Nadzor okoljskih parametrov preko Ethernet omrežja
Različni nadzorni sistemi, potrebe po spremljanju različnih okoljskih parametrov kot so temperatura, vlaga, prisotnost dima, gibanje itn. so zahteve, ki se pojavljajo v različnih objektih, proizvodnih prostorih, elektro prostorih, telekomunikacijskih in informacijskih prostorih. Načini reševanja takšnih zahtev so seveda lahko zelo različni. Pogosto se tovrstne rešitve integrirajo v okviru sistemov avtomatizacije, kar pa je lahko neugodno, če nimamo na razpolago krmilniške opreme, ustrezno število vhodov na krmilnikih itn. Ker je Ethernet kot komunikacijska infrastruktura danes dejstvo v vseh okoljih, obstajajo tudi cenejši načini reševanja tovrstne problematike.
Samo Ceferin, direktor, Vran Inženiring, d. o. o.
Zakaj nadzorovati?
Odgovor na to vprašanje je ponavadi povezan z vgrajeno opremo in sistemi, ki potrebujejo različne načine nadzora. Poleg tega je danes vgrajevanje nadzornih sistemov (SCADA ali drugih nadzornih sistemov) postal standard vsakega sistema avtomatizacije procesov, izgradnje informacijskih sistemov ali telekomunikacijske infrastrukture. Pri velikem številu točk v sistemu morajo biti informacije iz posamezne naprave ali podsistema čim bolj natančno opredeljene in skoncentrirane le na bistveno vsebino. Prav zato gre razvoj omrežij in naprav v smeri selitve inteligence proti končnim napravam. Smisel nadzora je torej sporočanje bistvenih informacij in parametrov o sistemih v centralno točko – nadzorni sistem.
Slika 1 – Nadzor sistemov avtomatizacije
Komunikacijska infrastruktura
Ethernet kot omrežje je danes standard v različnih okoljih (v industrijskih procesih, strojegradnji, zgradbah itn.). Ethernet je seveda le infrastruktura po kateri naprave komunicirajo z različnimi protokoli. Ethernet je opisan s telekomunikacijskim standardom IEEE 802.3, ki na področju avtomatizacije sistemov ni globoko zakoreninjen. Ko govorimo o protokolih, je potrebno poudariti, da večina protokolov, tudi industrijskih, počasi prehaja na ethernet. Ethernet je torej nekakšna avtocesta po kateri se po določenih pravilih pretakajo informacije v obliki paketov. Prav zato v kombinaciji z Ethernetom srečujemo IP (Internet Protocol), od koder izvirajo tudi IP aslovi, s pomočjo katerih naprave komunicirajo v omrežju. Nad IP protokolom je običajno TCP ali UDP protokol, odvisno od aplikacije.
Slika 2 – Struktura Ethernet omrežij (CD – glavno vozlišče (campus), BD – vozlišče v zgradbi ali objektu, FD – vozlišče v nadstropju ali oddelku, TO – uporabniški priključek)
Takšna razvejana komunikacijska infrastruktura je povezana z vgrajenimi napravami, ki jih je potrebno na takšen ali drugačen način nadzorovati, kot že omenjeno, pa so možnosti izbire opreme za tovrstne naloge lahko zelo različne in odvisne od konkretnega primera.
Protokoli v Ethernet omrežjih
V Ethernet omrežjih naprave delujejo preko različnih protokolov. Na področju avtomatizacije so se tovrstni protokoli začeli razvijati v zadnjih letih. Na tem mestu naj bo nekaj več besed namenjenih SNMP protokolu, ki sicer ni močno prisoten na področju avtomatizacije, vendar pa se z njim v nekaterih rešitvah srečujemo.
Kot že omenjeno, je Ethernet le infrastruktura po kateri se podatki posredujejo s pomočjo različnih protokolov. V telekomunikacijskem svetu je SNMP (Simple Network Management Protocol) protokol dobro poznan. SNMP je v osnovi namenjen upravljanju računalniških omrežij. Z razvojem informacijskih tehnologij pa se SNMP vse pogosteje pojavlja tudi na področju avtomatizacije. V nadzoru omrežja s pomočjo SNMP protokola sta bistveni dve aplikaciji:
- SNMP manager aplikacija, ki običajno teče na strežniku in je lahko integrirana v nadzornem sistemu,
- SNMP agent aplikacija, ki deluje na nadzorovani napravi v omrežju.
Ker je protokol SNMP standardiziran, so standardizirane tudi informacije za upravljanje omrežij, v obliki podatkovnih zbirk ali MIB (Management Information Base). V praksi to pomeni, da je za upravljano napravo na razpolago posebna MIB datoteka, lahko bi naredili nekakšno primerjavo s Profibus vodilom, ki je dobro poznan vsem, ki se ukvarjajo z avtomatizacijo procesov. Pri Profibus vodilu namreč zbirko informacij, ki jih Slave naprava posreduje Master napravi predstavlja GSD datoteka. Tako tudi SNMP agent na nadzorovani napravi posreduje podatke ali ga po njih sprašuje SNMP manager. V komunikaciji med SNMP agentom in SNMP managerjem v primeru alarmov SNMP agent pošlje sporočilo SNMP managerju. To sporočilo imenujemo »Trap«. V primeru, da SNMP manager (nadzorni sistem) želi podatke od nadzorovane naprave, poizveduje po njih s standardiziranimi ukazi.
Modul za nadzor parametrov
Inženirji lahko snujemo različne načine kako nek sklop ali podsistem nadzorovati, običajno pa je pri izbiri rešitve zelo pomembna učinkovitost rešitve glede na vložena sredstva. Eden od možnih načinov reševanja tovrstne problematike je modul za nadzor okoljskih parametrov. Modul omogoča enostaven, zanesljiv in fleksibilen način nadzora okoljskih parametrov s povezljivostjo na Ethernet omrežje ali povezljivostjo na GSM vmesnik. Njegova odlika je zelo enostavna in nezahtevna vgradnja, kjer ni potrebno načrtovati zahtevnih instalacij in opreme. Tudi njegova uporaba in konfiguracija ne predstavljata večjega problema, prav tako pa je možnosti za povezovanje na različne nadzorne sisteme veliko.
Slika 3 – Modul za nadzor okoljskih parametrov oddaljenih lokacij
Glavne funkcionalnosti modula za nadzor okoljskih parametrov so:
- priklop različnih senzorjev temperature in vlage preko RS 485 komunikacijskega vmesnika,
- modul omogoča priklop do 42 analognih senzorjev v oddaljenosti do 1000 m,
- možnost priklopa kombiniranih senzorjev temperature in vlage,
- pregled stanja senzorjev in trenutnih vrednosti preko spletnega brskalnika,
- konfiguracija modula preko spletnega brskalnika ali preko terminalnega programa (serijska povezljivost),
- nastavitev alarmnih meja,
- pošiljanje alarmnih sporočil preko elektronske pošte (SMTP protokol) ali preko SNMP protokola v obliki,
- pošiljanje SMS sporočil preko povezanega GSM modema,
- priklop treh digitalnih vhodov,
- možnost dveh digitalnih izhodov,
- Modbus TCP protokol za povezavo z nadzornimi SCADA ali drugimi napravami z Modbus TCP komunikacijo,
- XML protokol za spletne aplikacije.
Na modul je možno povezati različne senzorje, ki so podprti z RS 485 komunikacijo. Senzorje lahko tako povezujemo prek serijskega RS 485 vodila v razdalji do 1000 m. Senzorji so izdelani na osnovi Pt 100 elementov ali polprevodniškega polimernega elementa (kombinirani senzor temperature in vlage).
Na digitalne vhode (trije brez potencialni digitalni vhodi) je možno povezati različne izhode dimnih senzorjev, modulov prisotnosti napetosti na UPS napajanjih, reed kontaktov kontrole odprtosti vrat prostorov ali elektro omar itn.
Slika 4 – Različni senzorji za priklop na modul
Slika 5 – Priklop senzorjev preko RS 485 vodila
Za uporabo modula v sistemu in njegovo konfiguracijo ne potrebujemo nič drugega kot računalnik z instaliranim internetnim raziskovalcem ter ustrezno povezljivostjo s samim modulom (pravilne mrežne nastavitve). Do vmesnika za konfiguracijo je možno priti preko osnovne strani na samem modulu.
Slika 6 – dostop do podatkov o senzorjih in trenutnih vrednostih prek internetnih strani
Slika 7 – Konfiguracija modula s pomočjo internetnega raziskovalca in dodatka flash player
Konfiguriranje modula z internetnim raziskovalcem omogoča poleg nastavljanja alarmnih mej in dogodkov ob prekoračitvi mej ali nenormalnih stanj tudi samodejno zaznavanje senzorjev, če bi bili na novo dodani v RS 485 verigo.
Modul omogoča tudi zaščito dostopa do strani za konfiguracijo v dveh nivojih:
- sistemski nivo, ki omogoča spreminjanje vseh nastavitev,
- uporabniški nivo, ki omogoča opazovanje nastavljenih vrednosti brez možnosti popravkov.
Po instalaciji modula na mesto uporabe je možno kakršnokoli spreminjanje nastavitev zakleniti tudi s preklopom enega od štirih DIP stikal na modulu.
Področja uporabe modula
Možnosti uporabe takšne rešitve so raznovrstne, predvsem pa so smiselne tam, kjer je postavljena Ethernet komunikacijska infrastruktura.
Primeri uporabe so lahko:
- sistemski prostori in komunikacijska vozlišča v zgradbah ali nadzornih centrih,
- stikališča v avtomatiziranih procesih,
- avtomatizacija zgradb,
- veliki infrastrukturni objekti.
Povezljivost takšnega modula s SCADA nadzornim sistemom ponavadi ni težavna. Nekateri nadzorni sistemi so podprti z gonilnikom za SNMP protokol (npr. Citect). Prav tako je povezljivost možno izvesti preko Modbus TCP protokola. V kolikor na razpolago nimamo naštetih gonilnikov, je možno enostavno uporabiti OPC server za SNMP protokol.