Системы управления освещением представляют собой контроль над режимом работы, уровнем освещенности и другими параметрами электрического освещения. Разные способы изменения параметров света сегодня реализованы в «умных домах».

Виды

Системы управления освещением представлены в следующих видах:

• Местном. Этот способ используется в небольших помещениях и домах, реализован ручными переключателями и выключателями. расположено обычно возле входной двери в комнату дома на высоте около 1,5 м. В некоторых комнатах (санузел, кладовая) ручные выключатели целесообразнее устанавливать в соседних комнатах. Чаще всего там встречаются однополюсные выключатели с силой тока от 6 до 10 А.
• Централизованном. Представлено автоматами, которые устанавливаются в офисных или промышленных помещениях.

Системы управления освещением дома

• таким способом сегодня часто используется в домах. Он реализован благодаря щитку станций управления, который включен в цепи осветительной сети. Эта разновидность системы управления освещением дает возможность использовать пульт ДУ. В контрольном пункте иногда предусмотрена сигнализация.
• Автоматическом. Автономная разновидность системы управления освещением в помещениях предусматривает отсутствие участия человека. Может проводиться по графику или в зависимости от данных датчиков движения или освещенности.

Схемы управления светом из нескольких мест

Нередко при установке осветительной системы в зданиях может возникнуть необходимость во включении света в проходной комнате при входе в нее и выключении при выходе, расположенном с противоположной стороны.

Чтобы владелец дома не возвращался в начало коридора, существует технический вариант выхода из ситуации - управление освещением с 2 мест.

Существует целый список устройств, которые позволяют реализовать это в условиях дома:

• проходной выключатель. Представлен переключателем, где содержится 3-контактная группа (2 контакта подвижны, 3-й - нет). Во время нажатия на клавишу выключателя подвижный провод присоединяется к одному из неподвижных. Таким образом, обеспечивается возможность независимого контроля за одной лампой при помощи 2 выключателей. Особенность проходного выключателя - положение второго выключателя из схемы, а не самой кнопки устройства. Существует такая разновидность проходного выключателя, как сдвоенный - он позволяет включать и выключать свет из 2 мест не одним, а сразу двумя приборами. Внешне он представляет собой парное устройство в общем корпусе;

• крестовой (четырехконтактный) переключатель. Он используется, если контроля над одним или 2 источниками света с разных мест дома недостаточно. Монтаж 4 контактов устройства таков: первый и последний выключатель в цепи - проходные, а второй и третий - крестовые;
• бистабильное (двустабильное) реле. Дает возможность управлять светом из 2 и больше мест дома. Приспособление представлено электронной схемой, имеющей 2 состояния. Триггер контролируется поданным к входу импульсом. Используя такое реле, можно в качестве выключателей использовать кнопки, а схема ручного контроля над светом в здании позволяет подключить кнопки параллельно.

Контроль освещения с пульта

Беспроводное управление светом с пульта может быть реализовано своими руками. Можно использовать обычный инфракрасный пульт от телевизора. Схема контроля над светом в здании предполагает:

• использование микроконтроллера PIC16F628. Чтобы управлять осветительными приборами, в схеме есть аппаратный ШИМ. Его сигнал изолируется при помощи оптопары от силовых компонентов схемы;
• силовые компоненты схемы предполагают регулировку лампы (в этом случае - галогенной) посредством подачи постоянного тока. Несмотря на существующие недостатки такого подключения, оно будет менее шумным, чем симистор;

Управление светом с пульта

• модуль, принимающий ИК-лучи, работает с частотой 40 кГц. При установке в качестве приемника излучения RPM7140 дальность пульта будет составлять 40 м;
• для запитки схемы контроля над освещением в здании можно использовать старую зарядку от мобильного телефона. А управляющими кнопками тут могут стать неиспользуемые на телевизионном пульте кнопки телетекста.

Еще несколько лет назад в любимых всеми фантастических фильмах о будущем мы с восхищением смотрели на летающие по небу автомобили, умных роботов, спасающих человечество, необычные полностью автоматизированные дома. И казалось, что до этих фантазий авторов фильмов еще так далеко. Но мода на ультрасовременные дома вошла и в реальную жизнь.

Все чаще дизайнеры предлагают делать различные акценты на свет, уже не модно иметь в комнате одну люстру в центре потолка с одним выключателем на стене – это скучно и однообразно. Автоматизация всевозможных элементов интерьера ворвалась в нашу жизнь безвозвратно. Намного интереснее, когда мы создаем с помощью света настроение в комнате. А если фантазия разошлась – необходима целая система – в этом случае уже необходимо управление освещением. Давайте попробуем разобраться в этом вопросе подробнее.

На первый взгляд нам кажется, что все эти новинки не несут в себе ничего кроме модных «штучек» для хвастовства. На самом деле, вникнув в ее суть, практически каждый хозяин дома захочет получить «умный дом». Для чего нужна такая система:

• Автоматическое включение и выключение света в зависимости от уровня естественного освещения, особенно удобно на придомовой территории: не нужно идти и ежедневно включать фонари при сумерках, можно запрограммировать систему таким образом, чтобы датчики реагировали на уровень света. При этом важно, чтобы эти датчики были чистыми, иначе они могут некорректно себя вести и свет включится даже днем;
• Установка датчика движения. Удобно в темных помещениях, таких как коридор, лестница — отпадает необходимость искать выключатель;

• Увеличение или уменьшение яркости света в зависимости от времени суток;
• Автоматическое подключение светодиодных лент в специальных зонах отдыха или развлечений;
• Возможно задавать более сложный сценарий: допустим, в определенное вечернее время включается верхний свет, в ночное время самостоятельно отключается основное освещение и приходит черед ночникам или торшерам с мягким приглушенным светом. Подобные сценарии можно создавать самостоятельно в зависимости от Ваших потребностей;
• Автоматическое плавное уменьшение света либо полное его отключение при запуске домашнего кинотеатра.

В период Вашего отсутствия свет может продолжать работать с целью имитирования нахождения людей дома. Такая функция очень важна особенно в период длительного отсутствия.

Разобравшись для чего нужна такая система, определим по каким критериям выбирать варианты. Здесь имеет место две важные составляющие: энергосбережение и функциональность. Экономия обеспечивается за счет использования современных элементов: от лампочек до готовых систем управления, разработанных таким образом, что такая система использует электроэнергии меньше, чем если бы Вы просто использовали световые точки каждую по отдельности. Что касается функциональности или удобства – здесь все зависит от Ваших пожеланий. Все системы управления можно условно разбить на автоматические, полуавтоматические и ручные.

Виды систем управления

Автоматическое управление освещением (или СУО строения) не заменимо на больших площадях – в больших домах и придомовой территории. Разработка такой системы имеет единую базу – называемую контролер, которую подключают к компьютеру и через него с помощью wi-fi программируют все, что нам необходимо. Такие варианты управления достаточно дорогостоящие, поэтому на небольших площадях использовать их нецелесообразно.

В частных домах чаще всего используют полуавтоматические системы (СУО помещения). В этом случае задействован не весь дом и придомовая территория, а пару комнат – допустим, гостиная, коридор и центральная дорожка к дому. При этом можно установить программу, при которой в этих помещениях в одно и то же время будет зажигаться свет, также на лестнице возможно установить датчик движения, для того, чтобы не искать выключатель при переходе с одного этажа на другой. Такие системы представляют собой блок с определенным набором тумблеров, который обычно встраивают в распределительный щит.

Наиболее часто встречается ручное управление (СУО осветительного прибора). К нему же относится управление светом с помощью пульта дистанционного управления. Это самый экономичный способ из предложенных выше. Такая система предполагает одну или несколько точек управления. И установить ее можно даже самостоятельно, не прибегая к дорогостоящим специалистам. Разумеется, основы электрики при этом надо знать.

Не осталось, пожалуй, ни одного дома, в котором отсутствовала бы сеть wi-fi. С помощью нее можно управлять освещением из собственного мобильного телефона или планшета, даже находясь на большом расстоянии от дома. Главное не переусердствовать с этим и не устроить сюрприз близким, находящимся в доме. Но важно помнить, что wi-fi должен охватывать всю площадь, на которой планируется использовать автоматическую систему.

Управление освещением из нескольких мест

Существуют и более простые СУО, необходимые даже в небольших квартирах. Рассмотрим пример управления такой системой с нескольких мест.

Каждый день мы приходим с работы и включаем в коридоре свет, следовательно, нам нужен выключатель сразу на входе в квартиру. Но проходя в комнату, и включая свет в ней, нужно вернуться назад к входной двери, чтобы выключить освещение в коридоре? Согласитесь, что это неудобно. Гораздо интереснее, если у входа в комнату будет стоять второй выключатель для коридора.

Аналогично, допустим, со спальней. Перед сном заходя в комнату включаем свет, выключатель по логике расположен на входе в комнату, чтобы не искать его по стенам. Но, когда подходит время непосредственно ко сну – придется встать с кровати, пойти к двери и выключить свет, а после этого уже в темноте вернуться назад. Правильно – неудобно. Гораздо комфортнее, если второй и третий выключатели будут расположены с двух сторон от кровати.

От жизненных примеров к теории. Схема управления из двух мест выглядит следующим образом. Если в цепи выключателей 2 – они называются проходными – то есть одним устройством возможно управлять из двух точек. При этом, включив свет в одной точке и выключив в другой, вы сможете снова включить свет, воспользовавшись любой их точек, не зависимо от положения выключателя на другом конце. В данном случае выключатели выглядят аналогично обычным выключателям, однако внутри они принципиально отличаются от них.

Поэтому, если вы хотите установить такую систему освещения в комнате – при покупке элементов обязательно уточняйте, что вам нужны проходные выключатели. Если планируется более двух выключателей – схема управления светом с трёх мест выглядит по-другому. Необходимо приобрести пару проходных выключателей и 3-й перекидной.

Перекидной выключатель принципиально отличается от обычного и от проходного – следует учитывать это при покупке приборов. Поэтому, если вы делаете ремонт самостоятельно — при выборе выключателей обязательно уточняйте в магазине — для какой цели они вам нужны.

Уличное освещение

При наличии большого участка возле жилого дома возникает потребность в обеспечении автоматического управления уличным освещением. Чаще всего устанавливают два распределительных шкафа, с помощью которых управляют светом – на входе во двор и в доме. При этом, они должны работать параллельно, без привязки друг к другу.

Подключать все фонари и точки освещения согласно установленной схемы к двум шкафам выйдет достаточно неэкономно. Поэтому чаще всего к распределительному шкафу на входе во двор подключают несколько основных фонарей, для возможности видимости прохода к дому. А основное освещение и прочие системы подключены в распределительный шкаф, находящийся в доме.

После размещения всех кабелей, каждый осветительный прибор можно обеспечить специальным датчиком, подающим команду для дистанционного управления. Таким образом, с помощью пульта возможно будет управлять каждым фонарем отдельно.

Более целесообразным использование пульта дистанционного управления будет при использовании осветительных приборов, снабженных солнечными батареями. В данном случае отпадает необходимость в покупке и прокладывании большого количества кабелей, а также не нужно устанавливать распределительный щит.

Также существует возможность управлять светом на улице при помощи компьютера и сети wi-fi. Если участок большого размера – в центре него устанавливают шкаф с роутером для передачи данных. Очень важно при этом, чтобы роутер охватывал весь участок. На каждый прибор освещения устанавливается специальный блок, который имеет встроенный модуль wi-fi. После недлительного запуска программы специалистом – мы можем управлять светом самостоятельно.

Если покупать все перечисленные варианты по отдельности и самостоятельно их устанавливать – выйдет достаточно дорогое удовольствие. При большом покрытии освещения и желании использовать различные программы света – яркий, приглушенный, мерцающий, оптимальным будет обращение к профессионалам. Они смогут дать дельные советы по установке и использованию любых видов подсветки, а также предоставят гарантию на используемые материалы.

Рассмотрев данную тему более подробно – теперь уже не кажется, что фильмы о будущем так уж фантастичны. Кто знает – быть может в скором времени нас ждут персональные автомобили в небе, а роботизированные системы уже давно окружили нас своей заботой.

Изучив варианты освещения на улице, в доме, в квартире, в комнате и даже управление одной лампочкой из нескольких мест – можно с уверенностью сказать, что с подобными вариантами наша жизнь становится ярче и интереснее.

Система управления освещением – комплекс технологических решений, способный обеспечивать нужное количество света в нужное время и в нужном месте. Автоматизация системы освещения является одним из трех главных механизмов, направленных на оптимизацию освещения – наряду с переходом на энергоэффективные лампы и правильным расположением осветительных приборов. Какое устройство и особенности автоматизации?

Что входит в состав системы?

Автоматическое управление освещением включает в себя комплекс высокотехнологических устройств, которые способны работать в автоматизированном и автоматическом режиме, то есть без участия человека. Конструкция системы состоит не только из осветительных приборов, но и из датчиков и вспомогательных устройств. В любой момент можно подключить новые внешние устройства, ведь система масштабируема. Перечень оборудования:

Умные выключатели, которые способны включаться и выключаться как в обычном ручном режиме, так и после соответствующих команд с пульта управления. Есть механические и сенсорные выключатели.

Умные диммеры – устройства, предназначенные для плавного изменения мощности осветительных приборов. Иными словами, используются для автоматизированного редактирования яркости освещения.

Умные лампы – имеют возможность включаться и выключаться в автоматическом режиме, а также плавно изменять яркость своего свечения. Некоторые модели способны менять цвет и температуру.

Светодиодные ленты – имеют те же возможности, что и смарт-лампы. При этом они отличаются меньшим энергопотреблением, повышенной безопасностью использования, а также длительным сроком службы.

Не меньшую роль в автоматизации системы освещения играют датчики, которые следят за изменениями в среде. В рассматриваемых схемах наибольшей востребованностью пользуются сенсоры, реагирующие на движение, присутствие, открытие и закрытие дверей, окон, на изменение уровня освещения. Также автоматизация может успешно взаимодействовать с другими системами здания, в том числе с пожарной сигнализацией или же с ОВК.

Принцип работы схемы

Главным устройством в системе является центральный контроллер. Именно сюда приходят все сигналы с пульта управления или мобильного приложения. Именно здесь обрабатываются входные сигналы со внешних датчиков. Здесь же формируются команды, которые отправляются исполнительному оборудованию – светильникам, RGB светодиодным лентам и другим. От характеристик центрального контроллера зависят возможности системы.

После того, как подключенные к центральному контроллеру датчики регистрируют изменение окружающей среды, на контроллер приходят сигналы. Они интерпретируются, и на основе заданных сценариев устройство отправляет команды на осветительное оборудование. Также возможна работа системы в автоматизированном и ручном режиме, когда пользователь самостоятельно отправляет команды системе в режиме реального времени.

Разновидности систем

Схемы автоматизированного управления светом классифицируются по различным признакам. Один из них, это тип подключения. Все многообразие рассматриваемых решений можно разделить на две большие категории:

Проводные. Постепенно уходящий в прошлое вариант, который отличается достаточно сложным монтажом. Установка такого решения рационально лишь в том случае, если это происходит на стадии ремонта или строительства дома. В противном случае затраты времени и материалов будут велики.

Беспроводные. Более удобный и простой в установке вариант, который не требует прокладывать десятки метров кабелей по всему дому. Достаточно разместить исполнительные устройства и датчики в нужных местах, после чего настроить беспроводное соединение оборудования с центральным контроллером.

Какой из представленных вариантов выбрать? Для уже готовых квартир и домов рекомендуется второй вариант, пусть и по более высокой стоимости. Если хочется сэкономить, и при этом не пугает сложный монтаж, можно приобрести и установить проводную автоматизацию освещения. Они отличаются более низкой стоимостью.

Внутреннее и уличное освещение

Еще одна классификация, которая затрагивает системы автоматизации света – разделение по размещению:

Внутреннее. Для внутреннего освещения нет строгих требований к прочности и устойчивости, поэтому можно приобретать электрооборудование с любой степенью защиты корпуса. В первую очередь при выборе таких приборов надо обращать внимание на характеристики, и только потом на стоимость.

Уличное. В этом случае рекомендуется использовать устойчивое к механическим воздействиям и плохим погодным условиям оборудование. Это пригодится в случае, если датчики и светильники попадут под пристальное внимание вандалов. Степень защищенности корпуса устройств должна быть не ниже IP65.

Сегодня в продаже можно найти большой выбор вандалостойкого оборудования, причем по сносным ценам.

Управление освещением

Главным достоинством автоматического управления освещением является способность контроля осветительных приборов или сразу их групп при помощи единого интерфейса управления. Зачастую это настенная панель, на которой есть дисплей с отображением данных о работе осветительной системы, а также с пользовательским интерфейсом управления. Возможно управление осветительными приборами и с отдельных выключателей.

Еще один популярный вариант автоматизированного управления осветительными системами предполагает использование пультов дистанционной связи. На таких пультах есть все необходимые кнопки, на некоторых есть и дисплей, отображающий информацию о состоянии подключенных осветительных приборов. Пульты передают информацию на единый интерфейс управления, используя для этого ИК-излучатели, или модуль связи Bluetooth.

Наконец, не менее распространенный способ управления автоматическим освещением – получение и передача сигналов при помощи мобильного приложения, установленного на планшете или смартфоне. При помощи таких приложений можно задавать и редактировать уже готовые сценарии освещения, причем управлять работой домашних осветительных приборов можно на большом расстоянии от самого дома, если есть шлюз Gateway.

Варианты готовых сценариев

У автоматического управления освещением существует множество сценариев, которые позволяют один раз запрограммировать контроллер, и больше не тратить время на постоянные настройки освещения. Для того, чтобы работа большинства сценариев была возможна, требуется наличие датчиков. Некоторые программы:

Механизм	Сценарии	Пусковое устройство
Расписание	Включение света в заданное время Выключение света в нужное время Включение отдельных источников
	Активация осветительного прибора через определенное время после включения
Астрографик	Включение света спустя час после рассвета Включение света за час до заката
Присутствие или отсутствие людей	Активация освещения в случае, если в помещение заходит человек Выключение света после того, как комнату покинут люди	Датчик движения Датчик присутствия
Уровень естественного освещения	Активация освещения при низком уровне естественного света Поддерживание уровня освещения на одном и том же уровне	Датчик освещения
Открывание и закрывание дверей	Включение либо отключение света при открытии, либо закрытии двери соответственно	Датчик открытия

Также можно настроить сценарии, в которых инициирующим механизмом будет сигнал от внешнего источника. Например, при срабатывании пожарной сигнализации умный дом даст всем светильникам на включении. Либо при регистрации несанкционированного проникновения все лампы начинают моргать, привлекая внимание.

Преимущества и недостатки

Высокая востребованность систем автоматического управления освещением обусловлена множеством плюсов такой технологии. Возможность управления всем светом в доме из одного места – не единственное достоинство этого решения. Стоит отметить и другие преимущества, которые открываются владельцам умного освещения:

Экономия электрической энергии. Настройка освещения таким образом, чтобы при покидании людьми помещения свет выключался, позволяет значительно снизить потребление электроэнергии приборами.

Масштабируемость и универсальность. В любой момент к системе контроля за освещением реально подключить дополнительные датчики, осветительные приборы и другое электрическое оборудование.

Простота настройки и управления. Обращаться с рассматриваемой технологией можно, даже не имея большого опыта. Пользовательский интерфейс пультов отличается интуитивностью, а также простотой.

Увеличение продолжительности срока службы ламп. Этот положительный эффект достигается за счет снижения энергопотребления электрическим оборудованием, и его более правильным контролем.

Простой монтаж беспроводных систем. Установка беспроводной схемы контроля светом не требует никаких ремонтных работ и больших затрат времени. Нужно лишь разместить устройства на их местах.

Некоторым людям может показаться, что недостаток рассматриваемой технологии заключается в ее высокой стоимости. Однако нужно учитывать, что использование таких решений положительно сказывается на экономии, и в не самом далеком будущем установка такой схемы вполне может окупиться. Также не стоит забывать, что покупка и монтаж автоматизированного освещения – это выгодная инвестиция в свой комфорт, безопасность.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

хорошую работу на сайт">

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Требуемый микроклимат в помещении создается следующими системами инженерного оборудования зданий: отопления, освещения, вентиляции и кондиционирования воздуха. Системы отопления служат для создания и поддержания в помещениях в холодный период года необходимых температур воздуха, регламентируемых соответствующими нормами. Таким образом, они позволяют разрешить лишь одну из задач по созданию и обеспечению микроклимата в помещении - необходимого теплового режима.

В тесной связи с тепловым режимом помещений находится воздушный режим, под которым понимают процесс обмена воздухом между помещениями и наружным воздухом. Системы вентиляции предназначены для удаления из помещений загрязненного воздуха.

Системы кондиционирования воздуха являются более совершенными средствами создания и обеспечения в помещениях улучшенного микроклимата.

Автоматизация освещения - очень важный элемент на производстве. Автоматизация освещения имеет два приемущества, первое - это экономия электроэнергии, то есть выключение освещения во время достаточного естественного освещения. Второе приемущество - это оптимальное освещение в производственном помещений. Недостаток освещения приводит к упадку сил, а так же к сонливости. В результате продутивность работы снижается.

1. Выбор и обоснование конфигурации обордувания

1.1 Формулировка задания

В данной работе рассматривается система автоматического управления отоплением, вентиляцией и освещением произвоственного помещения.

Управление поделено на три сегмента, которые будут в дальнейшем времени показаны на панели HMI. Управление осуществляется в автоматичиском или в ручном режиме. Система включается при нажатий кнопки START. Далее происходит выбор режима. Если нажата кнопка STOP, то все выходные элементы будут выключены.

Первый сегмент это отопление. Отопительная система должна работать так, чтобы в помещениях всегда было комфортно. Отопление помещения происходит методом конвекции, то есть нагретый воздух поднимается вверх. Воздух нагревается посредством радиаторов, в которых нагретая вода поступает по трубам из котла отопления.

Имеется датчик аналоговый температуры ТТ, установленный внутри помещения. Система отопления работает по двум режимам ZIMA и LETO, зависящий от времени года. После выбора режима включается KTL (котел). В холодное время года (ZIMA) нагревание включается если температура ниже 19 градусов, при достижений температуры 21 градусов нагревание отключается. При превышений температуры в 26 градусов включается CON (кондиционер). Оно выключается при температуре ниже или равной 24 градусов.

В теплое время года (LETO) работает так же. Но нагревание воды начинается если температура внутри помещения ниже 16 градусов, при достижений температуры 18 градусов нагревание отключается. При превышений температуры в 25 градусов включается CON (кондиционер). Оно выключается при температуре ниже или равной 23 градусов.

Так же можно управлять отоплением в ручную. Есть кнопка включения EN_H и выключения DIS_H нагревания воды. Кондиционирование так же можно включить EN_CON либо выключить DIS_CON.

Второй сегмент это освещение. На улице расположен аналоговый датчик освещенности DL. Освещение зависит от показания этого датчика. В помещение падает большое количество света с улицы. В комнате имеется два источника света вспомогательное освещение S_LED и основоное освещение M_LED. Если освещение на улице в диапазоне от 900 до 1200 люксов, то оба источника света будут выключены. При недостатке освещения, то есть если освещение ниже 500 люксов, после задержки в 30 секунд включается основное освещение. Если вспомогательное было включено, то оно выключится. Если освещение в диапазоне от 500 до 900, после задержки в 30 секунд включится вспомгательное освещение и выключится основное освещение если оно было включено. Так же его можно включить S_LED_ON и выключить S_LED_OFF в ручную. После наступления ночи, сделав задержку в 30 секунд включается основное освещение, если вспомогательное освещение было включено, то оно отключается. Оновное освещение так же можно включить M_LED_ON либо выключить M_LED_OFF в любое время в ручном режиме. Третий сегмент это вентиляция. Вентиляция происходит вытяжной системой. Которое включается периодический каждые пол часа. В помещений находится датчик углекислого газа DCO2. При величине до 400 ppm вытяжение не будет работать. При увелечений концентраций углекислого газа, если оно будет лежать в диапазоне от 400 ppm до 600 ppm и если таймер отсчитал свои 30 минут, то включается вытяжка воздуха на 5 минут. Если показания будут в диапазоне от 600 ppm до 1000 ppm и если таймер отсчитал свои 30 минут, то включается вытяжка воздуха на 10 минут. Есле же концентрация будет выше 1000 ppm и если таймер отсчитал свои 30 минут, то включается вытяжка воздуха на 15 минут. Вытяжение включается EXH_ON либо отключается EXH_OFF в ручном режиме кнопками.

1.2 Составление структурной схемы системы автоматизаций

Рисунок 1 - Структурная схема система автоматизаций

1.3 Выбор и обоснование выбора оборудования

Поскольку у нас 15 входных сигналов и 6 выходных сигналов, в качестве программируемого логического контроллера (PLC) было выбрано Siemens Simatic S7 314C-2PN/DP CPU (6ES7314-6EH04-0AB0). Потому что он компактный и со встройными модулями. А так же еще один резервный ПЛК. Резервный ПЛК нужен для того, чтобы работать в случае поломки первого процессора. На рисунке 2 изображена аппаратная часть ПЛК.

Характеристика:

Рабочая память 192 Кб.

Загружаемая память (MMC) - 8 МБ.

Время выполнения логических операций - 0.06 мкс:

Количество флагов/таймеров/счетчиков -2048/256/256.

Кол-во каналов ввода-вывода, дискретных/ аналоговых, не более - 16048/1006.

Встроенные интерфейсы - MPI / DP и ETHERNET PROFINET.

Встроенных дискретных входов/выходов - 24/16.

Встроенных аналоговых входов/выходов -4 AI (I/U) +1 AI (Pt100)/2 AO.

4 быстрых счётчика (60 кГц).

Блок питания PS 307; 5 A отличается следующими свойствами:

Выходной ток 5 A.

Выходное напряжение 24 в пост. тока; регулируемое, устойчивое при коротком замыкании и холостом ходе.

Подключение к однофазной системе переменного тока (номинальное входное напряжение 120/230 В перем. тока, 50/60 Гц).

Надежная гальваническая развязка в соответствии с EN 60 950.

Может быть использован как источник питания нагрузки.

В проекте будет использовано SIMATIC HMI Comfort Panel. SIMATIC HMI Comfort Panel -- это новая серия панелей оператора для решения широкого круга задач человеко-машинного интерфейса. Отсутствие вращающихся частей, небольшая монтажная глубина, высокая стойкость к вибрационным и ударным, а также электромагнитным воздействиям, степень защиты фронтальной части корпуса IP65 позволяют использовать панели этой серии в жестких промышленных условиях, успешно решать задачи оперативного управления и мониторинга на уровне производственных машин и установок.

Все панели этой серии оснащены:

Встроенным интерфейсом RS 422/RS 485 с поддержкой протокола PROFIBUS DP.

Встроенным интерфейсом PROFINET. В панелях операторов с диагональю экрана от 7” и выше этот интерфейс оснащен встроенным 2-канальным коммутатором Ethernet.

Двумя USB-Host портами и одним USB портом ведомого прибора.

Двумя отсеками для установки SIMATIC HMI SD карт.

Аудио входом и аудио выходом.

2-полюсным съемным терминальным блоком подключения цепи питания =24 В.

Они могут работать с программируемыми контроллерами:

S7-300/ S7-400/ WinAC с подключением через PROFIBUS DP или PROFINET;

В данном проекте будет использовано TP1200 Comfort, диагональ 12 дюймов.

Датчик освещенности DL.

Техническое описание.

Датчик освещенности имеет следующие характеристики:

Датчики для встраиваемых применений D15х40мм (LP01) / D30х6мм (LP02).

Встроенный кабель длиной от 2 до 15м (стандартная длина 2м).

Спектральная характеристика в области видимого света: 400…700нм.

Стандартные диапазоны измерения: 100, 1000, 10000 Люкс.

Выходной сигнал: 4-20мА с 2-х проводной схемой подключения.

Отличительной особенностью датчиков серии LP01 и LP02 является наличие встроенной платы преобразования сигналов фотоэлемента в ток 4-20мА, что позволяет передавать выходной сигнал без искажений на расстояние до 500м.

Датчик температуры TT.

Датчик температуры комнатный SIEMENS QAA2071 используется в системах вентиляции и кондиционирования воздуха для измерения и регулирования комнатной температуры. Датчик температуры QAA2071 выполнен на базе чувствительного элемента NTC и работает в диапазоне температур 0...50 °C

Таблица 1 - Техническое описание

Датчик DCO2.

Датчик DCO2 предназначен для измерения содержания CO2 воздуха в помещении. Датчики (кроме реле) комбинируют в современном корпусе измерение содержания СО2, относительной влажности (RH) и температуры (Т). Измерение содержания СО2 основывается на инфракрасном принципе.

Таблица 2 - Техническое описание

Напряжение питания	15…35 В пост. тока
Тип выхода	перекидное реле 0-10 В 4-20 мА
Диапазоны измерения CO2	0…2000 ррм 0…5000 ррм
Погрешность измерения CO2 (25°С)	<± (50ррм+2% от изм. знач.) <± (50ррм+3% от изм. знач.)
Диапазоны измерения влажности
Погрешность измерения влажности
Погрешность измерения темп.
Рабочая температура	20 … +60 °С
Температура хранения	20 … +60 °С
Относительная влажность

Твердотелое реле

Технические параметры:

Управление: пост.ток.

Управляющее напряжение, В 3…32.

Коммутируемое переменное напряжение, В 40…440.

Максимальный ток нагрузки, А 100.

Физические кнопки управления.

Характеристика:

Рабочее напряжение, В 24.

Ток нагрузки, А 10.

Температура работы, С -55...65.

Рисунок 2 - Конфигурация оборудования

1.4 Составление электрической схемы автоматизации

Рисунок 3 - Электрическая схема аналогового входа

Рисунок 4 - Электрическая схема дискретного входа\выхода

2. Составление блок схемы алгоритма и програмного обеспечения нижнего уровня на языке Step7 LAD, STL

2.1 Составление блок-схемы алгоритма программы

В первой части на рисунке 5 происходит опрос кнопок (физические кнопки или управление через HMI). Сначала происходит опрос кнопки STOP, если есть сигнал то все механизмы отключаются независимо от режима работы. Если сигнала нет, то происходит опрос кнопки START. При отрицательном состояний (она не нажата) цикл уходит в конец. Если есть сигнал о нажатий START, то выполняется вторая часть.

Во второй части на рисунке 6 происходит выбор режима работы (автоматический или ручной режим). Если есть сигнал AUTO, то выбирается режим автоматического управления и работа переходит в третью часть. Если сигнала нет то ПЛК делает опрос MANUAL. При положительном сигнале, управление осуществляется в ручном режиме и работа переходит в четвертую часть.

В третьей части на рисунке 6 происходит выбор режима работы отопления и кондиционирования, зависящий от времени года. После этого прооисходит опрос датчика температуры TT, далее управление зависит от значения этого датчика.

В четвертой части (рисунок 6) осуществляется опрос кнопок управления (физические кнопки или управление через HMI) в ручном режиме работы. В этой части исходя из сигнала кнопок происходит выключение либо включение исполнительных механизмов.

В пятой части (рисунок 6) ПЛК делает опрос датчика освещения DL, а затем исходя из его значений выполняется автоматическое управление освещением. После этого происходит опрос значений датчика углекислого газа DCO2, управление вытяжкой зависит от его значений.

Для удобства программирования алгоритма, он был поделен на отдельные функций. Порядок вызова функций организоционным блоком изображен на рисунке 5.

Рисунок 5 - Структура прикладной программы

Рисунок 6 - Блок-схема алгоритма программы

Рисунок 7 - Блок-схема алгоритма программы

2.2 Составление таблицы символов

Для удобной работы тэги были разделены на несколько таблиц символов. На рисунке 7 изображен список этих таблиц. BIN_IN содержит 42 тэга которые используются для обработки дискретных входных сигналов. ANA_IN содержит тэги аналоговых входных сигналов. BIN_OUT содержит тэги дискретных сигналов. В Useful_tags находятся прочие тэги которые являются неотъемлемой частью алгоритма программы.

На рисунке 8, 9, 10, 11, 12 изображены непосредственно тэги применяемые на уровне программирования алогоритма автоматизаций.

Рисунок 8 - Группы тэгов

Рисунок 9 - Тэги BIN_IN

Рисунок 10 - Тэги BIN_IN

Рисунок 11 - Тэги ANA_IN

Рисунок 12 - Тэги BIN_OUT

Рисунок 13 - Тэги useful_tags

2.3 Составление программы на языке Step7 (STL)

Алгоритм работы программы в TIA Portal для автоматизаций отопления, кондиционирования, освещения и вентиляций приведен на языке STL:

Рисунок 14 - Функциянальные блоки программы

Рисунок 15 - Кнопка остановки системы

Рисунок 16 - Старт системы и выбор автоматического режима

Рисунок 17 - Масштабирование аналогового сигнала датчика температуры

Рисунок 18 - Масштабирование аналогового сигнала датчика освещенности

Рисунок 19 - Масштабирование аналогового сигнала датчика углекислого газа

Рисунок 20 - Выбор режима работы отоплени

Рисунок 21 - Включение нагревания воды (температура ниже 18)

Рисунок 22 - Выключение нагревания воды (температура больше 18)

Рисунок 23 - Включение кондиционера (температура больше 25)

Рисунок 24 - Выключение кондиционера (температура ниже 23)

Рисунок 25 - После обработки блока отопления, следующем вызывается блок автоматизация освещения

Рисунок 26 - Включение основного освещения (освещение ниже 500 лк)

Рисунок 27 - Включение вспомогательного освещения (освещение в диапазоне от 500 до 900 лк)

Рисунок 28 - Выключение всего освещения (освещение в диапазоне от 900 до 1200 лк)

Рисунок 29 - После обработки функций освещения следующем вызывается функция вентиляции

Рисунок 30 - Включение таймера ожидания проверки

Рисунок 31 - Включение вытяжения на 15 сек.(концентрация газа в диапазоне от 400 до 600 ppm)

Рисунок 32 - Включение вытяжения на 20 сек.(концентрация газа в диапазоне от 600 до 1000 ppm)

Рисунок 33 - Включение вытяжения на 25 сек.(концентрация газа больше 1000 ppm)

Если в начале выбора режима отопления был выбран режим ZIMA, то вызывается функция ZIMA и обрабатывается так же как и функция LETO. Отличия только в диапазонах температуры.

Рисунок 34 - Вызов функций ZIMA

Ручное управление выполняется в одной функций MANUAL. Вызывается в организоционном блоке если была нажата кнопка ручного управления. Ниже представленных рисунках изображены включения выходных элементов. Алгоритм выключения выполняется при таком же порядке, но результат RLO инвертируется.

Рисунок 35 - Вызов функций MANUAL

Рисунок 36 - Включение котела отопления

Рисунок 37 - Выключение котела отопления

Рисунок 38 - Включение обогревания

Рисунок 39 - Включение кондиционера

Рисунок 40 - Включение основного освещения

Рисунок 41 - Включение основного освещения

Рисунок 42 - Включение вытяжения

3. Создание диспетчерского пункта и реализация полной SCADA системы

3.1 Составление перечня тегов (HMI Tags) связи программы контроллера с объектами диспетчерского пункта

программный контроллер логический аналоговый

В разделе HMI Tags (рисунок 43) был создан список тегов для визуализации и управления технологическим объектом.

Рисунок 43 - Данные HMI Tags

3.2 Составление окон диспетчерского пункта (Screens) для HMI панели.

Окна диспетчерского пункта для HMI состоит из семи окон (рисунок 44). Root Screen (рисунок 45) - это окно которое открывается при включений HMI. В этом окне находятся три кнопки являющиеся ссылками на окна AUTOMATION, MANUAL, TRENDS.

Окно AUTOMATION (рисунок 46) состоит из панели управления в режиме автоматического управления. MANUAL (рисунок 47) - окно содержащее панель управления в режиме ручного управления.

TRENDS (рисунок 48) содержит графическое представление значений аналоговых входных сигналов.

Рисунок 44 - Окна диспетчерского пункта

Рисунок 45 - Окна диспетчерского пункта

Рисунок 46 - Окно автоматического управления

Рисунок 47 - Окно в режиме ручного управления

Рисунок 48 - Окно TRENDS

Рисунок 49 - Trend датчика температуры TT

Рисунок 50 - Trend датчика освещения DL

Рисунок 51 - Trend датчика углекислого газа DCO2

Заключение

Во время выполнения курсовой работы закрепил знания по курсу «Средства автоматизации технологического процесса ТЭК», развил навыки проектирования автоматизированных систем управления технологическими объектами, освоил основные свойства микропроцессорных систем, изучил структурное и програмное построение микропроцессорных систем и промышленных контроллеров, закрепил навыки программирования промышленных контроллеров.

В ходе выполнения данной работы произвел выбор конфигурации оборудования с учетом особенностей технологического объекта. Составил блок-схему алгоритма функционирования автоматизированной системы управлением микроклимата и написал програмное обеспечение нижнего уровня на языке STL. Реализовал полную SCADA систему для выбранного технлогического объекта.

Литература

1. А.А. Копесбаева, Е.С Ким. Средства автоматизации технологического процесса ТЭК. Методические указания по выполнению курсовой работы для студентов специальности 5B071600 - Приборостроение.- Алматы: АУЭС, 2016, - 23с.

2. Siemens AG. S7 300 Modul Data. Руководство.

3. Siemens AG. HMI Comfort Panel. Data sheet. Руководство.

4. Siemens AG. Датчик температуры комнатный. Руководство к экпслуатации. Landis & Staefa Division, 1996.

5. Датчики освещенности LP01 / LP02. Техническое описание.

6. Жаров С.А. Основы сетевой безопасности: Криптографические алгоритмы и протоколы. - ВРс.: Винтерфэл, 2012.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Разработка и обоснование функциональной схемы системы автоматического управления технологическим процессом. Расчет мощности электродвигателей. Выбор и компоновка шкафа электроавтоматики. Моделирование программного обеспечения в Logo Soft Comfort v6.0.

курсовая работа , добавлен 02.04.2013


Разработка алгоритма автоматизации технологического участка производственного предприятия машиностроительного профиля. Составление программы для реализации релейно-контактной схемы управления объектом на основе программируемого логического контроллера.

контрольная работа , добавлен 30.04.2012


Техническое обеспечение, расчет информационно-измерительного канала системы автоматического управления. Методическое обеспечение: описание модели АЦП, спектральный анализ на основе преобразования Фурье. Разработка прикладного программного обеспечения.

курсовая работа , добавлен 21.05.2010


Разработка автоматизированной системы управления технологическими процессами очистки, компримирования и осушки нефтяного газа на базе программируемого логического контроллера SLC-500 фирмы Allen Bradley. Расчёт системы автоматического регулирования.

дипломная работа , добавлен 06.05.2015


Разработка алгоритмов и блок-схем, описывающих процесс визуализации и модификации поведения нестандартных управляющих элементов. Описание принципов композиции и организации элементов управления, а также описание выбранного стиля и цветовой гаммы.

курсовая работа , добавлен 22.05.2012


Особенности работы с последовательным портом в среде Visual Studio. Тестирование работы протокола Modbus RTU в режиме Slave. Описание и технические характеристики программируемого логического контроллера Овен 100. Построение диаграммы передачи фреймов.

отчет по практике , добавлен 19.07.2015


Основные методы и уровни дистанционного управления манипуляционными роботами. Разработка программного обеспечения системы терминального управления техническим объектом. Численное моделирование и анализ исполнительной системы робота манипулятора.

дипломная работа , добавлен 09.06.2009


Функционально-модульная структура программного обеспечения контроллера домофона. Электронная схема электронного замка, модуля микрофона и динамика. Выбор комбинированного источника питания. Разработка программного модуля. Программа управления домофоном.

курсовая работа , добавлен 29.03.2017


Идентификация объекта управления на основе экспериментальных данных. Синтез информационно-управляющей системы и анализ ее характеристик: аналогового регулятора Смита и его цифровое перепроектирование, адаптация. Выбор микропроцессорного контроллера.

курсовая работа , добавлен 16.10.2013


Структура микропроцессорной системы, алгоритм ее управления и передачи сигналов. Карта распределения адресов. Разработка электрической принципиальной схемы и выбор элементной базы. Расчет потребляемого тока, блока питания, программного обеспечения.

При современном уровне развития инфраструктур использование лишь одного способа управления осветительными сетями является не рентабельным. Необходима интеграция всех способов управления освещением в общую многоструктурную систему, которая вмещала бы в себя и местное, и дистанционное управление, и при этом была, как на ручном, так и на автоматическом режиме контроля.

Подобное решение вызвано возможностью получить более разумное распоряжение ресурсами осветительных сетей. Подобные системы ценятся за их экономические преимущества. Расход электроэнергии на цели освещения заметно снижается не только благодаря достижению оптимальной работы осветительной установки в каждый момент времени, поскольку соблюдается четкость работы автоматики по расписанию, но благодаря более надежной системе, построенной из современных электронных компонентов, требующих меньше затрат на свое обслуживание. Происходит снижение стоимости монтажных работ, поскольку сокращаются затраты на материал и их установку.

Для построения таких систем понадобятся автономные программируемые контроллеры. Автономные контроллеры являются интеллектуальными устройствами, способными выполнять сложные функции, связанные с управлением и сбором данных, а также способными к принятию решений на основании текущих состояний системы и процессов. Чтобы все это делать, они, во-первых, должны программироваться. Программа интерпретируется и исполняется устройством, так что устройство в каждый момент времени "знает", что ему делать.

Будучи запрограммированным, автономное устройство может продолжать работать, производя измерения сигналов с датчиков, записывая данные в память и выполняя функции контроля и управления, даже если главный компьютер не подключен или не работает.

Возможны два способа программирования автономных контроллеров и передачи на ПК полученных данных, либо с помощью коммуникационного интерфейса связи, будь то RS-232, RS-485, Ethernet и прочие, либо с помощью портативных карт памяти.

Эта гибкость в программировании позволяет автономным контроллерам работать в разных режимах, которые определяются месторасположением устройства и объемом сохраняемых данных, а также наличием питания:

§ Автономная работа, когда с помощью карт памяти или портативных ПК (ноутбуков) производится периодическое обновление данных и программирование (при необходимости);

§ Он-лайновая работа с главным ПК, когда производится передача данных и программирование (при необходимости);

Если приложение требует большее количество датчиков, чем может поддерживать автономный контроллер, причем датчики распределены по большой территории, то может потребоваться сеть распределенных контроллеров. Каждый режим работы, использующий только один контроллер, также должен быть применим, если дополнительные устройства подключены в виде части распределенной сети.

Наиболее распространенной конфигурацией системы, обеспечивающей максимальную надежность системы, является прямое соединение с главным ПК с помощью коммуникационного интерфейса связи.

Эта конфигурация позволяет частую передачу данных на ПК, постоянное отслеживание опасных условий и онлайновый контроль системы. Наиболее часто такая система реализуется в условиях заводов и промышленных предприятий, когда критические процессы должны постоянно отслеживаться и регулироваться. Максимальное расстояние, на котором контроллер может находиться от главного ПК, зависит от скорости передачи информации через коммуникационный интерфейс. Если единственный контроллер подключен непосредственно к главному ПК, то такая система может быть настроена на передачу данных, как только они появятся.

Если приложение требует более одного контроллера и все устройства распределены на большой реальной площади, например на промышленном предприятии или на заводе, то контроллер может быть настроен как часть распределенной многоточечной сети RS-485. Одно единственное устройство, вынужденное быть главным или локальным, может быть подключено непосредственно к главному компьютеру.

Достоинством такого подключения является то, что остальные главные ПК или терминалы могут быть подключены к портам других контроллеров, что еще больше увеличит надежность системы.

Как часто собранные данные будут передаваться на ПК, зависит, во-первых, от важности для управляемой системы или процесса немедленного анализа данных и, во-вторых, от того, сколько памяти имеет устройство и насколько быстро она заполняется.

Быстрое заполнение памяти важно по двум причинам. В случае неисправности главного ПК или коммуникационного интерфейса устройство должно иметь достаточно памяти, чтобы обеспечить запись всех данных и продолжить работу без потери данных. Кроме того, устройство, подключенное к главному ПК через многоточечную сеть, может возвращать данные только по требованию с ПК. Если к главному компьютеру подключено большое количество устройств, то память каждого устройства должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить запись данных и продолжать работу без потери данных до тех пор, пока главный компьютер в очередной раз не потребует передать к нему данные.

Не рассматривая специфические ограничения, рекомендуется обновлять данные максимально часто, поскольку любая ошибка датчика, неисправность источника питания или проблема с самим устройством будут сразу обнаружены и тем самым увеличена надежность системы. Кроме того, частое обновление данных поможет минимизировать шанс того, что данные могут быть потеряны вследствие неисправности устройства, например из-за неисправности памяти, питающейся от батарей.

Важной особенностью, которая наделяет автономные программируемые контроллеры производительностью и гибкостью при их использовании в качестве автономных устройств или в качестве распределенной сети, по существу, является их относительная сложность аппаратного обеспечения. Упрощенная блок-схема типичного автономного программируемого контроллера показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Упрощенная блок-схема автономного программируемого контроллера.

Сердцем автономной системы является микропроцессор или микроконтроллер. В совокупности со встроенным программным обеспечением (программы, "зашитой" в ПЗУ) он обеспечивает все управление и работу системы. Важно представлять различие между микропроцессорами и микроконтроллерами. Микропроцессор является просто центральной частью компьютера, занимающейся обработкой данных, в которую не входят память, схемы ввода/вывода и периферия, необходимая для образования полной системы. Все остальные интеллектуальные системы (ИС) в ПК предназначены для того, чтобы обеспечить его теми функциями, которые не реализует ИС самого микропроцессора. Однако если микропроцессор дополнен схемой ввода/вывода, памятью и периферией, то эта совокупность уже называется микроконтроллером.

Микроконтроллер, по-видимому, является наиболее распространенным вариантом автономной системы, поскольку он обеспечивает все необходимые функции с помощью ИС. Одним из достоинств микроконтроллеров являются низкая стоимость, уменьшенное количество ИС и, следовательно, небольшие размеры печатной платы.

Долговременная память, используемая для хранения результатов измерений с датчика и параметров контроля, является важным элементом автономной системы. Обычно для хранения данных используется оперативная память с произвольным доступом (ОЗУ), которая требует наличия резервной батареи, необходимой на случай нарушения питания.

Аналогично ОЗУ в автономных системах для хранения результатов измерений и данных, необходимых для управления системой, используются также сменные карты памяти. Хотя имеется большое количество производителей карт, наиболее популярными картами для использования в подобных устройствах стали SD карты.

Важным достоинством карт памяти в автономных системах является возможность извлечения заполненной карты и замены ее пустой в полевых условиях, что обеспечивает очень удобный механизм переноса данных. Впоследствии карту памяти можно вынуть из устройства и перенести данные, находящиеся на ней, на любой компьютер. Кроме того, карты памяти позволяют пользователю покупать и устанавливать карты такой емкости, которая требуется для конкретного применения.

Если пустую карту памяти вставить в автономное устройство, то все данные из внутренней памяти будут перенесены на карту памяти, и запись будет продолжаться до заполнения карты памяти. При удалении карты памяти запись данных продолжится во внутреннюю память. Если же в устройство вставить частично заполненную карту памяти, то запись будет производиться во внутреннюю память.

Для экономии места данные записываются в фиксированном 24-разрядном формате с плавающей запятой. Для идентификации даты и времени записи в начале каждого блока данных используется заголовок фиксированной длины. При передаче данных идентифицирующий заголовок используется пользователем для интерпретации данных и дополнительной информации. Поэтому расписания не могут быть изменены, когда данные уже записаны. При использовании закодированных заголовков и данных фиксированной длины записи объем необходимых данных значительно уменьшается.

В автономных устройствах память фиксирована и ее объем неизменен. Используются два режима записи данных - режим остановки при заполнении памяти и режим перезаписи. То есть запись данных останавливается, как только память будет заполнена. Это позволяет сохранить данные в том порядке, в каком они были записаны, при этом самые последние данные не записываются. Если имеется карта памяти, то внутренняя память используется только после заполнения карты памяти.

А если брать режим перезаписи, то в этом режиме записи данных вся память организована в виде кольцевого буфера. При заполнении памяти самые старые данные могут быть переписаны новыми

Встроенная операционная система, или "зашитая" программа автономного устройства хранится в памяти, предназначенной только для чтения (ПЗУ), или в памяти, которую можно перепрограммировать (ППЗУ). ПЗУ обычно используется в системах, выпускаемых в больших объемах.

ППЗУ больше распространены в системах, выпускаемых небольшими партиями, поскольку они позволяют производителям изменять "зашитое" программное обеспечение и наделять систему новыми функциями или модернизировать ее без вмешательства в процесс производства. Для удобства установки и замены ИС ПЗУ и ППЗУ во время срока службы устройства эти ИС обычно устанавливаются на плате с помощью панелек.

Оперативная память с произвольным доступом (ОЗУ) обычно используется в автономных системах для хранения результатов измерений и системных параметров. В основном распространены два типа ОЗУ - статическое и динамическое. Динамическое ОЗУ требует периодического обновления, или перезаписи содержимого, в то время как статическое ОЗУ обновления не требует. Однако преимуществом динамического ОЗУ над статическим является то, что статическое ОЗУ имеет намного большую емкость для заданной площади кремниевой подложки.

Динамическое ОЗУ подходит для персональных компьютеров, используемых в офисе, где важным требованием является емкость памяти. В автономных системах достоинство статического ОЗУ заключается в его способности сохранять данные с помощью резервного питания при отсутствии основного. Это можно получить относительно легко, поскольку статическое ОЗУ не требует обновления даже в дежурном режиме.

Электрически перезаписываемое ПЗУ (ЭСППЗУ) относится к долговременной памяти, обычно используемой для хранения ограниченного количества данных по конфигурации системы и управляющих параметров. Сравнительно небольшая емкость памяти и медленный цикл записи ЭСППЗУ (обычно около 10 миллисекунд) ограничивают их применение.

Флэш-память также является долговременной памятью и используется для хранения как данных, так и программ. Флэш-память может иметь объем от 32 кбайт до 2 Мбайт. Значительно более короткий цикл записи имеет свой недостаток - необходимость стирать данные на ИС блоками фиксированного размера, а не побайтно.

Часы реального времени являются важным элементом любой автономной системы. Помимо информации о дате и времени, они с помощью программы обеспечивают функцию сигнализации и периодического запуска считывания сигналов с датчиков, а также управляют выходными сигналами.

Часы реального времени подключаются к соответствующей схеме управления питанием, позволяя системе оставаться в дежурном режиме, при котором потребление энергии невелико, до тех пор, пока из этого режима система не будет выведена заранее запрограммированным событием или аварийной ситуацией. Таким образом, управляющая программа может считывать и записывать данные с датчиков и управлять выходными сигналами, после чего система вновь переходит в дежурный режим с низким потреблением энергии.

В типичной автономной системе сбора данных датчики опрашиваются с периодическими интервалами, позволяя системе между измерениями переходить в дежурный режим, экономя электрическую энергию в период неактивности. Например, считывание данных может производиться только один раз в 500 мс. Тогда часы реального времени должны быть запрограммированы на пробуждение системы каждые 500 мс, тем самым обеспечив значительное уменьшение расхода энергии, что очень важно для систем, работающих от батарей.

Стартовый, стоповый биты и бит четности, используемый для проверки целостности данных при асинхронной передаче, физически вырабатываются универсальным асинхронным приемопередатчиком (UART), расположенным между шиной микропроцессора и формирователем линии, который связан с реальным каналом связи.

Основной целью UART является контроль всех рутинных операций, связанных с интерфейсом между параллельной шиной и последовательным коммуникационным каналом главного компьютера.

Во время передачи UART выполняет следующие функции:

§ Устанавливает необходимую скорость передачи информации.

§ Обеспечивает интерфейс с шиной данных микропроцессора и прием символов (по одному).

§ Генерирует стартовый бит для каждого символа.

§ Добавляет биты данных в последовательный поток данных.

§ Вычисляет и добавляет в поток данных бит четности.

§ Заключает последовательную группу необходимым стоповым битом (битами).

§ Подготавливает микропроцессор для передачи следующего символа.

Приемная часть схемы UART выполняет следующие функции:

§ Устанавливает необходимую скорость приема информации.

§ Синхронизирует с помощью стартового бита поступающие данные.

§ Считывает биты данных из последовательного потока.

§ Считывает биты четности и проверяет их соответствие с полученной информацией.

§ Считывает стоповые биты.

§ Передает символ в параллельном виде на шину данных микропроцессора.

§ Образует интерфейс линий квитирования.

§ Контролирует возникновение любых ошибок, связанных с принятым символом.

Типичные ошибки, которые может обнаружить схема UART:

o Переполнение приемника - биты принимаются быстрее, чем они могут считываться.

o Ошибки четности - несоответствие между битами четности и битами символа.

o Ошибка символа - все биты символа являются нулевыми или появление сообщения о разрыве.

Условие разрыва происходит, когда передатчик, захвативший линию данных, находится в состоянии паузы (положительное напряжение) дольше, чем это требуется для завершения передачи символа. Это условие является способом заставить принимающую схему UART немедленно отреагировать и переключиться на другую задачу.

Обычно контроллеры имеют несколько входных аналоговых каналов. Особенностью этих устройств является то, что каждый канал может быть настроен на работу с различными датчиками и сигналами. Типичная упрощенная схема входного канала показана на рисунке 6.

Рисунок 6. Упрощенная схема аналоговых входных каналов.

Гибкость, с которой каждый канал может быть настроен на различные датчики, различные режимы возбуждения, а также использование дифференциального или однопроводного входа обеспечиваются селектором аналогового сигнала. Конфигурация каждого канала производится командами программы, которые интерпретируются регистратором/контроллером, который управляет селектором аналоговых сигналов.

Возбуждение датчиков обычно производится постоянным током низкого уровня, предназначенным для измерения сопротивления (250 мкА), для работы резистивных термодатчиков (RTD) и для измерений с использованием моста Уитстона, или от источника напряжения (обычно нерегулируемого) через внутренний резистор, необходимый для питания некоторых датчиков.

Чтобы обеспечить обратную цепь для токов смещения инструментального усилителя, в цепь можно включить входные ограничительные сопротивления, обычно с номиналом 1 МО м. Если ограничительные резисторы не включены в цепь, то входное сопротивление, на которое нагружен датчик, может быть порядка 100 МОм.

Ни один контроллер не обходится и без цифровых каналов ввода/вывода. Контроллеры обычно имеют несколько цифровых каналов ввода/вывода двойного назначения, которые разделяют нагрузки и действуют как цифровые входы и выходы. Схема цифрового канала ввода/вывода показана на рисунке 7.

Рисунок 7. Схема цифрового канала ввода/вывода.

Цифровые входы имеют высокое входное сопротивление и поэтому буферизуются, чтобы защитить чувствительные КМОП схемы цифрового интерфейса от повреждений, вызываемых импульсами тока. Защиту от импульсов высокого напряжения обеспечивает стабилитрон на 30 В, который ограничивает входное напряжение на уровне, допустимом для входного буфера.

На автономных регистраторах/контроллерах наиболее часто используются цифровые выходы в виде схемы с открытым коллектором, способной на нагрузку до 200 мА при напряжении 30 В. При такой конфигурации стабилитрон действует также в качестве ограничителя напряжения, если канал используется в качестве выхода с открытым коллектором.

Входные каналы счетчика снабжены входным буфером на основе триггера Шмидта, входной порог которого установлен на уровне двух вольт. Это позволяет избежать срабатываний счетчика при уровне помех меньше заданного предела. Конденсатор, установленный на входе триггера Шмидта, обеспечивает фильтрацию, но снижает быстродействие до частоты порядка 1 кГц (= 1 /RC). Если конденсатор удалить, то скорость счета может достигать 500 кГц.

Становится очевидным, что внедрение автоматизированной системы управления освещением позволяет осуществлять телекоммуникационный контроль состояния сетей и приборов освещения, управлять режимами горения светильников, дистанционно управлять освещением по заранее заданному графику, а также вести учет энергопотребления и следить за эффективным использованием электроэнергии, что непременно приводит к понятию выгодности данных систем.

Создается строго соблюдаемый алгоритм работы осветительных сетей, так как исключается влияние человеческого фактора. Поскольку системе задано расписание, которому она должна следовать, не будет происходить нерационального расходования электроэнергии и ресурсов электрооборудования. Разумеется, конечное управление остается за человеком, и он вправе руководить работой системы по своему усмотрению. Однако система изначально просчитывает наиболее оптимальный режим функционирования, при котором будет обеспечиваться достаточное количество света и умеренное энергопотребление.

Бывают случаи, когда человек переходя на ручное управление в обход автоматическому забывал про контроль, тем не менее, в случае не отключения освещения не происходит потерь электроэнергии, так как диспетчер оперативно об этом оповещается и имеет возможность принять соответствующие меры, в ином случае это сделает автоматика системы.

Речь идет о человеко-машинных системах управления, диспетчерском управлении на основе использования автоматических информационных систем сбора данных и современных вычислительных комплексов.

Диспетчер в многоуровневой автоматизированной системе управления технологическими процессами получает информацию с монитора компьютера или с электронной системы отображения информации и воздействует на объекты, находящиеся от него на значительном расстоянии с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров, интеллектуальных исполнительных механизмов.

Основой, необходимым условием эффективной реализации диспетчерского управления, имеющего ярко выраженный динамический характер, становится работа с информацией, т.е. процессы сбора, передачи, обработки, отображения, представления информации.

От диспетчера уже требуется не только профессиональное знание технологического процесса, основ управления им, но и опыт работы в информационных системах, умение принимать решение (в диалоге с компьютером) в нештатных ситуациях и многое другое.

Поэтому требуется программная оболочка диспетчерского управления. На мой взгляд отличным решением данного вопроса станет внедрение SCADA-технологий.

Концепция SCАDA (Supervisory Control And Data Acquisition - диспетчерское управление и сбор данных) предопределена всем ходом развития систем управления и результатами научно-технического прогресса. Применение SCADA-технологий позволяет достичь высокого уровня автоматизации в решении задач разработки систем управления, сбора, обработки, передачи, хранения и отображения информации.

Дружественность человеко-машинного интерфейса, предоставляемого SCADA - системами, полнота и наглядность представляемой на экране информации, доступность "рычагов" управления, удобство пользования подсказками и справочной системой и т.д. - повышает эффективность взаимодействия диспетчера с системой и сводит к нулю его критические ошибки при управлении.

Следует отметить, что концепция SCADA, основу которой составляет автоматизированная разработка систем управления, позволяет решить еще ряд задач, долгое время считавшихся неразрешимыми: сократить сроки разработки проектов по автоматизации и прямые финансовые затраты на их разработку.

В настоящее время SCADA является основным и наиболее перспективным методом автоматизированного управления динамическими системами.

В России диспетчерское управление технологическими процессами опиралось, главным образом, на опыт оперативно-диспетчерского персонала. Поэтому переход к управлению на основе SCADA-систем стал осуществляться несколько позднее. К трудностям освоения в России новой информационной технологии, какой являются SCADA-системы, относится как отсутствие эксплуатационного опыта, так и недостаток информации о различных SCADA-системах. В мире насчитывается не один десяток компаний, активно занимающихся разработкой и внедрением SCADA-систем.

Большое значение при внедрении современных систем диспетчерского управления имеет решение следующих задач:

1) выбора SCADA-системы (исходя из требований и особенностей технологического процесса);

2) кадрового сопровождения.

Многие проекты автоматизированных систем контроля и управления (СКУ) для большого спектра областей применения позволяют выделить обобщенную схему их реализации, представленную на рисунке 8.

Рисунок 8. Обобщенная схема контроля и управления посредством SCADA-систем

Как правило, это двухуровневые системы, так как именно на этих уровнях реализуется непосредственное управление технологическими процессами. Специфика каждой конкретной системы управления определяется используемой на каждом уровне программно - аппаратной платформой.

Нижний уровень - уровень объекта (контроллерный) - включает различные датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, электроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий. Датчики поставляют информацию локальным программируемым логическим контроллерам (PLC - Programming Logical Controoller), которые могут выполнять следующие функции:

ѕ сбор и обработка информации о параметрах технологического процесса;

ѕ управление электроприводами и другими исполнительными механизмами;

ѕ решение задач автоматического логического управления и др.

Так как информация в контроллерах предварительно обрабатывается и частично используется на месте, существенно снижаются требования к пропускной способности каналов связи.

В качестве локальных PLC в системах контроля и управления различными технологическими процессами в настоящее время применяются контроллеры как отечественных производителей, так и зарубежных. На рынке представлены многие десятки и даже сотни типов контроллеров, способных обрабатывать от нескольких переменных до нескольких сот переменных.

К аппаратно-программным средствам контроллерного уровня управления предъявляются жесткие требования по надежности, времени реакции на исполнительные устройства, датчики и т.д. Программируемые логические контроллеры должны гарантированно откликаться на внешние события, поступающие от объекта, за время, определенное для каждого события.

Для критичных с этой точки зрения объектов рекомендуется использовать контроллеры с операционными системами реального времени (ОСРВ). Контроллеры под управлением ОСРВ функционируют в режиме жесткого реального времени.

Разработка, отладка и исполнение программ управления локальными контроллерами осуществляется с помощью специализированного программного обеспечения, широко представленного на рынке.

К этому классу инструментального ПО относятся пакеты типа ISaGRAF (CJ International France), InConrol (Wonderware, USA), Paradym 31 (Intellution, USA), TraceMode (AdAstra Research Group, Россия), имеющие открытую архитектуру.

Информация с локальных контроллеров может направляться в сеть диспетчерского пункта непосредственно, а также через контроллеры верхнего уровня (см. рис.8). В зависимости от поставленной задачи контроллеры верхнего уровня (концентраторы, интеллектуальные или коммуникационные контроллеры) реализуют различные функции. Некоторые из них перечислены ниже:

Ш сбор данных с локальных контроллеров;

Ш обработка данных, включая масштабирование;

Ш поддержание единого времени в системе;

Ш синхронизация работы подсистем;

Ш организация архивов по выбранным параметрам;

Ш обмен информацией между локальными контроллерами и верхним уровнем;

Ш работа в автономном режиме при нарушениях связи с верхним уровнем;

Ш резервирование каналов передачи данных и др.

Верхний уровень - диспетчерский пункт (ДП) - включает, прежде всего, одну или несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место (АРМ) диспетчера/оператора. Здесь же может быть размещен сервер базы данных, рабочие места (компьютеры) для специалистов и т.д. Зачастую в качестве рабочих станций используются компьютеры типа IBM PC различных конфигураций. Станции управления предназначены для отображения хода технологического процесса и оперативного управления. Эти задачи и призваны решать SCADA - системы. SCADА - это специализированное программное обеспечение, ориентированное на обеспечение интерфейса между диспетчером и системой управления, а также коммуникацию с внешним миром.

Спектр функциональных возможностей определен самой ролью SCADA в системах управления и реализован практически во всех пакетах:

Ш автоматизированная разработка, дающая возможность создания ПО системы автоматизации без реального программирования;

Ш средства исполнения прикладных программ;

Ш сбор первичной информации от устройств нижнего уровня;

Ш обработка первичной информации;

Ш регистрация алармов и исторических данных;

Ш хранение информации с возможностью ее пост-обработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных);

Ш визуализация информации в виде мнемосхем, графиков и т.п.;

Ш возможность работы прикладной системы с наборами параметров, рассматриваемых как "единое целое" ("recipe" или "установки").

Рассматривая обобщенную структуру систем управления, следует ввести и еще одно понятие - Micro-SCADA.

Micro-SCADA - это системы, реализующие стандартные (базовые) функции, присущие SCADA - системам верхнего уровня, но ориентированные на решение задач автоматизации в определенной отрасли (узкоспециализированные). В противоположность им SCADA - системы верхнего уровня являются универсальными.

Все компоненты системы управления объединены между собой каналами связи. Обеспечение взаимодействия SCADA - систем с локальными контроллерами, контроллерами верхнего уровня, офисными и промышленными сетями возложено на, так называемое, коммуникационное ПО. Это достаточно широкий класс программного обеспечения, выбор которого для конкретной системы управления определяется многими факторами, в том числе и типом применяемых контроллеров, и используемой SCADA - системой.

Для осуществления контроля над составляющими и параметрами системы, её оборудуют механизмами передачи информации о состоянии. То есть речь идёт о телеметрии, используемой в подобных системах. Телеизмерения предоставляют полные данные по параметрам системы, позволяют оперативно выявлять несанкционированные подключения к сетям освещения и выявлять хищения электроэнергии, ведут технический учёт энергии. С помощью телеизмерений напряжений, токов и мощностей можно осуществить первичную диагностику осветительной сети в случаях каких-либо аварий, происходит автоматизация инспекции и технического обслуживания электрооборудования. Таким образом, отпадет необходимость непосредственного участия человека при диагностике и профилактической проверке электрооборудования, исключается возможный человеческий фактор при подобных мероприятиях - ошибки при измерении величин, невнимательность при диагностике.

Все необходимые данные поступают на компьютер. Оператор компьютера имеет полный доступ ко всей информации, поступающей с датчиков телеметрии - фактическое напряжение и мощность в сети, рабочие токи в цепях, техническое состояние сетей и оборудования. Любое отклонение от нормы отображается другим цветом и может инициировать сигнал звукового предупреждения, чтобы привлечь внимание. Изображения на экране можно получать в одной из нескольких разных форм. Каждый пользователь может назначить по своему выбору воспроизведение результатов конкретных измерений в графическом или числовом виде. Данные, полученные с телеметрии, обычно копируются и заносятся в базу данных, чтоб иметь возможность проанализировать, сравнить или исследовать их.

Как и в других телекоммуникационных областях существуют международные стандарты, установленные такими организациями как CCSDS и IRIG для телеметрического оборудования и программного обеспечения. Стандарты CCSDS относится к авиационным и космическим системам передачи данных, в промышленности же используют стандарты IRIG.

Система телеметрии воспринимает и ретранслирует электрические сигналы от многих датчиков одновременно благодаря процессу уплотнения данных, называемому мультиплексированием. По стандарту IRIG в промышленных системах телеметрии принят способ импульсно-кодовой модуляции (ИКМ) уплотнения данных. ИКМ до сих пор является наиболее распространенной благодаря характерной для нее низкой вероятности ошибок (обычно менее 0,25% для любого измерения). ИКМ-система преобразует результат каждого измерения, выраженный аналоговым значением напряжения, в приемлемое для компьютера цифровое значение. В системе с использованием, например, 12-разрядных двоичных чисел самое малое напряжение будет представлено кодовым числом 000 000 000 000 (0), а самое большое - 111 111 111 111 (2047). Для подачи сигнала о начале каждого нового цикла сканирования датчиков и преобразователей генерируется специальная кодограмма. В ИКМ-системе процесс демультиплексирования (разуплотнения) включает в себя отыскание кодограммы, которая вставляется в поток данных, чтобы сигнализировать о начале каждого цикла сканирования, после чего ведется подсчет битов для идентификации каждого измерения и подготовки его результата для ввода в компьютер.

Компьютер, который принимает все поступившие данные с датчиков телеметрии и производит контроль над системой, именуется сервером. Сервером может выступить любой настольный компьютер офисного пользования, который будет поддерживать работу с беспроводными сетями. Разумеется, необходима установка специального программного обеспечения на компьютер. Поскольку данные телеметрии поступают на приемную станцию многократно и иногда даже непрерывно, аппаратные и программные средства должны быть хорошо согласованы друг с другом, а сервер всегда включенным. В типичных случаях аппаратные средства отрабатывают относительно простые и неоднократно повторяющиеся задания (примером могут служить установление синхронизации и реакция на возникновение тревожной ситуации); программные средства выполняют первичную обработку для воспроизведения данных на экране.

В задачи программного обеспечения входят настройка всех аппаратных и программных средств, высокоскоростной ввод данных, возможная предварительная проверка аппаратных средств, высокоскоростной вывод отобранных результатов измерений на монитор, специальная обработка данных в соответствии с требованиями анализа. Программные средства также довольно часто используют, чтобы подготовить накопитель для работы со всеми или отобранными результатами измерений, для выборки в целях проведения более детального анализа и для выполнения самодиагностики состояния системы телеметрии перед началом и в процессе приема данных.

Однако помимо работы с данными, мы имеем возможность управления элементами осветительной сети через компьютер. Помимо того, что система работает по выставленному нами режиму и принципу, мы можем произвести управление авторитарно в обход запрограммированному алгоритму. Ведь программа заранее знает, когда и где зажечь свет, для чего и для кого, это помимо отдельных возможностей простой работы на датчиках присутствия и движения, датчиков освещенности. Когда нами просто выставляется работа системе на режиме определения сколько света необходимо для освещения данного помещения - информация поступит с датчика освещенности - программа сама просчитает необходимое количество освещенности, или же режим включения/отключения света по наличию человека - информация поступит с датчика движения или присутствия - программа включит или отключит свет в нужный момент. Имеется возможность создать такой алгоритм, в котором учитывалось бы рабочее расписание объекта, контролируемого системой, и параллельная работа системы по показаниям датчиков. При наличии видеокамер можно наблюдать за своими действиями не только по принципиальному графическому представлению схемы освещения, но и посредством видеокартины.

При усовершенствовании структуры аппаратного обеспечения системы благодаря внедрению GSM модуля соединенного с сервером, возникает возможность управления системой даже через мобильный телефон. То есть происходит отправка команды через телефон посредством sms-сообщения на GSM модуль, соединенный с сервером. Сервер обрабатывает команду и отправляет команду контроллеру высшего уровня осветительных сетей. Может быть и такое, что команда будет отправлена через сам сервер, даже возможно, что посредством проводной связи с контроллером. ПЛК, приняв сигнал, отдаст команду реле, чтобы тот, в свою очередь, включил освещение. Это изображено на рисунке 9.

Рисунок 9. Автоматическая система управления с GSM модулем

Также стоит иметь в виду, что телефон выступает не только как отправитель команд, но и как приемник информации о параметрах системы или каких-либо изменениях в ней. Так мы сможем на расстоянии вести полный контроль над системой. Достаточно, выставить на сервере параметр отправки данных о системе на телефон каждые сутки, чтоб можно было отслеживать ее работу и в случае чего отправить sms-команду на выполнение какой-либо операции.