SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

Diplomski rad br. 137

Obrada, analiza i prikaz podataka mjerenja vjetra za istraživače

Luka Romac

Zagreb, siječanj 2011.

Zahvaljujem se mentoru prof. dr. sc. Šimiću na ukazanom povjerenju i podršci pri izradi rada.

Zahvaljujem se doc. dr. sc. Havelki na pruženoj pomoći pri izradi aplikacije za skaliranje mjerenih veličina i pomoći kod glavne aplikacije.

Također zahvaljujem se obitelji, djevojci i ostalim prijateljima i kolegama na bezuvjetnoj podršci.

Sadržaj

1. Uvod ....................................................................................................................................... 9

2. Tehničke karakteristike mjernih uređaja ............................................................................. 10

3. Raspored elemenata u akvizicijskom sustavu ...................................................................... 12

4. Povezivanje mjernih uređaja s računalom ........................................................................... 14

5. LabVIEW implementacija ..................................................................................................... 20

5.1. Programski alat LabVIEW ............................................................................................. 20

5.2. Programsko rješenje VI-eva ......................................................................................... 22

5.3. Baza podataka .............................................................................................................. 24

5.4. Upisivanje u bazu podataka ......................................................................................... 26

5.5. Autorizacija korisnika ................................................................................................... 30

5.6. Windstation.vi .............................................................................................................. 31

6. Web publishing razvijene aplikacije ..................................................................................... 39

7. Zaključak ............................................................................................................................... 42

8. Literatura .............................................................................................................................. 43

9. Sažetak ................................................................................................................................. 44

10. Abstract ................................................................................................................................ 45

11. Privitak .................................................................................................................................. 46

11.1. Tehničke karakteristike korištenih uređaja .................................................................. 46

11.1.1. Vjetroagregat Rutland 503 ....................................................................................... 46

11.1.2. NRG #40 anemometar, Hall Effect ........................................................................... 49

11.1.3. NRG #200P pokazatelj smjera vjetra ........................................................................ 51

11.1.4. NRG 110S senzor temeprature ................................................................................. 53

11.1.5. Vertikalni anemometar RM Young 27106-T ............................................................. 55

11.1.6. RH-5 higrometar ....................................................................................................... 57

11.1.7. Programabilni logički kontroleri (PLC) ...................................................................... 59

12. Login. Vi ................................................................................................................................ 67

13. Add password.vi ................................................................................................................... 71

14. Modify password.vi .............................................................................................................. 75

15. Kreiranje baze podataka....................................................................................................... 82

3

Popis tablica

Tablica 1: Tehničke karakteristike Rutland 503 vjetroagregata ....................................................... 47

Tablica 2: Tehničke karakteristike NRG #40 anemometra ............................................................... 50

Tablica 3: Tehnička specifikacija NRG #200P pokazatelj smjera vjetra ............................................ 52

Tablica 4: Tehnička specifikacija 110S Senzor temperature ............................................................ 54

Tablica 5: Tehnička specifikacija za RM Young 27106-T ................................................................... 56

Tablica 6: Tehnička specifikacija uređaja RH-5 ................................................................................ 58

Tablica 7: Isporučeni program PLC Easy 820 DC-RC ......................................................................... 60

Tablica 8: Općenite karakteristike PLC Easy 820 DC-RC ................................................................... 60

Tablica 9: Klimatski okolišni uvjeti PLC Easy 820 DC-RC ................................................................... 60

Tablica 10: Elektromagnetska kompatibilnost (EMC) PLC Easy 820 DC-RC ..................................... 61

Tablica 11: Napajanje PLC Easy 820 DC-RC ...................................................................................... 61

Tablica 12: Sučelje PLC Easy 820 DC-RC ........................................................................................... 61

Tablica 13: Digitalni ulazi 24 V DC PLC Easy 820 DC-RC ................................................................... 62

Tablica 14: Analogni ulazi PLC Easy 820 DC-RC ................................................................................ 63

Tablica 15NET mreža PLC Easy 820 DC-RC: ...................................................................................... 63

Tablica 16: Isporučeni program PLC Easy 822 DC-TC ....................................................................... 64

Tablica 17: Općenite karakteristike PLC Easy 822 DC-TC ................................................................. 64

Tablica 18: Napajanje PLC Easy 822 DC-TC ...................................................................................... 64

Tablica 19: Digitalni ulazi 24 V DC PLC Easy 822 DC-TC .................................................................... 65

Tablica 20: Analogni ulazi PLC Easy 822 DC-TC ................................................................................ 66

Tablica 21: NET mreža PLC Easy 822 DC-TC ..................................................................................... 66

4

Popis slika

Slika 1: Grafički prikaz rasporeda elemenata u akvizicijskom sustavu ............................................. 12

Slika 2: Shematski prikaz vjetroelektrane ........................................................................................ 13

Slika 3: Shematski prikaz ožičenja PLC sustava ................................................................................ 15

Slika 4: Povezivanje Easy820-DC-RC releja na Ethernet pretvarač .................................................. 16

Slika 5: Komunikacijska struktura ..................................................................................................... 17

Slika 6: Ilustrativni prikaz povezivanja LabVIEW-a s PLC-om putem NI OPC servera ....................... 18

Slika 7: Programski alat LabVIEW ..................................................................................................... 20

Slika 8: Grafički prikaz front panel i block diagram u LabVIEW-u .................................................... 21

Slika 9: LabVIEW grafički razvojno okruženje ................................................................................... 22

Slika 10: LabVIEW Project Explorer................................................................................................... 23

Slika 11: Prikaz karakteristika stvorene tablice ................................................................................ 24

Slika 12: Database funkcije u programskom alatu LabVIEW ............................................................ 25

Slika 13: Block diagram VI-ja „Upisivanje u bazu.vi“ ........................................................................ 26

Slika 14: Reference na share varijable ............................................................................................. 27

Slika 15: Periodičko čitanje share varijabli korištenjem for petlji unutar while petlji ...................... 27

Slika 16: Elapsed Time kontrola ....................................................................................................... 28

Slika 17: Block diagram vremenske kontrole upisa u bazu podataka .............................................. 28

Slika 18: Programsko rješenje dodjeljivanja vremenske oznake mjerenim veličinama ................... 29

Slika 19: Measurements kartica ....................................................................................................... 32

Slika 20: Dohvat podataka iz baze podataka .................................................................................... 35

Slika 21: Izlazak iz Windstation.vi ..................................................................................................... 38

Slika 22: Vjetroagregat Rutland 503 ................................................................................................. 46

Slika 23:Dimenzije Rutland 503 vjetroagregata ............................................................................... 47

Slika 24: Krivulja snage Rutland 503 vjetroagregata ........................................................................ 48

Slika 25: NRG #40 Hall Effect anemometar ...................................................................................... 49

Slika 26: NRG #200P pokazatelj smjera vjetra.................................................................................. 51

Slika 27: NRG 110S senzor temperature .......................................................................................... 53

Slika 28: Vertikalni anemometar RM Young 27106-T ...................................................................... 55

Slika 29: RH-5 higrometar ................................................................................................................ 57

Slika 30: Moeller easy 820-DC-RC Slika 31: Moeller easy 822-DC-TC .......................................... 59

5

Slika 32: Block diagram Login.vi ....................................................................................................... 67

Slika 33: Block diagram pretraživanja korisnika ............................................................................... 68

Slika 34: Prikaz na korisničkom sučelju poruke „User doesn't exist“ ............................................... 68

Slika 35: Block diagram provjere ispravnosti lozinke ....................................................................... 69

Slika 36: Prikaz na korisničkom sučelju poruke „Access denied Wrong password“ ........................ 69

Slika 37: Izbor mogućnosti administratora sustava ......................................................................... 70

Slika 38: Front panel Login.vi ............................................................................................................ 70

Slika 39: Front panel Add password.vi ............................................................................................. 71

Slika 40: Otvaranje konekcije na binarnu datoteku i pretvorba u dvodimenzionalno polje ............ 71

Slika 41: Prikaz na korisničkom sučelju „User Name already Exists“ ............................................... 72

Slika 42: Prikaz na korisničkom sučelju „Admin already Exists“ ....................................................... 72

Slika 43: Prikaz na korisničkom sučelju poruke „User Name Added“ .............................................. 73

Slika 44: Okviri Stacked Sequence petlje .......................................................................................... 73

Slika 45: Pretvorba dvodimenzionalnog polja i zapisivanje u binarnu datoteku ............................. 74

Slika 46: Dio block diagrama Modify password.vi ........................................................................... 75

Slika 47: Block diagram izvršavanja rada s binarnom datotekom .................................................... 76

Slika 48: Front panel Modify.vi ......................................................................................................... 76

Slika 49: Provjeravanje izbora administratora sustava .................................................................... 77

Slika 50: Front panel nakon odabira korisnika iz baze ..................................................................... 78

Slika 51: Prikaz na korisničkom sučelju poruke „User Modified“ ..................................................... 78

Slika 52: Okviri Stacked Sequences petlje za mijenjanje atributa korisnika .................................... 79

Slika 53: Prikaz ne ekranu poruke „Name Confirm Delete“ ............................................................. 80

Slika 54: Okviri Stacked Sewuences petlje za modifikaciju korisnika ............................................... 80

Slika 55: Connect to Server .............................................................................................................. 83

Slika 56: Object Explorer .................................................................................................................. 83

Slika 57: Parametri stvorene tablice ................................................................................................ 84

Slika 58: Spremanje stvorene tablice ............................................................................................... 84

Slika 59: Database funkcije u LabVIEW-u ......................................................................................... 85

Slika 60: Stvaranje Source Name (ODBC) ......................................................................................... 86

Slika 61: Prikaz stvorenog drivera SQL Server .................................................................................. 86

Slika 62: Kreiranje imena SQL Source ............................................................................................... 87

Slika 63: Podešenje Data Source to SQL Server ............................................................................... 87

Slika 64: Podešavanje glavne baze podataka ................................................................................... 88

6

Slika 65: Provjeravanje ispravnosti ODBC Data Source .................................................................... 88

Slika 66: Stvoreni Data Source unutar ostalih postojećih DSN-a ..................................................... 89

7

Popis najvažnijih kratica

CIP – Centar za informacijsku podršku

DAQ – Data Aquisition

HTML - HyperText Markup Language

IP – Internet Protocol

LAN – Local Area Network

OLE - Object Linking and Embedding

OPC – OLE for Process Control

SQL - Structured Query Language

VI – Virtual Instrument

WEB - World Wide Web

8

1. Uvod

Cilj ovog diplomskog rada je kontinuirano praćenje mjerenja na konkretnoj lokaciji

te prikaz i pohrana mjerenih veličina u bazu podataka korištenjem odabranog

računalnog programa.

Kontinuirano praćenje podataka važno je zbog dobivanja jasnije predodžbe o

kretanjima određenih fizikalnih veličina (npr. brzina vjetra, temperatura, vlažnost

itd.) na konkretnoj lokaciji u svrhu predviđanja i analize proizvodnje električne

energije iz energije vjetra. Također, usporedbom mjerenih podataka i podataka

dobivenih mjerenjima na ostalim lokacijama u neposrednoj geografskoj blizini

može se napraviti analiza širega područja vezana uz postavljanje više

vjetroagregata radi proizvodnje električne energije (npr. za obližnja ruralna

područja, manje gradove ili dijelove većih gradova).

Ovaj rad predstavlja prototip, tj. početak, praćenja i analiziranja mjerenja dobivenih

iz vjetroagregata i uređaja postavljenih na krovu C-zgrade Fakulteta elektrotehnike

i računarstva u Zagrebu. Obzirom na veliki broj mjerenja u kratkim vremenskim

intervalima otvaraju se razne mogućnosti obrade podataka i njihove kasnije

primjene (javni prikaz na web-u, interni prikaz na službenim web stranicama

fakulteta, prikaz za potrebe istraživača, izrada laboratorijskih vježbi radi

upoznavanja studenata s mogućnostima dobivanja električne energije iz energije

vjetra).

Kako je prikupljanje podataka započelo tek nedavno, trenutno je moguće napraviti

analizu ograničene količine podataka. Kontinuiranim mjerenjem dobivat će se

jasnija slika ponašanja fizikalnih veličina na krovu C-zgrade FER-a i time moći

raditi bolja analiza potencijala dobivanja električne energije iz vjetroagregata. U

nastavku je opisana osnovna funkcionalnost mjernih uređaja i sadržaj LabVIEW

aplikacija te njihova funkcionalnost. Na kraju rada (u privitku) detaljno su opisane

tehničke karakteristike mjernih uređaja, kreiranje baze podataka i autorizacija

korisnika.

9

2. Tehničke karakteristike mjernih uređaja

Za potrebe diplomskog rada korišteni su mjerni uređaji: vjetroagregat Rutland 503,

NRG #40 anemometar Hall Effect , NRG #200P pokazatelj smjera vjetra, NRG

110S senzor temeprature, Vertikalni anemometar RM Young 27106-T, RH-5

higrometar i Programabilni logički kontroleri (PLC).

Prvenstvena namjena Rutland 503 vjetroagregata je za manja plovila na moru i za

objekte malih vršnih snaga na kopnu. S obzirom na to da je naš sustav

eksperimentalan s mogućnošću daljnjeg razvoja, snaga od 50 W je dovoljna za

provjeru ispravnosti cijelog sustava.

Anemometar NRG #40 standardni je industrijski anemometar korišten u cijelome

svijetu. Hall effect izvedba omogućava kvalitetno dobivanje pravokutnog valnog

signala za električno bučne okoline i instrumentacije. NRG #40 mjeri brzine vjetra

do 96 m/s.

NRG #200P standardni je industrijski pokazatelj smjera vjetra korišten diljem

svijeta. Pokazatelj smjera direktno je spojen na precizni provodni plastični

potenciometar smješten u tijelu uređaja.

NRG 110S je jeftin, izdržljiv integrirani strujni senzor temperature koji pruža visok

raspon napona na svome izlazu. Senzor uključuje interno obavještavanje,

pojačala, linearizaciju i šest fotonaponskih panela. Idealan je za prikupljanje

podataka o temperaturi za proračun gustoće energije te praćenje temperature na

udaljenim mjestima.

Vertikalni anemometar RM Young 27106-T dizajniran je za davanje izlaznih

signala pri okomitim strujanjima vjetra gledano od tla. S obzirom na to da signal

anemometra očitava i pozitivne i negativne brzine vjetra, nulta brzina vjetra

odgovara srednjoj vrijednosti signala izmjerenog na NRG Symphonie bilježniku

podataka. Raspon mjerenja anemometra iznosi 0 m/s – 40 m/s.

RH-5 je senzor s kontinuiranim mjerenjem relativne vlažnosti. Kompatibilan je sa

Symphonie uređajima za bilježenje podataka te 9300 uređajima za bilježenje

podataka opremljenim s FN panelima i baterijama koji imaju mogućnost ponovnog

punjenja.

10

Programabilni logički kontroleri digitalni su elektronički uređaji koji koriste

programabilnu memoriju za pamćenje naredbi kojima se zahtjeva izvođenje

specifičnih funkcija, kao što su logičke funkcije, sekvenciranje, prebrojavanje,

mjerenje vremena, izračunavanje, u cilju upravljanja različitim tipovima sustava i

procesa preko digitalnih i analognih ulazno-izlaznih modula. Za potrebe

diplomskog rada PLC-i nam služe za prihvaćanje prilagođenih signala koje nam

šalju osjetnici te njihovo daljnje prosljeđivanje do nadzornog računala. Korišteni su

modeli Moeller easy 820-DC-RC i Moeller easy 822-DC-TC.

Detaljan opis tehničkih karakteristika mjernih uređaja opisane su u privitku

Tehničke karakteristike korištenih uređaja.

11

3. Raspored elemenata u akvizicijskom sustavu

Akvizicijski sustav čine PLC Moller Easy 820, PLC Moeller Easy 822, podatkovni

uređaji (pretvornici signala), Ethernet pretvarač, napajanje 230 VAC / 24 VDC,

napajanje 12 VDC i dvije sabirnice 24 VDC. Elementi u akvizicijskom sustavu

smješteni su u pravokutnoj kutiji. Na vrhu kutije nalazi se sabirnica 24 VDC. Ispod

sabirnice, s lijeve strane, nalazi se PLC Easy 822-DC-TC logički kontroler. S

desne strane logičkog kontrolera nalaze se podatkovni uređaji. Ispod tih uređaja

nalazi se druga sabirnica 24 VDC. Ispod sabirnice smješteno je napajanje 230

VAC / 24 VDC. S desne strane toga napajanje smješteno je napajanje 12 VDC. U

lijevom donjem kutu akvizicijske kutije smješten je Easy820-DC-RC logički

kontroler. Odmah do njega s desne strane nalazi se Ethernet pretvarač.

Slika 1: Grafički prikaz rasporeda elemenata u akvizicijskom sustavu

12

Slika 2: Shematski prikaz vjetroelektrane

13

4. Povezivanje mjernih uređaja s računalom

Kako bi se omogućio prikaz mjerenih veličina na zaslonima računala, potrebno je

ostvariti vezu mjerni uređaj – računalo. Mjerene veličine dobivene direktno iz

mjernih uređaja predstavljene su ekvivalentnim frekvencijskim, naponskim ili

strujnim veličinama (tzv. sirovi podaci). Kako računalo zahtijeva na svojim ulazima

digitalne vrijednosti podataka, potrebno je navedene analogne veličine pretvoriti u

digitalni oblik.

Za ostvarivanje veze mjerni uređaj – računalo koriste se programabilni logički

kontroleri (PLC-i). PLC-i su programirani na način da čitaju mjerene veličine iz

mjernih uređaja spojenih na ulaze PLC-a te ih pohranjuju na određene memorijske

lokacije. S obzirom na to da se za potrebe diplomskog rada koristi sedam mjerenih

analognih veličina te odabrani PLC-i da imaju dvanaest ulaza, od čega najviše

četiri mogu biti analogna, potrebna su dva PLC-a za ostvarivanje veze mjerni

uređaj – računalo.

Na ulaze Easy820-DC-RC PLC-a spojeni su signali napona, struje i temperature.

Signal napona spojen je na ulaz I7(IA1), signal struje spojen je na ulaz I8(IA2), a

signal temperature spojen je na ulaz I11(IA3). Na ulaze Easy822-DC-TC PLC-a

spojeni su signali brzine H, brzine V (mV), brzine V (V), vlage, smjera i smjera

napajanja 10 V. S obzirom na male vrijednosti vertikalnih brzina vjetra i potrebe za

velikom točnošću koristi se mjerenje u milivoltima i u voltima. Signal brzine H

spojen je na ulaz I1, signal brzine V (mV) spojen je na ulaz I7(IA1), signal brzine V

(V) spojen je na ulaz I8(IA2), signal vlage spojen je na ulaz I11(IA3), signal smjera

spojen je na ulaz I12(IA4).

PLC na svojim ulaznim stezaljkama prima analogne naponske signale u rasponu 0

– 10 V. Kod izvedbe Moeller easy PLC-a koja je odabrana za potrebe diplomskog

rada koristi se 10-bitna rezolucija (0 – 1023 koraka). Stoga, mjerene veličine se

prilagođavaju na sljedeći način:

𝑦(𝑝𝑟𝑖𝑙𝑎𝑔𝑜đ𝑒𝑛𝑜) = 𝑥(𝑠𝑖𝑟𝑜𝑣𝑜) ∙10

1023

Signale napona, struje i vertikalne brzine prije spajanja na ulazne stezaljke PLC-

eva potrebno je dodatno prilagoditi pomoću otpornika koji se spajaju preko

naponskog slijedila LM358.

14

Korišteni su MB30-03 (± 100 mV / 0-5 V) za napon, MB31-03 (± 10 V / 0-5 V) za

struju i MB30-03 (± 100 mV / 0-5 V) za vertikalnu brzinu.

PLC Easy 820 DC-RC sadrži jedinstveno korisničko ime NET -ID1, dok Easy 822

DC-TC sadrži jedinstveno korisničko ime NET -ID2. Međusobna komunikacija

ostvarena je preko EasyNet veze.

Signal napajanja, 24V, spojen je na ulaze PLC-a označene s +24V, dok je signal 0

spojen na oba ulaza označena s 0V. Za nadređeni (MASTER - Unit 1) PLC

postavljen je Easy 820 DC-RC, a za podređeni (SLAVE -Unit 2) PLC postavljen je

Easy 822 DC-TC.

Slika 3: Shematski prikaz ožičenja PLC sustava

Za pohranu mjerenih veličina radi daljnje uporabe koristi se virtualno računalo koje

je smješteno u prostorijama Centra za informacijsku podršku (CIP). PLC uređaji u

sebi imaju ugrađen serijski port za komunikaciju (RS-232), a komunikacija se vrši

preko protokola koji ovisi o proizvođaču uređaja.

15

Najčešće se koristi tzv. full-duplex serijska veza koja omogućava istovremeni

prijem i predaju podataka. Zbog male brzine prijenosa i prvenstveno izbjegavanja

fizičkog spajanja PLC uređaja s virtualnim računalom u prostorijama CIP-a,

serijska komunikacija prespojena je u mrežnu komunikaciju pomoću Ethernet

pretvarača. Na sučelje za spajanje s računalom preko LAN mreže na Easy 820

DC-RC PLC spojen je Ethernet pretvarač preko kabela Easy 800-PC-CAB i

adaptera ZB4-03B-AD1. Način spajanja prikazan je slikom.

Slika 4: Povezivanje Easy820-DC-RC releja na Ethernet pretvarač

Mrežna komunikacija određena je Ethernet protokolom koji zahtjeva adresu

odredišta i adresu izvora za svaki paket podataka. Uz hardwersku adresu

potrebno je poznavati i logičku (IP) adresu koja omogućuje pronalaženje uređaja i

usmjeravanje toka podataka do njega. Logička (IP) adresa virtualnog računala je

161.53.66.11 dok je logička (IP) adresa izvora 161.53.66.133.

16

Slika 5: Komunikacijska struktura

Kako bi mjerenim veličinama bio moguć pristup s bilo kojeg računala putem

Interneta, a ne samo s virtualnog računala potrebno je instalirati OPC server na

virtualno računalo. Nakon instalacije OPC server mrežnom komunikacijom

prikuplja mjerene veličine te ih sprema u tzv. tagove na virtualnom računalu.

Spremanje podataka u share varijable kojima je moguć pristup s bilo kojeg

računala ostvaruje se preko novog OPC1 server client koji komunicira s OPC

serverom preko tagova. Share varijable koriste se za razmjenu podataka između

petlji jednog blok dijagrama ili između VI-jeva preko mreže. LabVIEW omogućava

kreiranje tri tipa share varijabli: single-process, network-published i time-triggered.

Za potrebe diplomskog rada koriste se network-published share varijable.

Network-published share varijable omogućuju čitanje mjerenih veličina s bilo kojeg

računala putem Interneta.

Komunikacija OPC server - OPC client određen je OPC standardom baziran na

Microsoft OLE tehnologiji. S obzirom na to da su mjerene veličine sirovi podaci,

potrebno ih je skalirati na vrijednosti prikladne za prikaz na računalu.

17

Zbog toga stvoren je još jedan Scaled Server VI – Periodic server client koji

komunicira s OPC serverom i korištenjem LabVIEW-a provodi skaliranje sirovih

podataka.

Slika 6: Ilustrativni prikaz povezivanja LabVIEW-a s PLC-om putem NI OPC servera

Skaliranje podataka provodi se prema sljedećim izrazima:

𝑁𝑎𝑝𝑜𝑛: 𝑈 = 𝑈𝑠𝑖𝑟𝑜𝑣𝑜 ∙10

1023∙ 2 [𝑉]

𝑆𝑡𝑟𝑢𝑗𝑎: 𝐼 = 𝐼𝑠𝑖𝑟𝑜𝑣𝑜 ∙10

1023− 2,5 ∙

2005 ∙ 0,05

[𝑚𝐴]

𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎: 𝑇 = 𝑇𝑠𝑖𝑟𝑜𝑣𝑜 ∙10

1023∙ 55,55 − 86,38 []

𝑉𝑙𝑎𝑔𝑎: 𝑅𝐻 = 𝑅𝐻𝑠𝑖𝑟𝑜𝑣𝑜 ∙10

1023∙ 20 [%]

𝑆𝑚𝑗𝑒𝑟 𝑣𝑗𝑒𝑡𝑟𝑎: 𝐷𝑖𝑟𝑒𝑐𝑡 = 𝐷𝑖𝑟𝑒𝑐𝑡𝑠𝑖𝑟𝑜𝑣𝑜 ∙360

1023 [°]

𝐻𝑜𝑟𝑖𝑧𝑜𝑛𝑡𝑎𝑙𝑛𝑎 𝑏𝑟𝑧𝑖𝑛𝑎 𝑣𝑗𝑒𝑡𝑟𝑎:

𝑖𝑓 (𝑆𝑝𝑒𝑒𝑑𝑠𝑖𝑟𝑜𝑣𝑜 > 0)

𝑆𝑝𝑒𝑒𝑑 = (𝑆𝑝𝑒𝑒𝑑𝑠𝑖𝑟𝑜𝑣𝑜 ∙ 0,765) + 0,35 [𝑚/𝑠]

𝑒𝑙𝑠𝑒

𝑆𝑝𝑒𝑒𝑑 = 0 [𝑚/𝑠]

18

𝑉𝑒𝑟𝑡𝑖𝑘𝑎𝑙𝑛𝑎 𝑏𝑟𝑧𝑖𝑛𝑎 𝑣𝑗𝑒𝑡𝑟𝑎:

𝑖𝑓 𝑓𝑎𝑏𝑠 𝑊22 ∙10

1023− 2,5 ∙

205 < 0,1

𝑉𝑒𝑟𝑡𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑 = 𝑊21 ∙10

1023− 2,5 ∙

0,25∙ 1000 ∙ 0,018 [𝑚/𝑠]

𝑒𝑙𝑠𝑒

𝑉𝑒𝑟𝑡𝑠𝑝𝑒𝑒𝑑 = 𝑊22 ∙10

1023− 2,5 ∙

205∙ 0,018 [𝑚/𝑠]

Periodičkim čitanjem dijeljenih varijabli i razvojem programa u LabVIEW-u podaci

se u realnom vremenu vizualno prikazuju preko indikatora te se spremaju u baze

podataka u tabličnom obliku za daljnje korištenje. Razvoj programa u LabVIEW-u i

spremanje podataka za daljnje korištenje opisano je u djelu LabVIEW

implementacija.

19

5. LabVIEW implementacija

Glavni cilj diplomskog rada je izrada aplikacije za prikupljanje i prikaz mjernih

podataka s lokacije C-zgrada Fakulteta elektrotehnike i računarstva u Zagrebu.

Aplikacija je namijenjena za potrebe istraživača stoga je bilo potrebno detaljnije

obraditi podatke u smislu spremanja mjerenih veličina u većoj rezoluciji te

omogućiti manipulaciju sa svim mjerenim veličinama kao i njihovo grafičko

prikazivanje. Razvijena aplikacija omogućuje pregled i analizu do sada prikupljenih

podataka u svrhu analize i predviđanja proizvodnje električne energije iz energije

vjetra. Takvo predviđanje može poslužiti npr. kao osnova za analizu isplativosti

postavljanja vjetroagregata veće instalirane snage na navedenoj ili sličnim

lokacijama odnosno za bolje razumijevanje uvjeta i rada vjetroagregata na visokoj

zgradi.

5.1. Programski alat LabVIEW

Za razvoj aplikacije korišten je programski alat LabVIEW, Laboratory Virtual

Instrument Engineering Workbench.

Slika 7: Programski alat LabVIEW

20

Za razliku od tradicionalnih programskih jezika poput C, C++ ili Java programski

alat LabVIEW u potpunosti koristi grafičko sučelje koristeći ikone umjesto redaka

teksta za stvaranje aplikacija. Izvršavanje programa u tradicionalnim programskim

jezicima uvjetuje se naredbama programera dok se u programskom alatu

LabVIEW koristi dataflow programiranje, protok podataka određuje izvršenje. To

čini koncept blok dijagram (block diagram) – prednja ploča (front panel).

Slika 8: Grafički prikaz front panel i block diagram u LabVIEW-u

LabVIEW je u potpunosti integriran za komunikaciju s hardverom kao npr. GPIB,

VXI, PXI, RS-232, RS-485 i plug-in DAQ uređajima. Također ima ugrađenu

mogućnost povezivanja aplikacija na WEB koristeći LabVIEW Web Server i

softverske standarde kao TCP/IP umrežavanje i ActiveX. Koristeći LabVIEW

moguće je kreirati testiranja i mjerenja, prikupljanje podataka, kontrolu

instrumenata, datalogging, analizu mjerenja i aplikacije s povratnim izvješćima.

Kako je alat 32-bitni kompajler, moguće je napraviti samostalne izvršne i

zajedničke datoteke poput DLL-a.

LabVIEW koristi hijerarhijski način modeliranja u smislu da se bilo koji virtualni

instrument (VI), odnosno bilo koja potpuno funkcionalna cjelina, koja se

programira može pretvoriti u modul kao potprogram drugog VI-a što je u

potpunosti analogno konceptu programiranja kod konvencionalnih programskih

jezika.

21

Program nudi više fleksibilnosti od standardnih instrumenata zbog svoje softverske

izvedbe čime se korisnik ne prilagođava unaprijed definiranim funkcijama

instrumenata definiranih od strane proizvođača, već sam definira kako će pojedini

instrument raditi.

Ukoliko dođe do potrebe za prilagodbu ili nadogradnju postojećih virtualnih

instrumenata, to je moguće uraditi u vrlo kratkom razdoblju.

Slika 9: LabVIEW grafički razvojno okruženje

5.2. Programsko rješenje VI-eva

S obzirom na to da aplikacija koristi više virtualnih instrumenata, u programskom

alatu LabVIEW omogućeno je lakše upravljanje tim virtualnim instrumentima

korištenjem LabVIEW Projecta. LabVIEW Project omogućuje korisniku lakšu

organizaciju VI-jeva i ostalih LabVIEW datoteka kao i datoteka koje ne pripadaju

LabVIEW-u poput .doc, .pdf, .xls i sl. Prilikom spremanja projekta LabVIEW stvara

projektnu datoteku (.lvproj) u koju se spremaju sve datoteke koje pripadaju samom

projektu.

22

Slika 10: LabVIEW Project Explorer

Kako aplikacija za istraživače zahtijeva kompleksniju izvedbu glede mogućnosti

pristupa podacima, mogućnošću prikupljanja određenih podataka za daljnju

obradu te mogućnošću grafičkog prikaza podataka potrebno je bilo implementirati

sljedeće VI-jeve:

- VI koji provjerava ima li određeni korisnik pravo pristupa aplikaciji te je li

korisnik administrator sustava ili user (Login.vi)

- VI koji omogućuje administratoru sustava dodavanje novih usera i

modifikaciju već postojećih (Add password.vi, Modify password.vi)

- VI kojim je omogućena navigacija po karticama koje uključuju opis sustava,

praćenje trenutnih vrijednosti mjerenih podataka, mogućnost prikupljanja

podataka te mogućnost grafičkog prikaza podataka (Windstation.vi)

- VI koji čita share varijable sa servera i pohranjuje ih u bazu podataka (Upis

u bazu.vi)

Prije razvoja VI-ja Upis u bazu.vi potrebno je stvoriti bazu podataka kako bi se

omogućilo i odredilo gdje će se mjerene veličine zapisivati.

23

5.3. Baza podataka

Za potrebe prikupljanja podataka, njihove pohrane u računalu te njihovog kasnijeg

korištenja u svrhu istraživačkih potreba stvorena je baza podataka.

Baza podataka je skup međusobno povezanih podataka, pohranjenih u vanjskoj

memoriji računala. Podaci su istovremeno dostupni raznim korisnicima i

aplikacijskim programima. Kreiranje baze podataka i manipulacija s podacima

obavlja se posredstvom zajedničkog softwera. Korisnici i aplikacije pritom ne

moraju poznavati detalje fizičkog prikaza podataka, već se referenciraju na logičku

strukturu baze. Postoji više vrsta softwera za kreiranje baze podataka, a razlikuju

se po stabilnosti baza i zaštiti koju pružaju. Budući da LabVIEW koristi

Microsoftovu tehnologiju za kreiranje baze podataka odabran je Microsoft SQL

Server 2005.

Microsoft SQL Server 2005 koristi relacijski model glede logičke organizacije

podataka u bazi. Zbog zahtjeva relacijskog modela svaka baza podataka sastoji

se od skupa pravokutnih tabela tzv. relacija. Svaka relacija ima svoje ime po

kojem se razlikuje od ostalih u istoj bazi.

Nakon kreiranja baze, u bazi podataka stvorena je tablica u kojoj se spremaju

mjerene veličine. Tablice predstavljaju dvodimenzionalne matrice čiji redovi

predstavljaju naziv i svojstva objekata (mjerenih veličina) pohranjenih u tablici, a

stupci svojstva objekata izražena odgovarajućim tipom podataka.

Slika 11: Prikaz karakteristika stvorene tablice

24

Tablica sadrži 8 stupaca od čega prvi stupac predstavlja vrijeme upisa u bazu dok

ostali predstavljaju mjerene veličine.

Za realizaciju upisivanja mjerenih veličina pomoću programskog alata LabVIEW

razvojem VI-ja Upis u bazu.vi potrebna je instalacija dodatka za LabVIEW

Database connectivity.

Slika 12: Database funkcije u programskom alatu LabVIEW

Za detaljniji opis stvaranja baze podataka pogledati privitak Kreiranje baze

podataka.

25

5.4. Upisivanje u bazu podataka

Za upisivanje u bazu podataka korištene su Connectivity Database funkcije koje

nam omogućuju jednostavno modeliranje virtualnog instrumenta kojim ćemo

mjerene veličine upisivati u bazu podataka u tabličnom obliku svakih 60 sekundi.

Mjerene veličine se spremaju svakih 60 sekundi kako bi istraživačima bio

dostupan detaljan prikaz podataka radi daljnje kvalitetnije analize. Blok dijagram

virtualnog instrumenta za upisivanje u bazu podataka prikazan je slijedećom

slikom.

Slika 13: Block diagram VI-ja „Upisivanje u bazu.vi“

S obzirom na to da je bilo potrebno mjerene veličine zapisati u prikladni oblik kojim

će se omogućiti da se s bilo koje lokacije ti podaci mogu iščitavati u LabVIEW-u je

realizirano kao spremanje u tzv. dijeljene (share) varijable. Za pristup čitanju

podataka potrebno je uspostaviti vezu sa serverom gdje su realizirane dijeljene

varijable. Veza se uspostavlja otvaranjem konekcije na dijeljene varijable putem

Open Variable Connection LabVIEW funkcije.

26

Kako bi funkcija ispravno pristupila uspostavljanju veze potrebno je funkciji dovesti

ispravne ulaze koje sačinjavaju tip podataka i reference na dijeljene varijable.

Slika 14: Reference na share varijable

Za čitanje mjerenih veličina s network-published share varijabli koristi se Read

Variable Function funkcija. Ulazi Read Variable Function spajaju se na izlaze

Open Variable Connection funkcije. Zbog potrebe za periodičkim čitanjem

podataka funkcije se moraju postaviti unutar odvojenih for petlji koje se smještaju

u zasebne while petlje. Program funkcionira na način da se prvo otvori svih sedam

konekcija unutar prve for petlje te se u drugoj for petlji podaci čitaju i informacije se

prosljeđuju na funkciju notifikacije.

Slika 15: Periodičko čitanje share varijabli korištenjem for petlji unutar while petlji

Za kontrolu paralelnog rada više while petlji odjednom služe funkcije notifikacije

(Notifier Operations). Pokretanjem VI-ja slijedno se izvršava prvo while petlja u

27

kojoj se nalazi Open Variable Connection funkcija. Nakon otvaranja svih konekcija

shareanih varijabli izvršava se petlja u kojoj se nalazi Read Variable Function

funkcija. Za vremensku kontrolu upisivanja u bazu podataka koristi se Elapsed

Time kontrola (slika 26).

Slika 16: Elapsed Time kontrola

Zapis mjerenih veličina u bazu podataka odvija se svakih 60 sekundi pri čemu je

Elapsed Time kontrola automatizirana radi periodičkog upisivanja podataka. Case

petljom ostvareno je ograničavanje zapisivanja na svakih 60 sekundi na način

ukoliko je case petlja istinita proradit će funkcija Send Notification. U slučaju da

case petlja nije istinita programski se čeka na automatsko resetiranje Elapsed

Time kontrole.

Slika 17: Block diagram vremenske kontrole upisa u bazu podataka

28

Pristup bazi podataka u LabVIEW-u omogućen je sljedećim funkcijama u obliku

VI-ja: DB Tools Open Connection, DB Tools Insert Data i DB Tools Close

Connection. DB Tools Open Connection funkcijom ostvaruje se veza s bazom

podataka zadavanjem reference na koju se bazu treba povezati. Ova se funkcija

aktivira neposredno prije while petlje za upisivanje podataka kako bi se izbjeglo

nepotrebno konstantno otvaranje i zatvaranje za svaku informaciju koju Wait

Notification funkcija zaprimi. While petlja za upisivanje u bazu podataka

kontinuirano se izvršava tako što Wait Notification funkcija čeka informaciju od

Send Notification funkcije u smislu vrijednosti podataka mjerenih veličina koja se

šalje svakih 60 sekundi. Podaci mjerenih veličina prije upisivanja u bazu podataka

razdvajaju se koristeći pretvarač iz polja u cluster i funkciju Unbundle. Neposredno

prije upisivanja u bazu podataka mjerenim veličinama dodjeljuje se vrijeme kada

se veličine upisuju u bazu. Kako se koristi relacijski model logičke organizacije

podataka unutar baze potrebno je referencirati tablicu definiranu prilikom stvaranja

baze podataka u koju se podaci upisuju te se DB Tools Insert Data funkcijom

podaci s vremenskom oznakom upisuju u bazu. Nakon što se program zaustavi,

automatski se zatvara veza s bazom podataka kako bi se osiguralo ispravno

zapisivanje samo onih podataka koji su do tada očitani iz dijeljenih varijabli.

Slika 18: Programsko rješenje dodjeljivanja vremenske oznake mjerenim veličinama

29

Razdvajanjem while petlji za čitanje iz dijeljenih varijabli i while petlje za upisivanje

u bazu podataka eliminirale su se nepotrebne greške koje se mogu pojaviti unutar

zajedničkog rada.

5.5. Autorizacija korisnika

Radi ograničavanja pristupa cjelokupnoj javnosti potrebno je bilo ograničiti broj

korisnika same aplikacije na način da je potrebno korisničko ime i lozinka za

pristup podacima. Login.vi namijenjen je za provjeru korisnika kojima je omogućen

pristup aplikaciji. Popis korisnika zajedno s pripadajućom lozinkom i definiranim

statusom korisnika nalazi se u binarnoj datoteci user and password library.

Programski dio autorizacije korisnika razvijen je tako što je dopušteno u sustavu

imati samo jednog administratora sustava koji uz pregledavanje aplikacije ima

mogućnost modifikacije i brisanja postojećih korisnika te dodavanje novih

korisnika. Pomoću Add password.vi realiziran je način dodavanja novog korisnika

dok Modify password.vi omogućuje modifikaciju postojećih korisnika i njihovo

brisanje unutar datoteke user and password library.

Detaljan opis funkcionalnosti rada i način izvedbe virtualnih instrumenata Login.vi,

Add password.vi i Modify password.vi opisan je u privitku Login.vi, Add

password.vi i Modify password.vi.

30

5.6. Windstation.vi

VI Windstation.vi odlikuje se svojom jednostavnošću pregleda parametara za

potrebe istraživača. Sučelje je napravljeno tako da se vrlo brzo mogu pregledati i

dohvatiti podaci potrebni istraživaču za daljnju analizu i korištenje. Windstation.vi

sačinjava 6 kartica:

• Welcome

• Measurements

• Retrieve data

• Data processing

• Graph

• Turn off

Ovakav izbor kartica odabran je prvenstveno uvažavajući najčešće potrebe

istraživača radi obrade podataka. Dodatni razlog ovakvog odabira kartica proizlazi

iz dosadašnjeg iskustva koje je većinski bazirano radom na diplomskom projektu

˝Sustav za praćenje rada malog vjetroagregata˝ te teorijskim proučavanjem

iskorištavanja potencijala energije vjetra u svrhu dobivanja električne energije iz

vjetroagregata.

Početna kartica, Welcome, daje osnovne podatke o sustavu za praćenje i dohvat

mjerenih veličina te namjenu ostalih kartica.

Measurements kartica namijenjena je za trenutni prikaz svih mjerenih veličina

sustava instaliranog na C-zgradi FER-a. Velika prednost trenutnog prikaza

mjerenih veličina je u tome što se može dobiti trenutno meteorološko stanje u užoj

okolini gdje je sustav instaliran (južni centar grada Zagreba). Trenutnim prikazom

mjerenih veličina moguće je lako ustanoviti radi li sustav ispravno ili su njegovi

pojedini dijelovi u kvaru. Prikaz trenutnih mjerenih veličina u LabVIEW-u ostvaren

je uporabom indikatora. Veličine koje se prikazuju: brzina vjetra (Wind Speed),

smjer vjetra (Wind Direction), temperatura (Temperature), relativna vlažnost

(Relative humidity), napon (Voltage), struja (Current), predviđena snaga

vjetroagregata i vertikalna brzina vjetra (Vertical Wind Speed).

31

Slika 19: Welcome kartica

Slika 19: Measurements kartica

Sve mjerene veličine osim predviđene očekivane snage vjetroagregata očitavaju

se s mjernih senzora uređaja instaliranih na krovu C-zgrade FER-a.

32

Izračun predviđene očekivane snage određen je preko krivulje snage

vjetroagregata na način da je za određenu trenutnu brzinu vjetra unaprijed

poznata očekivana snaga. Kako u LabVIEW-u nije moguće crtati krivulju snage

vjetroagregata, krivulja je programskim alatom Matlab aproksimirana polinomom

petog stupnja te kao takva realizirana u LabVIew-u preko Formula Node strukture.

Slika 21: Programski kod aproksimacije krivulje snage vjetroagregata Rutland 503 u Matlabu-u

Slika 22: Formula Node za realizaciju polinoma 5 stupnja

33

Slika 23: Dio block diagrama Measurements kartice

Trenutni prikaz mjerenih veličina ostvaren je na dva načina: grafički i numerički.

Grafičkim prikazom ostvaruje se preglednost mjerenih veličina dok numeričkim

dobivamo brojčane vrijednosti. Dodatno je omogućena pretvorba određenih

fizikalnih veličina (m/s u km/h i °C u F) zbog mogućnosti pristupa aplikaciji

istraživača diljem svijeta. Programski kod Measurements kartice izvodi se

pristupom i čitanjem dijeljenih varijabli, njihovom obradom te prikazom korištenjem

indikatora.

Retrieve data kartica omogućuje dohvat svih mjerenih veličina odabirom

vremenskog perioda upisivanja u bazu podataka u tabličnom obliku. Takav način

dohvata mjerenih veličina služi istraživaču za moguću daljnju manipulaciju

podacima njihovim prebacivanjem u drugi programski alat, npr. MS Excel, koji ima

podržan tablični rad s podacima.

Dohvat mjerenih veličina ostvaruje se korištenjem Database funkcija u obliku VI-ja

koje se izvršavaju unutar case petlje. Za ispravan rad DB Tools Execute Query VI-

ja potrebno je ostvariti konekciju s bazom podataka u kojoj su tablično zapisane

mjerene veličine i ispravno upisati SQL query stanje za izvršavanje. SQL query

ostvaren je upisom SQL naredbe koja je realizirana spajanjem više stringova u

jedan zaseban pomoću Concatenate Strings funkcije. Za odabir vremenskog

perioda ispisa mjerenih veličina korištena je Time Stamp kontrola kojom se

34

određuje željeni datum. Kako kontrolu nije moguće direktno spojiti na Concatenate

Strings funkcija, potrebno je bilo pretvoriti ju u string.

Pritiskom OK boolean kontrole case petlja preći će u istinito stanje te će se na

zaslonu pojaviti ispis mjerenih veličina za odabrani vremenski period.

Slika 24: Block diagram Retreive kartice

Slika 20: Dohvat podataka iz baze podataka

35

Data processing kartica omogućuje obradu mjerenih veličina u smislu određivanja

minimalne, maksimalne i srednje vrijednosti brzine vjetra, temperature i relativne

vlažnosti za određeni dan. Ovakva obrada mjerenih veličina važna je istraživačima

kako bi mogli pratiti kretanja minimalne, maksimalne te prosječne vrijednosti kroz

duži period vremena. Također se na ovakav način može promatrati dolazi li do

većeg odstupanja mjerenih veličina kroz odabrani vremenski period. Ti ekstremi

koriste istraživaču za uspoređivanje s dostupnim podacima iz državnih ili privatnih

institucija za praćenje kretanja meteoroloških prilika. Eventualnim većim

odstupanjem između jednih i drugih podataka istraživač je u mogućnosti procijeniti

za koje potrebe su mu određeni podaci kvalitetniji.

Slika 26: Data processing kartica

Programska pozadina Data proccesing kartice ima sličnu programsku osnovu kao

i Data retrieve kartica. Bazirana je na Database funkcijama u obliku VI-ja te SQL

naredbama za dohvat obrade mjerenih veličina. Namjena Data retrieve kartice je

obrada mjerenih veličina za točno određeni dan što ukazuje na razliku u odnosu

na Data retrieve kartice.

36

Slika 27: Block diagram Data processing kartice

Graph kartica omogućuje grafički prikaz mjerenih veličina. Kartica sadržava dva

grafa pri čemu jedan predstavlja grafički prikaz kretanja brzine vjetra za određeni

dan, a drugi grafički prikaz kretanja brzine vjetra za duži vremenski period. Tako

prikazani podaci korisni su istraživačima kako bi relativno brzo uočili eventualna

značajnija odstupanja pojedinih vrijednosti na grafu. To ukazuje na potrebe

istraživača za detaljnije analiziranje vremenskog perioda u kojem je uočeno veće

odstupanje kako bi se utvrdio uzrok odstupanja. Mogući uzroci odstupanja

podataka mogu biti zbog neispravnog rada senzora, greške u komunikaciji ili

kratkotrajnih atmosferskih poremećaja koji mogu utjecati na naglu promjenu

fizikalnih veličina (wind shear i sl.).

37

Slika 28: Front panel Graph kartice

Programski kod Graph kartice realiziran je kao i kod Retrieve data no za razliku od

Retrieve data kod koje se radio dohvat svih mjerenih veličina u Graph kartici se

radi dohvat samo brzine vjetra te se mjerena veličina prikazuje na grafičkom

indikatoru.

Turn off kartica služi za izlazak iz aplikacije te vraćanje na login zaslon.

Slika 21: Izlazak iz Windstation.vi

38

6. Web publishing razvijene aplikacije

Koristeći LabVIEW Web Server moguće je publicirati sliku front panela VI-eva ili

samostalnih aplikacija na Web. Prema zadanim postavkama, nakon što se

omogući pravilno funkcioniranje Web Server-a, aplikacije i VI-evi vidljivi su svim

Web preglednicima. Ipak, moguće je kontrolirati pristup objave sadržaja front

panela te je moguće odrediti koji se VI-evi namjeravaju publicirati na Web. Za

prikaz front panela na Web-u, VI-evi moraju biti pohranjeni na računalu. Ovakav

način publiciranja na Web razvijene aplikacije za potrebe istraživača vrlo je

jednostavan te je izbjegnuto dodatno web programiranje (programiranje PHP,

Java programskim jezicima) zasebne stranice i grafičkih indikatora potrebnih za

prikaz trenutnih mjerenih veličina i popratnog sadržaja aplikacije. Direktnim

publiciranjem sadržaja aplikacije iz LabVIEW-a omogućeno je korištenje

standardnih LabVIEW grafičkih indikatora potrebnih za prikaz sadržaja aplikacije.

Da bi se omogućilo istraživaču pregled i eventualna kontrola funkcija na front

panelu na daljinu putem interneta potrebno je izraditi HTML dokumentaciju te

implementirati statičnu ili dinamičku sliku front panela ili implementirati kompletni

front panel aplikacije u HTML dokumentaciju. Izrada HTML dokumentacije

realizirana je pomoću Web Publishing alata.

Slika 30: Web Publishing Tool

39

Izradom HTML dokumentacije omogućen je transparentni prikaz grafičke podloge i

pripadne dokumentacije u realnom vremenu na Internetu.

Za odabir izgleda aplikacije odnosno njezinog front panela koristi se Viewing Mode

opcija. Omogućen je prikaz u tri oblika: Embedded, Snapshot i Monitor. Koristeći

Snapshot opciju aplikacija na Internetu izgledati će kao statična slika front panela

aplikacije koja je trenutno u memoriji servera računala gdje je aplikacija

pohranjena. Koristeći Monitor opciju omogućena je dinamička slika front panela

aplikacije koja je trenutno u memoriji servera računala. Embedded opcija

omogućuje najsloženiji i najrealniji prikaz izgleda aplikacije u smislu da se front

panel aplikacije implementira u HTML dokument čime je omogućeno istraživaču

pregled i eventualna kontrola funkcija front panela aplikacije na daljinu.

Dodatni zahtjev aplikacije razvijene za potrebe istraživača je u tome što je

potrebno omogućiti istovremeni pristup aplikaciji više istraživača s različitih lokacija

spajanja. Remote front panel omogućuje grupi korisnika koji pristupaju VI-u s

različitih lokacija istovremeno pregledavanje front panela odabranog VI-a. Kao

standard VI pod opcijama ima omogućeno tako da samo jedan korisnik može

upravljati VI-em u određenom trenutku. Stoga je potrebno u VI Properties pod

kategorijom Execution uključiti opciju Reentrant execution.

Slika 31: Setting Reentrant Execution

40

Uključivanjem Reentrant execution omogućeno je paralelno izvršavanje više

primjeraka VI-a (omogućeno je da se svakom korisniku dodijeli vlastiti primjerak

front panela koji pregledava) s odvojenom i različitom pohranom podataka.

41

7. Zaključak

Ovaj rad predstavlja početak praćenja mjerenih podataka s lokacije C-zgrada

Fakulteta elektrotehnike i računarstva u Zagrebu u svrhu potrebe istraživača za

njihove daljnje istraživanje potencijala isplativosti ulaganja u razvoj tehnologije,

načina priključenja i izvedbe pogona uređaja za proizvodnju električne energije

(konkretno vjetroagregata).

Ciljevi rada bili su ostvariti vezu mjernih uređaja s virtualnim računalom

smještenog u centru za informacijsku podršku, prilagoditi mjerene veličine na

standardne fizikalne veličine, kreirati bazu podataka u kojoj će se mjerene veličine

zapisivati te kao glavni cilj izraditi aplikaciju za prikupljanje i trenutni grafički prikaz

mjerenih podataka i manipulaciju s podacima koristeći LabVIEW programski alat.

Postavljeni ciljevi na samom početku izvedbe rada u potpunosti su realizirani čime

je omogućeno zapisivanje mjerenih veličina u bazu podataka i eksperimentalno

analiziranje kretanja mjerenih veličina posebice brzine vjetra, smjera vjetra,

napona i struje opterećenja kako bi se odredili dominantne karakteristike lokacije

koje utječu na kretanja mjerenih veličina.

Ovako razvijena aplikacija omogućuje korištenje do sada prikupljenih podataka u

svrhu analize i predviđanja proizvodnje električne energije iz energije vjetra. Takvo

predviđanje može poslužiti kao osnova za analizu isplativosti postavljanja

vjetroagregata veće instalirane snage na navedenoj ili sličnim lokacijama. S

obzirom na to da je kreirana baza podataka te postoji zapis mjerenih veličina

istraživačima je omogućen širi izbor uzimanja podataka te njihovo međusobno

uspoređivanje.

Moguće je nadograditi ovaj rad u smislu proširivanja manipulacije sa svim

mjerenim veličinama, mogućnošću grafičkog prikaza većeg broja podataka te

eventualno povezivanje s drugim sličnim sustavom na drugim lokacijama.

Za kvalitetniju usporedbu i procjenu mjerenih veličina potreban je duži period

mjerenja i pohrane podataka u bazu podataka za razliku od trenutne baze

podataka od svega nekoliko mjeseci unutar jedne godine.

42

8. Literatura

1. Malčić, Goran. Programabilni logički kontroleri. Interna skripta, Tehničko veleučilište u Zagrebu

2. NRG Systems - Global Leader in Wind Measurement Technology (NRG #40anemometar, NRG #200 pokazatelj smjera vjetra, 110S senzor temperature, RH-5 higrometar) - http://www.nrgsystems.com/

3. RM Young 27106-T vertikalni anemometar, R. M. Young Company - http://www.youngusa.com/

4. Rutland 503 vjetroagregat - http://www.jgtech.com/pdf/503%20Owners%20Manual.pdf

5. Moller programabilni logički kontroleri - http://tiny.cc/j2ifi

6. NI, National Instruments, LabVIEW - www.ni.com

7. National Instruments, LabVIEW Basics I Course Manual, Version 6.0, studeni 2000.,

8. National Instruments, LabVIEW Basics II Course Manual, Version 6.0, studeni 2000.,

9. National Instruments, Simultaneously Controlling LabVIEW Remote Front Panels, http://zone.ni.com/devzone/cda/tut/p/id/4867, prosinac 2010.

43

9. Sažetak

Cilj ovog rada je bio analizirati, obraditi i prikazati rezultate mjerenja s testnog

uređaja postavljenog na lokaciju C-zgrada FER-a.

U radu su opisane tehničke specifikacije mjernih uređaja, programabilnih uređaja

te vjetroagregata. Također je i opisano raspored elemenata u akvizicijskom

sustavu, povezivanje mjerenih uređaja s virtualnim računalom, upisivanje mjerenih

veličina u bazu podataka, LabVIEW implementacija i web publishing razvijene

aplikacije.

Aplikacija je razvijena za potrebe istraživača i sadrži trenutni prikaz mjerenih

veličina, dohvat mjerenih veličina, obradu podataka i grafički prikaz odabranih

podataka.

Ključne riječi: obrada, analiza, prikaz podataka za potrebe istraživača, LabVIEW,

baza podataka, web publishing

44

10. Abstract

The purpose of this thesis is to analize, process and display measurement results

from a test device mounted on the roof of C-building on FER.

The thesis describes technical specification of measurement instruments,

programabile device and wind turbine. Description also includes layout of

elements of the acquisition system, linking measurement instruments with a virtual

PC, inserting data into a database, LabVIEW implementation and web publishing

tool.

The aplication is developed for researchers and contains current display of

measured data, retrieve measured data, data processing and graphical display of

selected data.

Keywords: processing,analysis, presentation of data for researchers, LabVIEW,

databases, web publishing

45

11. Privitak

11.1. Tehničke karakteristike korištenih uređaja

11.1.1. Vjetroagregat Rutland 503

Odabrani vjetroagregat je Rutland 503 koji je prilikom postavljanja na krov C-

zgrade FER-a bio dostupan na ZVNE-u čime nije bila potrebna dodatna novčana

investicija glede nabave novog vjetroagregata.

Prvenstvena namjena Rutland 503 vjetroagregata je za manja plovila na moru i za

objekte malih vršnih snaga na kopnu. S obzirom na to da je naš sustav

eksperimentalan s mogućnošću daljnjeg razvoja, snaga od 50 W je dovoljna za

provjeru ispravnosti cijelog sustava. Koristeći generator bez željezne jezgre u

statoru, vjetroagregat postiže rad pri najmanjim brzinama vjetra, a zbog efekta

zamašnjaka, premošćuju se promjene brzine vjetra i postiže kontinuirana

proizvodnja energije. Rutland 503 može generirati snagu do tri puta veću od

nazivne.

Slika 22: Vjetroagregat Rutland 503

46

Slika 23:Dimenzije Rutland 503 vjetroagregata

Tablica 1: Tehničke karakteristike Rutland 503 vjetroagregata

Maksimalna izlazna snaga 50 W Nazivni napon 12 V

Minimalna brzina vjetra 14 km/h Maksimalna brzina vjetra 72 km/h

Radna temperatura od -40 do +60 °C Masa 6 kg

Promjer elise 510 cm Broj krakova 6

Broj okretaja u minuti 450 Materijal elise karbonska vlakna

Preporučen kabel 10 mm2 za dužine do 10 m, 16 mm2 za dužine do

20m Preporučen promjer cijevi 48 mm (6/4")

47

Slika 24: Krivulja snage Rutland 503 vjetroagregata

48

11.1.2. NRG #40 anemometar, Hall Effect

Anemometar NRG #40 standardni je industrijski anemometar korišten u cijelome

svijetu. Hall effect izvedba omogućava kvalitetno dobivanje pravokutnog valnog

signala za električno bučne okoline i instrumentacije. NRG #40 mjeri brzine vjetra

do 96 m/s. Njihov mali inercijski moment i jedinstven ležaj dozvoljava vrlo brze

odzive na nagle promjene brzine vjetra. Zbog izlazne linearnosti idealni su za

korištenje s raznim uređajima za prikupljanje podataka. Hall effect sklopka

uključuje pravokutni naponski signal frekvencijski proporcionalan brzini vjetra.

Potrebna je struja iznosa 5 mA za stvaranje uzbudnog istosmjernog napona u

rasponu 5- 24 V. Prijemni dio sastoji se od tri lopatice (šuplje metalne polukugle)

postavljene na zajedničku osovinu, odnosno Robinsonov križ.

Slika 25: NRG #40 Hall Effect anemometar

49

Tablica 2: Tehničke karakteristike NRG #40 anemometra

Opis

Tip senzora Robinsonov križ

Aplikacije Procjena izvora vjetra Meteorološke studije

Ekološka kontrola Raspon mjerenja 1 m/s – 96 m/s

Kompatibilnost Kontroleri ili loggeri kojima je potreban pravokutni

valni signal

Izlazni signal

Vrsta signala Pravokutni valni signal iz otvorenog

kolektora tranzistora Frekvencija proporcionalna brzini vjetra

Prijenosna funkcija [ m/s = (Hz x 0.765) + 0.35 ]

Točnost Unutar 0.1 m/s za raspon brzina između 5 m/s i 25

m/s

Preporučeni otpor tereta Izlazi do 20 mA

Tipični pritezni otpornik od 3300 Ω za 24 V Minimalni pritezni otpornik od 250 Ω za 5 V

Kalibracija Dostupna kalibracijska verzija Raspon izlaznog signala 0 Hz – 125 Hz

Napajanje Napon 5 V – 24 V DC Struja 9 mA max

Odzivne karakteristike

Prag 0.78 m/s Distantna konstanta 3.0 m

Moment inercije 7.32 x 10 -8 Radni promjer rotora 190 mm

Postavljanje Montaža Na stup promjera 13 mm

Potrebni alati Električna vrpca, petrolejski žele

Okolina Raspon radne temperature -55°C – 60 °C

Raspon radne vlažnosti 0 – 100% RH

Veze 4 - 40 mjedenih heksagonalnih matica Težina 0.14 kg

Dimenzije Tri polukugle stožastog presjeka, 51 mm promjer

Ukupna visina montaže 81 mm

Materijali

Polukugle Jednodijelni lijevani crni polikarbonat Tijelo Kućište od crne ABS plastike

Osovina Berilij – bakar, potpuno učvršćen Ležaj Modificirani teflon, samopodmazujući

Priključna kapica Zaštitna PVC priključna kapica uključena Terminali Mjed

50

11.1.3. NRG #200P pokazatelj smjera vjetra

NRG #200P standardni je industrijski pokazatelj smjera vjetra korišten diljem

svijeta. Termoplastična komponenta i komponenta od nehrđajućeg čelika otporne

su na koroziju i nagle promjene udara vjetra. Pokazatelj smjera direktno je spojen

na precizni provodni plastični potenciometar smješten u tijelu uređaja. Analogni

izlazni napon, koji je direktno proporcionalan smjeru vjetra, proizvodi se kada se

na potenciometar narine konstantni uzbudni napon.

Slika 26: NRG #200P pokazatelj smjera vjetra

51

Tablica 3: Tehnička specifikacija NRG #200P pokazatelj smjera vjetra

Opis

Vrsta senzora Potenciometrični pokazatelj smjera vjetra s kontinuiranom rotacijom

Aplikacije procjena izvora vjetra

meteorologijske studije praćenje utjecaja na okoliš

Raspon mjerenja 360° mehanički, kontinuirana rotacija Kompatibilnost Svi NRG uređaji za bilježenje podataka

Izlazni signal

Vrsta signala Analogni istosmjerni napon iz konduktivnog plastičnog potenciometra, 10 kΩ

Prijenosna funkcija Izlazni signal je napon razmjeran narinutom ulaznom naponu

Preciznost Potenciometrična linearnost unutar 1 %

Mrtvi pojas 8° maksimalno, 4° uobičajeno

Raspon izlaznog signala 0 V do uzbudnog napona (isključujući mrtvi pojas)

Napajanje Narinuti napon Regulirana potenciometrična uzbuda od 1 – 15 V istosmjerno

Odzivna karakteristika Prag 1 m/s

Postavljanje Montaža Na stup promjera 13 mm sa zapornom

iglom i setom vijaka

Alati Električna vrpca, petrolejski žele, 6.25 mm matice

Okolina

Radna temperatura -55 °C - +60 °C Relativna vlažnost 0 do 100 %

Životni vijek 50 milijuna revolucija (2-6 godina normalnog pogona)

Vanjski izgled

Spojevi 4 – 40 mjedenih heksagonalnih zakovica Težina 0.14 kg

Dimenzije 21 cm duljine x 12 cm visine 27 cm radni promjer

Materijali

Tijelo Crna UV stabilizirana antistatička plastika Osovina Nehrđajući čelik

Ležaj Nehrđajući čelik Krilo Crna UV stabilizirana lijevana plastika

Priključna kapica PVC Zakovice mjed

52

11.1.4. NRG 110S senzor temeprature

NRG 110S je jeftin, izdržljiv integrirani strujni senzor temperature koji pruža visok

raspon napona na svome izlazu. Senzor uključuje interno obavještavanje,

pojačala, linearizaciju i šest fotonaponskih panela. Idealan je za prikupljanje

podataka o temperaturi za proračun gustoće energije te praćenje temperature na

udaljenim mjestima.

Slika 27: NRG 110S senzor temperature

53

Tablica 4: Tehnička specifikacija 110S Senzor temperature

Opis

Tip senzora Integrirani strujni senzor

temperature sa šest

Aplikacije Procjena izvora vjetra Meteorološke studije

Ekološka kontrola Raspon mjerenja -40 °C – 52.5 °C Kompatibilnost NRG loggeri

Izlazni signal

Vrsta signala Linearni analogni napon

Prijenosna funkcija [ Temp = (napon x 55.55) – 86.38

°C ]

Preciznost Nagib +/- 0.8 °C max

Nelinearnost +/- 0.33 °C max Uk. pogreška +/- 1.1 °C max

Električna vremenska konstanta 250 µs Područje izlaznog signala 0 V – 2.5 V DC

Karakteristika odziva Toplinska vremenska konstanta 10 min

Napajanje Napon 4 V – 35 V DC Struja 300 µA max (bez tereta na izlazu)

Postavljanje

Montaža Ručna na stup

Potrebni alati

8 mm fiksne lopatice Senzor za zaštitu od zračenja:

[ 127mm promjer x 127mm visina ]

Okolina Raspon radne temperature -40 °C – 52.5 °C

Radno područje vlažnosti senzora 0 – 100% RH Životni vijek 10 godina +

Fizički opis

Povezivost

Oznaka žica: Signal (bijela žica)

Uzemljenje (crna žica) Pobuda (crvena žica)

Uzemljenje zaštite od zračenja Duljina kabela 5 m

Težina 0.47 kg

Dimenzije

Senzor: 30.5 mm visina x 12.7 mm promjer

Senzor sa zaštitom od zračenja: 127 mm promjer x 127 mm visina

Materijal Kabel

3 vodiča 22 AWG, kromirani PVC omot

Sonda Aluminij Ekran -

54

11.1.5. Vertikalni anemometar RM Young 27106-T

Vertikalni anemometar RM Young 27106-T dizajniran je za davanje izlaznih

signala pri okomitim strujanjima vjetra gledano od tla. S obzirom na to da signal

anemometra očitava i pozitivne i negativne brzine vjetra, nulta brzina vjetra

odgovara srednjoj vrijednosti signala izmjerenog na NRG Symphonie bilježniku

podataka. Pritom je potreban SCM #3745 propelerski anemometar za kvalitetno

uzimanje signala pomoću NRG Symphonie bilježnika podataka i 27106-T koji

povezuje NRG-ov panel s oklopljenim kabelom s dva vodiča.

Slika 28: Vertikalni anemometar RM Young 27106-T

55

Tablica 5: Tehnička specifikacija za RM Young 27106-T

Opis

Vrsta senzora Propelerski anemometar

Aplikacije Mjerenje vertikalne komponente brzine vjetra Raspon mjerenja 0.5 m/s – 40 m/s

Kompatibilnost NRG Symphonie bilježnik podataka (sa SCM

vertikalnim anemometrom)

Izlazni signal

Vrsta signala Napon u mV

Prijenosna funkcija [ m/s = 0.01800 x mV ] Preciznost +/- 1 %

Preporučeni otpor tereta >10 kΩ Raspon izlaznog signala +/- 2250 mV

Odzivna karakteristika Radni promjer 200 mm

Postavljanje Montaža

− žičani konektor na 1.905 cm cijevnom stupu

− montiranje senzora za žičani konektor

Vanjski izgled Spojevi - kabeli se leme za konektor - senzori se utiču u žičani konektor

56

11.1.6. RH-5 higrometar

RH-5 je senzor s kontinuiranim mjerenjem relativne vlažnosti. Kompatibilan je sa

Symphonie uređajima za bilježenje podataka te 9300 uređajima za bilježenje

podataka opremljenim s FN panelima i baterijama koji imaju mogućnost ponovnog

punjenja. RH-5 koristi polimerni otporni senzor koji omogućuje izvrsnu linearnost i

osjetljivost uz brzi odziv i dugoročnu stabilnost. Montira se s donje strane kutije i

uključuje 1,5 m kabela.

Slika 29: RH-5 higrometar

57

Tablica 6: Tehnička specifikacija uređaja RH-5

Opis

Vrsta senzora Polimerski otporni senzor vlage

Primjene • procjena izvora vjetra • meteorologijske studije

• praćenje utjecaja na okoliš

Raspon mjerenja 5 – 95 % relativne vlažnosti

Kompatibilnost Symphonie sa RH5 SCM + iPack

Izlazni signal

Vrsta signala Linearni analogni napon

Prijenosna funkcija % RH = napon x 20

Preciznost +/- 5 % RH u rasponu 5 – 95 % RH (pri 25 °C)

Raspon izlaznog signala 0 – 5 V za 0 – 100 % RH uz otpor tereta >10

kΩ

Napajanje Napon 10 – 36 V DC, 12 V pri 1.2 mA

Postavljanje

Montaža Pomoću vijaka

Alat odvijač

ključ od 9 mm

Okolina Radna temperatura - 40 °C – 54 °C

Relativna vlažnost 0 – 95 % RH

Vanjski izgled

Spojevi

Trožilni oklopljeni kabel: crvena: napajanje crna: uzemljenje

bijela: izlazni signal

Duljina kabela 1.5 m

Težina 0.68 kg

Dimenzije 115 mm x 102 mm x 80 mm

Materijal Kabel Trožilni 22 AWG

Kućište Lijevani aluminij i nehrđajući čelik

58

11.1.7. Programabilni logički kontroleri (PLC)

Programabilni logički kontroleri digitalni su elektronički uređaji koji koriste

programabilnu memoriju za pamćenje naredbi kojima se zahtjeva izvođenje

specifičnih funkcija, kao što su logičke funkcije, sekvenciranje, prebrojavanje,

mjerenje vremena, izračunavanje, u cilju upravljanja različitim tipovima sustava i

procesa preko digitalnih i analognih ulazno-izlaznih modula. Za potrebe

diplomskog rada PLC-i nam služe za prihvaćanje prilagođenih signala koje nam

šalju osjetnici te njihovo daljnje prosljeđivanje do nadzornog računala. Korišteni su

modeli Moeller easy 820-DC-RC i Moeller easy 822-DC-TC.

Easy 800 inteligentni logički kontroleri nude široki skup značajki i puno veću

funkcionalnost nego standardni inteligentni uređaji. Mogućnost umrežavanja

sustava omogućuje sustavu da kontrolira do 300 ulaza/izlaza koristeći

distribuiranu inteligentnu arhitekturu.

Slika 30: Moeller easy 820-DC-RC Slika 31: Moeller easy 822-DC-TC

59

Specifikacija PLC-a Easy 820 DC-RC: Tablica 7: Isporučeni program PLC Easy 820 DC-RC

easyNet ugrađen Ulazi Digitalni 12 od njih se mogu koristiti kao analogni 4 Izlazi Poslani 10 A (UL) 6 Analogni 1 Dodatne značajke Ekran i tipkovnica DA Sat u stvarnom vremenu DA Napon napajanja 24 V DC

Tablica 8: Općenite karakteristike PLC Easy 820 DC-RC

Standardi EN 55011, EN 55022, IEC/EN 61000-4, IEC 60068-2-6, IEC 60068-2-27

Dimenzije (Š x V x D) mm 107.5 x 90 x 72 (6 PE) Težina kg 0.3 Montiranje Cilindrična spojnica IEC/EN

60715, 35 mm ili učvršćivanje vijkom pomoću fiksiranih držača ZB4-101-GF1 (dodatak)

Tablica 9: Klimatski okolišni uvjeti PLC Easy 820 DC-RC

Radna temperatura okoline °C -25 … 55, niske temp. Prema IEC 60068-2-1, visoke temp. Prema IEC 60068-2-2

Kondenzacija Upotrijebiti prikladne mjere za sprečavanje kondenzacije

LCD zaslon (jasno čitljiv) °C 0 - 55 Skladištenje °C − 40 -70 Relativna vlažnost, bez kondenzacije (IEC/EN 60068-2-30)

% 5 - 95

Tlak zraka (u pogonu) hPa 795 - 1080 Otpornost na koroziju cm3/m3 IEC/EN 60068-2-42 4 dana SO2 cm3/m3 10 IEC/EN 60068-2-42 4 dana H2S cm3/m3 1

60

Tablica 10: Elektromagnetska kompatibilnost (EMC) PLC Easy 820 DC-RC

Prenaponska kategorija/stupanj zagađenja

II/2

Elektrostatsko pražnjenje (ESD), prema IEC EN 61000-4-2

kV

Zračno pražnjenje kV 8 Kontaktno pražnjenje kV 6 Elektromagnetsko polje (RFI), prema IEC EN 61000-4-2

V/m 10

Radio smetnje EN 55011 Klasa B, EN 55022 Klasa B

Prsnuće, prema IEC/EN 61000-4-4 Kablovi napajanja kV 2 Linije signala kV 2 Visoko energetski pulsevi (IEC/EN 61000-4-5)

kV 2 (kablovi napajanja, simetrični, EASY…DC)

Pulsevi snage (IEC/EN 61000-4-5) kV 0.5 (kablovi napajanja, simetrični, EASY…DC)

Zračenje RFI, prema IEC/EN 61000-4-6 V 10

Tablica 11: Napajanje PLC Easy 820 DC-RC

Nazivni napon rada Ue V 24 DC (-15/+20%) Dopušten raspon V DC 20.4 … 28.8 Preostala komešanja % ≤ 5 Ulazna struja Ulazna struja 115/230 V AC mA Propisano 140 Propadi napona (IEC/EN 61131-2) ms 10 Širenje topline W Propisano 3.4

Tablica 12: Sučelje PLC Easy 820 DC-RC

CANopen Potencijal izolacije Od napona napajanja NE Završetak sabirnice (prva i zadnja točka)

DA

CANopen operacijski modul Točke Broj maks. 8

61

Tablica 13: Digitalni ulazi 24 V DC PLC Easy 820 DC-RC

Broj 12 Ulazi koji se mogu upotrijebiti kao analgni 4 (I7, I8, I11, I12) Oznaka statusa LCD zaslon (ako je postoji) Moguća izolacija Od napajanja NE Između digitalnih impulsa NE Od izlaza DA Moguća izolacija DA Određen napona napajanja Ue V DC 24 Za signal 0 Ue V DC < 5 (I1 – I6, I9, I10) <8 (I7, I8, I11,

I12) Za signal 1 Ue V DC > 15.0 (I1 – I6, I9, I10) >8.0 (I7, I8,

I11, I12) Ulazna struja za signal 1 I1 do I6 mA 3.3 (kod 24 V DC) I7, I8 mA 2.2 (kod 24 V DC) I9, I10 mA 3.3 (kod 24 V DC) I11, 112 mA 2.2 (kod 24 V DC) Vrijeme kašnjenja od 0 prema 1 ms ON ms 20 OFF ms Propisano 0.1 (I1 – I4) i 0.25 (I5 –

I12) Vrijeme kašnjenja od 1 prema 0 ms ON ms 20 OFF ms Propisano 0.1 (I1 – I4), 0.4 (I5, I6,

I9, I10) i 0.2 (I7, I8, I11, I12) Duljina kabla (nezaštićenog) m 100 Mjerilo frekvencije Količina 2 (I1, I2, I3, I4) Brojač frekvencije kHz < 5 Oblik pulsa Kvadratični val Omjer pauziranja pulsa 0.1:0.1 Inkrementalni brojač Kvantiteta 2 (I1 + I2, I3 + I4) Brojač frekvencije kHz ≤ 3 Oblik impulsa Kvadratični val Brojač ulaza I1 i I2, I3 i I4 2 Offset signala 90° Omjer pauziranja pulsa 0.1:0.1 Brzi brojač signala Broj 4 (I1, I2, I3, I4) Brojač frekvencije kHz < 5 Oblik impulsa Kvadratični val Omjer pauziranja pulsa 0.1:0.1 Duljina kabela m < 20

62

Tablica 14: Analogni ulazi PLC Easy 820 DC-RC

Broj 1 Moguća izolacija Od napajanja NE Napajanje, između kabela NE Od digitalnih izlaza DA Moguća izolacija DA Tip izlaza DC napajanje Raspon signala V DC 0 - 10 Rezolucija, analogni V 0.01 Rezolucija, digitalni V 0.01 Rezolucija Bit 10 (vrijednosti 0 - 1023) Ulazna impedancija kΩ 11.2 Točnost prikazanih vrijednosti Dva EASY uređaja % ± 3 Unutar jednog uređaja % ± 2 (I7, I8, I11, I12) ± 0.2 V Vrijeme pretvorbe, analogni/digitalni ms Svaki CPU ciklus Ulazna struja mA < 1 Duljina kabela m < 3

Tablica 15NET mreža PLC Easy 820 DC-RC:

Stanice Broj maks. 8 Brzina prijenosa/duljina prijenosa 1000 KBit/s, 6 m

500 KBit/s, 25 m 250 KBit/s, 60 m 125 KBit/s, 125 m 50 KBit/s, 300 m 20 KBit/s, 700 m 10 KBit/s, 1000m

Potencijalna izolacija 2 dodatna ulaza DA Potencijalna izolacija DA Od izlaza DA Potencijalna izolacija DA Završeci sabirnice (prva i zadnja točka) DA Tehnika spajanja RJ45, 8-polni

63

Specifikacije PLC-a Easy 822 DC-TC Tablica 16: Isporučeni program PLC Easy 822 DC-TC

easyNet ugrađen Ulazi Digitalni 12 od njih se mogu koristiti kao analogni 4 Izlazi Tranzistorski 8 Analogni 1 Dodatne značajke Ekran i tipkovnica DA Sat u stvarnom vremenu DA Napon napajanja 24 V DC

Tablica 17: Općenite karakteristike PLC Easy 822 DC-TC

Standardi EN 55011, EN 55022, IEC/EN 61000-4, IEC 60068-2-6, IEC 60068-2-27

Dimenzije (Š x V x D) mm 107.5 x 90 x 72 (6 PE) Težina kg 0.3 Montiranje Cilindrična spojnica IEC/EN

60715, 35 mm ili učvršćivanje vijkom pomoću fiksiranih držača ZB4-101-GF1 (dodatak)

Tablica 18: Napajanje PLC Easy 822 DC-TC

Nazivni napon rada Ue V 24 DC (-15/+20%) Dopušten raspon V DC 20.4 … 28.8 Preostala komešanja % ≤ 5 Ulazna struja Ulazna struja 115/230 V AC mA Propisano 140 Propadi napona (IEC/EN 61131-2) ms 10 Širenje topline W Propisano 3.4

64

Tablica 19: Digitalni ulazi 24 V DC PLC Easy 822 DC-TC

Broj 12 Ulazi koji se mogu upotrijebiti kao analgni 4 (I7, I8, I11, I12) Oznaka statusa LCD zaslon (ako je postoji) Moguća izolacija Od napajanja NE Između digitalnih impulsa NE Od izlaza DA Moguća izolacija DA Određen napona napajanja Ue V DC 24 Za signal 0 Ue V DC < 5 (I1 – I6, I9, I10) <8 (I7, I8, I11,

I12) Za signal 1 Ue V DC > 15.0 (I1 – I6, I9, I10) >8.0 (I7, I8,

I11, I12) Ulazna struja za signal 1 I1 do I6 mA 3.3 (kod 24 V DC) I7, I8 mA 2.2 (kod 24 V DC) I9, I10 mA 3.3 (kod 24 V DC) I11, 112 mA 2.2 (kod 24 V DC) Vrijeme kašnjenja od 0 prema 1 ms ON ms 20 OFF ms Propisano 0.1 (I1 – I4) i 0.25 (I5 –

I12) Vrijeme kašnjenja od 1 prema 0 ms ON ms 20 OFF ms Propisano 0.1 (I1 – I4), 0.4 (I5, I6,

I9, I10) i 0.2 (I7, I8, I11, I12) Duljina kabla (nezaštićenog) m 100 Mjerilo frekvencije Količina 2 (I1, I2, I3, I4) Brojač frekvencije kHz < 5 Oblik pulsa Kvadratični val Omjer pauziranja pulsa 0.1:0.1 Inkrementalni brojač Kvantiteta 2 (I1 + I2, I3 + I4) Brojač frekvencije kHz ≤ 3 Oblik impulsa Kvadratični val Brojač ulaza I1 i I2, I3 i I4 2 Offset signala 90° Omjer pauziranja pulsa 0.1:0.1 Brzi brojač signala Broj 4 (I1, I2, I3, I4) Brojač frekvencije kHz < 5 Oblik impulsa Kvadratični val Omjer pauziranja pulsa 0.1:0.1 Duljina kabela m < 20

65

Tablica 20: Analogni ulazi PLC Easy 822 DC-TC

Broj 4 (I7, I8, I11, I12) Moguća izolacija Od napajanja NE Od digitalnih Ulaza NE Od izlaza DA Između ulaza DA Tip ulaza DC napajanje Raspon signala V DC 0 - 10 Rezolucija, analogni V 0.01 Rezolucija, digitalni V 0.01 Rezolucija Bit 10 (vrijednosti 0 - 1023) Ulazna impedancija kΩ 11.2 Točnost prikazanih vrijednosti Dva EASY uređaja % ± 3 Unutar jednog uređaja % ± 2 (I7, I8, I11, I12) ± 0.12 V Vrijeme pretvorbe, analogni/digitalni ms Svaki CPU ciklus Ulazna struja mA < 1 Duljina kabela m < 3

Tablica 21: NET mreža PLC Easy 822 DC-TC

Stanice Broj maks. 8 Brzina prijenosa/duljina prijenosa 1000 KBit/s, 6 m

500 KBit/s, 25 m 250 KBit/s, 60 m 125 KBit/s, 125 m 50 KBit/s, 300 m 20 KBit/s, 700 m 10 KBit/s, 1000m

Potencijalna izolacija 2 dodatna ulaza DA Potencijalna izolacija DA Od izlaza DA Potencijalna izolacija DA Završeci sabirnice (prva i zadnja točka) DA Tehnika spajanja RJ45, 8-polni

66

12. Login. Vi

Radi ograničavanja pristupa cjelokupnoj javnosti potrebno je bilo ograničiti broj

korisnika same aplikacije na način da je potrebno korisničko ime i lozinka za

pristup podacima. Login.vi namijenjen je za provjeru korisnika kojima je omogućen

pristup aplikaciji. Popis svih korisnika koji imaju pristup nalazi se u posebnoj

datoteci imena user and password library koja je zajedno s aplikacijom

implementirana na virtualno računalo. Pristup i promjena podataka u datoteci

dozvoljena je samo administratoru sustava.

Slika 32: Block diagram Login.vi

VI funkcionira tako da nakon unosa korisničkog imena i lozinke provjerava se

ispravnost unesenih veličina na način da se prvo provjerava da li u datoteci user

and password library postoji korisničko ime. U blok dijagramu provjeravanje je

programski izvedeno pomoću Array funkcija kojima se pozicionira na stupac

datoteke koji predstavlja korisničko ime unosom index column te se pomoću

Search 1D Array funkcije potražuje da li u datoteci postoji korisničko ime. Dio

programskog koda koji provjerava postoji li korisničko ime u datoteci prikazan je

narednom slikom.

67

Slika 33: Block diagram pretraživanja korisnika

Ukoliko korisničko ime ne postoji Search 1D Array funkcija automatski izbacuje

vrijednost -1 te se na zaslonu ekrana javlja poruka da navedeni korisnik ne postoji

(User doesn't exist).

Slika 34: Prikaz na korisničkom sučelju poruke „User doesn't exist“

Ukoliko je korisničko ime ispravno slijedno se provjerava ispravnost lozinke.

Programski kod za provjeru ispravnosti lozinke isti je kao i za provjeru korisničkog

imena uz promjenu index column koji se pomiče na stupac lozinke.

68

Slika 35: Block diagram provjere ispravnosti lozinke

Na zaslonu ekrana pojaviti će se poruka da je pristup odbijen (Access denied

Wrong password) ako je unesena kriva ili nepostojeća lozinka.

Slika 36: Prikaz na korisničkom sučelju poruke „Access denied Wrong password“

Nadalje, u slučaju ispravne lozinke provjerava se je li sustavu pristupio korisnik ili

administrator sustava. Pristup korisnika VI direktno preusmjerava korisnika na VI

Windstation.vi dok administrator ima mogućnost dodavanja novog korisnika,

modifikaciju postojećih ili preusmjeravanje na VI Windstation.vi.

69

Slika 37: Izbor mogućnosti administratora sustava

Dodatno je omogućeno nakon što se korisnik prijavi na sustavu i njegovo

odjavljivanje i time se vraća na osnovni izgled aplikacije.

Slika 38: Front panel Login.vi

70

13. Add password.vi

Pravo pristupa VI-ju Add password.vi ima samo administrator sustava.

Slika 39: Front panel Add password.vi

Pomoću njega administrator može dodavati novog korisnika. Dodavanje novog

korisnika izvršava se na način da se prvo provjerava ispravnost korisničko imena

odnosno da li u datoteci user and password library postoji već korisnik pod istim

imenom.

Neposredno prije provjeravanja i dodavanja novog korisnika potrebno je otvoriti

konekciju na binarnu datoteku user and password library pomoću

Open_Create_Repace File funkcije u obliku VI-ja te pročitati sadržaj datoteke koji

se zapisuje u dvodimenzionalno polje iz kojega će se provjeravati sadržaj

datoteke.

Slika 40: Otvaranje konekcije na binarnu datoteku i pretvorba u dvodimenzionalno polje

71

Ako korisnik postoji na ekranu će se pojaviti poruka User Name already Exists te

će program pritiskom OK tipke automatski prebaciti na početni front panel za

dodavanje novog korisnika.

Slika 41: Prikaz na korisničkom sučelju „User Name already Exists“

Ispravnim odabirom korisničkog imena slijedi provjera da li se u datoteku želi

dodati user ili administrator sustava. S obzirom na to da je dozvoljen samo jedan

administrator u sustavu automatski odabirom administratora javit će se na ekranu

poruka Admin already Exists.

Slika 42: Prikaz na korisničkom sučelju „Admin already Exists“

Programska osnova za provjeru ispravnosti korisničkog imena i vrste korisnika

realizirana je na isti način kao i kod VI-ja login.vi korištenjem Search 1D Array

funkcije te ispravnim zadavanjem parametara index column kojim se referencira

na stupac koji predstavlja ili korisničko ime ili vrstu korisnika.

Ukoliko su zadovoljeni svi uvjeti za dodavanje novog korisnika na ekranu će se

pojaviti poruka User Name Added.

72

Slika 43: Prikaz na korisničkom sučelju poruke „User Name Added“

Dodavanjem novog korisničkog imena realizirano je korištenjem Array funkcija

(Build Array, Insert Into Array) i String funkcije za spajanje više stringova u jedan

unutar Stacked Sequence petlje kojom se definira slijed izvršavanja dijela block

diagrama za dodavanje novog korisnika jer ne postoji prirodni slijed ovisnosti

podataka. Stacked Sequence petlja sadrži 4 okvira koji se izvršavaju slijedno

jedan za drugim, a dodavanje novog korisnika odnosno upis podataka u user and

password library neće se završiti dok se zadnji okvir ne izvrši.

Slika 44: Okviri Stacked Sequence petlje

Kako bi se proslijedili podaci iz jednog okvira u bilo koji slijedeći okvir potrebno je

koristiti priključak lokalne sekvence (sequence local terminal) koji na okviru petlje

izgleda kao mali kvadratni blok unutar kojeg se nalazi strelica prema van ili prema

unutra ovisni kako i gdje je elementu priključena funkcija koja predstavlja izvor

podataka.

Unutar okvira 0 stvara se polje s parametrima novog korisnika te se informacija,

koja ujedno predstavlja izvor podataka drugim okvirima sekvence, šalje na

73

element lokalne sekvence. Unutar okvira 1 stvoreno novo polje upisuje se u polje

u kojem se nalaze parametri postojećih korisnika. Unutar okvira 2 pomoću

Concatenate funkcije stvara se poruka koja će se pojaviti na ekranu administratora

sustava. Korištenjem One Button Dialog funkcije poruka će se na ekranu pojaviti u

obliku pop up izbornika s OK tipkom za izlazak. Unutar posljednjeg okvira

sekvence resetiraju se polja za upis novog korisnika.

Nakon izlaska iz menija za upis novog korisnika pritiskom Exit tipke realizira se

stvarni upis u datoteku. Zapis novog korisnika koji se realizirao upisom u

dvodimenzionalno polje pretvara se u tablični string oblik pomoću Array to

Spreadsheet String funkcije te se pohranjuje u binarnu datoteku korištenjem Write

to Binary File funkcije.

Slika 45: Pretvorba dvodimenzionalnog polja i zapisivanje u binarnu datoteku

Izlaskom iz VI-ja Add password.vi administrator se vraća na izbornik gdje može

ponovno pristupiti dodavanju korisnika, modifikaciji postojećih korisnika ili prelasku

na VI Windstation.vi.

74

14. Modify password.vi

VI Modify password.vi omogućuje modifikaciju postojećih korisnika i njihovo

brisanje unutar datoteke user and password library. Pravo pristupa kao i kod VI-a

Add password.vi omogućeno je samo administratoru sustava čime se postiže

kvalitetnija sigurnost i održavanje user and password library datoteke.

Slika 46: Dio block diagrama Modify password.vi

Programski kod realiziran je korištenjem while petlje kojom se neprekidno čeka

naredba za izvršenje, case petljama kojima se kontrolira modifikacija ili brisanje

korisnika te izlazak iz VI-a, Property kontrolama kojima se upravlja poljima koja se

mijenjaju i njihova kontrola vidljivosti te Stacked sequences petljama kojima se

upravlja tijek izvršavanja dijelova block diagrama. Kako bi se omogućila

modifikacija postojeće user and password library datoteke potrebno je prvo

(identično kao i kod VI-eva login.vi i add password.vi) otvoriti konekciju na binarnu

datoteku, pročitati sadržaj i pretvoriti ga u dvodimenzionalno polje koje će se

unutar glavne while petlje modificirati, a izlaskom iz VI-a ponovno će se pretvoriti u

binarnu datoteku i kao takvu pohraniti u user and password library datoteku.

75

Slika 47: Block diagram izvršavanja rada s binarnom datotekom

Nakon što administrator sustava pristupi VI -u Modify password.vi na zaslonu

ekrana će se pokazati popis svih korisnika datoteke user and password library

unutar Contents tablice.

Upisom korisnika u polje User name administrator ima mogućnost modifikacije ili

brisanja tog korisnika izborom Modify ili Delete tipke.

Slika 48: Front panel Modify.vi

Ulaskom u VI automatski je podešeno neistinito boolean stanje Modify, Delete i

Exit kontrola. Kako bi se provjerilo koju naredbu je administrator odabrao te koji

dio programskog koda slijedno se izvršava stvoreno je polje vrijednosti Modify,

76

Delete i Exit boolean stanja, a njegovo pretraživanje vrši se pomoću Search 1D

Array funkcije.

Slika 49: Provjeravanje izbora administratora sustava

Ukoliko je administrator odabrao korisnika koji se nalazi u datoteci te odabrao

modifikaciju na ekranu će se automatski pojaviti atributi korisnika (korisničko ime,

lozinka i vrsta korisnika) koje je moguće mijenjati.

77

Slika 50: Front panel nakon odabira korisnika iz baze

Lijevi stupac pokazuje postojeće atribute odabranog korisnika dok se u desnom

stupcu vrši izmjena atributa korisnika. Izmjenom postojećih atributa korisnika

pritiskom Replace tipke na ekranu će se pojaviti User Name Modified poruka te će

administrator automatski biti prebačen na početni ekran VI-a.

Slika 51: Prikaz na korisničkom sučelju poruke „User Modified“

Programsko rješenje mijenjanja atributa korisnika kojeg je administrator sustava

odabrao realizirano je pomoću Stacked sequences petlje kojom se slijedno

određuje izvršavanje programskog koda za modifikaciju korisnika.

78

Slika 52: Okviri Stacked Sequences petlje za mijenjanje atributa korisnika

Identično korisničko ime dvaju korisnika te dva ili više administratora sustava nije

dopušteno te će program javiti grešku s popratnim tekstom ovisno koji uvjet se nije

zadovoljio.

Unutar okvira 0 Stacked sequences petlje provjerava se je li administrator mijenjao

atribute korisnika te je li zadovoljen uvjet postojanja samo jednog administratora

sustava. Ukoliko su svi uvjeti zadovoljeni unutar okvira 1 petlje vrši se modifikacija

odabranog korisnika na način da se mijenjaju stupci dvodimenzionalnog polja.

Unutar okvira 2 realizirana je poruka koja će se pojaviti na ekranu nakon što se

atributi postojećeg korisnika zamjene s novim atributima te je izvedeno

automatsko izlaženje iz menija Modify i vraćanje na početni ekran VI-a. Za

izlaženje iz Modify menija ako administrator nema potrebu mijenjati postojeće

atribute služi Exit Modify tipka.

Ukoliko je administrator odabrao korisnika koji se nalazi u datoteci te odabrao

brisanje iz korisnika iz datoteke na ekranu će se automatski pojaviti poruka kojom

je potrebno potvrditi brisanje korisnika pritiskom Delete tipke.

79

Slika 53: Prikaz ne ekranu poruke „Name Confirm Delete“

Programsko rješenje brisanja korisnika realizirano je kao i kod modifikacije

korisnika pomoću Stacked sequences petlje s tri okvira slijednog izvršavanja

naredbi. Unutar okvira 0 provjerava se da li se zaista želi izbrisati korisnik koristeći

Two Button Dialog. Unutar okvira 1 koristeći Delete From Array funkciju odabrani

korisnik briše se iz dvodimenzionalnog polja tako što se briše redak sa svim

atributima korisnika. Unutar okvira 2 nakon što se izvrši brisanje korisnika

administrator se prebacuje na početni ekran VI-a.

Slika 54: Okviri Stacked Sewuences petlje za modifikaciju korisnika

80

Za izlazak iz Modify.vi VI-a služi Exit tipka kojom se administrator prebacuje na

izbor hoće li pristupiti Add password.vi, Modify password.vi ili Windstation.vi VI-u.

81

15. Kreiranje baze podataka

Baza podataka je skup međusobno povezanih podataka, pohranjenih u vanjskoj

memoriji računala. Podaci su istovremeno dostupni raznim korisnicima i

aplikacijskim programima. Kreiranje baze podataka i manipulacija s podacima

obavlja se posredstvom zajedničkog softwera. Korisnici i aplikacije pritom ne

moraju poznavati detalje fizičkog prikaza podataka, već se referenciraju na logičku

strukturu baze. Postoje više vrsta softwera za kreiranje baze podataka, a razlikuju

se po stabilnosti baza i zaštiti koju pružaju. Budući da Labview koristi microsoftovu

tehnologiju za kreiranje baze podataka odabran je Microsoft SQL Server 2005.

Labview ima uključenu instalaciju za microsoft SQL server u svom DSC modulu

koji je moguće skinuti s linka:

http://ftp.ni.com/evaluation/labview/ekit/other/downloader/2010DSC_downloader.exe

Kako bi se moglo pristupati serveru za stvaranje baze podataka potrebno je

instalirati Microsoft SQL server management studio koji je moguće skinuti s linka:

http://download.microsoft.com/download/a/6/c/a6c820bb-9043-4ef6-8a7ba0cd327cf8c5/

SQLServer2005_SSMSEE.msi

Pokretanjem MS SQL server management studia na zaslonu se javlja prozorčić

koji traži da se odabere na koji server se želimo spojiti. Pod server name potrebno

je odabrati ime_računala\CITADEL dok se pod Authentication odabere Windows

Authentication.

82

Slika 55: Connect to Server

Nakon spajanja na server, za kreiranje baze podataka koristi se Object Explorer

na način da se baza stvori desnim klikom na Databases -> New Database. Ukoliko

bude izbacivalo grešku, potrebo je izaći iz Microsoft SQL server management

studia i ponovno ga pokrenuti kao “run as administrator“. Ovo je najčešći problem

za korisnike Windows Vista i Windows 7 operacijskog sustava.

Slika 56: Object Explorer

83

Nakon kreiranja baze potrebo je u bazi stvoriti tablicu u kojoj će se spremati

mjerene veličine. Tablice predstavljaju dvodimenzionalne matrice čiji redovi

predstavljaju naziv i svojstva objekata (mjerenih veličina) pohranjenih u tablici, a

stupci svojstva objekata izražena odgovarajućim tipom podataka. Kreiranje tablice

stvara se na isti način kao i kreiranje baze desni klik Tables -> New Table. U

sredini programa automatski se pojavljuje prozorčić u koji se upisuju nazivi

stupaca i vrsta podataka koji će spremati u stupce.

Slika 57: Parametri stvorene tablice

Potrebno je stvoriti 8 stupaca s pripadajućim imenom koji predstavlja mjerenu

veličinu koja se upisuje u stupac. Za stupac u koji se upisuje vrijeme potrebno je

odabrati vrstu podataka datetime dok za ostale stupce u koje se upisuju mjerene

veličine potrebno je odabrati vrstu numeric preciznošću 18,6 (max 18 mjesta

ispred i max 6 mjesta iza dicemalnog zareza). Kako bi tablica ostala sačuvana

potrebno je napraviti spremanje tablice desni klik Save Table.

Slika 58: Spremanje stvorene tablice

Nakon spremanja tablice stvorena ja baza s tablicom u kojoj će se mjerene

veličine spremati.

84

Ukoliko se želi komunicirati i raditi s bazama u programskom alatu Labview

potrebno je instalirati dodataka Database connectivity toolkit koji je moguće skinuti

s linka:

http://ftp.ni.com/evaluation/labview/ekit/other/downloader/2010DCT.exe

Instalacijom toolkita u programskom alatu Labview će se pojaviti dodatne male

ikone pod Connectivity -> Database koje služe za komunikaciju s bazom.

Slika 59: Database funkcije u LabVIEW-u

Kako bi se mogla ostvariti komunikacija u programskom alatu Labview mora se

omogućiti da je baza vidljiva programskom alatu Labview. Svaka vrsta baza

podataka imaju svoj odbc driver. ODBC driver služi aplikacijama za komuniciranje

sa serverom i bazom. Preko njega moguće se spojit s bazom i upisivat mjerene

veličine u tablicu. Da bi se moglo to napraviti potrebno je Labview-u odrediti koji

odbc driver da koristi i na koju bazu da se spaja. Stoga je potrebno stvoriti Source

Name gdje definiramo na koju bazu se spojiti i koji se driver koristi.

Stvaranje Source Name nalazi se u Control Panel -> Administrative Tools -> Data

Sources (ODBC).

85

Slika 60: Stvaranje Source Name (ODBC)

Opcijom Add odabere se koji se odbc driver želi koristiti. S obzirom na to da se

koristi Microsoft SQL server potrebno je odabrati driver pod imenom SQL Server.

Slika 61: Prikaz stvorenog drivera SQL Server

Nakon što je izabran driver potrebno je pod ime Data Source potrebno je odabrati

ime kako će se zvati Data Source (u našem slučaju fer) te na koji server će se

spajati (ime_računala\CITADEL).

86

Slika 62: Kreiranje imena SQL Source

Slijedeći korak potrebno je ostaviti onako kako je već automatski određeno.

Slika 63: Podešenje Data Source to SQL Server

U slijedećem koraku moguće je odrediti koja će baza biti automatski podešena kao

glavna. Odabere se baza koja se kreirala da bude automatski glavna.

87

Slika 64: Podešavanje glavne baze podataka

Nakon što se unesu sve potrebne informacije za stvaranja Data Source završni dio

je testiranje kojim se provjerava ispravnost novog ODBC Data Source.

Slika 65: Provjeravanje ispravnosti ODBC Data Source

Data Source koji se kreirao automatski će se pojaviti pod postojeće koji se koriste

u računalu.

88

Slika 66: Stvoreni Data Source unutar ostalih postojećih DSN-a

Time je napravljen Data Soruce koji sadrži informacije koji se odbc driver koristi,

na koji se server treba spojiti i na koju bazu se potrebno spojiti na tom serveru.

Ovim korakom sve je spremno za spajanje iz programskog alata Labview.

89