Ćwiczenie SCADA monitoring i sterowanie domem …ozadow/PDFs/SAB-instrukcje/SAB-instrukcja... · Współpraca PLC – MAPS Automatykę ... Ćwiczenie SCADA

Ćwiczenie SCADA – monitoring i sterowanie domem – sterownik Mitsubishi

SYSTEMY AUTOMATYZACJI BUDYNKÓW

KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI I AUTOMATYKI SYSTEMÓW PRZETWARZANIA ENERGII AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA WWW.KANIUP.AGH.EDU.PL WWW.AGH.EDU.PL

KATEDRA ENERGOELEKTRONIKI I AUTOMATYKI SYSTEMÓW PRZETWARZANIA ENERGII 1/46

Temat: Stanowisko SCADA – monitoring i sterowanie domem – sterownik

Mitsubishi

Narzędzia: Sterownik Mitsubishi; Pakiet Adroid; Pakiet MAPS

Zakres materiału

Do ćwiczenia potrzebna jest znajomość: 1. Obsługi sterowników programowalnych 2. podstaw wizualizacji w systemach automatyki budynkowej 3. wizualizacji w systemach SCADA

Cel ćwiczenia

Platformy automatyki budynkowej wiele zawdzięczają przemysłowym systemom sterowania, a ich rozwiązania w zakresie automatyzacji z powodzeniem nadają się do implementacji w zakresie automatyki budynkowej. Na stanowisku ćwiczeniowym zrealizowano prosty system automatyki budynkowej dla domu jednorodzinnego, wraz z wizualizacją procesów zachodzących w budynku. Aby uczynić proces sterowania przystępnym i łatwo przyswajalnym ze względu na charakter dydaktyczny niektórych elementów, przystąpiono do symulacji nadzorowanego budynku przy użyciu układów mikroprocesorowych. Wykonane stanowisko wraz z oprogramowaniem może posłużyć jako narzędzie do poznania zagadnień automatyki budynkowej, na bazie współpracy PLC z układami mikroprocesorowymi oraz wizualizacją SCADA. Ze względu na złożoność procesu symulacji budynku, a co za tym idzie kodu programu mikrokontrolera, jego modyfikacja dla celów edukacyjnych jest zbyt skomplikowana. Sterowanie poprzez PLC, pomimo czytelnego języka drabinkowego oraz mniejszego stopnia komplikacji niż kod w mikrokontrolerze, nie powinno być poddawane zmianom, z uwagi na ścisłą współpracę z systemem mikroprocesorowym i w związku z tym utrudnioną lokalizację ewentualnych błędów. SCADA natomiast jako narzędzie do nadzoru nad symulowanym obiektem pozwala na wykonanie prostego systemu do monitorowania podstawowych elementów procesu w stosunkowo krótkim czasie, dysponując nierozległą wiedzą. Ponadto jedyną konsekwencją ewentualnej pomyłki początkującego projektanta jest brak wyświetlenia rezultatów, a nie jak to ma miejsce w przypadku PLC lub mikrokontrolera- awaria systemu. Celem ćwiczenia jest zaznajomienie użytkownika ze środowiskiem MAPS SCADA na przykładzie opisywanego zagadnienia oraz wykonanie przez niego prostego projektu wizualizacji na podstawie specjalnie utworzonych w tym celu rejestrów w PLC.

Ćwiczenie SCADA

– monitoring i sterowanie domem – sterownik Mitsubishi


Co to jest SCADA? Pojęcie SCADA oznacza system do nadzoru przebiegu procesu produkcyjnego lub technologicznego. Składa się on z pomiaru i archiwizacji danych, ich przestrzennej wizualizacji oraz alarmowania i sterowania procesem. Jako system komputerowy będący nadrzędną warstwą sterowania o architekturze serwer-klient, poprzez magistrale danych zbiera on informacje pochodzące ze sterowników PLC, urządzeń automatyki lub modułowych sterowników inteligentnych pełniących rolę koncentratorów danych z urządzeń wykonawczych i mniejszych sterowników. Następnie przetwarza on i przedstawia dane w sposób przyjazny dla użytkownika. Dzięki temu narzędziu operator systemu zazwyczaj poprzez przeglądarkę internetową komputera PC ma wgląd do procesu rozległego nawet na setki kilometrów. System oprócz nadrzędnego sterowania pełni rolę bazy danych, co w połączeniu z zaawansowanym przydziałem dostępu do jego elementów poszczególnym użytkownikom czyni go obiektem zastosowań w celach nie tylko przemysłowych, lecz również ekonomicznych. Przykładowo dane dotyczące zużycia energii mogą zostać zarchiwizowane na dysku twardym serwera w postaci pliku Excel, do którego dostęp posiada na przykład księgowy, nie mający uprawnień do żadnych zmian w przebiegu procesu przemysłowego. W ćwiczeniu realizowane jest sterowanie procesami zachodzącymi w typowym jednorodzinnym budynku mieszkalnym. W celu zobrazowania wielu różnych zdarzeń zachodzących w obiekcie zdecydowano się na zasymulowanie go za pomocą mikrokontrolera z odpowiednimi urządzeniami peryferyjnymi. Symulowany obiekt to dom jednorodzinny o pięciu pomieszczeniach użytku codziennego umiejscowionych na parterze i piętrze oraz jednym pomieszczeniu technicznym na poddaszu. Na parterze mieści się pokój dzienny z aneksem kuchennym, łazienka oraz korytarz, natomiast na piętrze przedpokój i sypialnia. Znajdujące się na poddaszu pomieszczenie techniczne posiada zbiornik wodny, służący do podlewania roślin ogrodowych oraz zaopatrujący zraszacze w przypadku pożaru. Woda w zbiorniku doprowadzona jest ze studni. Pomieszczeniom zostały nadane numery od 1 do 6. W pokojach symulowane jest oświetlenie, temperatura, ogrzewanie, obecność, pożar, włamanie, otwieranie i zamykanie drzwi, okien i rolet. Poniżej na rysunku 1 przedstawiono wizualizację parteru symulowanego budynku.

Ćwiczenie SCADA



Stanowisko Układy do symulacji oraz sterownik PLC umieszczono na akrylowej planszy wzmocnionej aluminiowymi elementami zapobiegającymi uginaniu się konstrukcji. Sterownik PLC połączony z ekspanderami przy pomocy skrętki ekranowanej folią (F/UTP) 4-parowej. Do sterownika podłączony jest kabel w celu komunikacji z komputerem- serwerem SCADA. Pilot do generacji zdarzeń podpięto do portów I/O mikrokontrolera. Sterownik zasilany jest napięciem 230 V. Na rysunku 2 i 3 przedstawiono uproszczony schemat współpracy opisanych urządzeń oraz zdjęcie wykonanej planszy. Szczegółowy opis użytych urządzeń i oprogramowania zawarty jest w rozdziale 3 pracy dyplomowej, związanej z tym stanowiskiem (nie konieczny do przeprowadzenia ćwiczenia).

Ćwiczenie SCADA



Ćwiczenie SCADA



Ćwiczenie SCADA



Współpraca PLC – MAPS Automatykę budynkową dla opisywanej symulacji domu jednorodzinnego zrealizowano w oparciu o scentralizowane sterowanie przemysłowym sterownikiem programowalnym Mitsubishi, poprawnie współpracującym z dedykowanym dla sterowników oprogramowaniem MAPS SCADA.

Mitsubishi Adroit Process Suite (MAPS) MAPS jest narzędziem SCADA stworzonym przez firmę Adroit Technologies z RPA, wspieraną przez Mitsubishi Electric. Zawiera szereg programów do projektowania i obsługi systemów SCADA. Projekt wykonuje się w programie MAPS Designer. Proces konstruowania systemu SCADA może odbywać się w sposób graficzny lub programowy w językach C# lub Visual C++. Do pracy z gotowym systemem służy natomiast MAPS Operator. Istnieje możliwość pracy w przeglądarce Internet Explorer. Dla zapewnienia tej opcji udostępniono program VIZNET SUI Click Once. Do wymiany danych systemu SCADA ze sterownikami PLC i innymi elementami automatyki niezbędny jest Adroit Agent Server. Konfiguracja połączenia ze sterownikami PLC odbywa się natomiast za pomocą Adroit Configuration Setup. Poniżej przedstawiono ikony najważniejszych programów w MAPS.

Zasada działania systemów SCADA opiera się na tych samych założeniach, jednak dostawcy oferują zróżnicowane rozwiązania. Konstruktor systemu przed przystąpieniem do projektu musi zaznajomić się z terminologią pojęć związanych z danym środowiskiem programistycznym. Również w środowisku MAPS występują terminy unikalne wymagające przybliżenia. Pierwszym i najważniejszym z nich jest Agent. Adroit Agent najprościej można określić jako bramka lub zmienna wewnętrzna programu. Jest to podstawowy element, charakteryzujący się swoimi unikalnymi właściwościami. Może on zawierać dane lub procedury nimi zarządzające. W programie jest dostępnych wielu różnych Agentów o odmiennych parametrach. Na potrzeby projektu korzystano z najważniejszych z nich, Agentów typu Analog oraz Digital. Digital Agent to połączenie systemu SCADA z jednobitowym rejestrem „M” PLC, natomiast 16-bitowe rejestry „D” połączone są poprzez Agenta Analog. Tworzenie i konfiguracja agentów odbywa się w programie MAPS Designer.

Ćwiczenie SCADA



Realizacja ćwiczenia

Rozpoczęcie pracy z projektem MAPS Zadanie 1. Wyłączyć działanie oprogramowania w trybie usługi. Pierwszą czynnością wymaganą do rozpoczęcia pracy z systemem MAPS jest uruchomienie Agent Server. W tym celu należy zatrzymać pracę oprogramowania w trybie usługi. Odbywa się to poprzez wybór Stop Service w programie Maps Service Manager, dostępnym w pasku zadań lub poprzez Start/MAPS/Maps Service Manager. Czynność ta jest wymagana do pracy komputera jako serwera SCADA.

Poprawne zatrzymanie pracy w trybie usługi sygnalizowane jest poprzez ikonę przedstawioną poniżej:

Zadanie 2. Uruchomienie Adroit Agent Server oraz MAPS Server. Jak już wspomniano niezbędnymi narzędziami do wymiany danych między systemem a PLC. W ćwiczeniu należy uruchomić Adroit Agent Server (Time Limited License Agrement)- jest to wersja bezpłatna wersja demonstracyjna dostępna na stronie producenta. W oprogramowaniu nałożono limit 60-minut pracy serwera lub 30 000 scanpoints. W przypadku przekroczenia czasu serwera wystarczy go zresetować i ponownie wrócić do projektu.

Ćwiczenie SCADA



Kolejną czynnością jest uruchomienie serwera MAPS poprzez program MAPS Server. Poprawna praca sygnalizowana jest monitem „Running”.

Zadanie3. Należy otworzyć i zapoznać się z narzędzie Adroit Configuration Setup. Jest to Program służący do konfiguracji połączenia ze sterownikiem. Dokonuje się w nim wyboru nazwy projektu, serwera oraz w zakładce Drivers ustawień wyboru i trybu komunikacji z PLC. Nie należy zmieniać ustawień innych niż wskazane w tym programie.

Ćwiczenie SCADA



a) Zakładka agent serwer- konfiguracja elementów potrzebnych do stworzenia projektu.

b) Zakładka Drivers - ustawianie wyboru urządzenia i trybu komunikacji. Należy podłączyć PLC z komputerem poprzez SC-09 i konwerter RS232- USB. A następnie w menadżerze urządzeń sprawdzić port COM przypisany połączeniu.

Znajomość numeru portu jest konieczna w celu ustanowienia poprawnego połączenia z PLC. W zakładce Drivers Poprzez wybór okna Configure odbywa się wybór portu COM dla połączenia.

Ćwiczenie SCADA



Na rysunku 13 przedstawiono poprawnie zainstalowany i współpracujący z MAPS sterownik Mitsubishi serii FX2. Wynika to ze statusu „Healthy” w programie do konfiguracji.

Ćwiczenie SCADA



Liczba zeskanowanych Agentów widoczna jest w I/O Count na rysunku XX. W tym przypadku wynosi 129. Zadanie 4. Uruchomić MAPS Operator. Jest to program służący do pracy z wizualizacją. Po uruchomieniu należy zalogować się stosując login i hasło podawane w systemie Windows. Jeśli użytkownik w środowisku nie ma ustawionego hasła, należy je utworzyć, inaczej logowanie do środowiska MAPS będzie niemożliwe.

Poprawne zalogowanie spowoduje przejście do systemu. W Enterprise Manager należy wybrać folder “Praca inz.” I otworzyć Okno MAIN. W programie MAPS Designer

Ćwiczenie SCADA



wykonano wizualizację budynku z podziałem na okno główne oraz okna poszczególnych kondygnacji. Poruszanie się po interfejsie ma charakter intuicyjny. Rysunek 14 przedstawia okno główne wizualizacji.

Widok główny to przykładowy dom jednorodzinny. W oknie tego widoku dostępne są najważniejsze informacje o domu, czyli informacje o alarmach: pożarowym i włamaniowym, stan uzbrojenia alarmu włamaniowego, temperatura na zewnątrz i pomieszczeń, wykresy przebiegów zmian temperatur oraz wizualizacja ich oświetlenia (w przypadku zapalonego światła w pokoju zmienia się grafika odpowiadającego mu okna). Przyciski z prawej strony ekranu służą do poruszania się po wizualizacjach kondygnacji budynku. Dostępna jest również możliwość uzbrojenia alarmu włamaniowego oraz dezaktywacji alarmów. Układ przycisków pozostaje ten sam dla każdego okna wizualizacji. W każdym oknie interfejsu użytkownik ma możliwość wglądu do grafik imitujących elementy symulowanego budynku poprzez kliknięcie przycisku „Legenda”. Spowoduje to otwarcie okna z animacjami poszczególnych grafik. Dokonać zapoznania się z interfejsem graficznym, poprzez kliknięcie przycisków kondygnacji oraz „Legenda” Zadanie 5 Analiza sterowania, symulacji i wizualizacji zdarzeń zachodzących w budynku. Pilot W pamięci programu mikrokontrolera zawarto procedury obsługi zdarzeń w symulowanym budynku zależnych i niezależnych od jego użytkowników. Przykładem zdarzenia, na które użytkownik nie ma bezpośrednio wpływu jest zmiana temperatury w poszczególnych pomieszczeniach lub poziomu wody w zbiorniku. Na potrzeby symulacji uwzględniono jednak grupę zdarzeń, na którą znaczny wpływ

Ćwiczenie SCADA



powinien mieć człowiek. W celu zapewnienia intuicyjnej generacji zdarzeń w domu na potrzeby projektu stworzono „pilota” połączonego z mikrokontrolerem. „Pilot” składa się z dwóch części podłączonych do portów wejść/wyjść mikrokontrolera. Jest to wyświetlacz alfanumeryczny oraz 16-sto przyciskowa klawiatura matrycowa. Wyświetlacz informuje o aktualnie wybranym pokoju oraz piętrze, tym samym symulując „przebywanie” w nim. Dołączona klawiatura umożliwia wybór oraz generację akcji dla aktualnie wybranego pokoju. Wśród dostępnych zdarzeń są zapalenie / zgaszenie światła, zamknięcie/otwarcie drzwi oraz okien, jak również symulacja włamania czy pożaru.

A. Drzwi, okna, rolety i światła Zapoznać się z podrozdziałami rozdziałem 4.3.1-4.3.4 pracy dyplomowej, zasymulować otwarcie i zamknięcie drzwi, okien oraz rolet za pomocą pilota oraz systemu SCADA. B. Temperatura i ogrzewanie Zapoznać się z podrozdziałem4.3.5. pracy dyplomowej oraz 4.1.2.dotyczącym komunikacji równoległej. Następnie zadać wybrane wartości temperatury dla poszczególnych pomieszczeń. Zaobserwować zmiany temperatury przy otwarciu okna w pomieszczeniu. Dokonać analizy narzędzia do generowania wykresów przebiegów zmian temperatury (ang. Linechart) C. Pożar i zbiornik wodny Zapoznać się z podrozdziałami 4.3.6. i 4.3.7 pracy dyplomowej, w szczególności z algorytmami pożarowymi. Dokonać symulacji pożaru w wybranym pomieszczeniu i obserwacji sterowania w SCADA. Zaobserwować działanie symulowanej pompy i zbiornika na strychu podczas pożaru. Zadać wartość wody w zbiorniku. W czasie pożaru najechać na ikonę alarmu pożarowego w celu wyświetlenia monitu ostrzegawczego

LCD

Pokój -1 Pokój +1

ŚwiatłoON/OFF

OknaOpen/Close

DrzwiOpen/Close

AlarmPożarowy

AlarmWłamaniowy

(ruch w pokoju)

Ćwiczenie SCADA



UWAGA Wyłączenie alarmu pożarowego ma miejsce po ponownym wciśnięciu akcji „pożar” na pilocie dla danego pokoju, ponieważ wszystkie sygnały pochodzące z symulowanych czujek pożarowych muszą znajdować się w stanie wysokim aby zasymulować ugaszenie pożaru. D. Alarm włamaniowy Po zapoznaniu się z rozdziałem 4.3.8 uzbroić alarm i zasymulować włamanie. UWAGA Wyłączenie alarmu włamaniowego następuje poprzez przycisk „Alarm Reset” Sygnały z czujek ruchu powinny być w stanie niskim (ponowne wciśnięcie „Ruch” dla danego pokoju przywraca stan niski na linii). 3. Digital Agent w MAPS Designer

Digital Agent w MAPS Designer MAPS Designer to program do projektowania i edycji własnych wizualizacji SCADA. Dodatkowo, po podłączeniu sterownika można w nim dokonać podglądu współpracy wizualizacji ze sterownikiem „online”. Zadanie 6. Uruchomić MAPS Designer. W programie po lewej stronie dysponujemy zakładkami Enterprise Manager do wygodnego poruszania się po projektach oraz Toolbox- przydatny podczas tworzenia wizualizacji. Stworzenie nowego projektu odbywa się poprzez klikniecie „New project” w zakładce Home, lub poprzez kliknięcie prawym przyciskiem myszy na „Project” i wybór „Add a project”. W Enterprise Manager nasz projekt jest widoczny w zakładce project. Klikając na projekt wybranej przez nazwie (np. test) należy z okna home wybrać New Graphic Form. Okno główne programu Smart UI Designer przedstawiono na rysunku poniżej.

Ćwiczenie SCADA



Zadanie 7. Przypisanie mimiki do istniejącego agenta. Utworzyć nowy projekt, a w nim nową formę graficzną. W oknie Design stworzonej formy narysować element Light, dostępny w Toolbox\SCADA. Następnie nadać stworzonej mimice zachowanie (ang. Behavior) typu Color, tak jak to ma miejsce na rysunku poniżej.

Następnie zdefiniować zachowanie dla mimiki. Akcja typu Digital-State powoduje zapalenie się lampki w zależności od wartości logicznej w rejestrze PLC powiązanym z Agentem SCADA. W Input Data Element, wybrać przycisk […].

Podać ścieżkę Agenta „Mrugacz”, dostępnego w Servers/[Nazwa] Server/Datasources/Adroit/Agentgroup-Digital

Ćwiczenie SCADA



Jeśli sterownik jest prawidłowo podłączony i ma status „healthy”, obejrzeć rezultat dodania agenta do mimiki za pomocą „Preview” dla Graphic Form. „Mrugacz” To rejestr nr M96 w sterowniku, zmieniający swój stan co sekundę. Poniżej przedstawiono fragment kodu języka drabinkowego do zaimplementowania funkcjonalności w PLC.

Ćwiczenie SCADA



Następnie powrócić do okna „Design”, w którym w podobny sposób leży narysować mimikę „Rectangle”, dostępną w Toolbox/Vectors. Do mimiki dodać zachowanie „Rotation”. Wprowadzić parametry jak na rysunku poniżej.

Obejrzeć rezultat w „Preview”. Zapisać zmiany. Zalogować się programie MAPS Operator lub jeśli otwarty, kliknąć w nazwę komputera i odświeżyć. Powinien pojawić się nowy projekt i forma graficzna.

Ćwiczenie SCADA



Zadanie 8. Stworzenie własnego Agenta Digital. Agent, po nadaniu mu nazwy w specjalnym kreatorze dostępny jest jako zmienna wewnętrzna i wymaga przypisania mu zewnętrznej zmiennej z urządzenia PLC, np. rejestru. Ten proces nazwano w programie Scan (ang. Scanning). Aby zeskanować Agenta musi zostać zainstalowany sterownik i zdefiniowany sposób komunikacji. Aby uruchomić konfiguratora Agentów, w Enterprise Manager należy kliknąć prawym przyciskiem myszy w Adroit, rozwijany z Datasources. Następnie wskazać Open Configurator.

Otwiera się okno konfiguracji Agenta. Należy wpisać nazwę, opcjonalnie opis oraz typ. Typ dodawanego Agenta to Digital. Najważniejsza zakładka Skanuj wskazuje powiązanie Agenta z rejestrem sterownika. Uwaga. Nie należy usuwać ani dokonywać zmian w istniejących agentach! Stanowią integralną część projektu.

Ćwiczenie SCADA



Po podaniu nazwy, klikając na „Skan” otwiera się okno przedstawione powyżej. Dokonujemy wyboru urządzenia zjakim dodawany Agent ma współpracować. W oknie Slot dokonujemy wyboru rodzaju wartości (np. Value- bit). Wybieramy Adres dla ulokowania słowa bitowego lub bitu w sterowniku.

Ćwiczenie SCADA



UWAGA Nie należy skanować agentów w rejestrach M0-200 (użyta przestrzeń adresowa) Lista użytych rejestrów dostępna jest w dodatku „B” do pracy dyplomowej. Czas skanowania wskazuje co jaki czas serwer sprawdza, czy wartość nie uległa zmianie. Agenci Alarm[…] to zmienne użyte w pracy dyplomowej. UWAGA Do utworzenia Agentów zmieniających stan w rejestrach należy zaznaczyć opcję Wyjście włączone. Aby zmienne Agent pojawiły się w drzewie Enterprise Manager należy kliknąć Refresh po uprzednim wybraniu drzewa prawym przyciskiem myszy.Po poprawnym dodaniu Agenta i przypisaniu mu parametrów skanowania należy narysować i opisać go odpowiednim elementem Behavior. W tym celu w zakładce Toolbox wybrać wśród dostępnych zakładek Button i narysować go w oknie Graphic Form. Rozwijając Behaviors wybrać akcję operator action.

Po wybraniu akcji Operator Action pozostaje wprowadzenie skonfigurowanego wcześniej Agenta, zakresu wartości oraz typu akcji. Wybrać Toggle Boolean i zatwierdzić zmiany.

Ćwiczenie SCADA



Wykonanemu wcześniej elementowi „Light” zmienić agenta na nowoutworzonego, analogicznie do punktu 3.2Obejrzeć rezultat klikania przyciskiem poprzez „Preview” oraz po zapisaniu zmian i odświeżeniu w MAPS Operator.

Stworzenie wykresu typu Line chart Kolejną funkcjonalnością systemu SCADA jest możliwość graficznej prezentacji zmian wielkości mierzonych w formie wykresów (ang. Linechart). W MAPS Designer należy utworzyć wykres dla zmieniającej się wartości rejestru D w PLC. Zadanie 9. Narysować w Graphic Form wykres typu Linechart, dostępny w Toolbox/Data. Otworzy się okno jego konfiguracji. Przeanalizować dostępne opcje. Następnie przejść do zakładki Values oraz wybrać dla Y Values Agenta Analog.Temp_Out.value. Przeanalizować pozostałe zakładki narzędzia. Po kliknięciu Finish obejrzeć w podglądzie rezultat w „Preview”. Następnie wrócić do „Design” i kliknąć na Linechart prawym przyciskiem myszy i wybrać „Edit Time Details”. Przeanalizować parametry narzędzia konfiguracji i wpływ ich zmian na widok w „Preview”

Ćwiczenie SCADA



Ćwiczenie SCADA



UWAGA Po zakooczeniu ćwiczenia należy odskanować rejestry od własnych agentów Digital i ich usunąć. Enterprise manager\Data Sources\ Adroit\Open configurator [NazwaAgenta]->Skan Procedury – patrz rysunki na następnej stronie

Ćwiczenie SCADA



Wybierz swojego Agenta z listy i kliknij Unscan

Uwaga. Nie należy usuwać ani dokonywać zmian w istniejących agentach! Stanowią integralną część projektu.

Ćwiczenie SCADA



DODATEK B (oznaczenie z pracy dyplomowej)

Ćwiczenie SCADA



Ćwiczenie SCADA



Ćwiczenie SCADA



Ćwiczenie SCADA



Rozdziały z pracy dyplomowej (podane w instrukcji) 4.3. Zdarzenia zachodzące w budynku i ich sterowanie, symulacja i wizualizacja Kompleksowe działanie układu jest skomplikowane ze względu na dużą ilość zdarzeń występujących w budynku odpowiednio poddawanych określonemu sterowaniu. Realizację zagadnienia przedstawiono według zachodzących w nim symulowanych zjawisk. 4.3.1. Opis realizacji zagadnienia Każde zagadnienie zostanie przedstawione w następujący sposób: - opis zdarzenia. - implementacja algorytmu w mikrokontrolerze. - implementacja obsługi zdarzenia w sterowniku PLC. - wizualizacja w systemie SCADA . Rozwiązania dla drzwi, okien, świateł, rolet, alarmu włamaniowego, temperatury oraz zbiornika wodnego zostały przeprowadzone według przedstawionego powyżej schematu w takiej kolejności, aby uczynić opis zagadnienia najbardziej zrozumiałym. 4.3.2 Drzwi Symulacja i algorytm sterowania budynku przewiduje zdalne zamykanie drzwi oraz uniemożliwienie ich otwarcia poprzez aktywację elektrozamka. Otwieranie i zamykanie drzwi następuje poprzez wybór pokoju w pilocie do generacji zdarzeń oraz naciśnięcie przycisku akcji: „Drzwi”. Zamknięcia oraz kontroli stanu drzwi można natomiast dokonać w SCADA. Drzwi do dwóch pomieszczeń w stanie otwartym i zamkniętym z elektrozamkiem przedstawiono na rysunku 4.3.1 poniżej.

Warto przypomnieć, że akcje wykonywane poprzez pilot dołączony do mikrokontrolera powodują symulację zdarzeń spowodowanych przez „wirtualnych domowników”. Wybór pokoju w pilocie oraz wciśnięcie przycisku otwarcia drzwi powoduje sprawdzenie stanu w jakim znajduje się symulowany „elektrozamek”. Jeżeli jest on zamknięty, to na wyświetlaczu LCD pilota wyświetlony zostaje komunikat „Drzwi zamknięte”. Jeśli elektrozamek jest wyłączony, to mikrokontroler sprawdzi czy drzwi są zamknięte bądź otwarte i zmieni ich stan na przeciwny, co powoduje natychmiastowe otwarcie lub zamknięcie drzwi. Jest to realizowane poprzez zmianę stanu odpowiedniego wejścia X sterownika PLC. Obsługę drzwi z przycisków pilota przedstawia listing kodu źródłowego programu w mikrokontrolerze przedstawiony poniżej:

Ćwiczenie SCADA



W przypadku wystąpienia zdarzenia powodującego zamknięcie drzwi (np. zamknięcie drzwi poprzez SCADA, uzbrojenie alarmu lub włamanie), w sterowniku PLC zostaje ustawiony odpowiedni bit rozpoczynający procedurę zamknięcia drzwi. W przypadku otwartych drzwi zaczep zostaje uwolniony a po wykryciu zamknięcia drzwi zostają one zablokowane. Kod źródłowy w języku drabinkowym dla sterowania zdarzeniem przedstawiono na rysunku 4.3.2 poniżej.

Procesor po wykryciu zbocza narastającego na sygnale sterującym pracą elektrozamka odczekuje pewien czas i zamyka drzwi ustawiając stan wysoki na odpowiednim wejściu. W ten sposób symuluje się proces zamykania drzwi, który nie jest natychmiastowy. Listing kodu źródłowego odpowiadającego za symulację automatycznego zamykania drzwi został przedstawiony poniżej:

Ćwiczenie SCADA



4.3.3. Okna i rolety Schemat działania symulacji i sterowania oknami i roletami w budynku funkcjonuje podobnie jak w przypadku drzwi. Nie ma możliwości ręcznego otwarcia lub zamknięcia rolet. Ta czynność wykonywana jest jedynie za pośrednictwem SCADA oraz automatycznie w przypadku włamania dzięki algorytmom sterowania zawartym w PLC. Okna natomiast można otwierać i zamykać zarówno poprzez pilot jak i SCADA.

„Ręczne” otwieranie okien poprzez pilot do generacji zdarzeń przedstawiono w listingu

poniżej. Naciśnięcie przycisku powoduje zmianę stanu wejścia X w PLC.

Listing kodu źródłowego poniżej przedstawia symulację w mikrokontrolerze otwarcia okien z opóźnieniem poprzez sterowanie ze strony SCADA. Użytkownik za pomocą SCADA ustawia wyjście Y w PLC, które jest odczytywane przez mikrokontroler, a następnie ten opóźnia załączenie wejścia X w PLC, tym samym symulując otwarcie się okna.

Ćwiczenie SCADA



Ponieważ nie ma fizycznej możliwości zablokowania okien, nie zostało to uwzględnione w symulacji. Przyciski otwierania/zamykania okien w systemie SCADA są zeskanowane bezpośrednio z wyjściami sterownika PLC. W odróżnieniu od drzwi, symulacja okien i rolet reaguje zarówno na zbocze narastające i opadające sygnału sterującego, co po opóźnieniu o pewien czas powoduje odpowiednio zamknięcie lub otwarcie okien bądź rolet. 4.3.4. Światła W programie sterownika PLC zawarto 3 typy włączników świateł. Ich wybór realizowany jest poprzez odpowiednie ustawienie bitów konfiguracyjnych, z możliwością rekonfiguracji podczas wykonywania pętli programu w PLC. Są to przyciski: 1) Bistabilny. W tym przypadku sterownik PLC reaguje na zbocze opadające lub narastające i odpowiednio gasi/ zapala światło. Ze względu na sterowanie oświetleniem zarówno poprzez SCADA jak i pilot symulujący działania domowników takie sterowanie nie jest wygodne, ponieważ może wymagać dwóch naciśnięć przycisku w celu zmiany stanu światła ( Przy zapaleniu przyciskiem i zgaszeniu w SCADA ponowne zapalenie przyciskiem wymaga dwukrotnego naciśnięcia go). Realizację zagadnienia z użyciem języka drabinkowego PLC przedstawiono na rysunku 4.3.2 poniżej

Ćwiczenie SCADA



2) Monostabilny. Stan oświetlenia na którym dokonywane jest sterowanie zostaje zmieniony przy każdym zboczu narastającym sygnału, po czym przycisk „wraca” do pozycji początkowej. Sterowanie takie jest znacznie wygodniejsze niż poprzednie, ponieważ w każdym wypadku wystarczy jedno naciśnięcie przycisku, jednak wymusza użycie specjalnych wyłączników w rzeczywistej instalacji.). Realizację tej opcji przy pomocy języka drabinkowego PLC przedstawiono na rysunku 4.3.3 poniżej:

3) Bistabilny, w którym zmiana stanu światła następuje zarówno ze zboczem opadającym i narastającym sygnału. Rozwiązanie to oprócz pominięcia wymogu dwukrotnego wciskania przycisku pozwala na użycie normalnych wyłączników w rzeczywistej instalacji. Ten wariant wykorzystano w symulacji oraz ustawiony jest domyślnie w PLC. Wykonanie tego rozwiązania w języku drabinkowym jest podobne jak w przypadku drugim, z wyjątkiem innej konfiguracji bitów. Bitami konfiguracyjnymi są light_mo_bi oraz light_mo_mo. Oświetlenie w SCADA zrealizowano według zasady prostoty wizualizacji, co czyni obiekt nadzoru przejrzystym i pozwala na szybkie zdiagnozowanie zachodzących w nim zjawisk. Ilustrację oświetlenia pomieszczeń w SCADA wraz z włącznikami światła przedstawiono na rysunku poniżej.

Ćwiczenie SCADA



4.3.5. Temperatura i ogrzewanie Zmiany temperatury zewnętrznej oraz pomieszczeń są symulowane w mikrokontrolerze i następnie przesyłane za pomocą komunikacji równoległej do rejestrów sterownika PLC. Funkcja działająca w przerwaniu inkrementuje lub dekrementuje tablicę wartości temperatury w każdym pomieszczeniu w zależności od wartości parametru interCont1. Listing kodu źródłowego funkcji symulacji temperatury budynku przedstawiono poniżej:

Ćwiczenie SCADA



Wartość temperatury w postaci 10-cio bitowej zmiennej jest odpowiednio przeskalowywana poprzez Agenta SCADA i wyświetlana w wizualizacji budynku. W systemie SCADA każde pomieszczenie jest wyposażone w cyfrowy wyświetlacz temperatury aktualnej oraz zadanej, przedstawiony na rysunku 4.3.5. poniżej.

Aby poprawnie wyświetlić temperaturę w danym pomieszczeniu utworzono Agenta typu analog, powiązując go z 16-bitowym rejestrem D sterownika PLC. W celu uproszczenia i przyspieszenia transmisji danych mikrokontroler przesyła do rejestrów PLC 10-bitową liczbę wymagającą przeskalowania. W programie MAPS Designer istnieje możliwość przeskalowania zawartości rejestru, z którego Agent pobiera dane. W tym celu w specjalnym oknie uzupełnia się pola zakres urządzenia oraz zakres inżynierski. Sytuację przedstawiono na rysunku 4.3.6 poniżej:

Poprzez system SCADA w oknie ”Temperatura Zadana” można przesłać do sterownika PLC wartość pożądanej temperatury w pomieszczeniu. Odbywa się to również poprzez agenta typu analog i zeskanowanie go z 16-bitowymi rejestrami PLC. Proces skalowania w tym przypadku jest odwrotny do sytuacji poprzedniej. „Temperatura zadana” posiada atrybut zachowania, który poprzez kliknięcie na jej wartość otwiera okno dialogowe przedstawione na rysunku 4.3.7:

Ćwiczenie SCADA



W tym oknie użytkownik dokonuje wprowadzenia wartości temperatury, która zostaje przeskalowana przez Agenta na wartość z zakresu od 0-1000 i wprowadzona do odpowiedniego rejestru sterownika PLC. Wprowadzona wartość jest następnie porównywana z wartością temperatury aktualnej. Wynik porównania jest wykorzystywany w regulatorze histerezowym sterującym pracą grzejników w budynku. Informacja o sterowaniu grzejnikami odczytywana jest przez mikrokontroler a na jej podstawie wykonywana jest symulacja wahań temperatury w zależności od działania grzejników (inkrementacja wartości przy włączonym grzejniku oraz dekrementacja przy wyłączonym). Dodatkowo w przypadku otwarcia okien pomieszczenia zasymulowano w mikrokontrolerze zjawisko wyrównania temperatury pomieszczenia z otoczeniem. Implementację algorytmu sterowania pracą grzejników jako regulatora histerezowego z pętlą histerezy 1°C w języku drabinkowym dla sterownika PLC przedstawiono na rysunku 4.3.8 poniżej. W przypadku alarmu pożarowego, gdy bit FIRE_ALARM_ENABLE jest aktywny, włączenie grzejników jest niemożliwe.

Wizualizacja działania grzejników w SCADA uzależniona jest od sygnałów wyjściowych z regulatora histerezowego. Atrybut zachowania grzejnika w systemie polega na zmianie koloru w zależności od stanu sygnału z regulatora. W przypadku działającego grzejnika ma on kolor czerwony, natomiast grzejnik

Ćwiczenie SCADA



wyłączony wypełniony jest kolorem błękitnym. Rysunek 4.3.8 przedstawia wizualizację SCADA i symulację ogrzewania budynku.

Kolejną funkcjonalnością systemu SCADA jest możliwość graficznej prezentacji zmian wielkości mierzonych w formie wykresów (ang. Linechart). W MAPS Designer utworzono wykres składający się z serii przebiegów temperatury w poszczególnych pomieszczeniach oraz temperatury zewnętrznej. Możliwe jest zarówno zbiorcze wyświetlanie serii danych, jak i analiza temperatury poszczególnych pomieszczeń osobno. Program ponadto umożliwia logowanie danych pomiarowych do pliku na dysku komputera, co pozwala na archiwizowanie wyników. Sytuację zobrazowano na rysunkach 4.3.8a oraz 4.3.8b. W MAPS Designer do utworzenia wykresów służy narzędzie Linechart Configurator, w którym użytkownik wprowadza wymagane przez siebie parametry wykresu (serie danych, tryb wyzwalania, opisy osi itp.)

Istnieje możliwość analizy temperatury minimalnej, maksymalnej, średniej, aktualnej oraz odchylenia standardowego dla temperatur poprzez rozciągnięcie tabeli pod wykresem jak na rysunku 4.3.8b:

Ćwiczenie SCADA



Ćwiczenie SCADA



4.3.6. Pożar W projekcie przewidziano możliwość zasymulowania pożaru w poszczególnych pomieszczeniach budynku. Odbywa się to tak jak w przypadku innych akcji, poprzez wybór pokoju oraz naciśnięcie przycisku „Pożar” na pilocie do generacji zdarzeń w symulowanym budynku. W symulacji każdy z pokojów wyposażony jest w dwie czujki pożarowe. Wciśnięcie przycisku „Pożar” na pilocie powoduje sygnalizację zdarzenia z jednej czujki oraz po odmierzeniu określonego czasu przez mikrokontroler- z drugiej. Listing kodu źródłowego programu mikrokontrolera odpowiadający za symulację pożaru budynku przedstawiono poniżej:

W przypadku pojawienia się sygnału z jednej czujki pożarowej zostają zapalone wszystkie światła w domu oraz dla pokoju, w którym doszło do zdarzenia w systemie SCADA pojawia się specjalna ikona ostrzegawcza przedstawiona na rysunku 4.3.9. Zdarzenie nazwano „Alarmem SCADA I stopnia”.

Gdy wykryty jest sygnał z drugiej czujki (którą mikrokontroler automatycznie ustawia po odmierzeniu określonego czasu), następuje włączenie zraszaczy, odblokowanie drzwi, jeśli te są zablokowane oraz odłączenie urządzeń znajdujących się pod napięciem ( elektryczne ogrzewanie, oświetlenie). Przebieg zdarzeń prowadzący do aktywacji alarmu pożarowego oraz działanie systemu przeciwpożarowego przedstawiono na rysunku 4.3.10.

Ćwiczenie SCADA



Gdy sterownik PLC wykryje zbocze opadające sygnału z drugiej czujki włączany zostaje alarm przeciwpożarowy. Wyjście pożarowe w PLC aktywuje podłączony w SCADA alarm. W rzeczywistej instalacji wyjście to może służyć również do aktywacji syreny alarmowej lub urządzenia powiadamiającego odpowiednie służby ratownicze. Sytuację alarmową podczas pożaru przedstawiono na rysunku 4.3.11 poniżej. Alarm pożarowy I stopnia w postaci ikony z rys. 4.3.9 wyświetlił się w pokoju nr 1, po wykryciu zbocza opadającego sygnału czujki 1 dla tego pomieszczenia. Następnie mikrokontroler samoczynnie aktywował czujkę numer 2, co spowodowało wyświetlenie alarmu pożarowego i pojawienie się ikony ostrzegawczej w górnej części ekranu. Dodatkowo pokój w którym wykryto pożar mruga na czerwono. Najechanie myszką na ikonę powoduje wyświetlenie okna ostrzegawczego na środku ekranu przedstawionego na rysunku 4.3.12.

Ćwiczenie SCADA



Na rysunku kolejnym (omyłkowo numeracja 4.3.12) zilustrowano informację w SCADA o działaniu zraszaczy. Można zaobserwować wyłączone grzejniki oraz światła. Zraszany pokój mruga na niebiesko oraz widnieje napis Zraszacz ON. Zraszacze są wyłączane po upłynięciu określonego czasu, gdy sterownik PLC wykryje stan wysoki wszystkich wejść od czujek pożarowych.

Ćwiczenie SCADA



W przypadku, gdy użytkownik SCADA jest w innym oknie niż dla kondygnacji, w której ma miejsce pożar zauważy on ekran jak na rysunku 4.3.12 (znów pomyłka

chochlikowa ). Widoczna jest ikona ostrzegawcza oraz mruga przycisk kondygnacji na której doszło do alarmu.

Ćwiczenie SCADA



4.3.7. Zbiornik wodny Zraszacze opisane w poprzednim podpunkcie zasilane są ze zbiornika wodnego znajdującego się na strychu i przedstawionego na rysunku 3.10 w podrozdziale 4.2. Do zbiornika dołączona jest pompa zaopatrująca go w wodę np. ze studni. Pompa załączana jest w oparciu o sygnał z regulatora histeryzowanego zaimplementowanego w PLC. Implementacja regulatora jest podobna do sterowania ogrzewaniem z tą różnicą, że regulacja odbywa się z histerezą 50 litrów. Fragment programu w języku drabinkowym przedstawiono na rys. 4.3.13.

Informacja o poziomie wody w zbiorniku przesyłana jest do PLC z mikrokontrolera za pomocą tej samej magistrali co w przypadku symulacji temperatury. W tej sytuacji nie było potrzeby dokonywania skalowania wartości w rejestrze PLC, ponieważ przyjęto, że zbiornik ma 1000 litrów. W przypadku pracy normalnej symulowany zbiornik dostarcza wodę potrzebną do podlewania. W razie pożaru sterownik zaprogramowano tak, by wody do podlewania i otworzył zawór zasilający zraszacze. Tempo ubywania wody w zbiorniku jest wprost proporcjonalne do ilości zasilanych nią zraszaczy. Listing kodu źródłowego do symulacji zjawiska w mikrokontrolerze PLC przedstawiono poniżej:

Na rysunku 4.3.14 poniżej przedstawiono sytuację, gdy pożar na parterze spowodował zamknięcie zaworu zasilającego podlewanie a otwarcie zaworu zasilającego zraszacze. Ponadto, poprzez kliknięcie myszą w obrębie zbiornika, użytkownik ma możliwość wprowadzenia pożądanej ilości wody w nim przetrzymywanej.

Ćwiczenie SCADA



4.3.8. Alarm włamaniowy Ostatnią funkcjonalnością proponowaną w projekcie jest alarm włamaniowy. W mikrokontrolerze symulacja włamania polega na zmianie stanu odpowiednich pinów ekspanderów dołączonych do wejść PLC w zależności od wyboru pokoju w którym ma być symulowany ruch. Listing kodu odpowiadającego za tę część symulacji przedstawiono poniżej:

W systemie SCADA interfejs graficzny został wyposażony w informację o statusie alarmu. W każdym z okien kondygnacji użytkownik może uzbroić lub rozbroić alarm oraz podglądnąć jego aktualny stan. Ponadto w każdym pomieszczeniu, w prawym górnym rogu widnieje lampka sygnalizująca symulowany poprzez mikrokontroler za pomocą pilota ruch. Po uzbrojeniu alarmu ruch w pomieszczeniach, otwarcie okna lub drzwi powoduje uruchomienie alarmu włamaniowego. Grafiki w systemie SCADA odpowiadające nadzorowi ruchu i pracy alarmu włamaniowego przedstawiono na rysunku 4.3.15.

Ćwiczenie SCADA



Uzbrojenie lub dezaktywacja alarmu następuje poprzez naciśnięcie przycisku Alarm On/Off. Akcja powoduje wyświetlenie na środku ekranu nowego okna informującego o zmianie statusu. Alert przedstawiono na rysunku 4.3.16 poniżej

Uzbrojenie alarmu powoduje zamknięcie wszystkich okien i drzwi z odpowiednim opóźnieniem czasowym oraz włączenie elektrozamków. W SCADA można zwolnić blokadę elektrozamkiem poprzez przełącznik znajdujący się pod drzwiami. W tej sytuacji podczas otwarcia drzwi zostanie wszczęty alarm. W przypadku, gdy użytkownik systemu SCADA ma wyświetlone okno dla innej kondygnacji niż ta, w której występuje włamanie, jest ono sygnalizowane mrugającą lampką ALARM w interfejsie głównym oraz błyskaniem przycisku odpowiedniego piętra, podobnie jak w przypadku pożaru. Algorytmy uzbrojenia i włączenia alarmu włamaniowego przedstawiono na rysunku na następnej stronie.

Ćwiczenie SCADA



Documents

Ćwiczenie SCADA monitoring i sterowanie domem …ozadow/PDFs/SAB-instrukcje/SAB-instrukcja... · Współpraca PLC – MAPS Automatykę ... Ćwiczenie SCADA