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:_________________________