2.3 Разработка микропроцессорной сети

Для удобства монтажа часть модулей ввода-вывода будет располагаться в другом здании. В связи с этим возникает необходимость в создании микропроцессорной сети для «умного дома».

Сеть автоматики типичного здания обычно состоит из трех уровней:

– уровень управления;

– уровень автоматизации;

– уровень оборудования.

Уровень управления – это средства отображения информации, диспетчеризации и управления узлами здания. Контроль посредством человеко-машинного интерфейса, компактных диспетчерских модулей-мониторов, рассылка уведомлений на мобильные телефоны, пейджеры, факсы и электронную почту.

Уровень автоматизации – это контроллеры для управления автоматическими процессами, системные контроллеры для управления другими контроллерами, а также компактные панели оператора и интернет -контроллеры для организации интерфейса с пользователем.

Уровень оборудования – датчики и исполнительные механизмы системы автоматизации. Датчики и исполнительные механизмы обеспечивают связь системы автоматики с технологическим оборудованием. Модули ввода/вывода для интегрирования оборудования третьих фирм и обеспечения полной совместимости. На рисунке 2.6 представлены основные компоненты системы автоматики здания.

Станции управления

Контроллеры и

регуляторы

Периферийное оборудование

Рисунок 2.6 – Основные компоненты системы автоматизации здания

Основные инженерные системы, которые рассмотрены для сети умного дома:

– управление подогревом тёплого пола;

– управление подогревом батарей;

– управление освещением;

– управление обогревом ливнестоков.

– система мониторинга.

Системы друг от друга независимые, но соединены в единую сеть для общего и детального мониторинга с операторского пульта или комнатных модулей.

Аппаратное обеспечение микропроцессорной системы включает в себя:

– контроллер BC 9000;

– устройство сопряжения BK9000;

– модули дискретного вывода KL 2408;

– модули аналогового вывода KL 4404;

– модули дискретного ввода KL 1408;

– модули аналогового ввода KL 3204;

– набор исполнительных механизмов и датчиков.

К сегменту сети с контроллером BC9000 подключаются модули ввода-вывода, датчики и исполнительные механизмы, отвечающее за управление тёплым полом, радиаторами и вентиляцией. Другая часть модулей ввода-вывода располагается в соседнем здании и подключается к BC9000 через устройство сопряжения BK9000 , работающее по щине EtherCAT. Они отвечают за управление уличным освещением, обогревом ливнестоков и ступенек. Микропроцессорная сеть с модулями ввода-вывода, датчиками и исполнительными механизмами показана на рисунке 2.7

Рисунок 2.7 – Микропроцессорная сеть с датчиками и модулями

3 Детальная разработка систем автоматизации

3.1 Анализ программного обеспечения для работы с контроллером

Автоматизированные системы управления могут успешно внедряться в производство лишь при наличии надежного аппаратного оснащения и проработанного, отлаженного программного обеспечения. Первое условие – внедрение аппаратной части – в большинстве случаев не вызывает особых затруднений ввиду широкого выбора и качества устройств для промышленной автоматизации. Основной проблемой при внедрении АСУ ТП может стать программное обеспечение.

Задачи программирования контроллеров для систем автоматизации весьма специфичны, сложны, трудоемки и, естественно, требуют для своего решения соответствующих инструментальных средств программирования. Использование универсальных языков программирования высокого уровня (С, Pascal, Fortran, Basic) и языков Ассемблера позволяют решать эти задачи, но требуют при этом обширных знаний теории и технологии программирования, особенностей конкретной операционной системы и тонкостей аппаратного обеспечения (контроллеров, модулей сопряжения и т.п.). Поэтому, для облегчения работы системных интеграторов, фирмы, производящие оборудование для АСУ ТП, всегда стараются сопровождать его набором программных инструментов, с помощью которых можно описывать логику работы контроллеров. Примером такого программного обеспечения могут служить мощные программные средства такие, как Good Help для контроллеров серии I 7000 и TwinCAT для контроллеров Beckhoff. Так как для автоматизации здания выбран контроллер фирмы Beckhoff, то все работы по конфигурированию и написанию программного обеспечению будут осуществляться в TwinCAT. На рисунке 3.1 приведена общая структура системы TwinCAT.

Рисунок 3.1 – Структура системы TwinCAT

Пакет TwinCAT состоит из исполнительных систем, обеспечивающих работу управляющих программ в режиме реального времени, и сред разработки для программирования, диагностики и конфигурирования систем. Все Windows-приложения, в том числе и офисные программы и программы визуализации, через интерфейсы Microsoft имеют доступ к данным TwinCAT и могут выполнять команды TwinCAT.

Из общей структуры системы TwinCAT необходимо выделить TwinCAT PLC. TwinCAT PLC предназначен для создания программы, управляющей логикой работы ПЛК. Программы для ПЛК создаются на одном или нескольких языках стандарта IEC 61131-3:

– IL (язык линейных инструкций);

– LD (язык контактно-релейных схем);

– FBD/CFC (язык программирования с использованием функциональных блоков);

– SFC (язык программирования с использованием последовательных функциональных схем);

– ST (язык программирования с использованием структурированного текста. По своей структуре близок к языку программирования – Pascal).

Программирование осуществляется:

– локально;

– через TCP/IP;

– через промышленные шины (BXxxxx и BCxxxx).

На каждом из пяти приведённых языком программирования можно реализовать практически любой алгоритм. Поэтому выбор наиболее удобного языка программирования остаётся за разработчиком. Для написания основной логики работы «умного дома» в качестве базового языка был использован язык ST. На рисунке 3.2 показано диалоговое окно, в котором происходит выбор языка программирования.

Рисунок 3.2 – Выбор языка программирования в PLC Control