2 Разработка системы управления зданием

2.1 Анализ и выбор контроллера

В системе управления работой «умного дома» на контроллер возлагается функции по управлению, коммуникации и настройке внешних устройств (датчики, исполнительные механизмы, регуляторы и т.д.) При этом он является одним из наиболее важных компонентов в цепи обмена данными между полевым оборудованием (датчиками и исполнительными механизмами) и средствами АСУТП верхнего уровня (диспетчерским пунктом).

ПЛК были разработаны для замены релейно-контактных схем управления, собранных на дискретных компонентах: реле, таймерах, счетчиках, элементах жесткой логики. Принципиальное отличие ПЛК от релейных схем заключается в том, что в нем все алгоритмы управления реализованы программно. При этом надежность работы схемы не зависит от ее сложности. Использование программируемых логических контроллеров позволяет заменить одним устройством любое необходимое количество отдельных элементов релейной автоматики, что увеличивает надежность системы, минимизирует затраты на ее тиражирование, ввод в эксплуатацию и обслуживание. ПЛК может обрабатывать дискретные и аналоговые сигналы, управлять клапанами, сервоприводами, преобразователями частоты и другими устройствами. Типовая структура ПЛК показана на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 – Типовая структура ПЛК

Цепи ПЛК разделаны на три основные гальванические изолированные зоны. Электрическая изоляция обеспечивает безопасность, когда отказ в одной зоне не приводит к нарушениям в другой. Магнитная изоляция между первичной и вторичной сторонами обусловлена использованием трансформатора в системе электропитания. Оптопары обеспечивают оптическую изоляцию во входной и выходной цепях: это разделяет логические цепи от стороны полевых устройств, к которой подсоединены механизмы. Дискретные входы отделены от дискретных выходов. Гальваническая изоляция защищает интерфейс оператора (и самого оператора) от сбоев во входном электропитании или сбоев в схемах. Очень важно при монтаже ПЛК исключить создание внешних связей, соединяющих цепи логической стороны с любой другой.

Современный рынок средств автоматизации предлагает широкий спектр аппаратных и программных устройств для построения надежных и удобных в эксплуатации систем. Очень трудно правильно сориентироваться в море контроллеров, промышленных компьютеров, пакетов ПО, чтобы выбрать оптимальное по производительности оборудование и сохранить при этом одного поставщика технических средств и единую среду разработки ПО.

В настоящее время на рынке автоматизации представлен достаточно большой набор ПЛК. Все они имеют различные технические и эксплуатационные характеристики. Среди известных фирм производителей можно выделить такие, как: Advantech, Siemens, Honeywell, Beckhoff и т.д.

Для автоматизации зданий компания Advantech выпускает контроллеры серии ADAM , работающие по интерфейсу RS 485 и протоколу TCP. Одним из представителей серии ADAM является контроллер ADAM 5000/TCP . Этот контроллер работает по протоколу ModBus/TCP , что позволяет легко интегрировать данное устройство со SCADA системами и другими пользовательскими приложениями. В качестве недостатка можно выделить относительно не большое количество подключаемых к контроллеру модулей ввода-вывода.

Из серии контроллеров фирмы Siemens можно выделить компактный ряд PXC…D. Эти контроллеры очень часто выбирают фирмы-разработчики в качестве базовых для создания «умных домов». Цены на эти ПЛК колеблются от 800 до 1800 EUR.

В последнее время, как во всём мире, так и в нашей стране приобретают популярность контроллеры фирмы Beckhoff, которая разработала передовую технологию для любых типов сигналов и любых видов промышленных шин Стоимость контроллеров Beckhoff составляет в среднем от 300 до 1100 EUR. Среди разработок Beckhoff имеется широкий ассортимент модулей ввода-вывода и интерфейсных шлюзов, поддерживающий все наиболее распространенные промышленные шины.

Проведенный анализ контроллеров таких фирм как Advantech, Siemens и Beckhoff показал, что разрабатываемые этими компаниями контроллеры удовлетворяют современным требованиям по автоматизации. У них есть свои сильные стороны и недостатки. В итоге, проанализировав специфику задачи, в качестве базового контроллера для «умного дома» был выбран ПЛК фирмы Beckhoff BC9000. Стоимость данного контроллера и модулей ввода-вывода сравнительно не велика, что очень важно для внедрения в объект домашней автоматизации. Это позволит значительно снизить затраты на оборудование.

На рисунке 2.2 показан внешний вид контроллера BC9000. Конструктивно контроллер серии ВС9000 выполнен в виде отдельного блока из негорючего пластика. Блок содержит центральный процессор, источник питания, панель управления, коммуникационные порты и объединительную плату для установки модулей ввода-вывода. Контроллер без труда установливается на DIN-рейку или на панель. Причем для монтажа не требуется никаких дополнительных конструктивных элементов. При этом обеспечивается открытый и удобный доступ к панели управления, к слотам для установки или замены модулей ввода-вывода и коммуникационным разъемам.

Рисунок 2.2 - Внешний вид контроллера ВС9000

Ниже приведен пример подключения модулей к контроллеру

Рисунок 2.3 – Пример подключения модулей к контроллеру

Контроллер BC9000 работает по протоколу TCP/IP. Программирование и загрузка программы в контроллер осуществляется посредством использования программного обеспечения TwinCAT. Основные характеристики контроллера BC9000 приведены в таблице 2.2

Таблица 2.2 - Основные характеристики контроллера BC9000

Память для программ	64 Кб
Длительность цикла обработки команды	1,5 мс для 1000 инструкций
Число подключаемых модулей	64
Протокол передачи данных	ТСP
Язык программирования	IEC 61131-3 (IL,LD,FBD,SFC, ST)
К-во цифровых периферийных сигналов	512 входных/512 выходных
К-во аналоговых периферийных сигналов	128 входных/128 выходных
Сетевой разъём	RJ 45
Электропитание	24 В DC (-15%/+20%)
Рекомендуемый плавкий предохранитель	<10 A

Из таблицы видно, что данный контроллер полностью подходит для построения микропроцессорной сети «умного дома» и удовлетворяет основные требования по количеству поддерживаемых точек ввода-вывода.