Politechnika Lubelska w Lublinie |
||
Laboratorium Instalacji i Oświetlenia |
||
Skład osobowy:
|
Grupa: |
Rok akadem.
|
Temat: Model sterowania instalacją elektryczną z wykorzystaniem technologii EIB. |
Data wykonania:
|
Ocena: |
1. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą funkcjonowania nowoczesnych instalacji elektrycznych pracujących w systemie magistralnym na przykładzie systemu EIB (European Installation Bus - Europejska Magistrala Instalacyjna). Stanowisko składa się z elementów magistralnych, opraw oświetleniowych i jeszcze kilku innych elementów, za pomocą których można w łatwy sposób przedstawić możliwości techniczne systemu EIB.
2. Zapoznanie się z modelem sterowania instalacją elektryczną.
EIB (European Installation Bus) - Europejska Magistrala Instalacyjna, określana również mianem Instabus, jest rozwijana wspólnymi siłami przez czołowych europejskich producentów systemów elektroinstalacyjnych oraz aparatury modułowej jako standard europejski. Magistrala instalacyjna opiera się na połączeniu instalacji elektrycznej ze specyficzną siecią komputerową. System Instabus EIB jest zdecentralizowanym systemem
elektroinstalacyjnym, który może w sposób kompleksowy sterować pracą i nadzorować pracę
urządzeń przeznaczonych do:
· oświetlenia,
· ogrzewania,
· wentylacji i klimatyzacji,
· gospodarstwa domowego,
· nadzoru i kontroli dostępu,
· telewizji przemysłowej,
· sterowania pracą żaluzji i markiz,
· zarządzania energią,
· zdalnego serwisu i zarządzania,
· komunikacji z innymi systemami.
Obszarem zastosowań systemu są budynki użyteczności publicznej oraz indywidualne i wielorodzinne budownictwo mieszkaniowe. Zastosowanie systemu Instabus daje dodatkowo użytkownikowi możliwości indywidualnego wyboru parametrów pracy urządzeń. Użytkownik, który chce rozbudować system o kolejne funkcje lub zmienić dotychczasowe przeznaczenie pomieszczeń, ewentualnie podwyższyć ich standard, może realizować te zmiany w istniejącej instalacji EIB, bez konieczności wykonywania remontu pomieszczeń, w zakresie, do jakiego zmusza w takich wypadkach tradycyjna instalacja elektryczna. Unieruchomienie całego systemu przez awarię sterowania jest więc wykluczone, a w razie awarii zasilania wszystkie zaprogramowane dane zostają zachowane. Po ponownym włączeniu napięcia wszystko funkcjonuje normalnie. Zastosowanie EIB niesie wiele korzyści, podnosi funkcjonalność systemu oraz daje dodatkowe możliwości konfiguracji i powiązań między poszczególnymi elementami.
Różnice między EIB a tradycyjną instalacją.
EIB nie można rozpatrywać tylko jako instalacji elektrycznej, gdyż jednym z jej głównych zadań jest integracja różnych instalacji budynkowych, które w tradycyjnej instalacji elektrycznej pracują jako odrębne. Jedną z największych zalet instalacji inteligentnych jest ich skalowalność i możliwość ciągłej bezinwazyjnej rozbudowy. Warunkiem tego jest jednak odpowiednio zaprojektowana i wykonana instalacja elektryczna.
W tradycyjnej instalacji elektrycznej zrealizowanie każdej funkcji sterowniczej wymaga prowadzenia osobnego przewodu. Rozbudowa lub zmiana konfiguracyjna systemu sterowania w wykonaniu tradycyjnym wymaga układania dodatkowych przewodów. Zastosowanie systemu Instabus EIB pozwala użytkownikowi w każdej chwili zmienić funkcje poszczególnych elementów bez żadnych zmian w instalacji elektrycznej. W systemie, w miejscu klawiszy sterujących można w każdej chwili umieścić wyświetlacz informujący o stanie poszczególnych elementów, klawiaturę zamka szyfrowego, czujnik ruchu, specjalne oprogramowanie do zarządzania systemem lub inne elementy systemu. Taka zmiana jest możliwa jedynie przy zastosowaniu uniwersalnych gniazd. Zmiana elementów wymaga przeprogramowania całej instalacji, gdyż standard EIB nie działa w systemie Plug&Play.
W układzie magistralnym tradycyjne wyłączniki rozwierające lub zwierające obwody zasilające oraz czujniki i inne elementy sterownicze zostały zastąpione wykonanymi w technice cyfrowej urządzeniami wymieniającymi informacje za pośrednictwem jednego, biegnącego wokół całego budynku przewodu magistralnego łączącego wszystkie elementy systemu - przesyłany jest nim sygnał sterujący i kontrolny. W tym systemie mamy dużą swobodę działania i zmian jakich możemy dokonywać.
Dodatkowym atutem systemu EIB jest jego bezpieczeństwo, gdyż przez przewód magistralny płynie bezpieczne napięcie 24V, a napięcie 230V jest doprowadzone bezpośrednio do odbiorników prądu jakimi są np. lampy, gniazdka elektryczne i inne odbiorniki energii (Rys. 1).
.
Rys. 1 Schemat magistrali instalacyjnej EIB.
Dużą zaletą jest integracja wszystkich systemów, co wpływa na oszczędność energii i mniejsze zużycie materiału, jakim jest zbędne okablowanie. Stosując system EIB nie musimy tworzyć wielkiego centrum kontrolnego, a możliwości rozbudowy są bardzo proste i łatwe. Rozbudowa polega na podłączeniu kolejnych elementów do magistrali i ich odpowiednim oprogramowaniu, bez wymiany instalacji. System cyfrowego sterowania instalacją elektryczną budynku EIB daje szereg korzyści praktycznych, z których należy wymienić:
skrócenie czasu i rozbudowy instalacji,
zmniejszenie długości przewodów instalacji, ponieważ wszystkie robocze funkcje techniczne i procesy są sterowane i nadzorowane poprzez wspólny przewód magistrali,
umożliwienie w dużych pomieszczeniach zmiany ich wykorzystania lub wprowadzenia nowego podziału funkcjonalnego poprzez przeprogramowanie elementów magistrali przy użyciu komputera typu PC, bez potrzeby układania nowych przewodów,
system sterowania EIB może współpracować z innymi systemami automatyki,
stosowanie tego systemu daje wymierne korzyści ekonomiczne.
Topologia sieci EIB.
Topologią systemu jest wspólna struktura magistralna, która służy do przesyłu informacji między elementami. System EIB korzysta z rozwiązań, które są stosowane w sieciach komputerowych i sieciach automatyki przemysłowej. Przyłączone elementy do magistrali są równoprawne i nie posiadają centralnej jednostki sterującej. Komunikacja urządzeń w systemie jest typu peer-to-peer. Sieć EIB głównie opiera się na strukturze drzewa. Podstawową częścią struktury naszego systemu jest linia, do której podłączane są urządzenia końcowe (magistralne). Urządzenia, które możemy podłączyć do magistrali należą do dwóch grup: sensorów i aktorów. Sensory to urządzenia sterujące - odpowiadają za zmianę określonych wielkości fizycznych występujących w budynku (np. przyciski, czujniki natężenia oświetlenia, temperatury, wilgotności oraz wiele innych). Aktory to urządzenia wykonawcze, które wykonują przydzielone im zadania na podstawie instrukcji pochodzących od sensorów (np. załącz/wyłącz, płynna regulacja oświetlenia za pomocą ściemniacza, wyświetlanie informacji na panelach LCD, zamknij/otwórz). Na jednej linii mogą się znajdować maksymalnie 64 elementy magistralne. Linia główna jest to linia, która za pomocą sprzęgieł liniowych (SL) łączy 15 pojedynczych linii w jeden obszar (Rys. 2). Zastosowanie sprzęgieł pozwala zastosować większą liczbę elementów magistralnych i powiększyć obszar swego działania.
Rys. 2 Linia główna tworzy obszar.
Dalsza rozbudowa systemu jest możliwa jedynie po zastosowaniu sprzęgieł obszarowych (SO) - są to elementy, które łączą 15 obszarów w jeden zwarty system (Rys.3). Linią obszarową (szkieletową) nazywamy linię do której podłączanych jest 15 obszarów, a zatem tak powstała struktura daje nam możliwość podłączenia i współpracy około 14000 elementów magistralnych.
Rys. 3 Cały system.
Zwykle elementy dobiera się tak aby łączność między nimi odbywała się w obrębie jednej linii. Jeżeli sensor leżący na jednej linii wysyła wiadomość do aktora należącego do innej linii (np. 3) leżącej w innym obszarze, to taka informacja przechodzi przez sprzęgła i jest wzmacniana lub blokowana. Sprzęgła blokują zbędny przepływ komunikatów, które nie dotyczą adresowanych elementów przynależnych do danej linii lub obszaru i dzięki temu komunikacja niekiedy może rozchodzić się równolegle. Sprzęgła również pracują jako wzmacniacze przesyłanych informacji.
Adresowanie.
Adresowanie elementów ma ułatwia komunikację miedzy poszczególnymi urządzeniami. W systemie EIB istnieją dwa typy adresów: adres fizyczny i grupowy. Oba adresy pomimo podobnego zapisu są właściwie interpretowane przez program narzędziowy ETS, który jest program służącym do projektowania i uruchomiania instalacji EIB z komputera PC.
W adresie fizycznym zapisana jest informacja o elemencie jako składniku całego systemu (zostaje mu nadany numer porządkowy). Jeżeli struktura jest rozbudowywana, numery porządkowe przypisuje się również liniom i obszarom. Ułatwia to programowanie modułów oraz usprawnia serwis.
Adres grupowy ma ułatwić komunikację między urządzeniami współpracującymi ze sobą. Urządzenia realizujące tą samą funkcję mają ten sam adres grupowy, np. przycisk (sensor) załączający oprawę oświetleniową w pokoju oraz przekaźnik (aktor) sterujący tą oprawą. Jedno urządzenie może być przyporządkowane do wielu adresów logicznych, ale to przeważnie aktory posiadają kilka adresów grupowych, sensory zaś posiadają jeden taki adres.
Komunikacja między urządzeniami magistralnymi.
Komunikacja między urządzeniami magistralnymi będącymi w sieci odbywa się na zasadzie przesyłania telegramów. Wszystkie elementy przyłączone do magistrali nasłuchują, ale reagują tylko aktory, do których wiadomość jest adresowana. W momencie zadziałania czujnika lub naciśnięcia przycisku, sensor chcąc nadać telegram musi odsłuchać czy w danej
chwili Żaden inny element nie nadaje. Po odczekaniu czasu t1 = 5,2 ms wysyła telegram na magistralę. Jeżeli w danej chwili zaczną nadawać dwa lub więcej elementów, to jako pierwszy nadaje element o wyższym priorytecie. Informacja pomiędzy elementami magistrali przesyłana jest w trybie symetrycznej asynchronicznej transmisji szeregowej o odpowiednim protokole. W zależności od wielkości informacji telegram może zawierać od 8 do 23 ramek.. Cały telegram dzielony jest na ramki (pakiety) 8 bitowe, które są uzupełnione o bitu startu i stopu, bit kontroli (bit parzystości) i dwa bity pauzy, a zatem jeden znak zawiera 13 bitów. Standardowy telegram w systemie EIB składa się trzech głównych części: nagłówka, rdzenia i części kontrolnej (Rys. 4).
Rys. 4 Podział telegramu na 8 - bitowe pakiety informacyjne.
W skład nagłówka wchodzi: część sterująca, adres nadawcy, adres odbiorcy telegramu, licznik kontroli przejścia oraz część informująca o długości informacji użytecznej. W części sterującej umieszczane są bity priorytetu wiadomości - mogą one przybierać cztery wartości. Dzięki nim, w wypadku zawieszenia się systemu lub zapętlenia procesu, istnieje możliwość na awaryjne, ręczne sterowanie urządzeniami za pomocą telegramów o najwyższym priorytecie. Adres nadawcy zawiera zawsze adres fizyczny sensora nadającego telegram, do którego aktor wyśle potwierdzenie odbioru telegramu. Adres odbiorcy określa miejsce dostarczenia informacji. W rdzeniu telegramu zawarta jest właściwa informacja użyteczna, która może mieć stałą lub zmienną długość telegramu. Moduł kontrolny zawiera informacje, które zapewniającą bezpieczną transmisję danych.
Przesyłanie informacji w systemie europejskiej magistrali instalacyjnej może odbywać
się na kilka sposobów. Układ magistralny łączy w sobie wiele różnych mediów transmisyjnych jednocześnie. Z zastosowanym nośnikiem informacji wiąże się maksymalna prędkość przesyłu danych, wpływ na zakłócenia oraz koszt inwestycji. W systemie EIB można zastosować następujące media: para skręcona EIB.TP, elektryczna linia zasilająca (EIB.PL - Powerline), częstotliwość radiowa, sieć automatyki (EIB.net), kabel koncentryczny, światłowód.
Budowa elementów magistralnych i transmisji danych.
Magistrala EIB wraz z elementami magistralnymi zasilana jest napięciem stałym o wartości 24 V i prądzie 320 lub 640 mA DC. Sieć o napięciu tego typu charakteryzuje się: niską wartością napięcia, podwójną izolacją od innych sieci, brakiem uziemienia przewodów, źródłem zasilania jest transformator bezpieczeństwa. Taki rodzaj zasilania umożliwia transmisję symetryczną sygnałów, co oznacza dodatkową odporność na zakłócenia elektromagnetyczne. Aby zapewnić prawidłową komunikację pomiędzy poszczególnymi elementami linii wymagane jest żeby łączna długość przewodu nie przekraczała 1000 m, a odległość pomiędzy dwoma elementami magistralnymi nie była większa niż 700 m. Dodatkowo maksymalny odstęp pomiędzy zasilaczem a elementem magistralnym wynosi 350 m.
Stanowisko laboratoryjne składa się z następujących elementów magistralnych:
Model: Power supply 160 REG-K Numer katalogowy: 683329 Napięcie zasilania: 230 V AC, 50-60 Hz Napięcie wyjściowe: 29 V DC +/- 1 V Prąd wyjściowy: Max. 160 mA Szer. urządzenia: 5 jedn. szer. = 90 mm
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
.
3. Zapoznanie się z oprogramowaniem przeznaczonym do projektowania instalacji, ćwiczenie.
W ćwiczeniu wykorzystujemy program narzędziowy ETS (Engineering Tool Software), który przeznaczony jest do projektowania, programowania i uruchamiania inteligentnej instalacji. Projektowanie instalacji opiera się na strukturze drzewiastej, a więc budynek jest rozbijany na odpowiednie obszary, piętra, pokoje, pomieszczenia oraz elementy magistralne. Okno programu wersji ETS 3 (Rys. 5):
Rys. 5 Okno programu ETS 3 - widok głównych okien.
Projektowanie instalacji rozpoczynamy od stworzenia struktury budynku w widoku budowlanym. Sposób tworzenia układu polega na umieszczaniu symbolicznych budynków i ich części, pomieszczeń oraz urządzeń. Tworząc projekt pamiętamy o elementach magistralnych, które wstawić można jedynie do pokoi lub szaf rozdzielczych (Rys. 6).
Rys. 6 Dodawanie urządzeń.
W oknie Product Finder mamy kilka opcji filtru znajdowania elementu. Możemy szukać według takich cech jak:
· producent (ang. Manufacturer),
· numer katalogowy (ang. Order number),
· rodzina produktu (ang. Product family),
· typ produktu (ang. Product type),
· medium transmisyjne (ang. Medium type),
· nazwa produktu (ang. Product name).
W trakcie wstawiania elementów do odpowiednich pomieszczeń program sam automatycznie nadaje urządzeniom adresy fizyczne. Funkcję automatycznego adresowania można wyłączyć lub zmodyfikować nadany przez program adres fizyczny. Projekt nie musi mieć uporządkowanej konstrukcji tzn. możemy pominąć piętra, poszczególne pomieszczenia i umieścić tylko same urządzenia. Poniżej przedstawiona jest plan struktury budynku.
Rys. 7 Widok uporządkowanej struktury budynku.
Po wstawieniu elementów magistralnych do poszczególnych pomieszczeń należy jeszcze określić wspólny adres grupowy urządzenia wydającego polecenie (sensor) i wykonującego polecenie (aktor), rysunek poniżej (Rys. 8).
Rys 8. Okno adresowanie grupowego.
Kolejnym krokiem jest fizyczne powiązanie obiektów komunikacyjnych poszczególnych urządzeń w odpowiednie grupy adresowe. W tym celu należy mieć otworzone okna w widoku budowlanym i widoku grupowym. Rozmieszczenie okien przedstawia Rys.9.
Rys.9 Układ Horyzontalny.
W rozwiniętej drzewiastej strukturze widoku budowlanego zaznaczamy dane urządzenie, poczym pojawiają się obiekty komunikacyjne. Obiekty jednego elementu należy połączyć z obiektami innego urządzenia metodą „zaznacz chwyć przeciągnij i upuść” do uprzednio stworzonych grup adresowych w oknie widoku adresów.
Budowę systemu rozpoczynamy od włączenia okna z widokiem topograficznym. Jeżeli podczas tworzenia nowego projektu została zaznaczona opcja Create Line, to program sam automatycznie stworzy obszar, a w nim pierwszą linię, do której będą przypisywane nowe urządzenia. Dokonując zmiany adresu fizycznego elementu program sam automatycznie stworzy brakującą strukturę w topologii systemu i przeniesie tam dane urządzenie. Widok topograficzny obiektu (Rys. 10) powstaje jednocześnie z widokiem budowlanym.
Rys 10. Okno z widokiem topologicznym.
W systemie Instabus urządzenia wyposażone są w odpowiednie programy aplikacyjne, które można zmieniać jeżeli element magistralny posiada więcej niż jeden taki program. Urządzeniom możemy ustawić parametry programu takie jak: czas opóźnienia zamknięcia oraz otwarcia wyjść prądowych, rodzaj wykonywanej pracy, sposób podświetlenia przycisków, reakcje aktorów na zanik napięcia magistralnego i wiele innych. Zmiany poszczególnych parametrów dokonujemy oknie przedstawionym poniżej (Rys. 11).
Rys. 11 Okno edycji parametrów urządzenia.
Aby zaprojektowana instalacja magistralna mogła pracować, wszystkim urządzeniom wgrywamy adres fizyczny, grupowy a także dobrany wcześniej program aplikacji elementu. Komputer jest połączony z instalacją magistralną poprzez łącze RS232. Na zakończenie rozprogramowujemy zaprogramowane urządzenie oraz kasujemy z grup adresowych obiekty komunikacyjne(Rys. 12).
Rys. 12 Okno usuwania adresu i aplikacji programu.
4. Wnioski.
Na zajęciach laboratoryjnych mieliśmy okazję zapoznać się z funkcjonowaniem nowoczesnych instalacji elektrycznych pracujących w systemie magistralnym na przykładzie EIB (European Installation Bus - Europejska Magistrala Instalacyjna). Ćwiczenie przybliżyło nam ideę sterowania instalacją elektryczną, zapoznaliśmy się z wyglądem i zasadą działania elementów magistralnych oraz programu narzędziowego - ETS 3. Program ten wykorzystaliśmy do zaprojektowania inteligentnej instalacji, dzięki swej przejrzystej strukturze obsługa programu nie jest trudna.
Zastosowanie systemu EIB pozwala zmniejszyć ilość przewodów i kabli zainstalowanych w budynku, dzięki czemu struktura okablowania staje się przejrzystsza. Standard ten znajduje coraz większe zastosowanie w obiektach biurowych, handlowych a także mieszkalnych.
Wyszukiwarka