Univerza v Ljubljani
Fakulteta za elektrotehniko
BEĆIR TABAKOVIĆ
UPORABA PLK-JA IN RAZVOJ UPORABNIŠKEGA VMESNIKA V
PAMETNEM DOMU
Diplomsko delo
Visokošolski strokovni študijski program prve stopnje Aplikativna elektrotehnika
Mentor: doc. dr. Gorazd Karer
Ljubljana, 2021
Zahvala
Tukaj bi se najprej zahvalil svojemu mentorju, doc. dr. Gorazdu Karerju, za nesebično pomoč, podporo in nasvete pri pisanju zaključnega dela.
Iskrena zahvala gre gosp. Gašperju Ambrožu, ki mi je med časom praktičnega usposabljanja predstavil idejo projekta in mi odgovoril na mnoga vprašanja, ki so vodila do uspešne
realizacije sistema. Moram omeniti tudi direktorja Exor ETI podjetja, gosp. Matjaža Berceta, ki mi je dal priložnost pokazati in izboljšati znanja na področju elektrotehnike in
avtomatizacije skozi trimesečno prakso.
Na koncu gre posebna zahvala moji družini, ki mi je bila v času študija, pa tudi med pisanjem diplomskega dela, največja podpora – tako moralna kot finančna.
Povzetek
Živimo v svetu tehnologije in očitno je, da je tehnologija z leti postala sestavni del našega življenja. V svetu je potrebnega vedno manj človeškega dela in mnogi procesi in sistemi temeljijo na neobvezni prisotnosti ali delu človeka. Eden od takšnih sistemov je sistem pametnega doma, ki ga bomo predstavili in obravnavali v diplomskem delu. Cilj diplomskega dela je na najboljši možen način razložiti primer pametnega doma z vsemi potrebnimi
komponentami in ustrezno konfiguracijo. Na ta način bomo ustvarili priročnik, ki bo vodil do realizacije sistema skozi korake od začetka do konca.
Diplomsko delo je sestavljeno iz štirih delov, razdeljenih na manjše korake, ki nas vodijo čez celoten projekt. Prvi del nam predstavlja zasnovo projekta pametnega doma oziroma shemo projekta, po kateri bo sistem tudi narejen in realiziran. V prvem delu bomo omenili še programsko opremo, ki jo bomo uporabljali za konfiguracijo in programiranje naprav, ki jih sistem uporablja. Potem sledi risanje elektronačrta v programski opremi
EPLAN. Po končanem risanju elektronačrta pridemo do tretjega dela, kjer se bomo ukvarjali s programiranjem PLK-ja. V zadnjem, četrtem delu, sledi načrtovanje uporabniškega vmesnika, kjer bomo osmislili tudi oblikovanje zaslona vmesnika.
Pametni dom, bo po končni konfiguraciji vseh naprav predstavljal primer avtomatiziranega procesa, ki bo uporabnikom omogočil lažjo interakcijo in nadzor pri konfiguraciji gospodinjskih naprav, kot so klima, ogrevanje, garažna vrata, idr. Skozi diplomsko delo bomo šli skozi vse korake, ki so nas pripeljali do avtomatizacije procesov doma.
Ključne besede: pametni dom, programska oprema EPLAN, elektronačrt, PLK, programska oprema TIA Portal, uporabniški vmesnik, programska oprema JMobile Suite, lestvični diagram
Abstract
We live in a world of technology and it is obvious that over the years technology has become an integral part of our lives. The world needs less and less human labor day by day and many processes and systems are based on the optional presence or labor of a human being. One such system is the smart home system which will be introduced and discussed in this thesis. The aim of the thesis is to explain the example of the smart home system in the best possible way with all the necessary components and the corresponding configuration. In this way, we will create a manual that will guide the realization of the system step by step, from the beginning to the end.
The thesis consists of four parts, divided into smaller steps that will guide us through the whole project. In the first part, we present the idea of a smart home, i.e. the project scheme, on the basis of which the system will also be developed and realized. In the first part we also mention the software that we will use to configure and program the devices used by the system. This is followed by the drawing of an electrical plan in the EPLAN software environment. After drawing the electrical plan, we will come to the third part where we will deal with the programming of the PLC (Programmable Logic Controller). In the last, fourth part, we will follow the configuration of the HMI (Human-Machine Interface), where we will also create a design for the user interface screen.
Smart home after final configuration of all devices will be a basic automated process that will allow users easier interaction and control in configuring home appliances like air conditioner, heater, garage doors etc. We will go through all the steps that led us to the automated home processes in the thesis.
Keywords: smart home, EPLAN software, electrical diagram, PLC, TIA Portal software, HMI, JMobile Suite software, ladder diagram
Kazalo
1 Uvod ... 15
1. 1 Pametni dom ... 15
1. 2 Stanje v svetu ... 15
1. 3 Zasnova projekta ... 16
1. 4 Opis vsebine po poglavjih ... 17
2 Zasnova pametnega doma in programska oprema ... 19
2. 1 Shema projekta ... 19
2. 2 Programska oprema EPLAN ... 20
2. 3 Programska oprema TIA Portal ... 21
2. 4 Programska oprema JMobile Suite ... 23
3 Elektronačrt projekta ... 25
3. 1 Napajanje ... 25
3. 2 Izbira PLK-ja ... 27
3. 3 Digitalni in analogni vhodi in izhodi ... 27
3. 4 Uporabniški vmesnik ... 30
4 Programiranje PLK-ja ... 31
4. 1 Ustvarjanje projekta v programski opremi TIA Portal in izbira PLK-ja ... 31
4. 2 PLK ... 31
4. 3 Programski jezik in definiranje spremenljivk ... 33
4. 4 Lestvični diagram ... 35
4. 4. 1 Klima ... 35
4. 4. 2 Gumb ... 36
4. 5 Fizični vhodi in izhodi PLK-ja ... 37
4. 6 Funkcijski bloki: preslikava vhodov in izhodov ... 38
4. 7 Analogni vhodi PLK-ja: temperaturni senzorji ... 39
4. 8 Organizacijski blok Main OB ... 39
5 Načrtovanje uporabniškega vmesnika ... 41
5. 1 Uporabniški vmesnik ... 41
5. 2 Predloga projekta ... 42
5. 3 Pripomočki ... 42
5. 4 Dogodki ... 43
5. 5 Vidljivost elementov ... 44
5. 6 Dizajn uporabniškega vmesnika: barvne palete ... 45
5. 7 Gumb za vračanje domov ... 46
5. 8 Programska oprema JMobile PC Runtime ... 47
5. 9 Nalaganje projekta na uporabniški vmesnik ... 49
5. 10 Vzpostavitev komunikacije med uporabniškim vmesnikom in PLK-jem ... 49
6 Zaključek ... 51
7 Viri in literatura ... 53
8 Dodatek A: Celoten elektronačrt projekta ... 55
9 Dodatek B: Programska oprema TIA Portal - PLK spremenljivke ... 63
10 Dodatek C: Programska oprema TIA Portal - programski bloki ... 73
Kazalo slik
Slika 1: Osnovna shema, na podlagi katere je narejen celoten sistem oziroma projekt
pametnega doma ... 19
Slika 2: Logo programske opreme EPLAN ... 20
Slika 3: Glavno okno programske opreme EPLAN Education 2.9 SP1 in prikaz ene od strani projekta "Sample project", ki je sestavni del EPLAN-a ... 20
Slika 4: Logo programske opreme TIA Portal ... 21
Slika 5: Programska oprema TIA Portal in primer uporabe lestvičnega diagrama pri enem delu programske kode projekta pametnega doma ... 22
Slika 6: Logo JMobile Studia, ki je del programske opreme JMobile Suite ... 23
Slika 7: Glavno okno JMobile Studia in naslovna stran projekta pametnega doma, ki bo vidna na zaslonu uporabniškega vmesnika pri konfiguraciji naprav ... 24
Slika 8: Pregled strani ... 25
Slika 9: Siemens pretvornik; SITOP PSU100L 24 V/10 A ... 25
Slika 10: EPLAN načrt – napajanje naprav ... 26
Slika 11: Uporaba knjižnice Data Portal za izbiro PLK-ja ... 27
Slika 12: PLK: digitalne vhodne in izhodne naprave ... 28
Slika 13: PLK: analogni vhodi ... 28
Slika 14: Pregled PLK-ja ... 29
Slika 15: Povezava med PLK-jem in uporabniškim vmesnikom ... 30
Slika 16: Napajanje uporabniškega vmesnika ... 30
Slika 17: Nastavitev naslova IP PLK-ja v programski opremi TIA Portal ... 31
Slika 18: PLK; Siemens CPU 1214C DC/DC/DC, 6ES7214-1AG40-0XB0 ... 32
Slika 19: Programska oprema TIA Portal: Funkcijski blok – Optimized Block Access ... 33
Slika 20: Osnovni funkcijski blok - statične spremenljivke ... 34
Slika 21: Lestvični diagram: Klima ... 35
Slika 22: Lestvični diagram: Gumb – klima ... 36
Slika 23: Digitalni in analogni vhodi in izhodi PLK-ja ... 37
Slika 24: Input in Output mapping ... 38
Slika 25: Funkcijski blok: temperaturni senzor ... 39
Slika 26: Organizacijski blok Main OB ... 40
Slika 27: Uporabniški vmesni eX707 ... 41
Slika 28: Glavno okno programske opreme JMobile Studio in projektna predloga ... 42
Slika 29: Programska oprema JMobile Studio: Widgets Gallery ... 43
Slika 30: JMobile Studio: Stran za konfiguracijo klime... 44
Slika 31: Nastavitev vidljivosti... 45
Slika 32: Izbira barv za gumbe ... 46
Slika 33: Nastavitev gumba za vračanje doma ... 47
Slika 34: Ročni in avtomatski način delovanja klime ... 48
Slika 35: Nalaganje projekta na uporabniški vmesnik ... 49
Slika 36: Omogočanje komunikacije s PLK-jem ... 49
Uporabljene kratice in angleške besede
angleščina slovenščina
PLC (Programmable Logic Controller) PLK (programirljivi logični krmilnik) HMI (Human-Machine Interface) uporabniški vmesnik
IoT (Internet of Things) internet stvari
DC (direct current) enosmerna napetost
NO (normally open) contact delovni kontakt
PROFINET (Process Field Network) komunikacijski protokol PROFINET IP (Internet Protocol) internetni protokol IP
LD (Ladder Diagram) lestvični diagram
ST (Structured Text) strukturirani tekst Cloud (memory) oblak za shranjevanje podatkov
widget pripomoček
dialog dialog
tag spremenljivka
input and output mapping preslikava vhodov in izhodov
template predloga
visibility vidljivost
15
1 Uvod
V diplomskem delu bom predstavil pametni dom in podrobno razložil vse korake, ki vodijo do uspešne realizacije projekta. Do ideje za projekt sem prišel v času praktičnega
usposabljanja, ko sem se naučil novih znanj s področja avtomatike in elektrotehnike, ki so mi kasneje služila pri realizaciji sistema.
1. 1 Pametni dom
Pametni dom je domovanje, v katerem je mogoče električne naprave (luči, centralne peči, klimatske naprave, idr.) nadzirati in krmiliti na daljavo s pomočjo pametnega telefona, tablice ali računalnika, od doma, iz službe, v času službenega potovanja ali dopusta.
Pametne inštalacije je smiselno snovati že v času gradnje, ni pa to nujno. Na voljo so rešitve, ki omogočajo nadzor nad obstoječimi električnimi napravami brez dodatnih gradbenih posegov, kot so vrtanje in napeljevanje kablov. Naprave povezujemo v brezžična omrežja, ki jih je možno razširjati in prilagajati trenutnim potrebam.
Pametni dom pomeni uporabo tehničnih sistemov, avtomatiziranih procesov in povezanih, daljinsko vodenih naprav v stanovanjih in hišah. Glavni cilj pametnega doma je izboljšati kakovost življenja in udobja. Drugi cilji so večja varnost in učinkovitejša poraba energije zaradi povezanih naprav, ki jih je mogoče daljinsko krmiliti.
Navadno mora delovanje strojev, naprav in zagon procesov doma sprožiti človek ročno, pri čemer mora poskrbeti za pravočasno izvedbo vseh opravil. Pametni dom nas razbremeni tega dela, saj komponentam omogoča medsebojno komunikacijo. Naprave same zaženejo,
nadzorujejo in nadzirajo določene procese v domu, odvisno od scenarija in glede na to, kako so programirane.
1. 2 Stanje v svetu
Statistike kažejo, da približno 83 milijonov gospodinjstev uporablja pripomočke pametnega doma. Po statističnih podatkih, vsako leto priljubljenost pametnih domov narašča. Ker
16 tehnologija za avtomatizirane domove postaja pametnejša, opažamo povečanje števila
gospodinjstev, ki želijo imeti koristi od teh tehnologij.
Raziskave pravijo, da se bo trg pametnih domov po vsem svetu do leta 2022 potrojil. Letna stopnja rasti v prihodnjih petih letih bo tako v povprečju znašala 26,4 %. Za primerjavo:
tradicionalne panoge, kot je strojništvo, imajo povprečno najvišjo stopnjo rasti 6 % na leto.
Hiter tempo tehnološkega napredka pomeni, da bodo v nekaj letih uporabljeni številni inovativni elementi pametnega doma.
Na vrhu seznama priljubljenih naprav v pametnem domu so varnostni sistemi in nadzorni sistemi temperature.
1. 3 Zasnova projekta
V nadaljevanju bo razložen primer pametnega doma, ki bo vključeval konfiguracijo in upravljanje naslednjih naprav in sistemov:
• klima,
• ogrevanje,
• garažna vrata,
• luči,
• grelnik vode,
• videonadzor in
• solarni paneli.
Osnovna shema projekta z vsemi električnimi komponentami in napravami, ki jih sistem potrebuje za pravilno delovanje, je bila že določena. Načeloma je shema predstavljala le prikaz in uvid, kako bi celoten sistem pametnega doma izgledal in na kakšnem principu naj bi deloval. Moja naloga pa je bila konkretna; izvedba sistema in oblikovanje uporabniškega vmesnika.
Celoten sistem deluje na osnovi PLK-ja (angl. PLC – Programmable Logic Controller), industrijskega digitalnega računalnika, ki je zaščiten in prilagojen za nadzor in vodenje proizvodnih procesov, kot so montažne linije, robotske naprave ali katera koli dejavnost, ki zahteva visoko zanesljivost in enostavnost programiranja in je glede tega primerna izbira tudi
17 za realizacijo sistema pametnega doma. Poleg uporabe PLK-ja uporablja sistem tudi
uporabniški vmesnik (angl. Human-Machine Interface), napravo, ki ljudem omogoča interakcijo s strojem. Primeri fizičnih vidikov uporabniškega vmesnika so lahko zaslon na dotik, gumb, mobilna naprava ali računalnik s tipkovnico. Uporabniški vmesnik je predvsem uporabljen za lažjo človekovo interakcijo s pametnim domom in čim enostavnejše upravljanje naprav, vključenih v sistem. Uporaba naprav, kot sta PLK in uporabniški vmesnik, naj bi omogočila lažji pristop in interakcijo človeka s sistemom ali pa konfiguracijo sistema, ki bi prinesla do avtomatskega delovanje naprav, brez človeškega sodelovanja (kot je, recimo, avtomatski vklop/izklop klime oziroma ogrevanja). Poleg osnovnih naprav je treba za povezavo s PLK-jem uporabljati še druge elektronske komponente, kot so releji in stikala, s čimer izvedemo pravilen vklop oziroma izklop želenih naprav. Tukaj je še veliko ostalih komponent (stikala, senzorji, kabli ipd), ki jih potrebujemo za naš sistem in o katerih bomo več pisali kasneje.
1. 4 Opis vsebine po poglavjih
Najprej bomo razložili projektno shemo in predstavili programsko opremo, ki smo jo
uporabljali pri realizaciji pametnega doma. S tem bomo podali osnovno sliko, na čem sistem temelji in kako deluje.
Potem bomo predstavili načrtovanje v programski opremi EPLAN. Elektronačrt sistema bo vključeval vse naprave in priključke potrebne pri realizaciji pametnega doma.
Naslednji korak je programiranje PLK-ja. Obravnavali bomo programsko opremo TIA Portal.
Zadnji korak predstavlja načrtovanje uporabniškega vmesnika in oblikovanje zaslona s programsko opremo JMobile Suite.
18
19
2 Zasnova pametnega doma in programska oprema
V tem razdelku bomo predstavili zasnovo projekta pametnega doma in že prej pripravljeno projektno shemo. Predstavili bomo tudi programsko opremo, ki smo jo uporabljali pri elektronačrtovanju, pri programiranju PLK-ja in pri načrtovanju uporabniškega vmesnika.
2. 1 Shema projekta
Osnovno shemo projekta za sistem pametnega doma je prikazana na sliki 1.
Sistem pametnega doma vključuje konfiguracijo elektronskih naprav, torej klime, ogrevanja, garažnih vrat, grelnika vode, videonadzora in solarnih panelov (ni vidno na shemi; naknadno dodano v sistem), ter luči.Termostat je bil naknadno izpuščen iz sistema, saj konfiguriran uporabniški vmesnik nadomesti funkcionalnost termostata.
Slika 1: Osnovna shema, na podlagi katere je narejen celoten sistem oziroma projekt pametnega doma
20 2. 2 Programska oprema EPLAN
Elektronačrt projekta bomo naredili s programsko opremo EPLAN (slika 2), ki je prilagojena za optimizacijo načrtovanja in vzdrževanja
dokumentacije procesov na področju elektrotehnike, fluidne tehnike, procesne tehnologije, načrtovanja stikalnih omar in kabelskih snopov [2].
Programska oprema EPLAN vsebuje svojo lastno knjižnico (Data portal), kjer najdemo vse elektronske elemente in komponente po želenih proizvajalcih (Siemens, Rittal, Mitsubishi, Festo, idr). Pri načrtovanju sem izbiral elemente (kable, sponke, pretvornik, ipd) naključnih proizvajalcev, saj nisem imel točno definirano, kakšni in kateri elementi naj bi bili uporabljani po zaključenem načrtovanju oziroma pri sami integraciji sistema. Tukaj še opozarjam na ogromno opcij in možnosti, ki jih programska oprema EPLAN ponuja pri načrtovanju električnih vezij.
Na sliki 3 je prikazano glavno okno programske opreme EPLAN Education 2.9. SP1.
Slika 2: Logo programske opreme EPLAN
Slika 3: Glavno okno programske opreme EPLAN Education 2.9 SP1 in prikaz ene od strani projekta "Sample project", ki je sestavni del EPLAN-a
21 2. 3 Programska oprema TIA Portal
Siemensova programska oprema TIA Portal (angl. Totally Integrated Automation Portal) omogoča neomejen dostop do celotne palete digitaliziranih storitev avtomatizacije od
digitalnega načrtovanja do integriranega inženiringa in preglednega delovanja (slika 4). Zato je primeren za delo s PLK-ji in avtomatizacijo procesov [4].
Prvič sem se s programsko opremo srečal na fakulteti, kjer smo na laboratorijskih vajah pri predmetu Računalniško vodenje procesov uporabljali TIA Portal za načrtovanje različnih industrijskih procesov in na ta način sem pridobil osnovno znanje o risanju lestvičnih diagramov, o pisanju strukturiranega teksta in podobnih zadevah, ki jih program ponuja.
Glede uporabe programske opreme pri delu na projektu moram reči, da sem nadgradil znanje, pridobljeno na laboratorijskih vajah. Pridobljeno znanje s fakultete je bilo osnova za nadaljnji razvoj in mi je omogočilo lažji začetek in pristop k programski opremi.
Najprej sem moral razmisliti in ugotoviti, kako naj bi sistem pametnega doma deloval (v smislu programa in uporabe PLK-ja) ter na ta način začeti s pisanjem programske kode, ki bo kasneje naložena na PLK. Osnovni del programa, tj. del, ki se nanaša na vsako posamezno napravo v sistemu in na njeno pravilno delovanje, je narejen v obliki lestvičnega diagrama (angl. LD – Ladder Diagram). Poleg tega obstaja še možnost uporabe FBD (angl. Functional Block Diagram) in ST (angl. Structured Text), saj TIA Portal definira standard IEC-61131 ter omenjeni predstavljajo tri od pet programskih jezikov, ki definirajo ta standard [6]. Poleg sta še IL (angl. Instruction List) ter SFC (angl. Sequential Function Chart). Tudi sem se ukvarjal s strukturiranim tekstom in bom primer uporabe ST predstavil kasneje.
Primer uporabe lestvičnega diagrama je prikazan na sliki 5, kjer je priložen del programske kode projekta pametnega doma.
Slika 4: Logo programske opreme TIA Portal
22 Seveda omenjeno predstavlja le prvi korak v popolni realizaciji projekta in integraciji sistema.
Ko je program napisan in preverjen ga treba istega naložiti na PLK. PLK je nameščen v elektro omari, v kateri najdemo še druge naprave, kot so napajalnik, pretvornik, stikala in podobne elektronske komponente, ki jih sistem potrebuje za pravilno delovanje, testiranje in seveda za kasnejšo integracijo in uporabo.
Za nalaganje programa na PLK potrebujemo programsko opremo TIA Portal. Najprej
moramo vzpostaviti povezavo med računalnikom in PLK-jem. Računalnik in PLK morata biti v istem omrežju, pri čemer uporabimo naslov IP. Z nalaganjem programa na PLK je delo v programu TIA Portal končano.
Slika 5: Programska oprema TIA Portal in primer uporabe lestvičnega diagrama pri enem delu programske kode projekta pametnega doma
23 2. 4 Programska oprema JMobile Suite
Še nekaj besed o zadnjem programu, ki smo ga uporabljali za načrtovanje uporabniškega vmesnika in o programski opremi JMobile Suite.
Jmobile Suite predstavlja programsko opremo, ki v celoti pokriva povezljivost od programa do oblaka (angl. Cloud), upravljanje naprav, upravljanje procesov in vizualizacijo podatkov, ki so bistvenega pomena za vse ravni do oblaka v kateri koli arhitekturi platforme Industrial IoT [9].
Skratka, pri JMobile Suite gre za industrijsko programsko opremo in kot paket vsebuje:
• JMobile Studio (osnovni del, uporabljan za dizajniranje in programiranje uporabniškega vmesnika),
• JMobile Runtime PC (velja za program, ki omogoči simulacijo programa, narejenega v JMobile Studiu) in
• JMobile Client (omogoči nam direktno povezavo na uporabniški vmesnik na podlagi naslova IP).
Programska oprema JMobile Studio (slika 6) je namenjena izdelavi za
uporabniški vmesnik. Ponuja uporabo že prej definiranih pripomočkov (angl.
widgets), kot so različni gumbi, luči, omogoča tudi prikaz števil
(spremenljivk), prikaz sporočil, alarmov in podobno.
Programska oprema je enostavna za uporabo, ponuja pa tudi številne možnosti pri izdelavi sistema, kot je, recimo, sistem pametnega doma, s katerim se ukvarjamo. Programska oprema zahteva le osnovno znanje iz programiranja, s katerim smo se srečali na fakulteti že v prvem letniku.
Projekt vsebuje 9 strani, od katerih je ena rezervirana za splošno konfiguracijo (izbiro naprav), ostalih osem pa je narejenih za konfiguracijo in krmiljenje posameznih naprav:
klima, ogrevanje, grelnik vode, luči, garažna vrata, nadzor in solarni paneli. V programski opremi JMobile Studio bomo našli še različne tako imenovane dialoge (angl. dialogs), ki
Slika 6: Logo JMobile Studia, ki je del programske opreme JMobile Suite
24 služijo za prikaz različnih sporočil, kot so vklop ali izklop klime, ogrevanja in podobno. Na samem začetku moramo definirati spremenljivke (angl. tags), ki jih je treba definirati pri pisanju in uporabi vsakega programskega jezika, tudi pri uporabi programske opreme JMobile Suite. Končani projekt v programski opremi JMobile Studio je treba naložiti na uporabniški vmesnik, enako kot bomo to naredili pri PLK-ju.
Na sliki 7 je prikazano glavno okno programske opreme JMobile Studio.
Simulacijo narejenega projekta bomo izvedli v programski opremi JMobile Runtime PC. Po končanem preverjanju in testiranju naložimo projekt na uporabniški vmesnik.
Načrtovanje uporabniškega vmesnika predstavlja zadnji korak pri realizaciji pametnega doma.
Sistem je tako pripravljen za testiranje, kasneje tudi za integracijo in uporabo. V nadaljevanju sledi predstavitev vseh korakov, ki vodijo do uspešno zaključenega projekta.
Slika 8: Glavno okno JMobile Studia in naslovna stran projekta pametnega doma, ki bo vidna na zaslonu uporabniškega vmesnika pri konfiguraciji naprav
25
3 Elektronačrt projekta
Od tega dela naprej bomo opisovali postopke, ki vodijo do uspešno zaključenega projekta, začeli bomo z risanjem elektronačrta.
Elektronačrt je narejen v programski opremi EPLAN. Postopek risanja je razdeljen na več korakov in vključuje načrt napajanja, izbiro PLK-ja, priključke vhodnih in izhodnih naprav na PLK in priključek uporabniškega vmesnika.
3. 1 Napajanje
Po končanem tečaju za programsko opremo EPLAN, ki ga organizira podjetje Exor ETI, sem pridobil osnovna znanja, ki so bila potrebna za začetek uporabe okolja in za osnove risanja načrtov [1]. Risanje sem začel na podlagi že prej pripravljene sheme projekta (slika 1). Popoln načrt je sestavljen iz več strani prikazanih na sliki 8:
1. Napajanje
2. PLK DI/DO (digitalni vhodi in izhodi PLK-ja) 3. PLK AI/AO (analogni vhodi in izhodi PLK-ja) 4. Uporabniški vmesnik
5. Komunikacijski protokol PROFINET
Najprej sem naredil stran, kjer imamo prikazan načrt napajanja naprav, saj to predstavlja osnovni del celotnega sistema in delovanja naprav. Ukvarjal sem se z
definiranjem potenciala, kablov in terminalov ter uporabljal komponente, kot so stikala in sponke.
Terminale uporabljamo za napajanje vseh vhodov izhodov in ostalih komponent sistema. Glavni del napajanja predstavlja pretvornik, prikazan na sliki 9, saj za napajanje naprav, kot so PLK in uporabniški vmesnik
Slika 9: Pregled strani
Slika 10: Siemens pretvornik;
SITOP PSU100L 24 V/10 A
26 potrebujemo enosmerno napetost 24 V. Tukaj imamo še PLK, ki ga direktno napajamo iz pretvornika, za ostale naprave pa uporabljamo terminale.
Slika 10 predstavlja načrt z vsemi komponentami in povezavami, ki so nujne za pravilno napajanje.
Slika 11: EPLAN načrt – napajanje naprav
27 3. 2 Izbira PLK-ja
Po končanem načrtu napajanja sledi risanje priključkov in povezav vseh vhodov in izhodov PLK-ja. Seveda moramo najprej izbrati ustrezni PLK – v našem primeru je to Siemens CPU 1214C, 6ES7214-1AG40-0XB0, to smo naredili že na prvi strani, kjer smo na PLK priklopili napajanje [3].
Ustrezni PLK, ki je nameščen v elektro omari in ki ga bo sistem uporabljal, smo našli v knjižnici programske opreme EPLAN (slika 11), ki ponuja veliko število naprav različnih proizvajalcev. Programska oprema EPLAN ima sicer že veliko naprav in simbolov, ki jih ponuja, tako da je knjižnica Data Portal le dodatek in je ni potrebno uporabljati.
3. 3 Digitalni in analogni vhodi in izhodi
Sledi načrtovanje vodnih in izhodnih naprav sistema, ter pregled PLK-ja in njegovih vhodov in izhodov.
Slika 12 prikazuje digitalne vhodne in izhodne naprave, dokler je na sliki 13 prikazana povezava analognih vhodov.
Slika 12: Uporaba knjižnice Data Portal za izbiro PLK-ja
28 Na sliki 12 so prikazane digitalne vhodne in izhodne naprave in povezave med njimi.
Pravokotniki predstavljajo priključke PLK-ja, ki vsebujejo vse podatke, kot so naslovi vhoda ali izhoda, ime naprave in lokacijo PLK-ja (na načrtu). Na ta način se zagotovi jasen pregled PLK-ja in njegovih vhodov in izhodov, ki prikazuje ena izmed strani načrta. Uporabljali smo še kontaktorje (angl. NO contacts – delovni kontakti) pri povezavi digitalnih vhodov, ter ustrezne releje pri priključitvi in povezavi digitalnih izhodov.
Slika 14: PLK: digitalne vhodne in izhodne naprave
Slika 13: PLK: analogni vhodi
29 Pri analognih vhodih imamo le dva temperaturna senzorja. Enega, ki je izven doma in meri zunanjo temperaturo, in drugega, ki je nameščen v notranjosti doma in meri notranjo temperaturo. Povezava je prikazana na sliki 13.
Slika 14 prikazuje pregled PLK-ja ter vseh vhodov in izhodov, tako digitalnih kot analognih [2]. Pregled PLK-ja tudi na eni od strani projekta oziroma elektronačrta, narejenega v programski opremi EPLAN.
Slika 15: Pregled PLK-ja
30 3. 4 Uporabniški vmesnik
V tem razdelku bomo opisali uporabniški vmesnik in vzpostavitev povezave s PLK-jem [7].
Na sliki 15 in sliki 16 je prikazan priklop napajanja na uporabniški vmesnik in tudi povezava med vmesnikom in PLK-jem. Za povezavo med napravami smo uporabljali komunikacijski protokol PROFINET.
S povezavo uporabniškega vmesnika na napajanje ter povezavo med vmesnikom in PLK-jem, smo tudi prišli do konca elektronačrta za projekt pametnega doma, ki smo ga naredili v programski opremi EPLAN.
Slika 17: Napajanje uporabniškega vmesnika
Slika 16: Povezava med PLK-jem in uporabniškim vmesnikom
31
4 Programiranje PLK-ja
Tukaj bomo opisali postopek v programski opremi TIA Portal in korake pri pisanju
programske kode, ki jo bomo po koncu programiranja naložili na PLK in ga s tem pripravili za uporabo v pametnem domu.
4. 1 Ustvarjanje projekta v programski opremi TIA Portal in izbira PLK-ja
Na samem začetku ustvarimo nov projekt v programu TIA Portal ter med ponujenim
izberemo ustrezni PLK – v našem primeru bomo izbrali že omenjeno napravo Siemens CPU 1214C, 6ES7214-1AG40-0XB0. Po ustvarjanju in imenovanju novega projekta se nam odpre glavno okno programske opreme TIA Portal. Preden začnemo samo programiranje, bomo tudi spremenili in nastavili nekaj parametrov izbranega krmilnika tako, da storimo pravilno
komunikacijo med TIA Portalom in fizično napravo. To vključuje spremembo naslova IP, ki ga najdemo pod zavihkom Project Tree→Device Configuration→PROFINET interface→IP protocol. Slika 17 prikazuje konfiguracijo naslova IP, kjer vpišemo točen naslov PLK-ja.
Računalnik in PLK morata seveda biti v istem omrežju.
4. 2 PLK
PLK-ji se lahko gibljejo od majhnih modularnih naprav z več kot deset vhodov in izhodov v ohišju, integriranim s procesorjem, do velikih modularnih naprav, vgrajenih v elektro omare z več tisoč vhodi in izhodi in ki so pogosto povezani v omrežje z drugimi PLK-ji in nadzorni sistemi.
Slika 18: Nastavitev naslova IP PLK-ja v programski opremi TIA Portal
32 Zasnovani so lahko za številne razporeditve digitalnih in analognih vhodov in izhodov,
razširjenih temperaturnih območij, odpornosti na električni šum in odpornosti na vibracije in udarce.
PLK-ji so bili prvič razviti v avtomobilski industriji za zagotavljanje prilagodljivih, robustnih in enostavno programivljivih krmilnikov, ki nadomestijo ožičene relejne logične sisteme. Od takrat so bili široko sprejeti kot visoko zanesljivi krmilniki za avtomatizacijo, primerni za zahtevna okolja.
Za pametni dom smo uporabljali PLK proizvajalca Siemens (slika 18), z oznako 6ES7214- 1AG40-0XB0 [3]. Krmilnik ima naslednje lastnosti:
• napajalna napetost: 20.4–28.8 V DC,
• digitalni vhodi (angl. DI – Digital Inputs): 14 DI, 24 V DC,
• digitalni izhodi (angl. DO – Digital Outputs): 10 DI, 24 V DC,
• analogni vhodi (angl. AI – Analog Inputs): 2 AI, 0 – 10 V DC,
• spomin: 100 KB.
Slika 19: PLK; Siemens CPU 1214C DC/DC/DC, 6ES7214-1AG40-0XB0
33 4. 3 Programski jezik in definiranje spremenljivk
Po ustvarjenem projektu v programski opremi TIA Portal in z izbiro PLK-ja med napravami, ki jih programska oprema ponuja, lahko začnemo s pisanjem programa za naš krmilnik in najprej izberemo programski jezik – glavni del programa bomo pisali v lestvičnem diagramu (angl. LD – ladder diagram) ter ustvarimo programski blok [5].
Potem se lotimo definiranja statičnih spremenljivk, saj jih potrebujemo za kasnejšo vzpostavitev komunikacije med PLK-jem in uporabniškim vmesnikom. Pred definiranjem spremenljivk bomo najprej nastavili še en parameter, kar je nujno za komunikacijo med napravami PLK in uporabniški vmesnik. Nastavitev je prikazana na sliki 19, tj. onemogočimo atribut Optimized block acces.
Na ta način vzpostavimo komunikacijo med napravami PLK in uporabniški vmesnik, ker smo omogočili interakcijo med spremenljivkami programske opreme TIA Portal in programske opreme JMobile Suite, o kateri bomo kasneje pisali.
Spremenljivke, ki jih uporabljamo in katere so definirane v projektu, so prikazane na sliki 20.
Slika 20: Programska oprema TIA Portal: Funkcijski blok – Optimized Block Access
34 Kot je vidno, ima vsaka definirana spremenljivka poleg podatkovnega tipa še lastni naslov, oziroma Offset, ki smo ga prej omenili in ki ga bomo naknadno uporabljali za vzpostavitev komunikacije med napravami PLK in uporabniški vmesnik.
Slika 21: Osnovni funkcijski blok - statične spremenljivke
35 4. 4 Lestvični diagram
Da ne bi detajlna predstavitev programske kode in priložitev celotnega lestvičnega diagrama vzelo preveč razlaganja in prostora, bomo spodaj podali in razložili le nekaj zanimivejših konkretnih primerov iz projekta.
4. 4. 1 Klima
Slika 21 prikazuje lestvični diagram in način delovanja klime v pametnem domu. Za delovanje in vklop klime mora bizi torej ena od spremenljivk Rocno: klima ali Avtomatsko:
klima postavljena na vrednost 1. To bomo storili z uporabo zaslona uporabniškega vmesnika, ko izbiramo med avtomatskim in ročnim načinom delovanja. Načrtovanje in programiranje vmesnika bomo razložili kasneje. Če izberemo ročni način delovanja, je treba na vrednost 1 postaviti še spremenljivko Vklop: klima, kar naredimo s fizičnim gumbom (angl. push button), ki se nanaša na vklop klime in ki je en izmed digitalnih vhodov PLK-ja ali pa spet z uporabo zaslona uporabniškega vmesnika.
Slika 22: Lestvični diagram: Klima
36 Podobno – za izklop klime pri ročnem načinu delovanja je treba spremenljivko Vklop: klima resetirati in postaviti na vrednost 0 oziroma spremenljivko Izklop: klima postaviti na vrednost 1. Spet lahko uporabljamo fizični gumb, katerega konfiguracija in način delovanja je prikazan na sliki 22.
4. 4. 2 Gumb
Slika 22 nam prikazuje lestvični diagram, na podlagi katerega deluje fizični gumb za vklop in izklop klime pri ročnem načinu delovanju. Način delovanja je precej enostaven: po pritisku gumba se preverja, če je klima vklopljena ali izklopljena. Če je klima že vklopljena, jo bomo s pritiskom gumba izklopili – če je izklopljena, jo bomo po pritisku gumba vklopili. Tukaj imamo še MOVE blok in spremenljivko Zelena temperatura, ki jo uporabljamo takrat, ko bo uporabnik na zaslonu uporabniškega vmesnika nastavil želeno temperaturo doma pri ročnem načinu delovanja. Po vsakem pritisku gumba se ta temperatura postavi na vrednost 0, kar nam prikazuje tudi lestvični diagram.
Slika 23: Lestvični diagram: Gumb – klima
37 Poglejmo spet sliko 22, kjer je prikazan lestvični diagram in način delovanja klime. Če bi izbrali avtomatski način delovanja, se bo preverjala temperatura doma in na podlagi tega bo klima vklopljena oziroma izklopljena – odvisno od spodnje in zgornje meje vklopa klime, kot kažejo spremenljivke. Z nastavitvijo teh vrednosti povzročimo, da se klima prepogosto ne bi vklapljala in izklapljala – vpeljemo torej histerezo, kar je nujno, če se ukvarjamo s sistemom, ki vključuje napravo, kot je klima.
4. 5 Fizični vhodi in izhodi PLK-ja
Ker smo priložili primer lestvičnega diagrama in razložili način delovanja klime, bomo predstavili še fizične vhode in izhode PLK-ja, ter ostale funkcijske bloke, ki smo jih poleg osnovnega funkcijskega bloka ustvarili v našem projektu in ki so potrebni tudi za pravilno delovanje PLK-ja.
Najprej moramo definirati spremenljivke oziroma fizične analogne in digitalne vhode in izhode (slika 23).
Slika 24: Digitalni in analogni vhodi in izhodi PLK-ja
38 Ko smo definirali fizične vhode in izhode in jim določili enake naslove, kot smo jih
uporabljali pri risanju načrta v programski opremi EPLAN, je treba narediti povezavo med njimi in tistimi statičnimi spremenljivkami, ki smo jih uporabljali pri glavnem funkcijskem bloku in zgradbi lestvičnega diagrama. Imamo pa tudi nekaj dela z analognimi vhodi, torej je treba narediti funkcijo, ki bo na podlagi prebrane vrednosti temperaturnega senzorja podala dejansko vrednost temperature zunaj oziroma v notranjosti doma.
4. 6 Funkcijski bloki: preslikava vhodov in izhodov
Na sliki 24 sta prikazana dva funkcijska bloka – Input mapping in Output mapping, s katerim izvedemo povezavo med fizičnim in statičnim spremenljivkami [5]. Tukaj smo, kot
prikazano, uporabljali strukturirani tekst.
Slika 24 prikazuje namen uporabe funkcijskih blokov Input mapping in Output mapping tj.
preslikava preračunanih vrednosti analognih vhodov na statične spremenljivke pri Input mapping ter preslikava stanja na fizične izhode PLK-ja na podlagi vrednosti statičnih spremenljivki pri bloku Output mapping.
Slika 25: Input in Output mapping
39 4. 7 Analogni vhodi PLK-ja: temperaturni senzorji
Za dejanski izračun temperature in pretvorbo vrednosti, ki jih temperaturna senzorja
prebereta, uporabljamo funkcijski blok, zgrajen na način, ki ga prikazuje slika 25. Prikazan je primer temperaturnega senzorja, ki je nameščen v notranjosti doma – na enak način zgradimo tudi funkcijski blok za temperaturni senzor, ki meri zunanjo temperaturo.
4. 8 Organizacijski blok Main OB
Organizacijski bloki predstavljajo vmesnik med operacijskim sistemom in uporabniškim programom. Operacijski sistem jih pokliče in nadzoruje ciklično in prekinitveno izvajanje programa, zagonsko delovanje PLK-ja in ravnanje z napakami.
Organizacijski bloki določajo zaporedje (začetni dogodki), po katerem se izvajajo posamezni programski odseki. Klic organizacijskega bloka lahko prekine izvajanje drugega
organizacijskega bloka. Kateri organizacijski blok lahko prekine drug organizacijski blok, je odvisno od njegove prioritete. Organizacijski bloki z višjo prioriteto lahko prekinejo
organizacijske bloke z nižjo prioriteto.
Vse zgrajene funkcijske bloke v projektu torej dodamo v organizacijski blok Main OB (angl.
Organization Block) in na ta način končamo s programiranjem.
Slika 26: Funkcijski blok: temperaturni senzor
40 Slika 26 prikazuje zgradbo organizacijskega bloka.
Na koncu, naložimo še program na PLK in s tem smo končali z delom v programski opremi TIA Portal.
Slika 27: Organizacijski blok Main OB
41
5 Načrtovanje uporabniškega vmesnika
Predstavili bomo del projekta, ki je bil narejen v programski opremi JMobile Suite, nato pa naložen na uporabniški vmesnik. Govorili bomo o najpomembnejših uporabnosti in možnosti, ki nam jo programska oprema ponuja, ter na ta način spoznali idejo in načinnačrtovanja uporabniškega vmesnika za uporabo v pametnem domu.
5. 1 Uporabniški vmesnik
Za projekt pametnega doma bomo uporabljali vmesnik eX707 Tech-Note proizvajalca EXOR [7] [8], ki je prikazan na sliki 27. Uporabniški vmesnik ima naslednje lastnosti:
• 7” TFT (angl. Thin-Film-Transistor) – ARM (angl. Advanced RISC Machines) Cortex A9 Dual Core;
• resolucija 800x480, 16 M slikovnih barv;
• zatemnitev osvetlitve ozadja;
• kapacitivni zaslon na dotik;
• delovanje z dotiki (angl. multitouch operation);
• 3 Ethernet, 1 serijski, 2 USB priključka;
• reža za kartico SD, 2 vtična modula za razširitev sistema.
Uporabniški vmesnik najdemo nameščenega na elektro omari, kjer najdemo nameščene tudi vse ostale komponente in naprave, ki jih pametni dom uporablja.
Slika 29: Uporabniški vmesni eX707
42 5. 2 Predloga projekta
Pred začetkom projekta ni bilo nikakršnih omjitev ali zahtev v zvezi z uporabniškim
vmesnikom. Po ustvarjanju novega projekta v programski opremi JMobile Studio sem najprej ustvaril predlogo (angl. template), ki predstavlja ozadje in bo vidna pri vsaki naknadno narejeni strani (slika 28) [10].
Na zgornji sliki vidimo seznam vseh strani, narejenih v projektu, in dialoge (angl. Dialogs), ki jih uporabljamo za opozorila in obvestila.
5. 3 Pripomočki
Glavna uporabnost programske opreme JMobile Studio je uporaba pripomočkov (angl.
Widgets), ki so del programa in ponujajo veliko izbiro med skupinami elementov, kot so stikala, gumbi, lučke, ikone in podobno. Vse jih lahko najdemo in izberemo za uporabo pod zavihkom Widget Gallery, kjer so pripomočki razveščeni po skupinah [9].
Vsi pripomočki imajo lastnosti, ki jih je mogoče spremeniti. Nekateri pripomočki so predstavljeni v različnih stilih. Če si želimo ogledati razpoložljive oblike določenih pripomočkov, jih lahko izberemo pri vsaki kategoriji.
Slika 30: Glavno okno programske opreme JMobile Studio in projektna predloga
43 Na sliki 29 je prikazana galerija pripomočkov katere ponuja programska oprema JMobile Studio.
5. 4 Dogodki
Druga prednost programske opreme JMobile Studio je v uporabi dogodkov (angl. Events) [9].
Recimo, da bi po pritisku določenega gumba, ki smo ga našli v pripomočkih in uporabili na eni izmed strani, želeli spremeniti določene spremenljivke, definirane v projektu, lahko uporabljamo dogodke.
Na sliki 30 je predstavljana ena izmed strani projekta, narejena za konfiguracijo klime in nastavitev parametrov, kot je želena temperatura. Predpripravljena predloga omogoča vpogled v trenutni čas in datum ter vrednosti zunanje temperature in temperature doma. Statusna vrstica spodaj nam pove, če so naprave, kot so klima, peč in grelnik vode, vklopljene ali izklopljene, če so luči prižgane ali ugasnjene ali če so garažna vrata dvignjena ali spuščena.
Vse omenjeno deluje na osnovi preverjanja stanja spremenljivk, ki so definirane v programski opremi JMobile Studio in ki so povezane s spremenljivkami iz projekta narejenega v
programski opremi TIA Portal.
Slika 31: Programska oprema JMobile Studio:
Widgets Gallery
44 Glavni in največji del strani predstavljajo gumbi in polja za vnos števil, ki služijo za
nastavitev hlajenja. Na levi strani imamo možnost izbire med avtomatskim in ročnim načinom delovanja – istočasno seveda ni možno izbrati obeh možnosti.
Na desni strani (označeno z rdečim okvirjem) je pod zavihkom Properties izbrana možnost Events (dogodki). Tisti dogodki se nanašajo na gumb Ročno. Vidimo, kaj se zgodi, če kliknemo na gumb – možnost Activate on mouse press. Po pritisku gumba na zaslonu uporabniškega vmesnika se bo v enem spremenljivka Rocno postavila na 1 (ročni način delovanja klime je vklopljen), spremenljivka Avtomatsko: klima bo postavljena na 0 (torej, avtomatski način delovanja se izklopi). Vrednost spremenljivke Vklop: ogrevanje bo tudi 0, saj ne moremo istočasno imeti vklopljene klime in peči.
Na podoben način dogodke uporabljamo tudi pri gumbu Avtomatsko ter pri ostalih gumbih v projektu.
5. 5 Vidljivost elementov
Na desnem delu strani (slika 30) vidimo veliko gumbov in okvirjev, zato vse izgleda neurejeno in nejasno. Razlog je ta, da imamo tukaj v enem narejeno konfiguracijo in dizajn tudi za ročni in avtomatski način delovanja klime. Ampak na zaslonu uporabniškega vmesnika bo viden zaslon precej enostavnejši.
Slika 32: JMobile Studio: Stran za konfiguracijo klime
45 Del, ki je namenjen ročnemu načinu delovanja, bomo
nastavili tako, da bo viden le, če je izbran ročni način delovanja. Podobno naredimo tudi za izbiro
avtomatskega načina delovanja. Način izvedbe je prikazan na sliki 31.
Najprej grupiramo celoten del, ki je namenjen ročnemu načinu delovanja. Potem pod nastavitvah najdemo zavihek Visible, ki se nanaša na grupirani del [10].
Izberemo spremenljivko Rocno: klima, kar pomeni, da bo ta del viden le, če je izbrana spremenljivka
postavljena na vrednost 1, kar storimo s pritiskom na gumb Ročno.
Enako nastavitev naredimo tudi za gumb Avtomatsko.
5. 6 Dizajn uporabniškega vmesnika: barvne palete
Pomanjkanje standarda o tem, katere barve uporabiti na zaslonih uporabniških vmesnikom, je resen problem, saj je večina grafičnih strani uporabniškega vmesnika odvisna od osebnega okusa inženirja.
Glavna značilnost uporabniškega vmesnika je, da mora biti intuitiven in uporabniku prijazen.
Z uporabo ustreznih barvnih palet je lahko uporabniški vmesnik zasnovan tako, da se uporabnik v času uporabe osredotoči le na določen del vmesnika.. Izbira prave barve za ozadje, nadzorne gumbe, alarme in drugo je zelo ključnega pomena za načrtovanje uporabniškega vmesnika.
Da bi imeli jasen vpogled na izbrani način delovanja (ročno ali avtomatsko), bomo nastavili določene barve za gumbe, glede na to, ali je gumb pritisnjen ali ni pritisnjen [10].
Recimo, da je izbran ročni način delovanja klime, naj bo gumb Ročno obarvan v zeleno, dokler bo v tem primeru avtomatski način delovanja izklopljen in bo gumb Avtomatsko obarvan v rjavo barvo. Če je pa obratno in če vklopimo avtomatski način delovanja klime, bo gumb Avtomatsko zelen in gumb Ročno rjav.
Slika 33: Nastavitev vidljivosti
46 Postopek in način izbire barve za gumbe je prikazan na naslednji sliki.
5. 7 Gumb za vračanje domov
Glavna stran projekta, narejenega v programski opremi JMobile Studio, nam prikazuje stanje vseh naprav, ki jih uporablja pametni dom. Če pa konfiguriramo posamezno napravo, se bomo z glavne strani premaknili na konfiguracijsko stran izbrane naprave. Po končani konfiguraciji se s pritiskom na gumb za vračanje domov vrnemo na glavno stran projekta.
Gumb za vračanje domov (angl. Home page) je narejen na vsaki izmed strani in s pritiskom nanj se vrnemo na glavno stran projekta – seveda pri konfiguraciji gumba spet uporabljamo dogodke.
Slika 34: Izbira barv za gumbe
47 Postopek konfiguracije gumba za vračanje domov je prikazan na sliki 33.
5. 8 Programska oprema JMobile PC Runtime
Dejanski prikaz na zaslonu lahko preverimo z uporabo programske opreme JMobile PC Runtime, ki služi za simulacijo projekta.
Kot nam prikazuje Slika 30, je stran za konfiguracijo klime narejena tako, da lahko izberemo med ročnim in avtomatskim načinom delovanja klime. Seveda se načina razlikujeta, saj pri ročnem načinu klimo lahko vklopimo ali izklopimo, ko želimo, pri avtomatskem načinu delovanja pa se klima samodejno vklaplja oziroma izklaplja.
Na sliki 34 so prikazane razlike in možnosti, ki nam jih oba načina delovanja ponujata, ko projekt testiramo v programski opremi JMobile PC Runtime. Pri testiranju projekta ki je narejen v programski opremi JMobile Studio lahko opazimo mogoče napake narejene pri načrtovanju uporabniškega vmesnika in jih nato lahko popravimo preden projekt naložimo na uporabniški vmesnik.
Slika 35: Nastavitev gumba za vračanje domov
48 Slika 36: Ročni in avtomatski način delovanja klime
49 5. 9 Nalaganje projekta na uporabniški vmesnik
Ko je končano testiranje in preverjanje projekta v programski opremi JMobile PC Runtime, sledi nalaganje projekta na uporabniški vmesnik.
Slika 35 prikazuje postopek nalaganja projekta na uporabniški vmesnik, kjer moramo vedeti naslov IP vmesnika za pravilen postopek.
5. 10 Vzpostavitev komunikacije med uporabniškim vmesnikom in PLK-jem
V zvezi s povezovanjem spremenljivk, moramo nastaviti en parameter v programski opremi TIA Portal, prikazan na sliki 36. S to nastavitvijo, ki jo najdemo pod nastavitvah naprave (zavihek Protection & Security), omogočimo komunikacijo izmed PLK-ja in vmesnika.
Definirati je treba še enake naslove, na katere se spremenljivke iz programske opreme
JMobile Studio nanašajo. Povezani spremenljivki morata imeti isti naslov, oziroma nastavitev Offset tako v programski opremi JMobile Studio kot v programski opremi TIA Portal. Na ta način omogočimo pravilno komunikacijo med PLK-jem in uporabniškim vmesnikom ter pravilno delovanje celotnega sistema pametnega doma in s tem pridemo do zadnjega koraka, kar vodi do uspešne realizacije pametnega doma.
Slika 37: Nalaganje projekta na uporabniški vmesnik
Slika 38: Omogočanje komunikacije s PLK-jem
50
51
6 Zaključek
Diplomsko delo je sestavljeno iz štiri delov, ki opisujejo postopek izdelave projekta za pametni dom. Začeli smo s zasnovo sistema in risanjem elektronačrta v programski opremi EPLAN. Potem je sledilo programiranje PLK-ja v programski opremi TIA Portal in
načrtovanje uporabniškega vmesnika v programski opremi JMobile Suite. Vsak del je
razdeljen na manjše korake za boljše razumevanje celotnega procesa in poti, ki je pripeljala do uspešno zaključenega projekta.
Najprej smo naredili elektronačrt, kjer smo v več korakih opisali proces dela v programski opremi EPLAN. Končni projekt oziroma elektronačrt je sestavljen iz petih strani. Na eni strani je prikazan načrt napajanja celotnega sistema. Dve strani uporabljamo za PLK. Eno stran uporabljamo za vhodne in izhodne naprave, drugo stran pa za pregled in vpogled na PLK. Četrta in peta stran sta rezervirani za uporabniški vmesnik in vzpostavitev povezave med vmesnikom in PLK-jem.
Potem smo programirali PLK v programski opremi TIA Portal. Najprej smo morali definirati spremenljivke, ki jih bomo uporabljali pri pisanju programa in kasneje povezali z fizičnimi vhodi oziroma izhodi PLK-ja. Glavni del programa je napisan v lestvičnem diagramu. Del programske kode, kjer smo povezovali spremenljivke z vhodi in izhodi je napisan v strukturiranem tekstu. Na koncu smo program naložili na PLK.
Zadnji korak v realizaciji projekta pametnega doma predstavlja načrtovanje uporabniškega vmesnika. Vmesnik smo načrtovali s programsko opremo JMobile Studio, kjer smo naredili projekt in ga naložili na uporabniški vmesnik. Uporabniški vmesnik uporabljamo za čim lažjo interakcijo in upravljanje s pametnim domom. Poskrbeli smo za pregleden videz zaslona uporabniškega vmesnika in za enostavnost uporabniške komunikacije s sistemom.
Kot smo predstavili v diplomskem delu, vključuje pametni dom konfiguracijo naprav, kot so klima, ogrevanje, garažna vrata, grelnik vode, videonadzor, solarni paneli in luči. Prvih pet naprav smo konfigurirali in zanje napisali program tako, da sta PLK in uporabniški vmesnik že pripravljena za fizično povezavo in uporabo naprav.
Pri solarnih paneli je treba definirati vhodne podatke oziroma spremenljivke, ki nam bodo podale informacijo o proizvodnji in porabi energije, ki jo solarni paneli proizvajajo. Pri konfiguraciji luči bi bilo dobro uporabljati dodatno napravo poleg PLK-ja, ki bi omogočila
52 priklop vseh luči kot en vhod v krmilnik, saj PLK trenutno nima več prostih vhodov, zato luči nismo niti konfigurirali niti zanje napisali programske kode za PLK.
Glede na vse lahko rečemo, da je trenutni projekt z majhnimi modifikacijami in nadgradnjami lahko uporaben in pripravljen za realizacijo pametnega doma. Pri izdelavi samega projekta za sistem pametnega doma sem uporabil veliko znanj, pridobljenih na fakulteti, naučil pa sem se tudi veliko novih stvari.
53
7 Viri in literatura
[1] Exor ETI. Dosegljivo: http://exor-eti.com/ [Dostopano: 26. 3. 2021.]
[2] EPLAN – efficient engineering. Dosegljivo: https://www.eplan- software.com/services/online-services/ [Dostopano: 6. 4. 2021.]
[3] PLK 6ES7214-1AG40-0XB0. Dosegljivo:
https://mall.industry.siemens.com/mall/en/ww/Catalog/Product/?mlfb=6ES7214-1AG40- 0XB0 [Dostopano: 19. 4. 2021.]
[4] Tottaly Integrated Automation Portal. Dosegljivo:
https://new.siemens.com/global/en/products/automation/industry-software/automation- software/tia-portal.html [Dostopano: 23. 4. 2021.]
[5] PLK Programming: Basics, Devices and Ladder Logic. Dosegljivo:
https://www.watelectronics.com/how-to-program-the-programmable-logic-controllers/
[Dostopano: 24. 4. 2021.]
[6] eX707, Revolutionary IIoT Controller. Dosegljivo:
https://www.exorint.com/en/product/ex707 [Dostopano: 18. 5. 2021.]
[7] EXOR International. Dosegljivo: https://www.exorint.com/en/ [Dostopano: 20. 5. 2021.]
[8] JMobile – Software for Industrial Edge Management. Dosegljivo:
https://www.exorint.com/en/software/jmobile [Dostopano: 24. 5. 2021.]
[9] Design Tips to Create a More Effective HMI. Dosegljivo: https://blog.isa.org/design-tips- effective-industrial-machine-process-automation-hmi [Dostopano: 27. 5. 2021.]
[10] V. Logar, G. Mušič, "Računalniško vodenje procesov – Praktikum". [Na spletu]
Dostopno na: https://www.dlib.si/stream/URN:NBN:SI:DOC-9N0NE8A5/b782a35a-d862- 4354-948b-ea0bf8092dca/PDF
[11] An In-Depth View into Smart Home Statistics. Dosegljivo:
https://policyadvice.net/insurance/insights/smart-home-statistics/ [Dostopano: 07. 09. 2021.]
54
55
8 Dodatek A:
CELOTEN ELEKTRONAČRT
PROJEKTA
56
Page PageProject template with identification structure in accordance with IEC standard: Page structure with higher-level function and mounting location
Ed. Original
IEC_tpl001
EPLAN Becir+ Date
Date Replaced by
L1 RO1Napajanje
1 Modification
076 Appr. Replacement of
893 62.a
4 29/06/2021EPLAN Software & Service GmbH & Co. KG 1
2 = Name
5 1 /
.
VOLTAGE SELECTOR SWITCH 230VSIEMENS 120V
230V 1++1--
L1NPE-1T1 IN: 120/230 V AC OUT: 24 V/10 A DC SITOP PSU100L 24 V/10 A 6EP1334-1LB00 ADJUST 22.8...26.4V DEFAULT VALUE 24V
+ -
/3.3-3K11 SIEMENS6ES7215-1AG40-0XB0
-X101L+
/3
.3 V 24
2M
/3
.3 0 V
3FE
/3
.3 PE
PE:1
N:1 PE:1 -1X110NPE
1
2 -1F1 STIKALO
N:1 PE:1 1-1X21-1X3 300/500V3G0.75ÖLFLEX® CLASSIC 100-1W1 BKBUGNYE
24V_DI/2.a.00V_DO/ 2.a.024V_HMI/4.10V_HMI/ 4.124V_SENZORJI/2.b.00V_SENZORJI/ 2.b.0 L1NPE
24V0V
