot tudi za običajen nadzor avtomatiziranih sistemov. Platforma CASE Suite (slika 3.3) vključuje naslednje programe [3]: 10
CASE Builder, CASE Engine, CASE Vision, CASE Library Management. Slika 3.3: Sestava programskega paketa SAUTER CASE Suite [3] CASE Builder Program CASE Builder je bil zasnovan za racionalno uporabo v tehničnem projektiranju. Osnovnemu načelu programa sledijo enkratno zajete vrednosti kot podatkovne točke, viri in njihove funkcije. Te se avtomatsko nadaljujejo v procesu projekta, ne da bi bilo potrebno v vsakem delu le-te na novo vnašati. Na podlagi grafičnega programa in Microsoft Offica je bil ustvarjen pripomoček, kateri tem zahtevam pride zelo blizu. Zahvaljujoč svoji obsežni knjižnici CASE Builder učinkovito generira vse potrebne dokumente za načrtovanje in izvajanje ter jih prilagaja posebnim zahtevam projekta. Pri sestavljanju sistema (grafično ali v drevesni strukturi) iz obstoječih funkcijskih skupin, bodo vse potrebne informacije zbrane tako, da se s pritiskom na gumb ustvari sledeče: opis funkcije, seznam naprav, kablov, motorjev in ventilov, seznami podatkov, nalepke za avtomatske postaje (AS). Tako pridobljene projektne datoteke se vodijo v podatkovni bazi projektov in se lahko uporabljajo za nadaljnjo uporabo projektov in dokumentacije. Procesni načrti in podatki, ki jih je CASE Builder ustvaril, omogočajo, s Sauterjevo vizualizacijo, grafično predstavljanje načrtov. 11
CASE Engine Z urejevalnikom CASE Engine in integrirano knjižnico se lahko v kratkem času, s pomočjo grafičnih elementov, ustvari program za avtomatizacijo kot del projekta. Prav tako se lahko uporablja za ustvarjanje načrtovanih funkcij in nastavljanje parametrov postaje. Kontrolni postopki so grafično predstavljeni in jih je zato lažje nadzorovati. Programiranje temelji na standardu IEC61131-3 (FUN), ki omogoča še preprostejšo uporabo CASE Engine urejevalnika. CASE Engine tudi omogoča, da se dela v skupini. Z dostopom do skupne baze podatkov projekta, so iste informacije na voljo vsem članom ekipe hkrati. CASE Vision Program CASE Vision je namenjen preprostemu ustvarjanju navigacijskih dreves in dinamičnih diagramov za različne vizualne aplikacije SAUTER. Projektne datoteke iz CASE Engin programa se uporabijo kot točke podatkovnih virov. Slike in navigacijske strukture pa se pripravijo v CASE Vision programu in se kasneje prikažejo v grafiki aplikacije ali gredo po potrebi tudi v nadaljnjo obdelavo. CASE Library Management Program CASE Library Browser je namenjen prikazu nameščenih paketov knjižnic in njihovih komponent, ki jih lahko po potrebi tudi izbriše. Program CASE Library Manager je namenjen administratorju, da lahko ustvari in upravlja s knjižnico datotek, ki se nato lahko posredujejo uporabniku. S CASE Library Import programom lahko tudi vključimo nove knjižnične datoteke v CASE paket, da so kasneje na voljo uporabniku pri ustvarjanju novih projektov. 3.5 Uporaba SAUTER CASE Suite Engine programa Pri namestitvi programa moramo biti pozorni, saj mora biti nameščen v točno določeno poimenovane mape. S tem se izognemo težavam pri prenosu programa na krmilnik. Pri prvem zagonu programa, se nam odpre okno (slika 3.4), ki nas vodi čez postopek kreiranja novega projekta. 12
Slika 3.4: Postopek kreiranja projekta v CASE Suite programu Najprej izberemo tip projekta, nato v naslednjem oknu izberemo verzijo programa za priključitev ustreznih knjižnic k projektu ter nadaljujemo. Nato se odpre okno, v katerem določimo ime projekta in določimo lokacijo, kamor naj program shrani projekt. Pri izbiri imena projekta poskrbimo, da je čim bolj razumljivo in da vemo za katero napravo je posamezen program napisan. Nato izberemo program (v našem primeru CASE Engine) za katerega želimo ustvariti projekt. Ko ustvarimo nov projekt, ga odpremo (slika 3.5) in začnemo s programiranjem. Slika 3.5: Primer novo ustvarjenega projekta Programiranja se lotimo tako, da na najvišjem nivoju dodamo osnovne bloke, jim določimo vhode/izhode in jih v nadaljevanju podrobneje razdelamo. Funkcijske bloke in povezave nanašamo na površino, ki je osnova (podlaga), na kateri izdelujemo program za krmilnik. Posamezne bloke imamo na desni strani v drevesni strukturi programa in so razvrščeni glede na imena funkcij, ki jih opravljajo (lokacija funkcijskih blokov je vidna na sliki 3.6). Vhodne/izhodne bloke postavljamo v levo oziroma desno stran ravnine, kamor pridejo 13
povezani. Ostale funkcijske bloke pa med njih kot si sledijo po uporabi. Pri zlaganju in povezovanju funkcijskih blokov pazimo, da je program čim bolj pregleden, kar kasneje zelo pomaga pri iskanju napak in spreminjanju nastavitev. Slika 3.6: Delovno okolje SAUTER CASE Engine programa Posameznim blokom dodelimo ime objekta (priporočljiva je uporaba velikih črk brez šumnikov in presledkov). Blokom dodamo tudi opis, ki pomaga pri preglednosti, da hitreje vidimo, kaj predstavlja določen funkcijski blok. Imena določimo tudi vhodnim in tistim izhodnim povezavam, ki so v pomoč pri programiranju, saj jih program avtomatsko ponudi v nižjem nivoju, ko podrobneje razdelamo blok višjega nivoja. Pri komunikaciji krmilnika z vhodno-izhodnimi napravami ter prenosu podatkov v nadzorni sistem je potrebno pravilno določiti številko objekta (bloka) in kanala, na katerem je priključena naprava (npr. senzor). Številko kanala posameznih vhodov/izhodov krmilnika in pripadajočih priključnih sponk poiščemo v tabeli 1. Tako kot imena funkcijskih blokov, se tudi številka bloka ne sme ponavljati, na kar opozori tudi program. Na sliki 3.7 je prikazan primer poimenovanja in nastavitve izhodnega bloka. 14
Slika 3.7: Primer izhodnega bloka in poimenovanja Do okna za nastavitve posameznega funkcijskega bloka pridemo tako, da dvakrat kliknemo nanj. Tukaj lahko nastavimo koliko vhodov in izhodov (povezav) bo prikazanih na zaslonu za posamezni blok, določimo lahko nekatere parametre itd. Da bo nadzorni sistem Reliance lahko prepoznal in komuniciral z napravami, ki so priključene na krmilnik, potrebujemo še številko bloka (instance number), ki se razlikuje za vsak blok. Številko bloka je potrebno dodeliti tudi glavnemu bloku (bloku na najvišjem nivoju), ki predstavlja krmilnik, kateremu moramo določiti tudi IP naslov in tip modula. Nastavitve za komunikacijo med krmilnikom in nadzornim sistemom Reliance pri projektu so prikazane na sliki 3.8. Slika 3.8: Nastavitve krmilnika za komunikacijo z nadzornim sistemom Reliance 4 15
4 BACNET KOMUNIKACIJSKI VMESNIK IN TCP/IP PROTOKOL BACnet standard [4] predpisuje protokole na dveh slojih: omrežni sloj (za naslavljanje med napravami) ter aplikacijski sloj (za izmenjavo podatkov in ukazov med napravami). Na omrežnem sloju naprave pošiljajo»omrežne ukaze«(imenovane NPDU, oziroma»network protocol data units«). S temi ukazi se naprave predstavijo omrežju in postanejo del BACnet omrežja. Na aplikacijskem sloju naprave pošiljajo»aplikacijske ukaze«(imenovane APDU, oziroma»application protocol data units«). S temi ukazi naprave pošiljajo informacije o svojem stanju (npr. temperaturo in stanje stikal). Z aplikacijskimi ukazi tudi nadziramo naprave iz našega računalnika (npr. vklopimo in izklopimo stikala ter spreminjamo parametre delovanja). BACnet/IP je dodatek BACnet standardu. BACnet/IP opisuje, kako lahko tvorimo BACnet omrežja s pomočjo TCP/IP družine protokolov (glej poglavje 4.6). Osnovne značilnosti BACnet/IP specifikacije so: BACnet omrežje se lahko razteza čez eno ali več IPv4 podomrežij. BACnet/IP komunikacija je implementirana z dodatnim slojem imenovanim»bacnet Virtual Link Layer«ali BVLL. Ta sloj poenostavlja implementacijo BACnet standarda na novih protokolih, ki so podobni IPv4 (npr. IPv6, ATM ali Sonet). Sloj BVLL prav tako poenostavlja možnost šifriranja ali stiskanja sporočil med napravami (brez potrebe po spreminjanju APDU ali NPDU ukazov). BACnet/IP protokol podpira komunikacijo z navadnimi BACnet omrežji. Tudi v primeru kadar so naprave navadnega BACnet omrežja na istem lokalnem omrežju kot BACnet/IP naprave. BACnet/IP protokol podpira tudi komunikacijo med mnogimi BACnet/IP omrežji. 4.1 BACnet/IP omrežje Preprost primer BACnet/IP omrežja so naprave povezane v samostojno lokalno IP podomrežje (prikazano na sliki 4.1). 16
Slika 4.1: Preprosto BACnet/IP omrežje na lokalnem IP podomrežju Naprave v BACnet/IP omrežju med seboj pošiljajo ukaze s pomočjo UDP paketov. Vsak BACnet paket je preveden v UDP paket. Slika 4.2 prikazuje kako je BACnet APDU ukaz preveden v UDP paket. Slika 4.2: BACnet APDU ukaz preveden v BACnet/IP ukaz [4] Prvi odsek UDP paketa, imenovan B/IP, je sestavljen iz standardne IP glave ter UDP glave. B/IP vsebuje IP naslova ter številki UDP vrat. Prvi par IP naslova in UDP vrat pripada viru ukaza, drugi par IP naslova in UDP vrat pa pripada cilju ukaza. Dolžina UDP podatkovnega odseka je določena v polju»length«. Polje»checksum«je varnostno polje s katerim lahko preverimo, da podatki niso poškodovani. Podatkovni odsek UDP paketa vsebuje ostale odseke BACnet/IP paketa: BVLCI, NPCI, ter APDU. 17
BVLCI, oziroma BACnet Virtual Layer Control Information, vsebuje kontrolne informacije za naslavljanje naprav na IP sloju (npr. ali je ukaz namenjen le eni napravi ali mnogim). NPCI, oziroma Network Protocol Information, vsebuje kontrolne informacije za naslavljanje naprav na BACnet sloju (npr. ali naprava pričakuje odgovor ali ne, ali je ukaz APDU ali NPDU ipd.). BACnet/IP podpira dva načina komunikacije med napravami: unicast (direktno naslavljanje na določeno napravo), ter broadcast (naslavljanje na vse naprave v enem BACnet omrežju). 4.2 Naslavljanje znotraj BACnet omrežij Slika 4.3 prikazuje preprost primer direktnega naslavljanja med dvema BACnet/IP napravama. Direktno naslavljanje med BACnet/IP napravami uporablja kar IP naslov v glavi UDP paketa. Slika 4.3: Direktno naslavljanje med dvema BACnet/IP napravama Slika 4.4 prikazuje odsek BVLCI, ki vsebuje informacijo, da je sporočilo tipa»unicast«, kar pomeni, da je namenjeno zgolj naslovljeni napravi. Ob tem paket BACnet/IP vsebuje še NPCI odsek, ki sporoča, da pošiljatelj pričakuje odgovor. V splošnem pa NPCI vsebuje tudi informacije kot so verzija BACnet protokola, prioriteta ukaza, ali je sporočilo treba usmeriti na zunanjo BACnet vozlišče itd. Slika 4.4: Primer sporočila namenjenega le eni napravi [4] 18
Slika 4.5 prikazuje primer naslavljanja na vse naprave v BACnet/IP omrežju (način»broadcast«). Slika 4.5: Naslavljanje med dvema BACnet/IP napravama Bistveni razliki med unicast in broadcast naslavljanjem sta IP naslov v glavi UDP paketa ter tip sporočila v BVLCI odseku. BVLCI odsek sedaj vsebuje informacijo, da je paket namenjen vsem napravam, IP naslov pa je oblike 128.253.109.255 (namesto 128.253.109.10, ki se uporablja v unicast načinu). Slika 4.6: Primer sporočila namenjenega vsem napravam v BACnet omrežju [4] 4.3 Naslavljanje v tuja BACnet omrežja Slika 4.7 prikazuje, da BACnet broadcast sporočila niso usmerjena v tuja BACnet omrežja. S pomočjo naprav BBMD, oziroma»bacnet Broadcast Management Device«, je možno pošiljati broadcast sporočila tudi v tuja BACnet omrežja [4]. Slika 4.7: Broadcast sporočilo doseže naprave zgolj v enem BACnet omrežju 19
Če želimo pošiljati broadcast sporočila tudi v ostala BACnet omrežja, moramo v omrežje najprej priključiti BBMD napravo. BBMD napravo moramo nastaviti, da pošilja broadcast sporočila tudi v točno določena sosednja BACnet omrežja. 4.4 B/IP omrežna arhitektura BACnet omrežija lahko z napravami BBMD med seboj povežemo v drevesno topologijo, krožno topologijo ali zvezdno topologijo. Avtorji BACnet standarda priporočajo zvezdno topologijo [4]. V zvezdni topologiji je vsaka BBMD naprava povezana z vsemi ostalimi BBMD napravami iz drugih omrežij (glej sliko 4.8). Slika 4.8: Popolnoma povezana zvezda Zvezdna topologija ima naslednje prednosti: preprosta za konfiguracijo iz osrednjega mesta, odporna je proti napakam v povezavah. Zvezdna topologija ima tudi nekaj slabosti: vsaka BBMD naprava mora poznati topologijo celotnega omrežja, vsako broadcast sporočilo mora biti podvojeno za vsako sosednje omrežje. Konfiguracija BBMD naprav zvezdni topologiji je enostavna. Vsaka BBMD naprava ima popolnoma enako tabelo za razpečevanje broadcast sporočil. Ta tabela se imenuje»broadcast Distribution Table«(BDT). BACnet/IP protokol omogoča nastavitev BDT tabele s pomočjo ukaza»write-broadcast- Distribution-Table«. Slika 4.9 prikazuje BACnet/IP sporočilo za nastavitev BDT tabele (leva stran slike) in potrdilni odgovor (desna stran slike). 20
Slika 4.9: Na levi je prikazano B/IP sporočilo za nastavitev BDT tabele v BBDM napravi. Na desni je prikazan B/IP odgovor od BBDM naprave, in sicer da je bila BDT tabela uspešno nastavljena [4] 4.5 Komunikacija med BACnet/IP in BACnet omrežjem Slika 4.10: BACnet/IP in ne-bacnet/ip omrežje Slika 4.10 prikazuje primer povezave med BACnet/IP napravo in navadno BACnet napravo. Za povezavo med tema napravama je potreben BACnet usmerjevalnik. Sporočilo, ki ga BACnet/IP naprava pošlje v omrežje, vsebuje NPCI in APDU odseke, ki jih razume vsaka navadna BACnet naprava. BACnet usmerjevalnik zgolj odstrani B/IP in BVLCI odseke in sporočilo posreduje napravi na navadnem BACnet omrežju. 4.6 TCP/IP protokol Je protokol preko katerega gre največ omrežnega prometa. TCP/IP omogoča računalnikom s podobnim ali različnim operacijskim sistemom in računalnikom, ki so blizu ali daleč, da komunicirajo med seboj. Pravzaprav sta to dva ločena protokola: IP (»Internet Protocol«, internetni protokol) in 21
TCP (»Transmision Control Protocol«, protokol za nadzor prenosa). TCP protokol: TCP protokol skrbi, da se paketi, ko potujejo po omrežju, ne izgubijo in se ne spremenijo. Prav tako je naloga TCP protokola, da preverja uspešnost prenosa in da prenesene pakete spoji v izvorno obliko. TCP se zaveda pravega zaporedja paketov glede na izvorno sporočilo, hkrati pa preverja tudi, če so podatki v paketih na cilju nepoškodovani.v nasprotnem primeru od pošiljatelja zahteva ponovni prenos poškodovanega paketa [5]. IP protokol: Naloga IP protokola je, da razdeli sporočilo (npr. spletno stran, sliko, e- pošto, dokument...) na pakete in opremi vsak paket z informacijami, ki so potrebne, da bo paket res prišel k naslovniku (naslov naslovnika, velikost paketa ipd.). Pomembni so podatki in njihovo pakiranje v obliko, ki bo razumljiva aplikacijam, ki jih bodo uporabljale [5]. 22
5 NADZORNI SISTEM RELIANCE 4 Nadzorni sistem Reliance je profesionalni SCADA/HMI sistem (Supervisory Control And Data Acquisition/Human Machine Interface) zasnovan za spremljanje in nadzor različnih industrijskih procesov in avtomatizacijo zgradb. Podatki so pridobljeni iz kontrolnih ali telemetrijskih sistemov, prijavljenih do podatkovnih zbirk in predstavljeni končnim uporabnikom v grafični obliki (sheme, preglednice, tabele, itd.). Uporaba sistema Reliance se razteza od vizualizacije samostojnih namenskih strojev in namestitvijo avtomatiziranih sistemov za inteligentne stavbe, do obsežnih izvajanj kontrolnih sistemov v večnacionalnih proizvodnih obratih ali neposrednem (spletnem) spremljanju velikih plinskih in vodovodnih omrežij distribucijskih podjetij. Vizualizacija poteka preko interneta na računalniku, tabličnem računalniku (tablici) ali pametnem telefonu [6]. 5.1 Delovno okolje Reliance 4 Za izvedbo manjših projektov je na razpolago brezplačna različica programa, ki omogoča izvedbo projekta (avtomatizacije) s 25 točkami. Takšno verzijo programa smo tudi uporabili pri izdelavi diplomskega dela. Delovno okolje je sestavljeno iz naslednjih treh pomembnejših delov: Reliance 4 Design (delovno okolje): je namenjeno izdelavi in urejanju grafičnega vmesnika (aplikacije) za nadzor proizvodnih procesov, pametnih inštalacij itd. Reliance 4 Control (nadzorno okolje): omogoča nadzor industrijskih procesov z uporabniškim grafičnim vmesnikom. Namenjen je računalnikom s popolnim dostopom do nadzora avtomatizacije (npr. nadzorna soba). Nadzorno okolje Reliance je namenjeno prikazovanju grafičnih oken v realnem času, pregledu in potrditvam trenutnih alarmov ter tiskanju zgodovine alarmov, pregledu in tiskanju zgodovine podatkov, trendov in poročil. Thin Clients (uporaba preko spleta): je namenjeno oddaljenim uporabnikom za izdelavo aplikacije preko spleta. 23
5.2 Razvoj projekta v Reliance 4 Design okolju V tem podpoglavju bomo na kratko predstavili načrtovanje projekta v razvojnem okolju Reliance 4. Tako bomo predstavili osnovne funkcije razvojnega okolja in vse bistvene korake za kreiranje projekta, definiranje naprav in oznak. Pripravili bomo okolje za izdelavo grafičnega vmesnika ter zagnali projekt. 5.2.1 Kreiranje novega projekta Ob zagonu razvojnega okolja Reliance 4 Design se najprej odpre pozdravno okno, ki ponudi izbiro raznih funkcij med katerimi izberemo»ustvari nov projekt«(create Now Project), kot je prikazano na sliki 5.1. Slika 5.1: Kreiranje novega projekta v programu Reliance 4 V naslednjem koraku se odpre okno, v katerega vpišemo želeno ime projekta in določimo mesto, kam bomo shranili projekt (slika 5.2). Nato se pomikamo naprej, da pridemo do mesta za določitev imena in naslova oknu, v katerem izdelujemo grafični vmesnik. Ime je edinstven indikator okna v okviru projekta, naslov pa je besedilo, ki se prikaže v oknu naslovne vrstice. Preden zaključimo nastavitev, še izberemo vrsto okna in potrdimo z ukazom Perform. Grafični vmesnik lahko izdelujemo v večjem številu oken, s čimer 24
prispevamo k preglednosti. Za kreiranje dodatnega delovnega okna v orodni vrstici izberemo»file, New Window«. Slika 5.2: Kreiranje novega projekta ime in mesto za shranjevanje projekta. 5.2.2 Upravitelj naprav (Device Manager) naprave, oznake in drugi objekti Ukaz Device Manager se nahaja v orodni vrstici v meniju Managers. Upravitelj naprav (slika 5.3) omogoča opredelitev naprav, oznak, alarmov/dogodkov in komunikacijskih območij. V kontekstu z Reliance naprava predstavlja fizično napravo (npr. PLC ali druge podobne I/O naprave, ki se uporabljajo za industrijsko avtomatizacijo in kontrolo) ali tako imenovane virtualne naprave. Znotraj vsake naprave se lahko določijo oznake in alarmi/dogodki, ki so med seboj povezani. Vrednosti oznak se lahko uporabljajo za ustvarjanje alarmov in dogodkov, ki jih je mogoče prikazati preko sestavnih delov (grafični predmeti za izgradnjo grafičnega vmesnika), ki se lahko uporabijo za nadzorni videz in obnašanje komponent [7]. Mogoče jih je prijaviti do podatkovnih baz, kjer jih skript predela. Če naprava predstavlja fizično napravo, oznaka predstavlja procesne spremenljivke na določenem naslovu registra naprave. 25
Slika 5.3: Upravitelj naprav Device Manager Vsak grafični vmesnik v projektu vsebuje vnaprej določeno navidezno napravo, imenovano sistem. Namenjena je določanju zasebnih notranjih oznak (tako imenovanih sistemskih oznak), ki se lahko uporabljajo na isti način kot oznake drugih naprav. Sistemske oznake so še posebej koristne za shranjevanje rezultatov izračunov, opravljenih v skripti. Za razliko od oznak drugih naprav sistemske oznake ne vplivajo na število podatkovnih točk, ki se uporabljajo pri projektu. Zato se lahko v projektu določi poljubno število sistemskih oznak, ne da bi to vplivalo na ceno dovoljenja, potrebnega za projekt. Vendar pa ni mogoče prenesti podatke sistemskih oznak med različnimi primerki»runtime«programske opreme preko omrežja v aplikaciji odjemalec/strežnik. Nov objekt (naprava, oznaka, alarm/dogodek itd) lahko ustvarimo tako, da izberemo ukaz v pojavnem meniju v drevesu strukture, orodni vrstici ali s pritiskom na tipko Insert. Po izbiri ukaza»nova naprava«(newdevice) moramo izbrati vrsto (tip) naprave, ki je kasneje ne moremo več spreminjati. Lastnosti naprav se razlikujejo glede na vrsto naprave. Vsaka naprava vedno vsebuje mape oznak in alarmov/dogodkov. Nekatere vrste naprav vsebujejo še mapo komunikacijskih območij. 26
Nova oznaka se lahko ustvari le, če je tip predmeta mape oznaka ali predmet podrejen tej mapi (npr. tag) izbran v drevesni strukturi. Lastnosti oznak se razlikujejo glede na vrsto naprave in določajo npr. naslov in vrsto podatkov, inženirske enote ali kritične in opozorilne meje. Oznake se lahko uvažajo tudi iz različnih formatov. Nov alarm/dogodek se lahko ustvari le, če je tip predmeta mape alarmi/dogodki, ali predmet podrejen tej mapi (npr. alarm/dogodek), izbran v drevesni strukturi. Lastnosti alarma/dogodka določajo npr. povezavo na oznako, sprožanje stanja, tip. Potrebne so pravice dostopa za potrditev izvajanja začetka, konca ali potrditve alarma/dogodka. Nova komunikacijska območja se lahko ustvari le, če je tip predmeta mape komunikacijske cone ali predmet podrejen tej mapi (npr. komunikacijska cona), izbran v drevesni strukturi. Lastnosti komunikacijskih območij se razlikujejo glede na napravo za komunikacijski protokol. Komunikacijska območja omogočajo nadzor in optimizacijo branja podatkov iz fizične naprave in so na voljo le pri nekaterih vrstah naprav (Teco in Modbus). Komunikacijska območja predstavlja blok podatkov za branje iz fizične naprave. Opredelitev komunikacijskih območij je obvezna. Kadar niso opredeljena, se branje podatkov izvaja na podlagi intervala prenove podatka (Data update interval) lastnosti oznak. 5.2.3 Drugi upravitelji (Other Managers) podatkovne tabele, trendi in drugi predmeti Poleg predmetov, predstavljenih pri upravitelju naprav, obstaja veliko drugih uporabnih predmetov, ki so na voljo pri izdelavi projekta. Lahko jih opredelimo in upravljamo z orodji dostopnimi v meniju»managers«(slika 5.4) [7]. 27
Slika 5.4: Drugi upravitelji Managers Data Structure Manager omogoča, da opredelimo in konfiguriramo podatkovne strukture. Podatkovna struktura predstavlja strukturiran tip podatkov (navadno imenovan struktura ali zapis v programskih jezikih), sestavljen iz več polj, ki so lahko ponovno podatkovne strukture. Communication Driver Manager omogoča konfiguriranje nastavitev razpoložljivih komunikacijskih gonilnikov (gonilniki, ki so na voljo v Reliance 4, zagotavljajo komunikacijo z I/O napravami). Recipe Manager omogoča opredelitev in konfiguracijo seznamov. Seznam predstavlja skupino oznak in seuporablja za shranjevanje vrednosti oznak v realnem času v datoteke na disku. Shranjen seznam lahko kasneje naložimo iz datoteke in prenesemo na ustrezne naprave. Data Table Manager omogoča opredelitev in konfiguriranje podatkovne tabele. Podatkovna tabela predstavlja fizično tabelo, shranjeno v bazi podatkov. Znotraj tabele podatkov definiramo polja, ki so povezana na oznake, katerih podatki bi morali biti prijavljeni. Polja predstavljajo fizične stolpce tabele. Z opredelitvijo tabele podatkov omogočimo»runtime«programsko opremo za dostop (branje in/ali pisanje) do zgodovine podatkov. 28
Trend Manager omogoča opredelitev in konfiguracijo trendov. Trend se uporablja za grafični prikaz podatkov, shranjenih v bazi podatkov (zgodovinski podatki) v obliki trenda, grafa. Trendi so lahko prikazani v času delovanja preko trend pregledovalnika. Real-Time Trend Manager omogoča opredelitev in konfiguracijo trenda (poteka) v realnem času. Posrednik trendov se uporablja za grafični prikaz zaporedja zadnjih vrednosti izbranih oznak v obliki trenda, grafa. Vrednosti (časovni vzorci) so shranjeni samo v pomnilniku, ne v podatkovni bazi. Trend v realnem času je lahko prikazan v času delovanja z Real-Time Trend komponento nameščeno v vizualnem oknu. Report Manager omogoča opredelitev in konfiguracijo poročil. Poročilo se uporablja za grafični prikaz podatkov, shranjenih v bazi podatkov (zgodovinski podatki), v obliki tabel. Poročila se lahko prikažejo, tiskajo in izvažajo v času izvajanja preko gledalca poročil. Custom Report Manager omogoča opredelitev in konfiguracijo poročil po meri. Poročilo po meri se uporablja za grafični prikaz vrednosti izbranih oznak v realnem času v uporabniški obliki. Lahko se jih prikaže, natisne in izvaža v času izvajanja preko gledalca poročil po meri. Kadar definiramo novo poročilo po meri, je potrebno pripraviti predloge v besedilu, HTML ali FastReport obliki in ga shraniti na disk. String Manager omogoča upravljanje tekstovnih nizov, ki se uporabljajo v projektu. Posamezen niz v projektu se lahko uporablja na več mestih. Če je niz spremenjen s String Manager-jem, se vsi dogodki takoj posodobijo. Če projekt uporablja več jezikov, String Manager omogoča prevod vseh nizov, uporabljenih pri projektu, v vse jezike. Picture Manager omogoča upravljanje slik, ki se uporabljajo v projektu. Slike se lahko uvozijo v različnih oblikah iz katerekoli lokacije na računalniku. Ko je slika uvožena, se lahko prikaže na katerem koli mestu v vizualizaciji z ustrezno komponento (grafični predmet). Reliance 4 ima grafično knjižnico, ki vsebuje veliko uporabnih grafik, ki se lahko uporabijo za izdelavo grafične podobe uporabniškega grafičnega vmesnika nadzornega sistema. Action Manager omogoča opredelitev in konfiguracijo akcij (dejanj). Dejanje predstavlja operacijo kot je aktiviranje okna, prikazovanje trenda, odjava uporabnika iz programa, zaključevanje programa. Akcijo je mogoče zagnati, npr. s klikom na komponento. Script Manager omogoča opredelitev in konfiguracijo skript. Izvorna koda skripta mora biti napisana v VBScript. Skripte omogočajo izvajanje logike v projektu. 29
User Manager omogoča opredelitev in konfiguracijo uporabnikov. Uporabnik predstavlja operaterja, ki se lahko prijavi v aplikacijo nadzornega sistema med delovanjem. Uporabniku se lahko dodeli niz pravic dostopa in varnostnih omejitev. Različne funkcije v nadzornem sistemu so lahko dostopne le za uporabnike s posebnimi pravicami dostopa. 5.2.4 Upravitelj strukture projekta (Project Structure Manager) Nadzorna območja in računalniki Ukaz Project Structure Manager (slika 5.5) se nahaja v meniju Managers. Je orodje za določanje strukture celotnega grafičnega vmesnika, ki omogoča določitev strukture sestavljene iz regulacijskih območij, računalnikov, povezave skupin strežnikov, povezave strežnikov, naprav, podatkovnih tabel in drugih predmetov, tako da ustreza dejanskim tovarniškim kompleksom [7]. Slika 5.5: Project Structure Manager Control area je samostojna enota, ki predstavlja ločen prostor, kjer se nahaja eden ali več računalnikov izdelanih za vodenje projekta. Tipičen primer kontrolnega območja je kontrolna soba. Računalnik predstavlja dejanski računalnik, na katerem se bo izvajal projekt na strani končnega uporabnika. Projekt vedno obsega vsaj eno kontrolno območje, katero obsega vsaj en računalnik. 30
Objekti so definirani preko drugih upravljavcev kot so naprave, podatkovne tabele, trendi (grafi) in poročila, ki se lahko naredijo dosegljivi z njihovo povezavo na računalnik. S povezovanjem objekta z računalnikom si določimo, da mora biti objekt dostopen v projektu, ki teče na računalniku. Na primer če je računalnik za branje podatkov iz naprave (npr. PLC) moramo napravo (predhodno opredeljeno preko Device Manager) povezati na računalnik. Če želimo to narediti, izberemo mapo»naprave«(devices) na računalniku v drevesnem diagramu ter izberemo ukaz»poveži objekte«(connect objects) v orodni vrstici ali ukaz»poveži naprave«(connect devices) iz lokalnega menija drevesnega diagrama. Nato napravi nastavimo lastnosti komunikacijskega kanala (tip povezave, komunikacijske možnosti itd). Enako velja za druge, prej določene, objekte. Na primer, če je računalnik za prijavo podatkov v podatkovno tabelo, moramo povezati tabelo (predhodno opredeljeno preko Data Table Manager) na računalnik. 5.2.5 Oblikovanje oken (Designing windows) Projekt običajno vsebuje eno ali več oken, na katerih izdelamo grafični vmesnik. Okno tako postane predviden grafični pogled industrijskega procesa. V času izvajanja je okno del uporabniškega vmesnika, izvajalno-programske opreme, ki ga operater uporablja za spremljanje in nadzor prikazanih procesov [7]. Za upravljanje okna uporabimo Window Manager, ki se lahko prikazuje/skrije v meniju View (slika 5.6). Če želimo pregledati ali urediti lastnosti delovnega okna, izberemo ukaz Window Propertis v pojavnem meniju ali dvakrat kliknemo na polje v oknu. Tako se odpre okno, kjer lahko uredimo posamezne nastavitve. Slika 5.6: Window Manager upravitelj oken Delovno okolje (okno) oblikujemo tako, da nanašamo razne komponente, ki se nahajajo v orodnem meniju (Component Palette). Te komponente lahko poljubno oblikujemo po velikosti, videzu, vedenju itd. Lastnosti posameznih komponent se razlikujejo glede na 31
njihovo vrsto. V nekaterih lahko prikažemo sliko ali več slik, ki jih moramo najprej uvoziti v projekt s pomočjo»upravitelja slik«(picture Manager). 5.2.6 Zagon projekta (Running a project) Preden prvič zaženemo projekt, preverimo nastavitve (Project Options) in jih po potrebi spremenimo, nato zaženemo projekt z ukazom Run (slika 5.7). Ko smo zagnali projekt, se odpre program za nadzor (Reliance 4 Control ali Reliance 4 Control Server), odvisno od izbranih nastavitev. Slika 5.7: Zagon projekta 5.3 Nastavitev SCADE Reliance 4 za komunikacijo s krmilnikom Grafični vmesnik nadzornega sistema lahko izdelujemo in testiramo tudi brez prisotnosti zunanjih naprav (npr. nadzorni sistem objekta). Tega postopka se oprimemo, kadar nimamo dostopa do posameznega krmilnika in s tem do naprav, ki jih bomo kasneje nadzorovali. Tako lahko začnemo z delom izdelave posameznega grafičnega vmesnika, še preden je sistem (poslovni objekt, hiša itd) dokončan ter še niso vsi električni predmeti (senzorji, črpalke, motorni pogoni itd) povezani s krmilnikom, do katerega bomo dostopali. Pri takšnem virtualnem nadzoru si želimo, da se komponente, ki predstavljajo posamezno napravo, spreminjajo, in odzivajo kot pri normalnem delovanju. V tem primeru si pomagamo s pisanjem skript za posamezne oznake (tag), da dosežemo želen učinek (npr. 32
spreminjanje temperature na termostatu ali termometru). Takšno delo vzame kar precej časa, a je potrebno, če želimo spremljati odziv sistema na spremembe dogodkov. Kadar smo povezani s krmilnikom za krmiljenje sistema, ki ga nadzorujemo (spremljamo dogajanje), ni potrebno dodatnega pisanja skript, saj za to skrbi program, ki je naložen na krmilniku. Če smo imeli vnaprej izdelan grafični vmesnik in zdaj želimo, da deluje preko krmilnika, moramo spremeniti in dodati nekaj nastavitev, kar pa nikakor ni slabost, saj smo tako izdelali grafično podobo vmesnika, ki jo lahko uporabimo. Dodajanje naprave krmilnika Ko imamo zagotovljen dostop do krmilnika, na katerem se izvaja program za avtomatizacijo objekta in želimo s SCADA aplikacijo spremljati obnašanje fizičnih naprav, je potrebno v programu Reliance 4 izvesti naslednje nastavitve: Dodamo novo napravo, v našem primeru krmilnik Sauter, ki ga najdemo v upravitelju naprav pod oznako BACnet. To storimo tako, da v glavnem orodnem oknu odpremo Managers, Device Managers, nakar se nam odpre okno, v katerem izberemo New Device, BACnet in potrdimo izbiro. Novo napravo poimenujemo (npr. HisaNadstropje). Določimo naslov (address) s katerega beremo podatke (npr. 1). Ta naslov mora biti enak naslovu, ki smo ga določili pri programiranju krmilnika (glej poglavje 3.5). Prav tako moramo v nadzornem sistemu nastaviti pravilen IP naslov, da lahko komunicira s krmilnikom. To storimo tako, da v orodnem oknu odpremo Managers, Project Structure Manager in poiščemo napravo, jo odpremo, da pridemo do okna, ki je prikazano na sliki 5.8 ter izvedemo nastavitve. IP naslov mora biti identičen nastavljenemu IP naslovu krmilnika v programu CASE Suite ob programiranju. 33
Slika 5.8: Nastavitev IP naslova za uspešno komunikacijo Ko smo uspešno dodali krmilnik, moramo prenesti še vse oznake (tag-e) posameznih predmetov grafičnega vmesnika pod dodano napravo. Dodajanje oznak in nastavitve za branje s krmilnika Posamezne oznake, ki smo jih imeli pri navideznem nadzoru pod sistemom, moramo sedaj dodati pod našo napravo, krmilnik. Postopek je podoben dodajanju novih naprav, in sicer: odpremo Device Manager, kjer dodamo novo oznako; novo oznako poimenujemo (npr. ZunanjaTemp); nastavimo enote ( C), če so potrebne; določimo tip objekta (object type), oziroma vrsto spremenljivke, ki je v našem primeru Analog Input; nastavimo številko bloka (instance number npr. 12), s katerega beremo podatek o temperaturi. Posamezne bloke najdemo v programu, ki je naložen na krmilnik; nastavimo značilnost spremenljivke (Property Identifier npr. present-value) ter potrdimo nastavitve. 34
Sedaj, ko smo definirali novo oznako, jo moramo dodati posameznemu elementu. To najlažje storimo tako, da na posamezen element v grafiki dvakrat hitro kliknemo z levim gumbom miške, nakar se odpre okno za nastavitve elementa. Izberemo zavihek funkcije (Functions) ter v novem oknu pritisnemo na gumb za oznake (slika 5.9). Slika 5.9: Dodajanje nove oznake elementu Pojavi se okno izberi oznako (Select Tag), v katerem poiščemo ustrezno oznako, jo označimo in potrdimo. Sedaj, ko smo definirali vse elemente in naprave, zaženemo program, da preverimo pravilnost delovanja in nastavitev. Vključevanje časovnih potekov (grafov ali trendov) Pri analizi podatkov in spremljanju zgodovine dogodkov si radi pomagamo z grafi, oziroma časovnimi poteki. S pogledom na njih hitro ugotovimo, kako se je sistem odzival v posameznem delu dneva, kakšni so odzivi na spremembe delovanja, če spremljamo porabo, z njih hitro razberemo, kdaj je najvišja in kdaj najnižja. Da se podatki v posameznem grafu pravilno prikazujejo, jih moramo ustrezno skalirati in nastaviti ustrezen čas tipanja. Čas tipanja nastavimo glede na hitrost krmilnika in komunikacije. Pravilna časovna nastavitev tipanja je pomembna, da ne pride do izgube podatkov, kar je lahko v določenih primerih kritično [14]. Če želimo vključiti posamezne grafe in tako spremljati delovanje sistema v časovnem obdobju, moramo najprej ustvarit podatkovno tabelo, znotraj katere določimo oznake, ki bodo vključene v opazovanje. V tabelo se shranjujejo podatki, ki jih prikazujemo v posameznem grafu. Da ustvarimo novo tabelo, izberemo v orodnem oknu Managers, Data Table Managers, na kar se odpre novo okno (slika 5.10), kjer dodamo novo tabelo (New 35
Data Table) in tabeli dodamo nova polja (New Data Table Field), katerim dodelimo oznake (Select Tag), ki jih želimo spremljati. Slika 5.10: Dodajanje tabel za prikaz trendov Sedaj, ko imamo podatkovno tabelo, je potrebno ustvariti nov trend, da lahko spremljamo in prikazujemo časovne poteke. Postopek je zelo podoben kot pri ustvarjanju tabel, le da v Managers izberemo Trend Manager. Ko se odpre okno, v njem dodamo nov trend ter določimo s katere tabele bomo brali podatke in izberemo spremenljivke, za katere želimo, da so prikazane v posameznem grafu. Pri nastavitvah trenda še določimo želene vrednosti območja (npr. ob spremljanju notranje in zunanje temperature določimo območje od -20 do +40), v katerem se izrisuje potek in dolžina časovnega obdobja (npr. 200 ur). V nadzornem načinu delovanja programa Reliance imamo dva možna načina za dostop do trendov. Prvi način se ponudi kar sam v sklopu orodne vrstice sistema, kjer pod oznako trend odpremo želen časovni potek. Pri drugem načinu pa imamo nekoliko več dela, a je zanimivejši za uporabnika. V tem primeru dodamo v samo podobo grafičnega vmesnika posebne gumbe, ki jih poljubno označimo tako, da že sam pogled na gumb pove, kaj se skriva za posameznim gumbom. Ob pritisku na gumb se odpre želen graf. Da posamezen gumb postane aktiven, se odzove na pritisk in odpre želeno vsebino, moramo ustvariti 36
akcijo ter vključiti v nastavitve gumba. To storimo tako, da odpremo Action Manager, dodamo novo akcijo, določimo tip (v našem primeru Show trend) ter izberemo želen trend. Nato odpremo nastavitve gumba in pod Actions določimo odziv gumba na klik miške in dodamo akcijo, ki se izvede. Potrebne nastavitve so prikazane slika 5.11. Slika 5.11: Nastavitve aktivnega gumba 37
6 SPLETNI IN MOBILNI NADZOR RELIANCE APLIKACIJ Nadzorni sistem Reliance, ki se izvaja na strežniku, uporabniku omogoča dostop do grafičnega vmesnika na daljavo z uporabo spleta. Za takšen način delovanja so zadolženi tako imenovani lahki odjemalci - Thin Clients, ki se delijo na: Web Client, Mobile Client, Smart Client. 6.1 Spletni odjemalci (Web Client) Reliance 4 Web Client je program zasnovan za izvajanje projektnih aplikacij oddaljenim uporabnikom preko spleta. Temelji na Java (JRE 6.0 in novejši) platformi in je neodvisen od operacijskega sistema in spletnega brskalnika. Kot strežnik podatkov uporablja Reliance 4 Control Server ali Reliance 4 Server. Komunikacija med spletnim odjemalcem in podatkovnim strežnikom temelji na spletnih storitvah SOAP protokola. Komunikacijska sporočila SOAP protokola so kriptirana in stisnjena. Reliance 4 Web Client je lahek odjemalec, kar je ena od značilnosti programske opreme»runtime«(izvajalni kod). Omogoča prikaz oken grafičnega vmesnika s podatki v realnem času, nadzor industrijskih procesov, prikaz in potrditev trenutnih alarmov, prikaz zgodovine alarmov, prikaz zgodovine podatkov, kot so zgodovina trendov, potekov ter poročil in še več [10]. 6.2 Mobilni odjemalci (Mobile Client) Reliance 4 Mobile Client je program, namenjen za izvajanje projektnih aplikacij za mobilne naprave (PDA, ipd). Namenjen je za Windows CE in Microsoft NET Compact Framework 2.0 [10]. Mobile Client so razvili le za mobilne naprave z Windows operacijskim sistemom. Za uporabo na takšni napravi je bilo potrebno grafični vmesnik razdelati na manjše dele, kar je zahtevalo nekaj dodatnega časa. Ker dostop vsem pametnim napravam ni bil omogočen, se je razvoj nekako opustil in prešel na Smart Client, ki omogoča dostop do grafičnega vmesnika preko spleta vsem pametnim mobilnim napravam. 38
6.3 Pametni odjemalci (Smart Client) Reliance Smart Client je odjemalec sistema Reliance SCADA/HMI namenjen za uporabo grafičnega vmesnika, na voljo uporabnikom preko spletne strani. Namenjen je za uporabo s pametnimi telefoni in tablicami in je optimiziran za nadzor na dotik. Grafični vmesnik in sistemska okna se pridobijo s podatkovnih strežnikov Reliance (Reliance 4 Control Server ali Reliance 4 Server) kot spletne strani v zapisu HTML5. Sodoben in uporabniku prijazen vmesnik je ustvarjen z jquery Mobile (ogrodje za ustvarjanje mobilnih spletnih aplikacij), z okvirjem za JavaScript, ki se prilagaja velikosti zaslona ciljne naprave in omogoča priročno upravljanje na dotik. jquery Mobile podpirajo številne mobilne naprave. Reliance 4 Smart Client je lahek odjemalec, kar je značilnost programske opreme»runtime«. Dopušča prikaz oken grafičnega vmesnika s podatki v realnem času, nadzor industrijskih procesov, prikaz in potrditev trenutnih alarmov/dogodkov, prikaz zgodovine alarmov/dogodkov, podpira časovne programe in prikaz zgodovinskih podatkov kot trendov in poročil [10]. 6.4 Izvoz projekta za spletni in mobilni dostop do SCADA aplikacij Kadar želimo spremljati in upravljati nadzorni sistem od kjerkoli in kadarkoli, z osebnim računalnikom ali pametno mobilno napravo, moramo v programu za izdelavo grafičnega vmesnika (Reliance 4 Designe) projekt izvoziti za oddaljene uporabnike s funkcijo (Export for Remote Users). Ta funkcija pretvori projekt v primerno obliko in ga optimizira glede na velikost datoteke in zmogljivost prenosa podatkov. To storimo tako, da v glavni orodni vrstici izberemo zavihek»projekt«(project) in»izvoz za oddaljene uporabnike«(export for Remote Users). Odpre se okno za nastavitve, ki so potrebne za zagon strežnika Reliance. V prvem in drugem oknu samo nadaljujemo, saj ni potrebno spreminjati že obstoječih nastavitev. Ko pridemo do tretjega okna (slika 6.1), izberemo računalnik, na katerem je projekt ter vpišemo IP naslov izbranega računalnika in nadaljujemo. 39
Slika 6.1: Nastavitve računalnika in IP naslova za izvoz projekta V naslednjem koraku se določi ločljivost oziroma velikost grafičnega vmesnika za prikaz na oddaljenih napravah. Lahko obdržimo že ponujene nastavitve in nadaljujemo do naslednjega okna, kjer nastavimo čas odzivanja. V nadaljevanju pridemo do nastavitev za varnost, kjer je potrebno omogočiti pošiljanje ukazov napravi in obkljukati nastavitve, kot je prikazano na sliki 6.2. Paziti moramo, da smo v programu za oblikovanje ustvarili uporabnika in mu dodelili potrebno geslo za dostop do urejanja in spreminjanja nastavitev v delovanju sistema. Če tega nismo naredili, se ne da prijaviti v sistem, ki ga spremljamo kot oddaljen uporabnik in tako ostanejo funkcije za spreminjanje nastavitev onemogočene. Slika 6.2: Nastavitve varnosti funkcij odjemalca 40
V nadaljevanju postopka ni potrebe po dodatnih nastavitvah. Ko pridemo do zadnjega okna za potrditev, še lahko enkrat preverimo pravilnost nastavitev in potrdimo s pritiskom na»potrdi«(perform). Sedaj se projekt izvozi in se odpre okno v katerem izvedemo še zadnje potrebne nastavitve oddaljenih odjemalcev (sliki 6.3) in zaženemo projekt s pritiskom na»zaženi«(run). Slika 6.3: Izbor oddaljenih odjemalcev Projekt se zažene v Reliance 4 Control Server, kar omogoči dostop na daljavo. Ker uporabljamo poskusno različico programskega paketa Reliance 4, lahko do nadzornega sistema hkrati dostopamo le z eno napravo, kar je še ena omejitev poskusne verzije programskega paketa. Za delovanje nadzornega sistema pri uporabniku, ki dostopa do grafičnega vmesnika na daljavo (spletni odjemalci - Web Client), je potrebno, da imamo na računalniku, na katerem se izvaja sistem, nameščeno Java aplikacijo. Pri Javi je potrebno v nastavitvah pod varnost (security) dodati IP naslov računalnika, ki ga uporabljamo, in sicer zapisan s končnico :40000 (v primeru projekta http://192.168.10.45:40000), kar je prikazano na sliki 6.4. 41
Slika 6.4: Nastavitev Jave Za zunanji dostop do grafičnega vmesnika nadzornega sistema Reliance je potrebno v spletni brskalnik vpisati IP naslov strežnika, ki mora imeti omogočen zunanji dostop (na primer http://192.168.10.45:40000). V brskalniku (Internet Xplorer, Mozilla Firefox itd.) se odpre naslednja stran (slika 6.5) v kateri izberemo želen dostop, glede na uporabljeno napravo (spletni ali pametni odjemalci, Web Client ali Smart Client). Slika 6.5: Začetna spletna stran za dostop oddaljenih naprav 42
7 RAZVOJ NADZORNEGA SISTEMA Z UPORABO SAUTER KRMILNIKA Izdelali smo grafični vmesnik za reguliranje in nadzor naprav v inteligentnem stanovanjskem objektu. Grafični vmesnik omogoča spremljanje (prikaz) temperature zunanjega zraka, temperature prostora, pomembne temperature ogrevanja, hlajenja. Na sliki vidimo, če se objekt ogreva ali hladi, kar nakazujejo posamezne slike in animacije, položaj žaluzij, kdaj so odprte in kdaj zaprte. S prikazom grafov lahko preverimo spreminjanje temperature za nazaj. Vplivamo lahko na delovanje sistema na daljavo, kjer lahko spremenimo želeno temperaturo, spremenimo časovni program delovanja sistema za ogrevanje in hlajenje, odpremo ali zapremo žaluzije, pregledujemo alarme in časovne poteke. Okolje nadzornega sistema Reliance je sestavljeno iz glavnega menija (A), orodne vrstice (B), funkcijskega predala (C) in okna grafičnega vmesnika (D). Na sliki 7.1 je prikazan izdelan grafični vmesnik za nadzor objekta. A B C D Slika 7.1: Grafični vmesnik za nadzor objekta 43
7.1 Glavni meni Glavni meni (A) vsebuje ukaze za dostop do osnovnih ukazov za delovanje nadzornega sistema. To so ukazi za prijave uporabnikov, dostopov do grafov, poročil, alarmov itd. Največkrat uporabljeni ukazi so dosegljivi tudi v orodni vrstici (B) in so prikazani z ustrezno ikono. Zagon projekta Odpre in požene izbran projekt. Prijava uporabnika Prikaže pogovorno okno kjer uporabnik vpiše uporabniško ime in geslo za prijavo v program. Po uspešni prijavi se naložijo uporabniške nastavitve (jezik, nastavitve dostopov do alarmov, poročil, grafov ). Odjava uporabnika Odjavi trenutnega uporabnika in naloži privzete nastavitve. Informacije o prijavljenem uporabniku Prikaže pogovorno okno z imenom trenutno prijavljenega uporabnika. Jezik projekta Prikaže pogovorno okno Izberi jezik projekta. Če je prikazanih več jezikov, lahko izberemo ustreznega. Jezik programa Prikaže pogovorno okno Izberi jezik programa. Uporabnik lahko izbere jezik grafičnih vmesnikov programa (besedilo v menijih, orodnih vrsticah, brskalnikih alarmov, grafov ). Glavno okno tiskanja Prikaže standardno Windows pogovorno okno za tiskanje, kjer se izbere tiskalnik in nastavitve tiskanja. 7.2 Meni Pregled Funkcije oziroma ukazi, ki so našteti v meniju pregled, se nahajajo tudi v orodni vrstici za lažji in hitrejši dostop. 44
Trenutni alarmi/dogodki: Prikaže seznam trenutnih alarmov/dogodkov, ki so še vedno aktivni ali še niso bili potrjeni s strani uporabnika. Arhivirani alarmi/dogodki: Prikaže seznam arhiviranih alarmov/dogodkov, ki so shranjeni v arhivsko podatkovno bazo. Baza vsebuje tudi podatke o začetku/končanju alarmov/dogodkov, zagonu/končanju programa, prijavi/odjavi uporabnikov... Grafikon: Prikaže seznam grafikonov. Izbran graf se prikaže na osnovi podatkov, ki so shranjeni v podatkovne tabele. Tabelarno poročilo: Prikaže seznam poročil. Izbrano poročilo se prikaže na osnovi podatkov, ki so shranjeni v podatkovne tabele. Poročilo se lahko tiska. 7.3 Uporaba funkcijskega predala grafičnega vmesnika Na tem predelu grafičnega vmesnika se nahajajo posamezni gumbi (slika 7.1 razdelek C), ki delujejo kot stikala ali pa s pritiskom na njih odpremo dodatna okna ali grafe. S pritiskom na gumb»on/off«odpremo ali zapremo žaluzije. Nad gumbom se izpiše trenutno stanje žaluzij in v osnovni sliki vidimo, če so zaprte ali odprte. Naslednji okvirček je namenjen za preklop med režimom ogrevanja in hlajenja. Z pritiskom na gumb z oznako»graf1 Temp«le-ta odpre okno (slika 7.2), v katerem so izrisani časovni poteki izbranih temperatur. Imamo še gumb»nastavitve«, ki odpre dodatno okno, namenjeno nastavitvam določenih temperatur in urniku po katerem sistem deluje. 45
Slika 7.2: Prikaz izbranih temperatur v časovnem obdobju 7.4 Delovanje režima za ogrevanje/hlajenje Kadar imamo nastavljen režim za ogrevanje poslopja, je aktiven, in za nadzor zanimiv, del grafičnega vmesnika, ki predstavlja kotlovnico (slika 7.3). Na zaslonih, ki imajo v ozadju črno podlago, so prikazane izračunane vrednosti temperature (izračuna jih program na podlagi temperature prostora, zunanje temp., želene temp.), zasloni z modro podlago pa prikazujejo izmerjeno (dejansko) temperaturo. Kadar sistem ogreva (peč gori), se v peči pojavi animacija ognja, obtočna črpalka deluje in se obarva zeleno. Cevi, ki predstavljajo talno ogrevanje, so v tem primeru rdeče barve. V regulaciji imamo še mešalni ventil, ki se obarva zeleno, kadar je odprt in pripadajoč zaslon rumene podlage, za prikaz odprtosti ventila v procentih. 46
Slika 7.3: Nadzor regulacije za ogrevanje Ob preklopu delovanja na režim za hlajenje poslopja, ki je aktiven pri temperaturah višjih od 24 C, lahko spremljamo animacijo delovanja hlajenja (slika 7.4). Kadar je klima vklopljena, se pod njo pojavi animacija pihanja hladnega zraka (modro valovanje v prostoru). Tudi pri hlajenju lahko spremljamo temperature, in sicer v zaslonu s črno podlago izračunano vrednost temperature hlajenja, zaslon rdeče podlage prikazuje temperaturo prostora in zaslon zelene podlage zunanjo temperaturo. Tako kot za ogrevanje lahko tudi za hlajenje v nastavitvah (pritisni gumb nastavitve v funkcijskem predalu grafičnega vmesnika) nastavimo želene temperature in določimo urnik delovanja. Slika 7.4: Nadzor regulacije hlajenja 47
7.5 Okno za nastavitve režima delovanja Ob pritisku na gumb nastavitve se odpre dodatno okno grafičnega vmesnika (slika 7.5), ki je namenjeno izboru nastavitev, po katerih želimo, da sistem deluje. V njem lahko nastavimo višino temperature, za katero želimo, da se dosega v izbranem režimu delovanja. Slika 7.5: Nastavitev temperatur v režimu ogrevanja ali hlajenja V tem oknu imamo še aktiven gumb časovni program, ki ob pritisku nanj odpre okno za nastavitev režima delovanja po dnevih in urah (slika 7.6). Slika 7.6: Nastavitev urnika delovanja 48
8 SKLEP Cilj diplomske naloge je bil uporabiti krmilnik EY-AS525 z BACnet/IP komunikacijskim vmesnikom podjetja SAUTER in pripadajočo programsko opremo CASE Suite za programiranje krmilnikov omenjenega podjetja za razvoj inteligentnega okolja. V nalogi smo se posvetili razvoju inteligentnega bivalnega okolja s pomočjo programskega orodja Reliance 4, v katerem smo izdelali grafični vmesnik (SCADA aplikacijo) nadzornega sistema, ki omogoča spremljanje in nastavitve delovanja na daljavo. V diplomski nalogi je predstavljen postopek izdelave grafičnega vmesnika s programom Reliance 4 Design. Prikazane in opisane so vse potrebne nastavitve za komunikacijo med krmilnikom in SCADA aplikacijo, tako v CASE Suite kot v Reliance 4 okolju. Predstavljena je pot s potrebnimi nastavitvami za izvoz aplikacije oddaljenim uporabnikom z dostopom preko pametnih naprav. V zadnjem poglavju diplomske naloge je prikazan tudi realen primer grafičnega vmesnika za nadzor stanovanjskega objekta z razlago uporabe nadzornega sistema. Za izdelavo grafičnega vmesnika smo uporabili sicer poskusno verzijo programskega orodja Reliance 4, ki je omejena na maksimalno 25 funkcijskih točk, kar se je izkazalo za precejšnjo omejitev. Drugi problem uporabljenega programa se je pokazal pri spremljanju sistema na daljavo preko spleta, saj je bila lahko hkrati s strežnikom povezana samo ena oddaljena naprava (računalnik, tablica ali pametni telefon). Torej, če nekdo od uporabnikov takšnega nadzornega sistema pozabi prekiniti povezavo z aplikacijo, drugi uporabniki ne morejo dostopati do nje. V času izdelave grafičnega vmesnika so se porajale nove ideje, ki bi jih bilo mogoče realizirati in tako izboljšati nadzor inteligentnega bivalnega prostora. Te ideje bi lahko v prihodnje koristno uporabili pri izdelavi naslednjih SCADA aplikacij. Možnosti za izboljšave in nadaljnji razvoj nadzornega sistema vidimo predvsem v obveščanju uporabnika o alarmih, dogodkih neposredno na spletni naslov in/ali SMS sporočil na mobilno napravo. Dodatno se lahko izboljša še nadzorni sistem za ogrevanje, kjer bi na primer imeli pregled nad centralnim ogrevanjem (radiatorji) in ogrevanjem sanitarne vode. Za realizacijo navedenih izboljšav bi potrebovali večje število funkcijskih točk, oziroma pridobitev licence za programsko orodje Reliance, in dodatne SAUTER strojne in programske opreme. 49
9 VIRI, LITERATURA [1] Uradna spletna stran SAUTER Slovenija: Dostopno na: http://www.sauterautomatika.si/index.html [1.2.2016] [2] Splošni opis krmilnika SAUTER EY-AS525 (data sheets): Dostopno na: http://www.sauter-controls.com/en/products-sauter/product-details/pdm/ey-as-525- modular-automation-station-modu525.html [2.2.2016] [3] Opis modulov in programske opreme Sauter CASE Suite: Dostopno na: http://www.sauter-controls.com/uploads/tx_cabagpdm/807506.pdf [2.2.2016] [4] BACnet/IP komunikacijski vmesnik, predstavitev: Dostopno na: http://www.bacnet.org/tutorial/bacnetip/default.html [18.2.2016] [5] Janez Pavrič, INTERNET IN IP TELEFONIJA V MANJŠEM PODJETJU, Diplomsko delo, Maribor, 2010 [6] Uradna spletna stran Reliance 4: http://www.reliance-scada.com/en/main [7] Dokumentacija za uporabo programskega paketa Reliance 4: Dostopno na: http://www.reliance-scada.com/en/download/reliance4/reliance4-documentation [27.11.2015] [8] Wikipedia, BACnet/IP komunikacijski vmesnik: Dostopno na: https://en.wikipedia.org/wiki/bacnet [23.2.2016] [9] Gregor Hrovatič, INTEGRACIJA SISTEMOV V PAMETNO ZGRADBO, Diplomsko delo, Ljubljana, 2012 [10] Tanki odjemalci Reliance: Dostopno na: https://www.reliancescada.com/en/products/reliance4/thin-clients [17.12.2015] [11] Domen Stanič, PROGRAMSKA REŠITEV ZA POROČANJE V NADZORNEM SISTEMU SCADA, Diplomsko delo, Ljubljana, 2012: Dostopno na: http://eprints.fri.unilj.si/1769/1/stani%c4%8d-1.pdf [18.1.2016] [12] Jernej Bratina, GRAFIČNI UORABNIŠKI VMESNIKI ZA NADZOR VALJARSKE LINIJE, Diplomsko delo, Nova Gorica, 2007: Dostopno na: http://repozitorij.ung.si/dokument.php?id=628 [10.1.2016] 50
[13] Mitja Golob, HLAJENJE PETROMATA, Diplomska naloga, Maribor, junij 2010: Dostopno na: https://dk.um.si/izpisgradiva.php?id=14721 [16.1.2016] [14] Blaž Ženko, POSODOBITEV NADZORNEGA SISTEMA VODENJA, Diplomsko delo, Maribor, 2012: Dostopno na: https://dk.um.si/dokument.php?id=29875 [3.2.2016] [15] Splošni opis modula zaslona modu840: Dostopno na: http://www.sautercontrols.com/uploads/tx_cabagpdm/494191.pdf [4.3.2016] 51
Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija I Z J A V A O A V T O R S T V U Spodaj podpisani/-a z vpisno številko sem avtor/-ica diplomskega dela z naslovom: Andrej Urbas 93644078 Razvoj inteligentnega okolja s krmilnikom Sauter (naslov diplomskega dela) S svojim podpisom zagotavljam, da: sem diplomsko delo izdelal/-a samostojno pod mentorstvom (naziv, ime in priimek) izr. prof. dr. Matej Rojc in somentorstvom (naziv, ime in priimek) red. prof. dr. Zdravko Kačič so elektronska oblika diplomskega dela, naslov (slov., angl.), povzetek (slov., angl.) ter ključne besede (slov., angl.) identični s tiskano obliko diplomskega dela. soglašam z javno objavo elektronske oblike diplomskega dela v DKUM. V Mariboru, dne 17.03.2016 Podpis avtorja/-ice: 52
Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija IZJAVA O USTREZNOSTI ZAKLJUČNEGA DELA Podpisani mentor : izr. prof. dr. Matej Rojc (ime in priimek mentorja) in somentor (eden ali več, če obstajata): red. prof. dr. Zdravko Kačič (ime in priimek somentorja) Izjavljam (-va), da je študent Ime in priimek: Andrej Urbas Vpisna številka: 93644078 Na programu: Elektrotehnika izdelal zaključno delo z naslovom: RAZVOJ INTELIGENTNEGA OKOLJA S KRMILNIKOM SAUTER_ (naslov zaključnega dela v slovenskem in angleškem jeziku) THE DEVELOPMENT OF THE AMBIENT INTELLIGENCE CONCEPT BY USING SAUTER CONTROLLER v skladu z odobreno temo zaključnega dela, Navodilih o pripravi zaključnih del in mojimi (najinimi oziroma našimi) navodili. Preveril (-a, -i) in pregledal (-a, -i) sem (sva, smo) poročilo o plagiatorstvu. Datum in kraj: 17.03.2016, Maribor Podpis mentorja: Datum in kraj: 17.03.2016, Maribor Podpis somentorja: Priloga: - Poročilo o preverjanju podobnosti z drugimi deli. 53
Smetanova ulica 17 2000 Maribor, Slovenija IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUČNEGA DELA IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV DIPLOMANTOV Ime in priimek avtorja-ice: Andrej Urbas Vpisna številka: 93644078 Študijski program: Naslov zaključnega dela: Elektrotehnika Mentor: Somentor: izr. prof. dr. Matej Rojc red. prof. dr. Zdravko Kačič Podpisani-a Andrej Urbas izjavljam, da sem za potrebe arhiviranja oddal elektronsko verzijo zaključnega dela v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. Zaključno delo sem izdelal-a sam-a ob pomoči mentorja. V skladu s 1. odstavkom 21. člena Zakona o avtorskih in sorodnih pravicah dovoljujem, da se zgoraj navedeno zaključno delo objavi na portalu Digitalne knjižnice Univerze v Mariboru. Tiskana verzija zaključnega dela je istovetna z elektronsko verzijo elektronski verziji, ki sem jo oddal za objavo v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. Zaključno delo zaradi zagotavljanja konkurenčne prednosti, varstva industrijske lastnine ali tajnosti podatkov naročnika: ne sme biti javno dostopno do (datum odloga javne objave ne sme biti daljši kot 3 leta od zagovora dela). Podpisani izjavljam, da dovoljujem objavo osebnih podatkov, vezanih na zaključek študija (ime, priimek, leto in kraj rojstva, datum zaključka študija, naslov zaključnega dela), na spletnih straneh in v publikacijah UM. Datum in kraj: 17.03.2016, Maribor Podpis avtorja-ice: Podpis mentorja: (samo v primeru, če delo ne sme biti javno dostopno) Podpis odgovorne osebe naročnika in žig: (samo v primeru, če delo ne sme biti javno dostopno) 54