MODEL DOMOVNÍ AUTOMATIZACE

ˇ ´ VYSOKE ´ UCEN ˇ Í TECHNICKE ´ v Praze CESK E Fakulta elektrotechnická Katedra ˇr´ıdic´ı techniky

MODEL DOMOVNÍ AUTOMATIZACE Diplomová práce

2006

Michal Slezák

2

4

Abstrakt Diplomová práce se skládá ze dvou hlavn´ıch ˇcást´ı. Prvn´ı ˇcást popisuje návrh a hardwarovou realizaci ovládán´ı termohlavice pro s´ıt’ LonWorks, realizaci centráln´ıho vytápˇen´ı, návrh a implementaci regulaˇcn´ıch algoritm˚ u pro kotel, solárn´ı panel a integraci celého systému do modelu administrativn´ı budovy pomoc´ı softwarového nástroje LonMaker. Druhá ˇcást se vˇenuje vizualizaci administrativn´ı budovy. Hlavn´ım v´ ysledkem je dynamick´ y virtuáln´ı model budovy v bˇeˇzném webovém prohl´ıˇzeˇci s vyuˇzit´ım VRML, jazyka Java a spojen´ı této virtuáln´ı reality s reáln´ ym modelem skrze LNS server a komunikaˇcn´ı rozhran´ı Javy.

Abstract This diploma thesis consists of two main topics. In the first one is described design and HW realization of the heater control head for the LonWorks network, realization of the central heating, design and implementation of the regulation algorithms for furnace and solar panel and integration of the whole system to the model of automation building through use of the LonMaker SW tool. Second part deals with visualization of the automated building. Major goals were to bring a live virtual model of the building to common web browser using VRML and Java languages and connect this virtual reality with real model via LNS server and Java socket communication.

I

Podˇ ekov´ an´ı Chtˇel bych podˇekovat vˇsem, kdo mi pˇri vzniku této práce pomáhali. Jmenovitˇe Ing. Martinu Linhartovi, vedouc´ımu mé diplomové práce za cenné rady pˇri jej´ı tvorbˇe, Ing. Pavlu Burgetovi pˇri konzultaci s realizac´ı diplomové práce, Ing. Ondˇreji Dolejˇsovi za bezednou shov´ıvavost pˇri ˇreˇsen´ı problém˚ u bˇehem mé diplomové práce t´ ykaj´ıc´ıch se PLC Wago, Ing. Bohuslavu Kirchmanovi za rady pˇri realizaci otopného systému v moˇ delu administrativn´ı budovy. Dále topenáˇrské firmˇe Cervinka, jmenovitˇe panu Heroutovi za praktické rady pˇri návrhu otopného systému. Dˇekuji téˇz Ing. Michalu Schoberovi pˇri kontrole diplomové práce. Nemenˇs´ı d´ıky patˇr´ı rodiˇc˚ um a mé pˇr´ıtelkyni za podporu a trpˇelivost pˇri mém studiu. Zvláˇstˇe dˇekuji za jejich trpˇelivost pˇri psan´ı této diplomové práce.

II

Obsah ´ 1 Uvod

1

2 LonWorks

3

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

´ Uvod do technologie LonWorks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

2.1.1

Technologie LonWorks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

2.1.2

Neuron Chip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

2.1.3

Programovac´ı jazyk Neuron C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

2.1.4

V´ yvojové prostˇred´ı Node Builder . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

Vhodné zaˇr´ızen´ı pro nod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

2.2.1

V´ ybˇer technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

2.2.2

Zvolená termohlavice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

Konstrukce LonWorks nodu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

2.3.1

Napájec´ı ˇcást . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

2.3.2

Procesorová ˇc´ ast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

2.3.3

V´ ykoná ˇcást . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

2.3.4

Softwarová ˇc´ ast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

2.3.5

Pˇrepnut´ı reˇzimu komunikace

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

Regulátor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

2.4.1

Vhodné ovlád´ an´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

2.4.2

Softwarové ovládán´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

2.4.3

Skokov´ y regulátor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

2.4.4

Diferenˇcn´ı regulátor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

Zapojen´ı nodu termohlavice a Wago do s´ıtˇe LonWorks . . . . . . . . . . .

17

2.5.1

Node Builder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

2.5.2

Termohlavice v s´ıti LonWorks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

3 VRML a internetov´ a prezentace

19

´ Uvod do VRML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

3.1.1

Technologie VRML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

3.1.2

Koncept VRML modelu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

3.1.3

Struˇcné vyuˇzit´ı a potenciál . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

3.2

Abstrakce modelu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

3.3

Realizace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

3.1

III

3.4

3.5

3.6

3.7

3.3.1

Konstrukce z knihoven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

3.3.2

Spojen´ı jednotliv´ ych komponent . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

3.3.3

Dynamické VRML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

Java ve VRML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38

3.4.1

Zakomponován´ı Javy do VRML . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38

3.4.2

Konstrukce java tˇr´ıd pro virtáln´ı svˇet . . . . . . . . . . . . . . . .

40

3.4.3

Ovládán´ı modelu pomoc´ı Javy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

40

VRML a realn´ y model administrativn´ı budovy . . . . . . . . . . . . . . .

44

3.5.1

Java komponenty firmy Echelon

. . . . . . . . . . . . . . . . . . .

44

3.5.2

Proces komunikace mezi virtuáln´ım a reáln´ ym svˇetem . . . . . . .

44

Cortona VRML prohl´ıˇzeˇc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

45

3.6.1

Popis prohl´ıˇzeˇce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

45

3.6.2

Ovládán´ı prohl´ıˇzeˇce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

45

3.6.3

Dalˇs´ı alternativn´ı prohl´ıˇzeˇce VRML svˇet˚ u . . . . . . . . . . . . . .

46

Webov´ y portál . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46

3.7.1

Redakˇcn´ı systém . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

46

3.7.2

Rozvoj webového portálu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

48

4 Otopn´ y syst´ em 4.1

4.2

4.3

4.4

49

´ Uvod do problematiky vytápˇen´ı objekt˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

4.1.1

Vytápˇen´ı budov

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

4.1.2

Tepelné zdroje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

49

4.1.3

Tepelné ztráty . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50

Vybrané otopné systémy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

51

4.2.1

Elektrokotel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

51

4.2.2

Solárn´ı kolektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52

4.2.3

Vytápˇen´ı radi´ atory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52

Tepelné ztráty modelu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52

4.3.1

Materiály pro v´ ypoˇcet tepeln´ ych ztrát modelu . . . . . . . . . . .

53

4.3.2

V´ ypoˇcet tepeln´ ych ztrát . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

53

Realizace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

54

4.4.1

Konstrukce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

54

4.4.2

Otopná tˇelesa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

54

4.4.3

Elektrická konstrukce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

55

IV

4.4.4 4.5

Pouˇzité ovládac´ı prvky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

Regulátor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

4.5.1

Hardware pro regulátor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

4.5.2

Software regulátoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

57

4.5.3

Tepelné okruhy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

59

5 Z´ avˇ er

60

A Dokumentace LonWorks

63

A.1 Elektrická zapojen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

63

A.1.1 Procesorová ˇc´ ast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

63

A.1.2 Ovládac´ı ˇcást . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

64

A.2 Seznam souˇcástek . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

65

A.2.1 Procesorová ˇc´ ast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

65

A.2.2 Ovládac´ı ˇcást . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

65

B Pouˇ zit´ e zkratky

66

C Sch´ emata

67

C.1 VRML model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

67

C.2 Tepelná ˇcást . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

70

D Pr˚ uvodci

71

D.1 LonMaker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

71

D.2 Pˇridán´ı zaˇr´ızen´ı v LonMakeru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

75

D.3 Pˇridán´ı funkˇcn´ıho bloku v LonMakeru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

80

D.4 Implementace programu do Neuron chipu . . . . . . . . . . . . . . . . . .

81

D.5 Wago Toplon-prio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

85

D.6 Wago-IO-Pro 32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

93

D.7 IPlongate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 E Obsah pˇ riloˇ zen´ eho DVD

105

V

Seznam tabulek 1

Rozdˇelen´ı spotˇreby elektrické energie v domácnostech. . . . . . . . . . . .

1

2

ISO/OSI vrstvy implementované v protokolu LonTalk v s´ıt’i LonWorks . .

3

3

Popis Neuronchipu TMPN3120FE3M od Toshiby . . . . . . . . . . . . . .

6

VI

1

MODEL ADMINISTRATIVNÍ BUDOVY

´ Uvod

1

V dneˇsn´ı dobˇe, kdy ceny vˇsech bˇeˇzn´ ych energi´ı stále rostou, je stále d˚ uleˇzitˇejˇs´ı jejich u ´spora. Pod´ıváme-li se podrobnˇeji na spotˇrebu energie, zjist´ıme, ˇze v domácnostech, firmách ˇci v kanceláˇr´ıch je nejvˇetˇs´ı ˇcást energie spotˇrebována na vytápˇen´ı objekt˚ u. N´ıˇze uvedená tabulka dokládá rozloˇzen´ı spotˇreby elektrické energie. Zdroj informac´ı www.Infoenergie.cz [1]. Parametr Vytápˇen´ı Ohˇrev teplé uˇzitkové vody Pˇr´ıprava stravy Chlazen´ı a mraˇzen´ı potravin Pran´ı a ˇzehlen´ı prádla Osvˇetlen´ı Ostatn´ı energie

Hodnota 57 22 7 5 4 2 3

Jednotka % % % % % % %

Tabulka 1: Rozdˇelen´ı spotˇreby elektrické energie v domácnostech. Z tohoto d˚ uvodu se pro vytápˇená nasazuj´ı energeticky ˇsetrná zaˇr´ızen´ı. Poˇzadavkem na technologii ˇr´ızen´ı je automatizace mnoha rozliˇcn´ ych proces˚ u a jejich optimalizace. D˚ uleˇzitou podm´ınkou souvisej´ıc´ım s prudk´ ym rozvojem internetu je kontrola procesu pˇres internet ˇci vnitropodnikovou poˇc´ıtaˇcovou s´ıt’. Vedle alternativn´ıch zdroj˚ u energi´ı smˇeˇruje v´ yvoj v této oblasti k jej´ı u ´spoˇre resp. k optimáln´ımu ˇr´ızen´ı celého objektu podle aktuáln´ıch poˇzadavk˚ u. Z tohoto d˚ uvodu je nezbytné, aby ˇcidla a akˇcn´ı ˇcleny vzájemnˇe komunikovaly. V souˇcasné dobˇe je na trhu v´ıce druh˚ u technologi´ı. Jednou z nich je i s´ıt’ LonWorks americké firmy Echelon. LonWorks neslouˇz´ı pouze k u ´spoˇre energi´ı, ale i k celkové automatizaci rozliˇcn´ ych ˇcinnost´ı. Vzhledem k svému charakteru nacház´ı své hlavn´ı uplatnˇen´ı v domovn´ı automatizaci. Proto byla zvolena jako nosná ˇcást automatizace modelu administrativn´ı budovy. Ovládán´ı pˇres internetové rozhran´ı je realizováno pomoc´ı softwaru firmy Axeda1 . y standard. To umoˇzn ˇuje Firma Echelon poskytuje sbˇernici LON2 jako otevˇren´ v´ yrobc˚ um snadn´ y v´ yvoje zaˇr´ızen´ı od mˇeˇren´ı tepla, intentzity svˇetla pˇres regulátory aˇz po inteligentn´ı ovládac´ı prvky. K jejich v´ yvoji slouˇz´ı nástroj NodeBuilder v´ yˇse uvedené firmy Echelon. Dalˇs´ı organizac´ı u ´zce spojenou s technologi´ı LonWorks je Lonmark, kter´ a se stará o standardizaci objekt˚ u jednotliv´ ych typ˚ u zaˇr´ızen´ı. Tato standardizace umoˇzn ˇuje vzájemnou bezproblémovou komunikaci zaˇr´ızen´ı od r˚ uzn´ ych v´ yrobc˚ u. Diplomovou práci lze rozdˇelit do tˇrech vˇetˇs´ıch celk˚ u, které jsou v následuj´ıc´ıch kapitolách hloubˇeji rozebrány. Prvn´ı kapitola pojednává o technologii LonWorks a modulu pro ovládán´ı radiátoru, kter´ y byl vytvoˇren v rámci diplomové práce. Druhá kapitola se vˇenuje virtuáln´ımu svˇetu vytvoˇrenému pomoc´ı technologie VRML (V irtual Reality M odeling Language), která je zakomponována v bˇeˇzném webovém prohl´ıˇzeˇci. VRML pomoc´ı programovac´ıho jazyka Java ovlivˇ nuje jak samotn´ y virtuáln´ı svˇet, tak i re´ aln´ y model administrativn´ı budovy v laboratoˇri ˇr´ıd´ıc´ı techniky. Kapitola dále obsahuje popis 1

Axeda je softwarov´ y bal´ıˇcek, kter´ y obsahuje softwarové PLC, programovac´ı prostˇred´ı, vizualizaci vˇcetnˇe generov´ an´ı webov´ ych str´ anek a webov´ y server zaloˇzen´ y a vytvoˇren´ y v jazyce Java 2 LON je zkratka pro Local Operating Network


2

webové prezentace celé administrativn´ı budovy. Posledn´ı kapitola se vˇenuje otopnému systému celého domu. Typ˚ um zdroje tepla, topn´ ym tˇeles˚ um, regulátor˚ um a ovládac´ım prvk˚ um um´ıstˇen´ ych v domˇe. Souˇcást´ı práce je pˇriloˇzené DVD, které obsahuje schémata elektroinstalace, tepeln´ ych rozvod˚ u, katalogové listy, vˇsechny potˇrebné informace k administrativn´ı budovˇe, rejstˇr´ık zkratek, veˇskeré prezentace.

3


2

LonWorks

2.1 2.1.1

´ Uvod do technologie LonWorks Technologie LonWorks

Technologie LonWorks je decentralizovanou s´ıt´ı a je urˇcena primárnˇe pro nasazen´ı v automatizaci budov. Nasasen´ı je dáno jej´ım principem, pˇrenosovou rychlost´ı a v neposledn´ı ˇradˇe i zp˚ usobem pˇrenosu informace. LonWorks umoˇzn ˇuje pˇrenos pomoc´ı radiov´ ych vln, m˚ uˇze vyuˇz´ıt i napájec´ı veden´ı a mnoho dalˇs´ıch pˇrenosov´ ych médi´ı. Proto nen´ı fyzick´ a vrstva v ISO/OSI modelu LonWorks definována.

7 6 5 4 3 2 1

OSI vrstva Aplikaˇcn´ı Prezentaˇcn´ı Relaˇcn´ı Transportn´ı S´ıt’ová Linková Fyzická vrstva

´ cel Uˇ Aplikaˇcn´ı kompatibilita Interpretace dat Vzdálené funkce Zajiˇstˇen´ı spolehlivosti spojen´ı C´ılové adresován´ı Pˇr´ıstup k médiu a rámcován´ı Elektrické spojen´ı

Tabulka 2: ISO/OSI vrstvy implementované v protokolu LonTalk v s´ıt’i LonWorks Pro svoji rychlost, která je závislá na zvoleném pˇrenosovém médiu, je vhodn´ a pˇredevˇs´ım pro automatizaci budov, kde se nevyˇzaduje kritická doba odezvy. Cel´ a s´ıt’ je koncipována jako volná topologie.

Obrázek 1: Ukázky topologi´ı s´ıtˇe LonWorks


4

S´ıt’ umoˇzn ˇuje velmi komfortn´ı spojen´ı dvou ˇci v´ıce zaˇr´ızen´ı pomoc´ı SNVT3 promˇenn´ ych. Ty umoˇzn ˇuj´ı snadnou v´ ymˇenu dat aniˇz by programátor musel zajiˇst’ovat jejich distribuci. Jsou to softwarová spojen´ı uvnitˇr fyzické s´ıtˇe.

Obrázek 2: Ilustrace spojen´ı s´ıt’ov´ ych SNVT promˇenn´ ych um´ıstˇen´ ych ve dvou zaˇr´ızen´ıch.

Vˇsechny SNVT promˇenné jsou objekty, které urˇcuj´ı o jakou fyzikáln´ı veliˇcinu se jedná, je zadán jej´ı rozsah a pˇresnost. Distribuce tˇechto promˇenn´ ych je zajiˇstˇena pomoc´ı smˇerovac´ıch tabulek zapsan´ ych do zaˇr´ızen´ı pˇri konfiguraci celé s´ıtˇe. V kaˇzdé tabulce je uvedeno na jaké zaˇr´ızen´ı se budou odes´ılat v´ ystupn´ı promˇenné a odkud se budou vstupn´ı promˇenné ˇc´ıst. Celá funkcionalita je zajiˇstˇena speciáln´ım procesorem s pro programátora je tato ditribuce transparentn´ı. Pro v´ yvojáˇre je velkou v´ yhodou, ˇze LonWorks je otevˇren´ y systém, kter´ y umoˇzn ˇuje velice jednoduchou v´ ymˇenu informac´ı mezi v´ yrobky jin´ ych firem. Umoˇzn ˇuj´ı to standardizované profily. Kaˇzd´ y typ ˇci druh v´ yrobku urˇceného pro provoz v s´ıti LonWorks má definován jaké má m´ıt vstupy a v´ ystupy. Z tohoto d˚ uvodu je jednoduché stejné typy v´ yrobk˚ u vymˇenit bez nutnosti zásahu v topologii s´ıtˇe, v programu ˇci konfiguraci. O dodrˇzován´ı stanoven´ ych norem a rozvoj profil˚ u se stará organizace Lonmark. Jedná se o organizaci sdruˇzuj´ıc´ı v´ yznamné v´ yrobce zab´ yvaj´ıc´ı se v´ yvojem zaˇr´ızen´ı pro LonWorks. Mezi známé ˇcleny patˇr´ı Honeywell Inc., Fuji Electric Co. Ltd., LOYTEC electronics GmbH atp. Dalˇs´ı informace [2]. Vˇse co se t´ yká LonWorks je dobˇre dokumentováno. Na internetu je veˇskerá potˇrebná dokumentace nab´ızena ke staˇzen´ı zdarma. Jistou v´ yhodou i nev´ yhodou této koncepce je, ˇze LonWorks se mus´ı pˇri fyzické rekonfiguraci, téˇz rekonfigurovat i v tabulkách dotˇcen´ ych zaˇr´ızen´ı. Virtuáln´ı s´ıtˇe spojen´ı SNVT promˇenn´ ych se fyzická rekonfigurece nedot´ yká a proto nen´ı potˇreba pˇrepisovat kód aplikace. Ke konfiguraci s´ıtˇe se vyuˇz´ıt konfiguraˇcn´ıch nástroj˚ u. Bˇeˇznˇe vyuˇz´ıvan´ ym nástrojem pro konfiguraci s´ıtˇe je program LonMaker zmiˇ nované dˇr´ıve firmy Echelon. Tento program vyuˇz´ıvá Microsoft Visio. V nˇem jsou zabudována makra, zásné moduly pro konfiguraci a práci se s´ıt´ı LonWorks. 3

SNVT je zkratka pro Standart Network Variable Type


5

Obrázek 3: Ilustraˇcn´ı obrázek prostˇred´ı LonMaker

Uˇzivatelské programy vˇcetnˇe konfigurace s´ıtˇe se daj´ı do nod˚ u4 distribuovat pomoc´ı LonWorks. To umoˇzn ˇuje z jediného bodu v s´ıti spravovat a konfigurovat celou s´ıt’. Pro správnou identifikaci maj´ı vˇsechny nody v s´ıti celosvˇetovˇe unikátn´ı adresu naz´ yvanou Neuron ID ( lze pˇrirovnat k MAC5 adrese v s´ıti Ethernet). Tento identifikátor je vloˇzen v´ yrobcem pˇri v´ yrobˇe procesoru. Nod po stisku servisn´ıho tlaˇc´ıtka vys´ılá do s´ıtˇe své Neuron ID, aby bylo moˇzné zaˇr´ızen´ı identifikovat v s´ıti a následnˇe nakonfigurovat nebo nahrát program. 2.1.2

Neuron Chip

Kaˇzdé zaˇr´ızen´ı v s´ıti LonWorks se naz´ yvá nod. Vzhledem k tomu, ˇze LonWorks je decentralizovaná s´ıt’, je uvnitˇr kaˇzdého nodu um´ıstˇen procesor a spojen´ı se s´ıt´ı zajiˇst’uje tzv. transceiver (v naˇsem pˇr´ıpadˇe FTT-10A). Nod minimálnˇe obsahuje Neuron chip, pˇr´ısluˇsn´ y transceiver, pamˇet’ a ovládané zaˇr´ızen´ı. V´ yvoj procesor˚ u zajiˇst’uje mateˇrská firma Echelon. V´ yrobu procesor˚ u zajiˇst’uje v´ıce v´ yrobc˚ u napˇr´ıklad Toshiba, Motorola a dalˇs´ı. 4 5

Nod je zaˇr´ızen´ı zapojené do s´ıtˇe LonWorks, schopné komunikovat s touto s´ıt’´ı Media Access Control

6


Obrázek 4: Vytvoˇren´ y nod pro termohlavici pro LonWorks

Neuron chip je sloˇzen ze tˇrech 8 bitov´ ych procesor˚ u. Prvn´ı procesor obstarává pˇr´ıstup na médium. Druh´ y zajiˇst’uje s´ıt’ov´ y provoz, autorizace, správu s´ıt’ov´ ych promˇenn´ ych, ˇr´ızen´ı paket˚ u aj. Tˇret´ı procesor obsluhuje uˇzivatelské aplikace a téˇz operaˇcn´ı systém v nˇem zabudovan´ y. Podrobnˇejˇs´ı popis a funkce procesoru jsou v [10]. Neuron chipy se daj´ı rozdˇelit do dvou skupin. Procesory ˇrady 3120 neumoˇzn ˇuj´ı pˇripojen´ı extern´ı pamˇeti, obsahuj´ı RAM, ROM a EEPROM. V pˇr´ıpadˇe EEPROM je poˇcet pˇrepis˚ u omezen pˇribliˇznˇe na 10000 zápis˚ u. Vestavˇen´ y operaˇcn´ı systém hl´ıdá jaká data se zapisuj´ı do pamˇeti EEPROM a pokud jsou shodná, nedojde k jejich zápisu. T´ım se v´ yraznˇe omez´ı poˇcet pˇrepis˚ u. Oproti ’ ˇradˇe 3150 jeˇstˇe nav´ıc obsahuje pamˇet ROM, kde je uloˇzena obsluha komunikaˇcn´ıho protokolu LonTalk, knihovnu funkc´ı a TaskScheduler6 . Druhá skupina procesor˚ u ˇrady 3150 ’ ’ umoˇzn ˇuje pˇripojit extern´ı pamˇet typu EEPROM. Tato pamˇet obsahuje uˇzivatelskou aplikaci, data a firmware procesoru. Bliˇzˇs´ı popis typ˚ u a vyuˇzit´ı pamˇet´ı je uvedeno v [10]. ˇ asti Neuron chipu C´ CPU RAM ROM EEPROM 16-bit ˇcasovaˇc / ˇc´ıtaˇc Rozhran´ı pro pˇripojen´ı ext. pamˇeti Pouzdro Maximáln´ı frekvence

TMPN3120FE3M 8-bit CPU(3) 2,048 byt˚ u 16,384 byt˚ u 2,048 byt˚ u 2-kanálov´ y Neobsahuje 32-pin SOP 20MHz

Tabulka 3: Popis Neuronchipu TMPN3120FE3M od Toshiby Vnitˇrn´ı struktura Neuron chipu je uvedena na obrázku [5]. V´ ymˇena dat mezi tˇremi 6

TaskScheduler je jednoduch´ y operaˇcn´ı systém pro ˇr´ızen´ı u ´d´ alost´ı


7

procesory je zprostˇredkována pˇres dva zásobn´ıky. Procesor pro pˇr´ıstup na médium je spojen pˇres s´ıt’ov´ y zásobn´ık se s´ıt’ov´ ym procesorem. S´ıt’ov´ y procesor pˇrij´ıma a vys´ıl´ a data pˇres aplikaˇcn´ı zásobn´ık. V pamˇeti je jiˇz zabudován jednoduch´ y operaˇcn´ı systém a ˇrada pˇreddefinovan´ ych funkc´ı. Z tohoto d˚ uvodu nen´ı nutné programovat komunikaci na sbˇernici. Vˇse je zajiˇstˇeno s´ıt’ov´ ym a sbˇernicov´ ym MAC7 procesorem. Program´ ator má u ´lohu lehˇc´ı a m˚ uˇze se plnˇe vˇenovat uˇzivatelskému programu. Operaˇcn´ı systém podle programového kódu ukádá konfiguraˇcn´ı a programové promˇenné do pamˇeti RAM ˇci do EEPROM pˇri pouˇzit´ı speciáln´ıch instrukc´ı. Samotn´ y program se ukládá jako vytvoˇren´ y obraz programu od kompilátoru do pamˇeti EEPROM. Pamˇet’ RAM slouˇz´ı k zápisu promˇenn´ ych u kter´ ych se pˇrepokládá rychl´ y pˇrepis jejich hodnot. Pokud by se vyuˇzilo pamˇeti EEPROM dojde k rychlému vyˇcerpán´ı poˇctu pˇrepisovac´ıch cykl˚ u a pamˇet pˇrestane fungovat. Pomoc´ı speciáln´ıch direktiv v programovac´ım jazyce Neuron C je moˇzné zapsat promˇennou do pamˇeti EEPROM. Mezi vestavˇené funkce v operaˇcn´ım systému patˇr´ı i autorizace pomoc´ı 64 bitové ˇsifry. V´ yznamn´ y vliv na funkci procesoru má TaskScheduler, protoˇze Neuron chip pracuje podobnˇe jako PLC v periodicky se opakuj´ıc´ıch cyklech. Vˇsechny události jsou obsluhovány tak, jak ukazuje obrázek [6]. Pokud je Neuron chip po resetu ˇci je zapnut elektrick´ y proud, dojde k inicializaci. Po inicializaci jsou vˇsechny u ´koly (tasks) uvedeny do v´ ychoz´ıho nastaven´ı. Následuj´ı události podle jejich d˚ uleˇzitosti. Provede se reakce na událost offline a wink. Následuj´ı prioritn´ı události. Na závˇer se provád´ı bˇeˇzné události. Pokud nenastane ˇzádná událost, z˚ ustane v nekoneˇcné smyˇcce neˇz nastane událost, kterou obslouˇz´ı a poté zaˇcne cel´ y cyklus znovu. Podle toho je pˇrizp˚ usoben i programovac´ı jazyk resp. pˇr´ıstup k obsluze tˇechto událost´ı pomoc´ı funkc´ı a direktiv. Bliˇzˇs´ı popis je uveden v kapitole 2.1.3.

Obrázek 5: Vnitˇrn´ı struktura Neuron chipu 7

MAC - (Medium Access Control) ˇr´ızen´ı pˇr´ıstupu k pˇrenosovému médiu


8

Obrázek 6: Pracovn´ı scan cyklus Neuron chipu

2.1.3

Programovac´ı jazyk Neuron C

Samotn´ y programovac´ı jazyk Neuron C sje odvozen od jazyka ANSI C, ovˇsem je upraven pro funkce a fungován´ı Neuron chipu. Programován´ı pomoc´ı Neuron C umoˇzn ˇuje rychlejˇs´ı v´ yvoj aplikac´ı neˇz programován´ı u jednoduˇsˇs´ıch procesor˚ u, kde se pouˇz´ıvá pˇreváˇznˇe assambler. Lze vyuˇz´ıt témˇeˇr vˇsech znalost´ı z jazyka ANSI C. Objekty Neuron C neobsahuje, ale obsahuje moˇznost vytváˇren´ı tˇr´ıd. Neuron C poskytuje dalˇs´ı funkce nezbytné pro práci s LonWorks ˇci v´ ypoˇcty. Nev´ yhodou Neuron C je omezenˇejˇs´ı repertoár datov´ ych typ˚ u neˇz jaké známe z ANSI C a téˇz v´ ypoˇcet s desetinou ˇcárkou nen´ı jednoduch´ y. Jedn´ a


9

se o vyuˇzit´ı funkc´ı pro pˇrevod do formátu desetinn´ ych ˇc´ısel a následné dˇelen´ı. Vyuˇz´ıv´ a se pˇri tom tˇr´ıdy pro v´ ypoˇcty s desetinou teˇckou. Bliˇzˇs´ı informace jsou v [14]. Téˇz pr´ ace s událostmi je jiná. Vzhledem k práci Task Scheduleru je kaˇzdá funkce spouˇstˇena aˇz událost´ı, kterou programátor vybere. Lze ˇr´ıci, ˇze se jedná o událostmi ˇr´ızen´ y procesor. Následuj´ıc´ı pˇr´ıklad ukazuje spuˇstˇen´ı funkce pˇrepnut´ı led diody pˇri události uplynut´ı nastavené doby ˇcasovaˇce:

when ( timer_expires( timer_blink ) ) { switch_service_pin(); }

void switch_service_pin(void) { if(state_pin!=OFF) { state_pin=OFF; activate_service_led = FALSE; } else { state_pin=ON; activate_service_led = TRUE; } }

Kdyˇz nastane událost uplynut´ı ˇcasu nastaveného na ˇcasovaˇci timer_blink, je odchycena pomoc´ı timer_expires, která je v podm´ınce when. Nejˇcastˇeji se reaguje na události nové hodnoty promˇenné pomoc´ı nv_update_occurs(jm´ eno promˇ enn´ e), na událost reset when (reset) a na událost wink when (wink). Wink je událost, která slouˇz´ı k indetifikaci zaˇr´ızen´ı. Napˇr´ıklad pokud je nˇekolik zaˇr´ızen´ı vedle sebe a nutnu zjistit jaké zaˇr´ızen´ı s dan´ ym Neuron ID je to správné. Vyvolá se nˇejak´ ym programem událost wink pro zaˇr´ızen´ı s potˇrebn´ ym Neuron ID a dané zaˇr´ızen´ı se podle uvedené funkce u události wink projev´ı. Vytvoˇren´ y nod v rámci diplomové práce rozsv´ıt´ı nepˇreruˇsovanˇe ˇcervenou led diodu po dobu 5 vteˇrin po vyvolán´ı události wink. 2.1.4

V´ yvojov´ e prostˇ red´ı Node Builder

Celé v´ yvojové prostˇred´ı urˇcené pro v´ yvoj softwaru a test hardwaru pro nody v s´ıti LonWorks se naz´ yvá Node Builder. Jedná se o samotné programovac´ı prostˇred´ı, testovac´ı zaˇr´ızen´ı obsahuj´ıc´ı Neuron chip ˇrady 3150, kartu do ISA slotu pro spojen´ı s testovac´ım nodem a manuály. Samotn´ y testovac´ı nod je Neuron chip s procesorem 3150 a 16k RAM pro test programu. V´ yhodou toho typu procesoru je vˇetˇs´ı pamˇet’ RAM, která umoˇzn ˇuje testovat program bez nutnosti zápisu do pamˇeti EEPROM. V´ ystup vˇsech pin˚ u Neuron chipu je vyveden na konektor. Na tento konektor je pˇripojen ploch´ y kabel. Na boku


10

boxu ve kterém je samotn´ y nod um´ıstˇen jsou dvˇe LED diody pro r˚ uzné funkce. D´ ale celé prostˇred´ı obsahuje kartu do ISA slotu v poˇc´ıtaˇci. Karta primárnˇe obsahuje transceiver FTT-10A na rozˇsiˇruj´ıc´ı desce. Pro pˇrepnut´ı komunikace Neuron chipu byla pouˇzita rozˇsiˇruj´ıc´ı karta s diferenˇcn´ım m˚ ustkem pro komunikaci v diferenˇcn´ım módu. Závˇerem celé obsahuje i samotné programovac´ı prostˇred´ı, které umoˇzn ˇuje nahrát jednotlivé programy do procesoru, v´ ybˇer transceiveru, rychlosti pˇrenosu a mnoho dalˇs´ıch funkc´ı pˇri pˇrekladu programu. Programovac´ı prostˇred´ı neobsahuje debugovac´ı nástroj a proto je potˇreba vˇsechny testy programového kódu provádˇet pomoc´ı signalizace na uveden´ ych LED diodách.

Obrázek 7: Ilustraˇcn´ı obrázek prostˇred´ı Node Builderu

2.2 2.2.1

Vhodn´ e zaˇ r´ızen´ı pro nod V´ ybˇ er technologie

Pro správnou funkci nodu je tˇreba vybrat i vhodné zaˇr´ızen´ı k ovládán´ı ventilu radiátoru. Z dostupn´ ych technologi´ı na trhu bylo nutné rozhodnout, zda zvolit ovládán´ı typu ˇ ˇ OTEVRENO/ZAVRENO ˇci postupné uzav´ırán´ı umoˇzn ˇuj´ıc´ı nastavit ventil do pootevˇreného stavu. Vhodnˇejˇs´ı bylo postupné uzav´ırán´ı. Vybran´ y zp˚ usob ovládán´ı nab´ız´ı motorov´ y ˇci termokeramick´ y pohon. S ohledem na spotˇrebu proudu byl vybrán termokeramick´ y pohon, kter´ y funguje na principu rozp´ınán´ı keramické hmoty pˇri jej´ım zahˇr´ıv´ an´ı pomoc´ı tranzistoru um´ıstˇeného na jej´ım povrchu.


11

Obrázek 8: Fotografie vytvoˇreného nodu s termohlavic´ı

2.2.2

Zvolen´ a termohlavice

Celá termohlavice je vybavena velmi jednoduchou elektronikou um´ıstˇenou na desce mal´ ych rozmˇer˚ u um´ıstˇené bl´ızko jej´ı vˇetrac´ı mˇr´ıˇzky. Je zde i LED dioda pro diagnostiku. Oranˇzová barva LED diody signalizuje, ˇze je keramická hmota zahˇr´ıvána a t´ım uzav´ır´ a ventil. Termohlavice je spojena s Neuron chipem a napájena pomoc´ı telefonn´ıho kabelu. Ten je vybaven standardn´ım telefonn´ım konektorem RJ11. Zaˇcátek telefonn´ıho kabelu je zasunut do zástrˇcky v nodu a konec je zapojen v elektronice termohlavice. Napájec´ı napˇet´ı je 24V stejnosmˇern´ ych a jako ˇr´ıd´ıc´ı napˇet´ı je pouˇzito 5V stejnosmˇern´ ych. Posledn´ı ˇz´ıla telefonn´ıho kabelu je nezapojena. Pro správnou funkci celého nodu a regulátoru byly namˇeˇreny ˇcasy uzavˇren´ı a otev´ır´ an´ı ventilu. Dále byl mˇeˇren proud protékaj´ıc´ı hlavic´ı pˇri jednotliv´ ych ˇr´ıd´ıc´ıch napˇet´ı. Podle namˇeˇren´ ych dat byl vybrán vhodn´ y zp˚ usob ˇr´ızen´ı termohlavice pomoc´ı PWM8 .

2.3 2.3.1

Konstrukce LonWorks nodu Nap´ ajec´ı ˇ c´ ast

Procesor je napájen napˇet´ım 5V stejnosmˇern´ ych. Pro napájen´ı byl zvolen DC/DC mˇeniˇc 24V/5V s v´ ystupn´ım proudem 500 mA. Umoˇzn ˇuje velmi jednoduchou instalaci. Je dodávám v ˇcerné krabiˇcce U-DI1. Pro stabilizaci DC/DC mˇeniˇce byly pouˇzity doporuˇcené keramicke kondenzátory uvedádˇené v´ yrobcem. Pomoc´ı keramick´ ych kondenzátor˚ u vypoˇcten´ ych parametr˚ u byla zajiˇstˇena stabilizace napájen´ı samotného procesoru. Pomoc´ı radiáln´ıho kondenrátoru na pˇr´ıvodn´ım veden´ı napájec´ıho napˇet´ı je zajiˇstˇena 8

ˇıˇrkov´ Pulse Width Modulation - Pulznˇe S´ a Modulace


12

stabilizace napˇet´ı pro pˇr´ıvodn´ı veden´ı. Kapacita radiáln´ıch kondenzátor˚ u je dimenzov´ ana pro pˇr´ıvodn´ı kabel délky aˇz 2 metry. 2.3.2

Procesorov´ aˇ c´ ast

Procesor umoˇzn ˇuje b´ yt taktován v ˇsirokém rozmez´ı frekvenc´ı od 0,625 MHz aˇz po 20MHz. Pˇri volbˇe krystalu pro frekveci procesoru byla vybrána frekvence 5MHz. Na této frekvenci operuje transceiver FTT-10A. Zapojen´ı resistor˚ u a kondenzátor˚ u bylo voleno podle doporuˇcen´ ych hodnot od v´ yrobce Neuron chipu. Propojen´ı procesoru resp. Neuron chipu s transceiverem je pˇres dva v´ ystupn´ı piny. Dále je zajiˇstˇena stabilizace napˇet´ı pro sbˇernici pomoc´ı 2 radiáln´ıch kondenzátor˚ u. Podrobnˇejˇs´ı schéma v pˇr´ıloze [A.1.1]. Neuron chip je pˇres piny CP0 a CP1 spojen s transceiverem. Na stranˇe transceiveru se jedn´ a o piny T1 a T2. Jako napˇet’ov´ y hl´ıdac´ı obvod byl vyuˇzit chip TL7705A.Celé napájen´ı je chránˇeno diodou proti pˇrepólován´ı napˇet´ı. Indikace správnˇe zapojeného napájec´ıho napˇet´ı je LED dioda modré barvy. Diagnostick´ y a indiakˇcn´ım prostˇredkem je ˇcerven´ a LED dioda pˇripojená na servisn´ım pinu procesoru. Spojen´ı procesorové a v´ ykonné ˇcásti je umoˇznˇeno pomoc´ı dvouˇrad´ ych zlacen´ ych lámac´ı kol´ık˚ u. Dodan´ y Neuron chip byl um´ıstˇen v pouzdˇre 32-pin SOP. 2.3.3

V´ ykon´ aˇ c´ ast

V´ ykonou ˇcást lze pomyslnˇe rozdˇelit do dvou ˇcást´ı. Prvn´ı ˇcást zajiˇst’uje napájen´ı termohlavice. Druhá ˇcást zajiˇst’uje jej´ı ovládán´ı. Vzhledem k tomu, ˇze obˇe ˇcásti vyuˇz´ıvaj´ı rozd´ılné napˇet´ı, bylo nutné pouˇz´ıt galvanického oddˇelen´ı pomoc´ı optoˇclenu SFH610A-1. Mal´ y prostor pro um´ıstˇen´ı ovládac´ı ˇcásti a po opravˇe návrhu ploˇsného spoje umoˇzn ˇoval ’ pouˇz´ıt pouze napˇet ov´ y dˇeliˇc pro vytváˇren´ı ovládac´ıho napˇet´ı. Podrobnˇejˇs´ı schéma v pˇr´ıloze A.1.2. 2.3.4

Softwarov´ aˇ c´ ast

Cel´ y program se skládá ze tˇr´ı ˇcást´ı. V prvn´ı ˇcásti jsou definovány pragma, konstanty a definice funkc´ı. Pragma umoˇzn ˇuje potˇrebné nastven´ı pˇrekladu. Pro lepˇs´ı orientaci a moˇznost pozdˇejˇs´ıch zmˇen jsou definovány konstanty. #pragma set_node_sd_string "@0,1,3.Test of config and SCPT" #pragma enable_sd_nv_names #define ON 0 #define OFF 1 #define OCCUP FALSE #define NON_OCCUP TRUE #define FULL_TIME 180U #define LIMIT_TIME 65000 #define NIGHT_TEMP_LIMIT 20


13

void spocti_x_diferencne(void); void spocti_x_interacne_lepsi(void); void switch_service_pin(void);

Následuje definice vstupn´ıch a v´ ystupn´ıch s´ıt’ov´ ych promˇenn´ ych. Je vhodné volit intuitivn´ı názvy tˇechto promˇenn´ ych. Pˇri pozdˇejˇs´ım zapojen´ı do s´ıtˇe LonWorks nebude docházet ke ˇspatnému spojen´ı SNVT promˇenn´ ych. Kaˇzdá SNVT promˇenná umoˇzn ˇuje vloˇzit do své definice i struˇcn´ y popis. Nen´ı vhodné psát dlouh´ y popis. Kaˇzd´ y znak se ukládá do pamˇeti procesoru a zab´ırá pamˇet’ov´ y prostor na u ´kor v´ ykonného programu. Vstupn´ı promˇenná m˚ uˇze nab´ yvat pˇreddefinované hodnotu zadané programátorem pˇri jej´ım vytvoˇren´ı. network output sd_string("@1|1.") SNVT_temp_p nvoSpaceTemp; network output sd_string("@1|2.") SNVT_hvac_status nvoUnitStatus; network input sd_string("@2|1.") SNVT_temp_p nviSpaceTemp = 2000; network input sd_string("@2|2.") SNVT_temp_p nviSetPoint = 2000; Pˇri v´ ybˇeru ˇcasovaˇc˚ u, je moˇzné vyb´ırat ze dvou typ˚ u ˇcasovaˇc˚ u. Samospoustˇec´ı ˇcasovaˇc ˇci ˇcasovaˇc bez opakovaného spouˇstˇen´ı. Opakované spouˇstˇen´ı ˇcasovaˇce se umoˇzn ˇuje direktivou repeating um´ıstˇenou pˇred jeho název. Po uplynut´ı ˇcasu se ˇcasovaˇc znovu s´ am nastav´ı na zadan´ y ˇcas a spust´ı se znovu. Po uplynut´ı ˇcasu vyˇsle o tom událost, na kterou lze reagovat programov´ ym kódem. Bez této direktivy se ˇcasovaˇc zastav´ı po uplynut´ı ˇcasu. stimer repeating sample_time; stimer timer_working = 10; Adresace v´ ystupn´ıch ˇci vstupn´ıch pin˚ u je velice jednoduchá, jak ukazuje následuj´ıc´ı pˇr´ıklad. IO_0 output bit pulse_level = ON; Pˇri adresaci pinu 0, se definuje jako v´ ystupn´ı a jedná se o jeden bit. Pˇri definici je pˇriˇrazena hodnota ON, která byla v definici konstant nastavena na hodnotu TRUE. Po ˇradˇe definic v prvn´ı ˇcásti, je v druhé ˇcásti je samotn´ y program. Jedná se o 14 when funkc´ı, které pracuj´ı s ˇcasovaˇci, oˇsetˇruj´ı vstupn´ı promˇenné,volaj´ı funkce regulátoru a reaguj´ı na systémové události. when ( nv_update_occurs( nviSetPoint ) ) { if(tempNeededEeprom!=nviSetPoint) { tempNeededEeprom=nviSetPoint; } }


14

Pˇr´ıklad ilustruje ochranu proti zbyteˇcné aktualizaci promˇenné. Vyuˇz´ıvá se funkce nv_update_occurs, která reaguje na vys´ılán´ı nové hodnoty promˇenné uvedené v jej´ım parametru. Vstupn´ı promˇenná m˚ uˇze nab´ yvat i stejné hodnoty. Pokud se hodnota ve vstupn´ı promˇenné liˇs´ı od hodnoty uloˇzené, dojde k jej´ı aktualizaci. V tˇret´ı ˇcásti je definice funkc´ı regulátoru. Byly naprogramovány dva druhy m´ ody (zp˚ usoby) regulace. Diferenˇcn´ı mód (implicitn´ı) a skokov´ y mód. Diferenˇcn´ı mód vytv´ aˇr´ı velikost regulaˇcn´ıho zásahu podle rozd´ılu teplot poˇzadované a v m´ıstnosti. Vypoˇcten´ a hodnota je násobena regulaˇcn´ı konstantou urˇcené k jemnˇejˇs´ımu nastaven´ı regulátoru. Skokov´ y mód uprav´ı regulaˇcn´ı zásah podle znaménka rozd´ılu teplot v m´ıstnosti a poˇzadované. Následnˇe je násobeno konstantou o hodnotˇe 30. Podobnˇejˇs´ı popis v kapitole 2.4. Pˇri v´ yvoji softwaru byl pˇribliˇznˇe dodrˇzen profil organizace Lonmark: VAV Controller (VAV). 2.3.5

Pˇ repnut´ı reˇ zimu komunikace

Neuron chipy mohu b´ yt v r˚ uzn´ ych reˇzimech komunikace. Diferenˇcn´ı mód vyuˇz´ıvá ke své komunikaci diferenˇcn´ıho m˚ ustku 9. Skládá se ze ˇctyˇr diod zapojen´ ych do m˚ ustku a rezistor˚ u stanoven´ ych v´ yrobce. Dalˇs´ı módy jsou Sigle-Ended mód 10 a Special-Purpose y Neuron chip byl v´ yrobcem nastaven do diferenˇcn´ıho módu. Pro komunimód 11. Pouˇzit´ kaci s transceiverem FTT-10A bylo nutné pˇrepnout mód neron chipu z diferenˇcn´ıho m´ odu do Single-Ended módu. Pˇred pˇrepnut´ı komunikace byl na nepájivém poli sestaven diferenˇcn´ı m˚ ustek podle referenˇcn´ıho manuálu Neuron chipu. Druh´ y diferenˇcn´ı m˚ ustek byl um´ıstˇen na rozˇsiˇruj´ıc´ı kartˇe v poˇc´ıtaˇci. K tomu byla vyuˇzita rozˇsiˇruj´ıc´ı karta do poˇc´ıtaˇce vytvoˇrená Martinem Linhartem v rámci jeho diplomové práce [10]. Diferenˇcn´ı m˚ ustky byly spojeny kroucenou dvoulinkou. Pˇres tuto sbˇernici byl dan´ y Neuron chip spojen s poˇc´ıtaˇcem. Komunikace byla pˇrepnuta pomoc´ı programu Nodeutil, kter´ y je um´ıstˇen na pˇriloˇzeném DVD. Pro funkˇcnost programu je potˇreba operaˇcn´ım systémem MS-DOS. Na stránkách firmy Echelon je program Nodeutil novˇejˇs´ı varianty, kter´ y nepracoval správnˇe. Pokud staˇzen´ y program nebude korektnˇe fungovat, je moˇzné vyuˇz´ıt program Nodeutil na pˇriloˇzeném DVD ˇci na CD pˇriloˇzené k diplomové práci Martina Linharta. Podrobn´ y postup je popsán v [10]. Komunikaci na sbˇernici je nutné monitorovat pomoc´ı digitán´ıho osciloskopu, aby bylo moˇzno vidˇet zp˚ usob komunikace pˇred pˇrepnut´ım komunikace a po jeho pˇrepnut´ı. M˚ uˇze nastat pˇr´ıpad, kdy program potvrd´ı pˇrepnut´ı komunikace, ovˇsem k jej´ımu fyzickému pˇrepnut´ı nedoˇslo. Proces je nutné opakovat. Dalˇs´ı indikac´ı správného proveden´ı je ztráta spojen´ı. Neuron chip jiˇz pracuje v Sigle-Ended módu, proto nedok´ aˇze komunikovat s druh´ ym Neuron chipem pˇres diferenˇcn´ı m˚ ustek. Pokud nelze detekovat Neuron chip pˇri pouˇzit´ı programu Nodeutil, lze pouˇz´ıt reset masteru. Poté vˇzdy doˇslo ke správné detekci Neuron chipu.


Obrázek 9: Zapojen´ı Neuron chipu v diferenˇcn´ım módu

Sigle-Ended mód umoˇzn ˇuje maximáln´ı délku sbˇernice 1200 metr˚ u.

Obrázek 10: Zapojen´ı Neuron chipu v Sigle-Ended módu

15

16


Neuron chip m˚ uˇze b´ yt nastaven v Special-Purpose módu. Tento mód umoˇzn ˇuje pˇrenos ˇ vˇetˇs´ıho mnoˇzstv´ı dat mezi Neuron chipem a transceiverem. Casto se pouˇz´ıvá pˇri komunikaci po napájec´ı s´ıt’i.

Obrázek 11: Komunikace Neuron chipu v Special-Purpose módu

2.4 2.4.1

Regul´ ator Vhodn´ e ovl´ ad´ an´ı

Pˇri pˇripojen´ı napˇet´ı se zaˇcne keramická hmota termohlavice maximáln´ı rychlost´ı ohˇr´ıvat resp. roztahovat a po jej´ım odpojen´ı zaˇcne pomalu chladnou resp. se smrˇst’ovat. Proto bylo zvoleno ovládán´ı regulace termohlavice pomoc´ı PWM. Pro ˇs´ıˇrku celého pulsu byl stanoven poˇcet 180 d´ılk˚ u. Vypoˇcten´ y zásah regulátoru je pˇriˇcten k aktuáln´ımu poˇctu d´ılk˚ u ˇs´ıˇrky pulzu z maximáln´ıch 180. Pokud je regulace napˇr´ıklad 20 d´ılk˚ u, tak je puls ˇsirok´ y 1/9 ˇcasu trván´ı maxim´ aln´ıch 180 d´ılk˚ u.

ZAPNUTO

VYPNUTO

ZAPNUTO

Obrázek 12: Pulsnˇe ˇs´ıˇrková modulace v nodu termohlavice

Vypoˇcten´ y zásah regulátoru je pˇriˇcten k nynˇejˇs´ı ˇs´ırce pulsu a jeho ˇs´ıˇrka ud´ av´ a délku ˇcas zapnut´ı/vypnut´ı napˇet´ı na termohlavici a t´ım i velikost zavˇren´ı/otevˇren´ı ventilu. Podle namˇeˇren´ ych ˇcasov´ ych konstant termohlavice byl volen pˇrednastaven´ y ˇcas. Namˇeˇren´ y ˇcas uzav´ırán´ı termohlavice byl 3 minuty a ˇcas jej´ıho otev´ırán´ı 15 minut, proto byl volen ˇcas 180 vteˇrin resp. 3 minuty jako délka celého pulzu. Mˇeˇren´ı obou ˇcas˚ u byla


17

nˇekolikrát opakována. Zmˇeˇrené ˇcasy udávaj´ı ˇcas uzavˇren´ı vetilu ze stavu plného otevˇren´ı a z plného zavˇren´ı na maximáln´ı otevˇren´ı. 2.4.2

Softwarov´ e ovl´ ad´ an´ı

Neuron chip ovládá termohlavici pomoc´ı pinu IO 0. Tento pin je sp´ınán a vyp´ınán podle ˇcasu urˇcovaného regulátorem. Moˇznost ˇr´ızen´ı chodu regulátoru, lze ovlivnit pomoc´ı osmi vstupn´ıch SNVT promˇenn´ ych. D˚ uleˇzitou vstupn´ı promˇennou je nviSpaceTemp, která obsahuje teplotu v m´ıstnosti, kde je um´ıstˇen regulátor. Dalˇs´ı d˚ uleˇzitou vstupn´ı promˇennou je poˇzadovaná teplota v m´ıstnosti nviSetPoint. Následuj´ı nepovinné promˇenné, které slouˇz´ı ke komfortnˇejˇs´ı ˇci pˇresnˇejˇs´ı funkci regulátoru. Jedná se o nviSampleTime, kter´ a udává ˇcas vzorkován´ı pro v´ ypoˇcet regulaˇcn´ıho zásahu. Mód regulátoru je ovlivnˇen poˇ neˇz regulátor vyhodnot´ı poruchu v komunikaci mezi j´ım moc´ı promˇenné nviType. Cas a teplomˇerem udává promˇenná nviAlarmTime. Pokud je tato promˇenná rovna nule, je tato funkce vypnuta. Dalˇs´ı v´ ypis funkc´ı vˇcetnˇe jejich funkc´ı a popisu je uveden v manu´ alu k termohlavici [13]. V´ ystupem regulátoru jsou tˇri SNVT promˇenné. Prvn´ı udává teplotu, kterou regulátor pˇrij´ımá. Druhá je objekt obsahuj´ıc´ı vnitˇrn´ı stavové promˇenné jako intenzita topen´ı. Obsahuj´ıc´ı inforamce zda je regulátor v alarmu, v jakém módu topen´ı se regulátor nacház´ı a dalˇs´ı. 2.4.3

Skokov´ y regul´ ator

Skokov´ y rugulátor uprav´ı regulaˇcn´ı zásah podle znaménka rozd´ılu teplot a je násoben konstantou o hodnotˇe 30. Matematick´ y vzorec v´ ypoˇctu: yk+1 = yk − sign(Tmistnosti − Tpozadovana ) · 30 2.4.4

Diferenˇ cn´ı regul´ ator

Diferenˇcn´ı mód (implicitn´ı) vytváˇr´ı velikost regulaˇcn´ıho zásahu podle rozd´ılu teplot v m´ıstnosti a teploty poˇzadované. To vˇse je jˇeˇstˇe násobeno regulaˇcn´ı konstantou pro pˇresnˇejˇs´ı chován´ı regulátoru. Matematick´ y vzorec v´ ypoˇctu: yk+1 = yk + α · (Tmistnosti − Tpozadovana )

2.5 2.5.1

Zapojen´ı nodu termohlavice a Wago do s´ıtˇ e LonWorks Node Builder

Pˇri zakládán´ı projektu v programu Node Builder je potˇreba vybrat správn´ y model procesoru, správn´ y mód komunikace s procesorem, jeho frekvneci a nastavit dalˇs´ı potˇrebné poloˇzky. T´ımto nastaven´ım uˇzivatele provede velmi intuitivn´ı pr˚ uvodce. Pokud je jiˇz vytvoˇren program, je pˇrekladaˇcem pˇreloˇzen do souboru, kter´ y se následnˇe nahraje do pamˇeti procesoru. Samotn´ y program se nahrává pomoc´ı Node Builderu do pamˇeti EEPROM procesoru, promˇenné se nahrávaj´ı do pamˇeti RAM, pokud nebylo pouˇzito direktivy eeprom pro zápis do pamˇeti EEPROM. Konfiguraˇcn´ı promˇenné se téˇz nahrávaj´ı do pamˇeti


18

EEPROM. Podrobnˇejˇs´ı popis prostˇred´ı Node Builderu a návod na programován´ı, vˇcetnˇe pˇrekladu a nahrán´ı programu do procesoru naleznete v pˇr´ıloze D.4. Takto pˇripraven´ y nod s nahran´ ym programem lze zapojit do s´ıtˇe LonWorks. Postup pˇripojen´ı naleznete v pˇr´ıloze D.1 2.5.2

Termohlavice v s´ıti LonWorks

Po nahrán´ı programu do Neuron chipu a fyzickém pˇripojen´ı nodu do s´ıtˇe LonWorks následuje konfigurace s´ıtˇe. Následuj´ıc´ı obrázek [13] ukazuje zapojen´ı teplomˇeru v m´ıstnosti s nodem resp. s termohlavic´ı. Pomoc´ı konfiguraˇcn´ıho nástroje LonMaker je nutné spojit v´ ystupn´ı SNVT promˇennou udávaj´ıc´ı teplotu v m´ıstnosti se vstupn´ı promˇennou nviSpaceTemp, aby nod správnˇe komunikoval se s´ıt´ı a mohl správnˇe fungovat. Poté se tato konfigurace uloˇz´ı do smˇerovac´ı tabulky teplomˇeru, tak i do nodu termohlavice. Distribuce konfigurace je proveden neprodlenˇe pomoc´ı programu LonMaker po proveden´ı zmˇen v konfiguraci, pokud je nastaven v módu Onnet. V módu Offnet je nutné uloˇzit zmˇeny do konfigurace s´ıtˇe uloˇzen´ım projektu v programu Microsoft Visio. Následnˇe je vhodné provést resynchronizaci databáze LNS, aby nedocházelo k chyb´ am pˇri jej´ım pouˇz´ıván´ı. LonMaker → Resynchronize. Cel´ y nod s regulátorem a termohlavic´ı je nyn´ı kompletnˇe zapojen do s´ıtˇe LonWorks.

Obrázek 13: Zapojen´ı nodu s termohlavic´ı do s´ıtˇe LonWorks

Vˇsechny potˇrebné postupy ke správné konfiguraci celé s´ıtˇe LonWorks, zaˇr´ızen´ı a konfigurace PLC Wago jsou um´ıstˇeny v pˇr´ıloze D.


3

19

VRML a internetov´ a prezentace

Kapitolu lze rozdˇelit do dvou sekc´ı. Prvn´ı a dominantn´ı ˇcást je vˇenována jazyku VRML9 , vytvoˇrenému virtuáln´ımu modelu budovy a spojen´ı této virtuáln´ı reality skrze Javu s reáln´ ym modelem. Menˇs´ı ˇcást je vˇenována webovému portálu, kter´ y pˇredstavuje zdroj informac´ı k projektu administrativn´ı budovy a téˇz sloˇz´ı k zakomponován´ı virtuáln´ıho svˇeta do webové prezentace.

3.1

´ Uvod do VRML

Jazyk VRML 97 je mezinárodn´ı normou ISO pro popis statick´ yćh a dynamick´ ych svˇet˚ u. Vytváˇr´ı snadnou cestu, jak um´ıstit 3D objekty do webov´ ych stránek, vytvoˇrit interaktivn´ı pr˚ uchody svˇety ˇci objekty. Mezi zakladatele ISO normy patˇr´ı i autor knihy VRML 97, ˇ ara, CSc. Jazyk VRML definuje zp˚ Doc. Ing. Jiˇr´ı Z´ usob zápisu virtuáln´ıho svˇeta do formy textového souboru, kter´ y má pˇresnˇe stanovenou strukturu. Vycház´ı z grafické knihovny OpenGL a následné knihovny OpenInventor, která se stala základem VRML. Vytvoˇren´ y virtuáln´ı svˇet v textovém souboru je pak reprezentován pomoc´ı prohl´ıˇzeˇce virtuáln´ıho svˇeta. M˚ uˇze se jednat o prohl´ıˇzeˇc Cortona od firmy Parallelgraphics, Cosmo Player od firmy Platinum Technology, BS Contact od firmy Bitmanagement Software a mnoho dalˇs´ıch. Virtuáln´ı svˇet je pomoc´ı zvoleného prohl´ıˇzeˇce zobrazován v oknˇe webového prohl´ıˇzeˇce. Ten k vykreslován´ı virtuáln´ıch svˇet˚ u pouˇz´ıvaj´ı vykreslovaˇce (renderery) jako jsou DirectX, OpenGL ˇci softwarové vykreslován´ı. Vedle pouhého vykreslován´ı, nab´ız´ı prohl´ıˇzeˇce pohyb a ovládán´ı ve virtuáln´ım svˇetˇe pomoc´ı ovládac´ıch prvk˚ u um´ıstˇen´ ych po jejich stranách. Dalˇs´ı v´ yvoj v jazyka VRML nab´ız´ı konzorcium Web3D, které se star´ a o rozvoj 3D grafiky na internetu a jejich norma X3D. 9

Virtual Reality Modeling Language


20

Obrázek 14: Prohl´ıˇzeˇc Cortona s ovládac´ımi prvky

3.1.1

Technologie VRML

Cel´ y virtuáln´ı svˇet je zapsán ve strukturovaném textovém souboru. Prvn´ı ˇrádek je povinn´ y a nelze ho mˇenit. Nelze jej ani posunout na druh´ y ˇrádek. Obsahuje sdˇelen´ı, ˇze se jedná o VRML dokument a kódován´ı UTF8. Dalˇs´ı ˇrádky jiˇz jsou volitelné a obsahuj´ı z´ apis virtuáln´ıho svˇeta podle potˇreb tv˚ urce. Cel´ y svˇet je po naˇcten´ım prohl´ıˇzeˇcem strukturov´ an do DOM10 modelu. Jedná se o stromovou strukturu s definovan´ ymi uzly, které maj´ı své rodiˇce, sourozence a potomky. Tato struktura umoˇzn ˇuje flexibilnˇejˇs´ı vytváˇren´ı a ovlád´ an´ı virtuáln´ıho svˇeta. VRML umoˇzn ˇuje i import jiˇz vytvoˇren´ ych svˇet˚ u do vytváˇreného svˇeta. Samozˇrejmost´ı je moˇznost vyuˇzit´ı vˇsech v´ yhod, které poskytuje internetvá technologie, 11 jako jsou odkazy, URL , obr´ azky ˇci textury um´ıstˇené na jin´ ych serverem atp.. VRML umoˇzn ˇuje vytvoˇrit prakticky jak´ ykoliv pˇredmˇet pomoc´ı základn´ıch objekt˚ u a tento objekt animovat pomoc´ı dynamick´ y uzl˚ u a událost´ı. Základn´ı objekty jsou: • Box - krychle • Con - kónus • Cylinder - válec • Sphere - koule 10 11

Document Object Model Uniform Resource Locator


21

Dalˇs´ı moˇznost´ı vytváˇren´ı objekt˚ u je pouˇz´ıt ploch, které se dokáˇz´ı tvarovat podle stanoven´ ych souˇradnic, ˇci lze pˇr´ımo zadáván´ım souˇradnic a normál vytváˇret jakákoliv tˇelesa. Kaˇzd´ y takov´ y objekt má kromˇe sv´ ych rozmˇer˚ u i vlastnosti, které ilustruje jednoduch´ y pˇr´ıklad koule potaˇzené texturou. #VRML V2.0 utf8 ... Shape { #defince objektu koule geometry Sphere {radius 1} # koule o~polomeru 1 metr appearance Appearance { # vlastnosti objektu koule material Material { #material diffuseColor 0 0 0 #zakladni slozeni barvy #barva povrchu zesvetlovana jasem prostoru ambientIntensity 0 emissiveColor 0 0 0 #svitiva barva povrchu specularColor 0 0 0 #jakou barvu povrch odrazi shininess 0.2 #ostrost odrazu transparency 0.2 #pruhlednost objektu } texture ImageTexture { # objekt je potazen texturou repeatS TRUE #opakovani textury ve vodorovnem sveru repeatT TRUE #opakovani textury ve svislem sveru url "smile.jpg" #adresa textury - muze byt i url odkaz } } } ...

Obrázek 15: Pˇr´ıklad koule potaˇzené texturou

Takto definovan´ y objekt neobsahuje transformace pro urˇcen´ı polohy ˇci natoˇcen´ı. Proto se objekty uzav´ıraj´ı do uzl˚ u Transform, které obsahuj´ı funkce na transformaci polohy, rotace a zvˇetˇsován´ı. Vˇsechny tyto transformace se distribuuj´ı do potomk˚ u a do potomk˚ u tˇechto potomk˚ u. Z tohoto zápisu je patrná v´ yhoda stromové struktury VRML zápisu. Jednoduch´ y pˇr´ıklad uzlu Transform je ilustrován n´ıˇze.


22

#VRML V2.0 utf8 Transform { translation 0 0 0 # pozice od stredu sveta VRML rotation 0 1 0 1.571 # rotace kolem osy Y o PI/2 scale 1 2 1 # dvojnasobne zvetseni v ose Y children [ Shape { ... #defince objektu koule ... } } } ] } Takto vytvoˇrené svˇety nevyvolaj´ı dojem reálného svˇeta. Proto se do virtuáln´ıho svˇeta zavád´ı svˇetlo, zvuky ˇci pozad´ı. Svˇetla lze vytvoˇrit jako bodová, ˇs´ıˇr´ıc´ı se z jednoho bodu do vˇsech stran (Pointlight). Dalˇs´ım zdrojem je bodové svˇetlo s moˇznost´ı smˇerov´ an´ı svˇeteln´ ych paprsk˚ u (Spotlight) a v posledn´ı ˇradˇe smˇerové svˇetlo v podobˇe rovnobˇeˇzn´ ych paprsk˚ u (Directionallight). Svˇetlo se neˇs´ıˇr´ı ve vˇsech m´ıstech stejnˇe, ale jeho u ´tlum je d´ an zabudovan´ ymi rovnicemi v prohl´ıˇzeˇc´ıch VRML svˇet˚ u a normou. V´ yznamnou vlastnost´ı je pozad´ı, které m˚ uˇze navodit pocit vˇetˇs´ıho prostoru neˇz je skuteˇcnost. Zvuk v´ yznamnˇe zvyˇsuje dojem reálného svˇeta. Jeho ˇs´ıˇren´ı téˇz podléhá v´ ypoˇctu podle rovnic. Dalˇs´ı vlastnost´ı je moˇznost vytvoˇren´ı iluze mlhy (Fog) resp. pocitu mizej´ıch pˇredmˇet˚ u, které jsou jiˇz daleko z dohledu. Bliˇzˇs´ı informace o dalˇs´ıch uzlech a tvorbˇe VRML jsou uvedeny v [12]. Vzhledem k tomu, ˇze se mnoho objekt˚ u opakuje, lze si vytváˇret knihovny obsahuj´ıc´ı jiˇz vytvoˇrené objekty. Poté staˇc´ı vloˇzit tyto objekty z knihovny od vytváˇreného svˇeta a nastavit pˇr´ısluˇsné parametry. Takto lze stavˇet knihovny z objekt˚ u z jin´ ych knihoven a vytváˇret tak bohatˇs´ı objekty. Následuj´ıc´ı pˇr´ıklad ukazuje pouˇzit´ı objektu okno z knihovny komponenty.wrl. ==== definice okna ==== PROTO UplneOkno [ #vstupni posun v prostoru field SFVec3f celek_posunuti 0 0 0 #vstupni natoceni v prostoru field SFRotation celek_natoceni 0 0 0 0 #vstupni zvetseni field SFVec3f celek_zvetseni 1 1 1 ] { EXTERNPROTO Futro [ # pripojeni definice ramu okna field SFVec3f s_posunuti field SFRotation s_natoceni field SFVec3f s_zvetseni] "komponenty.wrl#Futro"


#ukazatel na objekt ramu dveri v knihovne komponenty.wrl EXTERNPROTO Okno [ # pripojeni definice samotneho okna field SFVec3f s_posunuti field SFRotation s_natoceni field SFVec3f s_zvetseni field SFFloat s_pruhlednost] #ukazatel na okno v knihovne komponenty.wrl "komponenty.wrl#Okno" Group { children [ Transform { #spojeni posunu s~promennou posunu translation IS celek_posunuti #spojeni rotace s~promennou rotace rotation IS celek_natoceni #spojeni zvetseni s~promennou zvetseni scale IS celek_zvetseni children [ #umisteni objektu ramu dveri v prostoru bez parametru Futro {} #umisteni okna Okno {s_posunuti 0 .05 0 s_pruhlednost .6} ] } ] } } ====== pouˇ zit´ ı okna v~jin´ em objektu PROTO StenaSOknem [ field SFVec3f s_celek_posunuti 0 0 0 field SFRotation s_celek_natoceni 0 0 0 0 field SFVec3f s_celek_zvetseni 1 1 1 ] { EXTERNPROTO UplneOkno [ field SFVec3f celek_posunuti field SFRotation celek_natoceni field SFVec3f celek_zvetseni ] "celky.wrl#UplneOkno" #UplneOkno ... Group { children [ Transform { ...

23


24

children [ UplneOkno {celek_posunuti 0 1 0 celek_zvetseni 1.85 1.36 1} StenaProOkno {} ] } ] } }

Pokud procház´ıme jiˇz vytvoˇren´ ym svˇetem, je nutné si uvˇedomit, kdo zastupuje uˇzivatele ve virtuáln´ı svˇetˇe. Postava zastupuj´ıc´ı uˇzivatele se naz´ yvá AVATAR. Avatar je definován polomˇerem kruˇznice opisuj´ıc´ı ˇs´ıˇrku jeho tˇela, v´ yˇsku celého tˇela a v´ yˇsku pˇrekáˇzek, které dokáˇze avatar pˇrekroˇcit ˇci na nˇe nakroˇcit. Dalˇs´ı vlastnost´ı Avatara je um´ıstˇen´ı sv´ıtilny resp. zdroje svˇetla na ˇcele hlavy, která slouˇz´ıc´ı k osvˇetlen´ı objekt˚ u um´ıstˇen´ ych pˇred n´ım. Pokud jsou jiˇz ve svˇetˇe obsaˇzeny svˇetelné zdroje, je vhodné tuto lampu vypnout, jinak negativnˇe ovlivˇ nuje svˇetelné efekty na objektech. Lze urˇcit na jakou vzdálenost Avatar vid´ı nebo pˇresnˇeji ˇreˇceno na jakou vzdálenost se maj´ı jˇeˇstˇe objekty vykreslovat. Nastavitelná je rychlost avatarova pohybu a je moˇzné omezit moˇznosti pohybu ve virtuáln´ım svˇetˇe. NavigationInfo{ avatarSize [0.10, 1.35, 0.45] #rozmery Avatara headlight TRUE # rosviceni svitilny Avatara visibilityLimit 50 #viditelnost na 50m speed 0.5 # rychlost pohybu 0.5m/s type ["WALK"] # pohyb pouze pomoci chuze } Pokud je svˇet rozlehl´ y nebo je v nˇem nˇekolik zaj´ımav´ ych m´ıst pohledu, lze nadefinovat tzv. ViewPoints funguj´ıc´ıch jako teleporty. Ve virtuáln´ım svˇetˇe m˚ uˇze b´ yt mnoho takov´ ych bod˚ u. Kaˇzd´ y bod má své jméno,pozici a orientaci Avatara v nˇem. Viewpoint { description "Pozice v~prezentacni mistnosti" position -4.5 4.55 2 orientation 0 1 0 3.141 } Viewpoint { description "Pozice v~horni kancelari" position 4.5 7.55 2 orientation 0 1 0 3.141 } Takto vytvoˇren´ y svˇet je jiˇz moˇzné procházet. Interakce mezi objekty a Avatarem zat´ım nen´ı ˇzádná. Proto je definována skupina objekt˚ u, které jsou schopny reagovat na akce od Avatara a poskytovat je jako události. Pro pˇr´ıjem události je v kaˇzdém tˇele objektu volitelné pole s názvem EventIn a pro poskytován´ı události je to pole EventOut.


25

Obr´ azek 16: Parametry uzlu VRML

Cel´ y proces vyvolán´ı události, zpracován´ı události a smˇerován´ı na c´ıl ukazuje diagram u, které si postupnˇe pˇredávaj´ı události. Ty mohou b´ yt na obrázku [17]. Je na nˇem pˇet uzl˚ r˚ uzného typu, pˇri jejich cestˇe dynamick´ ym ˇretˇezcem dokonce ˇcasto docház´ı k nˇekolika zmˇenám typu pˇredáváné události. Na poˇcátku je prvek detekuj´ıc´ı dynamickou událost. Jedná se o ˇcidla, která reaguj´ı na r˚ uzná chován´ı Avatara. Dále následuje prvek, kter´ y rozhodne o tom, zda byly splnˇeny vˇsechny podm´ınky pro spustˇen´ı dynamické akce. K tomu slouˇz´ı uzel Script. Následuje ˇcasovaˇc, kter´ y je zodpovˇedn´ y za ˇcasov´ y pr˚ ubˇeh akce. Ovˇsem m˚ uˇze vhodnˇe mˇenit i dynamiku dˇeje. Následuje prvek, kter´ y podle pˇredem definovan´ ych poˇcáteˇcn´ıch a koncov´ ych hodnot pr˚ ubˇeˇznˇe vypoˇc´ıtávat nové hodnoty. Na konci ˇretˇezce je c´ıl, na nˇemˇz je dynamická akce viditelná. V´ ysledné hodnoty pˇredchoz´ıho uzlu se do toho c´ıle zap´ıˇs´ı. Napˇr´ıklad se zap´ıˇse zmˇenˇená barva povrchu objektu.

Obrázek 17: Logické schéma obecné dynamické akce

Uvnitˇr tˇela skriptu lze pracovat s jak´ ymkoliv uzlem rodiˇce skriptu. Skript je také uzel, proto m˚ uˇze vytváˇret události a dále je smˇeˇrovat do jin´ ych uzl˚ u. V tˇelˇe skriptu se mohou pouˇz´ıt funkce JavaScriptu ˇci volat tˇr´ıdy (class) programovac´ıho jazyka Java. Pˇr´ıklad objasˇ nuje pouˇzit´ı skriptu na otev´ırán´ı dveˇr´ı pomoc´ı JavaScriptu. PROTO DverePrezentacka ... EXTERNPROTO DeskaDveri ... EXTERNPROTO Klika ... Group { children [


Transform { translation 0 .1 0 children [ DEF PREZENTDOOR Transform { #definice dveri children [ DEF DOORTOUCH TouchSensor {} #senzor dotyku DeskaDveri {} Klika {posunuti .347 1 0} ] } DEF SWITCHDOOR Script { #definice skriptu field SFBool stav FALSE #vnitrni stav field SFNode dvere USE PREZENTDOOR #ukazatel na dvere eventIn SFBool switchdoor #udalost spoustejici funknci eventOut SFRotation rotace #vystupni hodnota eventOut SFVec3f posun #vystupni hodnota url "javascript: function switchdoor(hodnota) #funkce otevirajici dvere { if(hodnota) { if(stav) { stav=!stav; #zmena stavu dveri a~nastaveni pozice rotace = new SFRotation(0,1,0,-1.571); posun = new SFVec3f(-0.43,0,0.45); } else { stav=!stav;#zmena stavu dveri a~nastaveni pozice rotace = new SFRotation(0,1,0,0); posun = new SFVec3f(0,0,0); } } } " } ] #distribuce udalosti ze senzoru do skriptu ROUTE DOORTOUCH.isActive TO SWITCHDOOR.switchdoor #distribuce vyslednych hodnot ze skriptu do dveri ROUTE SWITCHDOOR.rotace TO PREZENTDOOR.set_rotation ROUTE SWITCHDOOR.posun TO PREZENTDOOR.set_translation } ] } }

26


27

Pokud se pouˇz´ıváj´ı tˇr´ıdy javy m´ısto funkce JavaSciptu, volá se pˇr´ısluˇsná tˇr´ıda, ale zápis se liˇs´ı. Definice um´ıstˇen´ı tˇr´ıdy se zapisuje do hranat´ ych závorek. V parametru url m˚ uˇze b´ yt deklarováno nˇekolik adres, kde je tˇr´ıda um´ıstˇena. Pokud se nezdaˇr´ı nalézt tˇr´ıdu na prvn´ı adrese v seznamu, pokraˇcuje na dalˇs´ı. ... url ["MyJava.class","http"://myclass.cz/myjava.class"] ... V´ yznamnou a velmi d˚ uleˇzitou podm´ınkou pouˇzit´ı tˇr´ıd javy ve webovém prohl´ıˇzeˇci a prohl´ıˇzeˇci VRML, je pˇreklad zdrojového souboru pro verzi javy 1.1. Pro vyˇsˇs´ı verzi nen´ı moˇzné pouˇz´ıt tˇr´ıdy. Dalˇs´ı nutnou podm´ınkou je pouˇzit pˇri prohl´ıˇzen´ı Microsoft Java Virtual Machine. A posledn´ı podm´ınkou je pˇri prohl´ıˇzen´ı takového virtuáln´ıho svˇeta pouˇz´ıt webov´ y prohl´ıˇze Internet Explorer s nainstalovan´ ym VRML prohl´ıˇzeˇcem. Bez splnˇen´ı vˇsech tˇechto podm´ınek nebudou tˇr´ıdy fungovat. Obrázek [18] ukazuje nastaven´ı Internet Exploreru, Moˇznosti internetu tak, aby byl schopen prohl´ıˇzet svˇety spojené s tˇr´ıdami javy.

Obrázek 18: Nastaven´ı Microsoft Java Virtual Machine

Pokud tˇr´ıda obsahuje ve svém kódu pˇripojen´ı na server specifikovan´ y IP adresou a portem, nedojde k jeho vykonán´ı z bezpeˇcnostn´ıch d˚ uvod˚ u implementovan´ ych v javˇe. Pro pˇripojen´ı na server je nutné, aby na stejném serveru byla um´ıstˇena i volaj´ıc´ı tˇr´ıda. Bliˇzˇs´ı informace o tvorbˇe vitu´ aln´ıch svˇet˚ u pomoc´ı VRML jsou uvedeny v [12].


3.1.2

28

Koncept VRML modelu

Fyzick´ y model administrativn´ı budovy neodpov´ıdá pˇresnˇe reáln´ ym proporc´ım budov. Proto byl virtuáln´ı d˚ um postaven odˇsliˇsnˇe s pˇrihlédnut´ım na reálné proporce a bˇeˇzné rozmˇery budov. Vˇsechny m´ıstnosti, ovládac´ı prvky a podstatná zaˇr´ızen´ı z reálného modelu byly vytvoˇreny i ve virtuáln´ım modelu.

Obrázek 19: Cel´ y virtuáln´ı model budovy vˇcetnˇe okol´ı

V´ ystavba celého domu je postavena na vyuˇz´ıván´ı knihoven objekt˚ u, které se následnˇe sdruˇzuj´ı do vˇetˇs´ıch celk˚ u aˇz po m´ıstnosti. Byl navrˇzen model domu jak je uvedeno na obrázku [19] v´ yˇse. D˚ um lze rozdˇelit do dvou ˇcásti spojen´ ych chodbou. Rozloˇzen´ı vˇsech m´ıstnost´ı respektuje rozloˇzen´ı m´ıstnost´ı v reálném modelu. V levé ˇcásti je um´ıstˇena gar´ aˇz. Nad garáˇz´ı se nacház´ı prezentaˇcn´ı m´ıstnost. V pravé ˇcásti je technická m´ıstnost, kter´ a ve virtuáln´ım svˇetˇe neslouˇz´ı ˇzádnému u ´ˇcelu a proto do n´ı nevedou ˇzádné dveˇre. Nad technickou m´ıstnost´ı je kanceláˇr ˇc´ıslo jedna a nad n´ı je kanceláˇr ˇc´ıslo dva. Obˇe maj´ı stejné technické vybaven´ı. Jen se liˇs´ı rozm´ıstˇen´ım sortimentem a rozm´ıstˇen´ım nábytku. Chodby jsou rozdˇelˇeny do tˇrech pater vˇcetnˇe pˇr´ızem´ı. Kaˇzdá chodba je spojena s v´ ytahem. Neobsahuje ˇzádné svˇetlo, jako reáln´ y model. Jednotlivé m´ıstnosti jsou vybaveny takto. Gar´ aˇz je vybavena pouze vraty, dvˇemi záˇrivkov´ ymi svˇetly s jejich vyp´ınaˇci. Tyto dveˇre, vrata a svˇetla nemaj´ı v realném modelu ekvivalent. V prezentaˇcn´ı m´ıstnosti je um´ıstˇeno stahovac´ı pláno ovládané dvˇema vyp´ınaˇci. Vˇsechny ovládac´ı vyp´ınaˇce jsou um´ıstˇeny na pravé zdi vedle dveˇr´ı. Po stranách m´ıstnosti jsou barevná svˇetla, slouˇz´ıc´ı k vyvolán´ı barevné atmosféry. Na stropˇe uprostˇred m´ıstnosti jsou um´ıstˇena dvˇe záˇrivková svˇetla. Na jej´ım kraji bl´ızko plátna jsou um´ıstˇena halogenová svˇetla. Oproti realitˇe, kde je jen jedno okno, je v prezentaˇcn´ı m´ıstnosti ˇsest oken. Celá m´ıstnost je vybavena pˇeti ˇradami ˇzidl´ı, nˇekolika obrazy na stˇenácha a stup´ınkem. Na nˇem je st˚ ul s ˇzidl´ı. Podél stˇeny je radiátor a na stˇenˇe jsou hodiny.


29

Obrázek 20: Prezentaˇcn´ı m´ıstnost

V doln´ı kanceláˇri jsou um´ıstˇena dvˇe záˇrivková svˇetla se sv´ ymi vyp´ınaˇci. Dále dvˇe skˇr´ıne, tˇri obrazy, kanceláˇrsk´ y st˚ ul s ˇzidl´ı a hodiny na stˇenˇe. Na podlaze je um´ıstˇen koberec. V m´ıstnosti je téˇz radiátor.

Obrázek 21: Doln´ı kanceláˇr

ˇ ri skˇr´ınˇe, dva Horn´ı kanceláˇr obsahuje téˇz dvˇe záˇrivková svˇetla se sv´ ymi vyp´ınaˇci. Ctyˇ obrazy a zbylé vybaven´ı je jako v doln´ı kanceláˇri.


30

Obrázek 22: Horn´ı kanceláˇr

Vˇsechny tˇri chodby v budovˇe jsou vybaveny aˇz na drobné detaily stejnˇe. Obsahuj´ı vchodová dveˇre ˇci m´ıstnoti, dveˇre od v´ ytahu a okno.

Obrázek 23: Chodba v pˇr´ızem´ı

Dynamika virtuáln´ıho modelu je vytvoˇrena pomoc´ı senzor˚ u dotyku na vyp´ınaˇc´ıch, dveˇr´ıch ˇci oknech spojen´ ych s v´ ykonnou jednotkou. V´ ykonná zaˇr´ızen´ı mohou b´ yt svˇetla, objekty reprezentuj´ıc´ımi svˇetelné zaˇr´ızen´ı jako záˇrivky, halogeny nebo jiné objekty jako plátno, dveˇre ˇci okna. Po stisku vyp´ınaˇce, se událost pˇres funkci ROUTE pˇredá do vstupn´ı promˇenné skriptu. Ten nastav´ı intenzitu a barvu svˇetla, nastav´ı sv´ıt´ıc´ı barvu a intenzitu barvy na objektu reprezentuj´ıc´ı dan´ y sv´ıt´ıc´ı objekt. Dveˇre jsou samy ˇcidlem dotyku, tak ovládanou jednotkou. Po dotyku dveˇr´ı se událost pˇredá skriptu a ten nastav´ı natoˇcen´ı a posun pˇr´ısluˇsn´ ych dveˇr´ı. Stejn´ y proces je aplikován na otevˇren´ı garáˇzov´ ych vrat i na otev´ırán´ı oken v kanceláˇr´ıch. V pˇr´ıpadˇe v´ ytahu je situace komplikovanˇejˇs´ı o pˇresun Avatara v prostou. Hlavn´ı ovládac´ı panel je uvnitˇr kabiny v´ ytahu, kde lze pˇrivolat v´ ytah


31

do pˇr´ızem´ı, prvn´ıho a druhého patra. Dotykové senzory v tlaˇc´ıtkách jsou napojeny na skripty, které pˇresouvaj´ı cel´ y objekt kabiny v´ ytahu do zvoleného patra a následnˇe mˇen´ı hodnotu pozice Avatara v ose Y. Tento proces vyvolá dojem posunu v´ ytahu i s Avatarem do poˇzadovaného patra.

Obrázek 24: Vnitˇrn´ı prostor v´ ytahové kabinky s ovládac´ımi tlaˇc´ıtky

Pro správne pochopen´ı jak se virtuáln´ı svˇet stav´ı a jak je vn´ımán, je d˚ uleˇzité pochopit i metriku, která v nˇem plat´ı. Základn´ı jednotkou je metr. Tedy pokud v uzlu Transform bude napsána hodnota 1 v ose Y, jedná se o posun o jeden metr v dané ose. Dalˇs´ım pˇr´ıkladem je definice rozmˇeru objektu Box. Pokud se zadaj´ı rozmˇery geometry Box {size 1 1 1}, znamená to vytvoˇren´ı krychle o velikosti 1x1x1 metr. Krychle o obsahu 1m3 . Dalˇs´ı a velmi d˚ uleˇzitou vlastnost´ı je, ˇze se vˇse zaˇc´ıná poˇc´ıt´ at od stˇredu virtuáln´ıho svˇeta. Pokud se jedná o potomky uzl˚ u, tak ty maj´ı stˇred ve stˇredu jejich rodiˇc˚ u. Nen´ı-li zadána transformace posunu, tak se objekt um´ıst sv´ ym stˇredem do stˇredu virtuáln´ıho svˇeta ˇci do stˇredu svého rodiˇcovského uzlu. Z tˇechto metrik se odvij´ı i rozmˇer Avatara. V tomto pˇr´ıpadˇe byl Avatar zvolen o velikostech uveden´ ych v poloˇzce NavigationInfo resp. v parametru avatarSize [0.25, 1.5, 0.6]. Tedy 25cm jako polomˇer kruˇznice opisuj´ıc´ı svisl´ y rozmˇer tˇela. V´ yˇska Avatara byla stanovena na 1,5m. V´ yˇska, kterou bude moˇzné pˇrekroˇcit ˇci vyj´ıt je stanovena na hodnotu 60cm.


32

Obrázek 25: Geometrick´ y v´ yznam parametr˚ u rozmˇeru Avatara

3.1.3

Struˇ cn´ e vyuˇ zit´ı a potenci´ al

VRML má za u ´ˇcel pˇribl´ıˇzit prezentaci prostorov´ ych dat bez pouˇzit´ı drah´ ych CAD program˚ u. Veliká v´ yhoda VRML je orientace na svˇet Internetu. Po instalaci zásuvn´ ych modul˚ u, je moˇzné prohl´ıˇzet virtuáln´ı svˇety z jakéhokoliv m´ısta svˇeta. Znaˇcné uplatnˇen´ı m˚ uˇze VRML naléz v architektuˇre, stavebnictv´ı ˇci pˇri prodeji v´ yrobk˚ u, kdy si zákazn´ım m˚ uˇze prohlédnout v´ yrobek aniˇz by musel navˇstˇevovat kamenn´ y obchod daného v´ yrobce. Mezi dalˇs´ı v´ yhody je moˇznost propojen´ı s aplikacemi spojen´ ych s databáz´ı ˇci skriptovac´ımi jazyky jako PHP, JSP ˇci ASP. Ponˇevaˇc se jedná o textové soubory, lze vytv´ aˇret svˇety z databáze a následnˇe data z´ıskaná ve virtuáln´ım svˇetˇe od návˇstˇevn´ıka ukládat do databáz´ı. Jednu z takov´ ych aplikac´ı prezentuje pr˚ uchod virtuáln´ı Prahou [7], kter´ a ˇ je vytvoˇrena Computer Graphics Group na katedˇre poˇc´ıtaˇc˚ u, CVUT v Praze. Dalˇs´ım vyuˇzit´ım je spojen´ı s programoavc´ım jazykem Java a s t´ım spojen´ ych vˇsech moˇznost´ı, které tento programovac´ı jazyk nab´ız´ı. V posledn´ıch nˇekolika letech byl konsorciem WEB3D vyvinut ISO standard X3D12 , kter´ y je následn´ıkem a zastˇreˇsuj´ıc´ım standardem nad VRML. Tedy VRMLje podtˇr´ıda X3D. Pˇrináˇs´ı strukturovanost zápisu a poˇznost flexibilnˇejˇs´ıho roˇs´ıˇren´ı moˇznost´ı. Mezi v´ yznamná rozˇs´ıˇren´ı je GeoVRML, které umoˇzn ˇuje modelovat cel´ y svˇet podle mˇeˇren´ı geodet˚ u. Dále standard X3D umoˇzn ˇuje po pˇrekladu do binárn´ıho zápisu import do videa ve formátu MPEG-4. Poté m˚ uˇze b´ yt klasick´ y video proud rozˇs´ıˇren o virtuáln´ı realitu. Konsorcium je seskupen´ı v´ yznamn´ ych softwarov´ ych firem, ale i menˇs´ıch firem vˇcetnˇe jednotlivc˚ u. Existuje celkem 15 skupin v´ yvojáˇr˚ u pracuj´ıc´ıch na v´ yvoji a rozvoji 3D grafiky na internetu. Bliˇzˇs´ı informace o X3D a 3D grafice na webov´ ych stránkách jsou na [6]. 12

Extensible 3D


3.2

33

Abstrakce modelu

Pˇri vytváˇren´ı virtuáln´ıho modelu byl kladen d˚ uraz na pˇrevod stejného mnoˇzstv´ı ovládac´ıch i ovládan´ ych prvk˚ u z reálného modelu do virtuáln´ı reality. Jelikoˇz nebylo moˇzné dodrˇzet vˇsechny rozmˇery a proporce, byl vybudován model se stejn´ ym poˇctem prvk˚ u, stejn´ ym u ´ˇcelem pouˇz´ıt´ı, ale s jejich rozd´ıln´ ym um´ıstˇen´ım v modelu. Nemoˇznost pˇrevodu reálného modelu do virtuáln´ıho svˇeta je pˇredevˇs´ım v disproporci prezentaˇcn´ı m´ıstnosti v porovnán´ı s reáln´ ymi rozmˇery dvˇeˇr´ı a oken. Dalˇs´ım faktem je, ˇze reáln´ y model postrádá pˇredn´ı stˇenu resp. je nahrazena pr˚ uhledn´ ym plexisklem. Neposledn´ım aspektem je i estetická stránka, kdy ve virtuáln´ım svˇete je moˇzné cel´ y d˚ um vybavit okol´ım v podobˇe strom˚ u, trávn´ıku ˇci plotu. Uvnitˇr modelu jsou um´ıstˇeny obrazy, hodiny a kanceláˇrsk´ y nábytek, kter´ y v reálném modelu nen´ı obsaˇzen.

3.3 3.3.1

Realizace Konstrukce z knihoven

Virtuáln´ı model budovy vyuˇz´ıvá 17 knihoven. Zálkadn´ı knihovnou je dily.wrl, která obsahuje u ´plnˇe nejzákladnˇejˇs´ı d´ıly a tvary nutné pro dalˇs´ı konstrukce. Obsahuje napˇr´ıklad definice plaˇ nky k plotu, desky dveˇr´ı, desky podlah, stˇen, dˇrevˇené kvádry pro okna, obrazy, atp. Nadstavbovou knihovnou této základn´ı je knihovna komponenty.wrl obsahuj´ıc´ı jiˇz atomická spojen´ı základn´ıch d´ıl˚ u, které vytváˇr´ı vnitˇrn´ı vybaven´ı modelu. Stavebn´ı prvky a vybrané prvky vybaven´ı jsou um´ıstˇeny v knihovnˇe celky.wrl. Dalˇs´ı nadstavbou nad knihovnou celky.wrl je celky stavba.wrl, která zajiˇst’uje vˇsechny stavebn´ı prvky se zdmi a v nich um´ıstˇené d´ıly jako okna ˇci dveˇre. Následuje mnoˇzina knihoven nazvan´ ych stejnˇe jako jejich obsah. Tedy knihovna s názvem chodba.wrl obsahuje definici celé chodby, prezentacka.wrl obsahuje definici celé prezentaˇcn´ı m´ıstnosti atp. Nad vˇsema knihovnama definuj´ıc´ı jednotlivé m´ıstnosti je zastˇreˇsuj´ıc´ı knihovna dum.wrl. Hlavn´ı knihovna je domek.wrl a obsahuje definici celého virtáln´ıho modelu vˇcetnˇe okol´ı a vˇsech svˇetel, plotu a strom˚ u. 3.3.2

Spojen´ı jednotliv´ ych komponent

Dynamické akce nelze spojit skrze knihovny. Proto jsou objekty, které maj´ı b´ yt interaktivn´ı, definovány v jednom rodiˇcovském uzlu, aby bylo moˇzné pˇredávat události ze senzor˚ u na skripty a provést pˇr´ısluˇsnou viditelnou reakci. Proto záˇrivková svˇetla maj´ı ve svém uzlu definovány i jejich ovládac´ı vyp´ınaˇce. Pˇri vytváˇren´ı interaktivn´ıho svˇeta je moˇzné definovat objekty se kter´ ymy bude pozdˇeji manipulováno. Pomoc´ı nˇekolika skript˚ u je moˇzné ˇr´ıdit jeden objekt, kdyˇz ukazatel na nˇej obsahuj´ı vˇsechny pˇr´ıˇsluˇsné skripty. Pˇri ˇr´ızen´ı mohou nastat dva pˇr´ıpady jak vyuˇz´ıt skripty. V prvn´ım pˇr´ıpadˇe skript pˇr´ımo ovlivˇ nujeme definovan´ y objekt. DEF SWITCHHALOGENDOWN Script { eventIn SFBool switchlight field SFNode levyhalogen USE LEVYHALOGEN field SFNode pravyhalogen USE PRAVYHALOGEN ...


34

url "javascript: function switchlight(hodnota) { if(hodnota) { levyhalogen.appearance.material.emissiveColor.r = 0; ... pravyhalogen.appearance.material.emissiveColor.r = 0; ... } } " } V druhém pˇr´ıpadˇe je uvnitˇr skiptu vytvoˇrena poˇzadovaná hodnota a následnˇe se distribuuje na c´ılov´ y objekt, jak ilustruje následuj´ıc´ı pˇr´ıklad. ... DEF SWITCHGATEVRATA Script { field SFBool stav FALSE field SFNode dvere USE VRATA eventIn SFBool switchdoor eventOut SFRotation rotace eventOut SFVec3f posun url "javascript: function switchdoor(hodnota) { if(hodnota) { if(stav) { stav=!stav; rotace = new SFRotation(0,1,0,1.571); posun = new SFVec3f(-1.5,0,-1.5); } else { stav=!stav; rotace = new SFRotation(0,1,0,0); posun = new SFVec3f(0,0,0); } } } " } ] ROUTE TOUCHVRATA.isActive TO SWITCHGATEVRATA.switchdoor ROUTE SWITCHGATEVRATA.rotace TO VRATA.set_rotation


35

ROUTE SWITCHGATEVRATA.posun TO VRATA.set_translation ... Posledn´ı moˇznost´ı jak vytvoˇrit dynamickou akci, je pouˇzit´ı tˇr´ıd javy. K vytvoˇren´ı tˇr´ıd je nutné pˇripojit pˇr´ısluˇsné knihovny pro manipulaci s DOM13 modelem virtuáln´ıho svˇeta. Pro ˇr´ızen´ı událost´ı a akc´ı ve virtuáln´ım svˇetˇe sloˇz´ı vytvoˇrené funkce v pˇripojen´ ych knihovnách. import vrml.eai.event.*; import vrml.eai.field.*; import vrml.eai.*; public class myApplet extends Script { private SFTime startTime; // eventIn private MFString ChangedText; // eventOut private SFVec3f ChangedPosition; // eventOut ... public void processEvent (Event touch) { ... SFVec3f position = new SFVec3f ( 0, -1, 0 ); ChangedPosition.setValue ( position ); ... } } 3.3.3

Dynamick´ e VRML

Pro správné pochopen´ı práce skriptu, kter´ y udává dynamiku ve virtáln´ım svˇete, je nutné pochopit jeho chován´ı a smysl provádˇen´ ych operac´ı. Skript je uzel se speciáln´ı vlastnost´ı. M˚ uˇze obsahovat libovoln´ y kód definovateln´ y v jazyce javascript nebo v jazyce java. Pro pozdˇejˇs´ı smˇerován´ı události do toho skriptu je nutné pouˇz´ıt direktivu DEF, která jej definuje jako jedineˇcn´ y objekt, na kter´ y se lze odkazovat jeho jménem. Následuj´ıc´ı pˇr´ıklad ilustruje, jak událost dotyku senzoru na vyp´ınaˇci halogenov´ ych svˇetel je pˇredána do vstupn´ı promˇenné switchlight v tˇelˇe uzlu Script. DEF SWITCHHALOGENDOWN Script { eventIn SFBool switchlight ... } ... ROUTE HALOGENTOUCHUP.isActive TO SWITCHHALOGENUP.switchlight Pro spuˇstˇen´ı potˇrebné funkce je nutné, aby se funkce jmenovala stejnˇe jako vstupn´ı promˇenná. Poté co se zap´ıˇse hodnota do vstupn´ı promˇenné, zavolá se funkce stejného jména. 13

Document Object Model


36

function switchlight(hodnota) { if(hodnota) { ... } } Vstupn´ı promˇenná se jmenuje switchlight a má hodnotu uloˇzenou v promˇenné hodnota. V tomto pˇr´ıpadˇe se oˇcekává binárn´ı hodnota z definice vstupn´ı promˇenné switchlight. Následnˇe je moˇzné podle hodnoty vstupn´ı promˇenné provést r˚ uzné pˇr´ıkazy. V tˇele skriptu je moˇzné nadefinovat v´ ystupn´ı hodnoty promˇenn´ ych pro dalˇs´ı distribuci do jin´ ych skript˚ u ˇci pro ˇr´ızen´ı objekt˚ u. ... #napojeni na drive definovany uzel LEVYHALOGEN field SFNode levyhalogen USE LEVYHALOGEN #vystupni promenna pro rotaci objektu eventOut SFRotation rotace #vystupni promenna pro posun objektu eventOut SFVec3f posun ... #distribuce vypoctene rotace na objekt ROUTE SWITCHGATE.rotace TO GATEKLIKA.set_rotation #distribuce vypocteneho posunu na objekt ROUTE SWITCHGATE.posun TO GATEKLIKA.set_translation Je moˇzné vytváˇret lokáln´ı promˇenné slouˇz´ıc´ı jen pro potˇreby skriptu. ... field SFBool stav FALSE #definice stavu objektu ... if(stav) { stav=!stav; ... } ... Pokud jsou vyuˇzity tˇr´ıdy javy, je nutné, aby byl název volané tˇr´ıdy zapsán v hranat´ ych závorkách. DEF SWITCHLEVAZARIVKAUP Script { eventIn SFBool switchlight


37

field SFNode levazarivka USE LEVAZARIVKA field SFNode levesvetlo USE LEVAZARIVKAPOINTLIGHT url ["PrezentLeftLightUP.class"] } Po pˇripojen´ı pˇr´ısluˇsn´ ych knihoven pro práci s VRML do tˇr´ıdy, je moˇzné jak pˇrij´ımat události z virtáln´ıho svˇeta, tak i na nˇe reagovat. Jsou dvˇe moˇznosti jak lze propojit virtuáln´ı svˇet s jazykem java. Prvn´ı je vytvoˇrit java applet a následnˇe pomoc´ı ukazatele na prohl´ıˇzeˇc pracovat s virtuáln´ım svˇetem. Podm´ınkou je zaregistrován´ı tˇr´ıdy jako posluchaˇce událost´ı ve virtuáln´ı svˇetˇe. Bliˇzˇs´ı informace vˇcetnˇe mnoha pˇr´ıklad˚ u je na [9] a [8]. Druhou moˇznost´ı je vytvoˇrit jednotlivé tˇr´ıdy, které se následnˇe volaj´ı v tˇele uzlu. V diplomové práci byl zvolen druh´ y pˇr´ıstup. Pˇri definici tˇr´ıdy má hlaviˇcka pˇresnˇe stanovené rozˇs´ıˇren´ı typu Script. public class MyScript extends Script { ... } Deklaruj´ı se VRML promˇenné, které bude nutné ˇr´ıdit ˇci od nich pˇrij´ımat události. ... // deklarace vstupnich a~vystupnich promennych private SFTime startTime; // eventIn private MFString ChangedText; // eventOut private SFVec3f ChangedPosition; // eventOut ... Následuje funkce, která se volá automaticky pˇri spuˇstˇen´ı vituáln´ıho svˇeta. Proto je vhodné do jej´ıho tˇela um´ıstit pˇr´ıkazy k nastaven´ı skriptu na poˇcáteˇcn´ı hodnotu. public void initialize () { ... #inicializace tridy ... } D˚ uleˇzitou funkc´ı nutnou pro reakce na události z VRML je processEvent. Jej´ı vstupn´ı hodnota je událost, která je pak zpracována v tˇele funkce resp. dalˇs´ımi funkcemi tˇr´ıdy. Dále v tˇr´ıdˇe mohou b´ yt deklarovány dalˇs´ı funkce podle potˇreby. public void processEvent (Event touch) { ... #reakce na udalost v~promenne touch ... }


38

Následnˇe staˇc´ı do kaˇzdého uzlu, kter´ y má vykonat nˇejakou dynamickou akci, vytvoˇrit a pˇripojit pˇr´ısluˇsnou tˇr´ıdu. Následuj´ıc´ı pˇr´ıklad ukazuje souvislost mezi ˇr´ızen´ım promˇenné v tˇr´ıdˇe a ve virtuáln´ım svˇetˇe. ==== trida v~jave ==== public void initialize () { ... //nastaveni na eventOut ChangedPosition = (SFVec3f) getEventOut ("ChangedPosition"); ... } public void processEvent (Event touch) { ... private SFTime startTime; // eventIn private SFVec3f ChangedPosition; // eventOut ... SFVec3f position = new SFVec3f ( 0, -1, 0 ); ChangedPosition.setValue ( position ); ... } ==== rizeny uzel ve VRML svete ==== DEF ClickTextToTest TouchSensor { } DEF MyScript Script { ... eventIn SFTime startTime eventOut SFVec3f ChangedPosition url [ "MyScript.class"] ... DEF TextPosition Transform { translation 0 0 0 ... } ROUTE ClickTextToTest.touchTime TO MyScript.startTime ROUTE MyScript.ChangedPosition TO TextPosition.set_translation

3.4 3.4.1

Java ve VRML Zakomponov´ an´ı Javy do VRML

Pro ovládán´ı reálného svˇeta resp. prezentaˇcn´ı m´ıstnosti byly vytvoˇreny tˇr´ıdy, které se pomoc´ı dvou komunikaˇcn´ıch tˇr´ıd pˇripojuj´ı na LNS server a ˇr´ıd´ı reáln´ y model. Pouˇz´ıté komunikaˇcn´ı tˇr´ıdy jsou popsány v kapitole 3.4.3. Vˇsechny ˇr´ıd´ıc´ı tˇr´ıdy jsou stejné, pouze se liˇs´ı v c´ıli jejich ˇr´ızen´ı a proto je popsána pouze jedna vzorová tˇr´ıda.


39

Pro vytvoˇren´ı tˇr´ıdy se pˇripoj´ı pˇr´ısluˇsné knihovny pomoc´ı direktiv import. import vrml.*; import vrml.field.*; import vrml.node.*; Následuje samotn´ y název tˇr´ıdy, kter´ y mus´ı souhlasit se jménem volaného skriptu ve virtuáln´ım svˇetˇe. Následuje direktiva extends pro urˇcen´ı, ˇze se jedná o skript pro virt´ aln´ı svˇet. public class PrezentLeftLightUP extends Script { ... } Poté se deklaruj´ı potˇrebné promˇenné, které jsou ve virtuáln´ım svˇetˇe a téˇz se deklaruj´ı tˇr´ıdy pro spojen´ı s LNS serverem. public class PrezentLeftLightUP extends Script { private SFBool switchlight; // eventIn private SFVec3f svitivabarva // eventOut private SFBool spustenisvetla // eventOut private LNSconnection lnsspojeni; //komunikacni trida private LNScommander lnscommands; //ridici trida ... } Po definici promˇenn´ ych, je nutné pˇrihlásit v´ ystupn´ı promˇenné jako zdroje událost´ı, aby bylo moˇzné je dále ve virtuáln´ım svˇetˇe distribuovat. Na to je vhodná funkce initialize, která se volá po naˇcten´ı virtuáln´ıho svˇeta. public void initialize () { //zavedeni vystupni udalosti svitivabarva = (SFVec3f) getEventOut ("svitivabarva"); //zavedeni vystupni udalosti spustenisvetla = (SFBool) getEventOut ("spustenisvetla"); return; } Zb´ yvá definovat reakce na poˇzadovanou událost. Na vyvolané události se reaguje v tˇele funkce processEvent. V této funkci se téˇz definuje spojen´ı na LNS server a vytvoˇren´ı tˇr´ıdy pro ˇr´ızen´ı. Následnˇe se vykoná pˇr´ıkaz v reálném modelu a ve virtáln´ım modelu. Navázané spojen´ı z˚ ustane aktivn´ı a bude vázat otevˇren´ y port. Pokud bude zavˇreno okno s VRML, uzavˇrou se i vˇsechny takto otevˇrené porty.


40

public void processEvent (Event touch) { lnsspojeni = new LNSconnection ("147.32.87.242", 2540, "domecek_01"); lnscommands = new LNScommander(lnsspojeni); lnscommands.LeftLight("ON"); SFVec3f barva = new SFVec3f ( 0.7, 0.7, 0.7); svitivabarva.setValue ( barva ); SFBool stav = new SFBool (TRUE); spustenisvetla.setValue ( stav ); return; } Nyn´ı je pˇripravena celá tˇr´ıda a je ji nutné pˇreloˇzit do pˇr´ısluˇsného tvaru. Pˇrekladu a vˇsemu s n´ım spojen´ ym se vˇenuje kapitola 3.4.2. 3.4.2

Konstrukce java tˇ r´ıd pro virt´ aln´ı svˇ et

Pro správnou funkci java tˇr´ıd je nutné splnit podm´ınky a nastavit prohl´ıˇzeˇc jak je uvedeno v kapitole 3.1.1. Dále je nutné m´ıt na poˇc´ıtaˇci nainstalovanou javu od firmy Sun resp. jej´ı Java Developement Kit, kter´ y nainstaluje i pˇr´ısluˇsn´ y Java Runtime Environment. Jak je zm´ınˇeno v kapitole 3.1.1, je nutné tento Java Runtime Environment vypnout v nastaven´ı Moˇznosti internetu a zapnout pouˇz´ıván´ı Microsoft Java Virtual Machine. Pro u ´spˇeˇsné pouˇzit´ı vytvoˇren´ ych tˇr´ıd, je nutné v pˇrekladaˇci javy javac, nastavit pˇreklad na verzi javy 1.1 a pˇripojit pˇr´ısluˇsné knihovny. Následuj´ıc´ı pˇr´ıklad ukazuje pˇreklad skriptu vytvoˇreného v kapitole 3.4.1. #prekladac vytvori tridu pro javu 1.1 #pouzije knihovnu libclasses.zip #prelozi script PrezentLeftLightUP javac -O -target 1.1 -source 1.2 -classpath libclasses.zip; PrezentLeftLightUP.java 3.4.3

Ovl´ ad´ an´ı modelu pomoc´ı Javy

Spojen´ı s LNS serverem a vykonáván´ı pˇr´ıkaz˚ u je vytvoˇreno pomoc´ı dvou tˇr´ıd. Prvn´ı tˇr´ıda zprostˇredkovává spojen´ı se samotn´ ym LNS serverem, vyb´ırá podsystémy a pˇr´ısluˇsn´ a zaˇr´ızen´ı. Druhá tˇr´ıda vykonává sled jednoduch´ ych pˇr´ıkaz˚ u, které ve svém d˚ usledk˚ u vedou k poˇzadovanému pˇr´ıkazu. Prvn´ı tˇr´ıda zajiˇst’uj´ıc´ı spojen´ı s LNS serverem se naz´ yvá LNSconnection. Obsahuje pˇripojené knihovny od firmy Echelon pro práci se serverem LNS. Definuje promˇenné nutné pro obsluhu celého systému v´ ybˇeru podsystém˚ u a zaˇr´ızen´ı. V parametru konstruktoru této tˇr´ıdy se udává IP adresa serveru, na kter´ y se má pˇripojit. Port, kter´ y je urˇcen ke komunikaci s LNS serverem. Standardnˇe se jedná o port 2540. Posledn´ı parametr je LonWorks s´ıt’ do jaké se má pˇripojit. Následuje vytvoˇren´ı kontruktoru a pˇripojen´ı do nastavené s´ıtˇe, v´ ybˇer prvn´ıho podsystému a prvn´ıho zaˇr´ızen´ı v tomto podsystému.


41

LNSconnection (String IPaddress, int Port, String Network) { ... objectServer = new LNSObjectServer (); networks = objectServer.getNetworks(); network = networks.getItem(ServerIP, ServerPort, SelectNetwork); network.open(); systems = network.getSystems(); system = systems.getItem(1); system.open(); mainsubsystems = system.getSubsystems(); // vyber rozhrani do LonWorks mainsubsystem = mainsubsystems.getItem (2); //====== INICIALIZACNI VYBER SUBSYSTEMU ======= subsystems = mainsubsystem.getSubsystems(); subsystem = subsystems.getItem (0);// vyber mistnosti //====== INICIALIZACNI VYBER ZARIZENI ======= appdevices = subsystem.getAppDevices(); appdevice = appdevices.getItem(0); } Dále následuj´ı deklarace atomick´ ych funkc´ı, které slouˇz´ı k jednoduch´ ym operac´ım s LNS serverem resp. s LNS databáz´ı vybrané s´ıtˇe. • ChoseSubsystem(int Subsystem) - v´ ybˇer podsystému podle zadaného ˇc´ısla • ChoseDevice(int Device) - v´ ybˇer zaˇr´ızen´ı podle zadaného ˇc´ısla v aktuálnˇe zvoleném podsystému • getValue(String NameOfVariable) - vrác´ı hodnotu promˇenné zadanou jej´ım jménem jako vstupn´ı hodnotu • setValue(String NameOfVariable,String Value) - zap´ıˇse zadanou hodnotu do promˇenné vloˇzené jej´ım jménem jako vstupn´ı hodnotu • getNameOfChosenSubsystem() - vrác´ı název aktuálnˇe zvoleného podsystému • getNameOfChosenDevice() - vrác´ı název aktuálnˇe zvoleného zaˇr´ızen´ı v aktuálnˇe zvoleném podsystému • printAllNamesOfSubsystems() - vyp´ıˇse na obrazovku statistiku o vˇsech podsystémech. Jména, poˇrad´ı v jakém jsou v LNS databázi, poˇcet zaˇr´ızen´ı v jednotliv´ ych podsystémech. • printAllNamesOfDevicesOfChosenSubsystem() - vyp´ıˇse na obrazovku statistiku o vˇsech zaˇr´ızen´ıch v aktuáln´ım podsystému. Jméno, poˇrad´ı v jakém jsou podsystému, poˇcet promˇenn´ ych v zaˇr´ızen´ı a neuron ID daného zaˇr´ızen´ı. • PushUp() - vyvolá stejnou událost jako rychlé stisknut´ı a uvolnˇen´ı horn´ıho tlaˇc´ıtka na bezdrátovém ovladaˇci


42

• HoldUp() - vyvolá stejnou událost jako trvalé stisknut´ı horn´ıho tlaˇc´ıtka na bezdrátovém ovladaˇci • ReleaseUp() - vyvolá stejnou událost jako trvalé uvolnˇen´ı horn´ıho tlaˇc´ıtka na bezdrátovém ovladaˇci • PushDown() - vyvolá stejnou událost jako rychlé stisknut´ı a uvolnˇen´ı doln´ıho tlaˇc´ıtka na bezdrátovém ovladaˇci • HoldDown() - vyvolá stejnou událost jako trvalé stisknut´ı doln´ıho tlaˇc´ıtka na bezdrátovém ovladaˇci • ReleaseDown() - vyvolá stejnou událost jako trvalé uvolnˇen´ı doln´ıho tlaˇc´ıtka na bezdrátovém ovladaˇci • LogOut() - odpoj´ı se od databáze a LNS serveru • LogIn() - pˇripoj´ı se k dˇr´ıve zvolené databázi a LNS serveru Nadstavbovou tˇr´ıdou nad LNSconnection je LNScommander. Jedinou vstupn´ı hodnotu konstruktoru tˇr´ıdy je LNSconnection se spojen´ım na LNS server a pˇr´ısluˇsnou LNS databázi. Následuj´ı funkce, které obsahuj´ı sledy jednoduch´ ych pˇr´ıkaz˚ u z funkc´ı tˇr´ıdy LNSconnection, které ve svém d˚ usledky vykonaj´ı pˇr´ısluˇsn´ y pˇr´ıkaz. Kaˇzdá funkce má jako vstupn´ı parametr poˇzadovan´ y pˇr´ıkaz. Tento popis ilustruje pˇr´ıklad funkce k ovlád´ an´ı plátna v prezentaˇcn´ı m´ıstnosti. public String Screen(String Command) { String Direction=""; String State=""; if(Command.equals("UP")){ //reakce na prikaz UP //vyber vhodneho zarizeni listDevices.setValue("nviActiveDevice","3,0 0"); //zadani prislusne hodnoty listDevices.setValue("nviScreenSwitch","0,0 0"); //vyvolani sepnuti tlacitka ovladani listDevices.PushUp(); } if(Command.equals("DOWN")){//reakce na prikaz DOWN //vyber vhodneho zarizeni listDevices.setValue("nviActiveDevice","3,0 0"); //zadani prislusne hodnoty listDevices.setValue("nviScreenSwitch","100,0 0"); //vyvolani sepnuti tlacitka ovladani listDevices.PushDown(); } if(Command.equals("STATE")){//reakce na prikaz STATE //vyber vhodneho zarizeni listDevices.setValue("nviActiveDevice","3,0 0"); //prevede vnitrni reprezentaci stavu


43

//na jeji slovni reprerentaci int Vyskyt = listDevices.getValue("nvoScreen").indexOf(","); State = listDevices.getValue("nvoScreen").substring(0,Vyskyt); if(State.equals("100")) { Direction = "UP"; } if(State.equals("0")) { Direction = "DOWN"; } } return Direction; } Následuje jednoduch´ y popis vytvoˇren´ ych funkc´ı tˇr´ıdy LNScommander,které ovládaj´ı zaˇr´ızen´ı um´ıstˇené v prezentaˇcn´ı m´ıstnosti. • Screen(String Command) - povolené vstupn´ı hodnoty pˇr´ıkaz˚ u: UP, DOWN, STATE. Vytáhne, spust´ı plátno a vyp´ıˇse slovn´ı reprezentaci stavu plátna. • Halogens(String Command) - povolené vstupn´ı hodnoty pˇr´ıkaz˚ u: ON, OFF, STATE. Vypne, zapne halogenová svˇetla a vyp´ıˇse slovn´ı reprezentaci stavu. • LeftLight(String Command) - povolené vstupn´ı hodnoty pˇr´ıkaz˚ u: ON, OFF, HOLDUP, HOLDDOWN,RELEASEUP, RELEASEDOWN, STATE. Vypne, zapne levé záˇrivkové svˇetlo. Postupnˇe vyp´ıná ˇci rozsvˇec´ı svˇetlo a vyp´ıˇse slovn´ı reprezentaci stavu. • RightLight(String Command) - povolené vstupn´ı hodnoty pˇr´ıkaz˚ u: ON, OFF, HOLDUP, HOLDDOWN,RELEASEUP, RELEASEDOWN, STATE. Vypne, zapne pravé záˇrivkové svˇetlo. Postupnˇe vyp´ıná ˇci rozsvˇec´ı svˇetlo a vyp´ıˇse slovn´ı reprezentaci stavu. •

RedLedLight(String Command) - povolené vstupn´ı hodnoty pˇr´ıkaz˚ u: ON, OFF, HOLDUP, HOLDDOWN,RELEASEUP, RELEASEDOWN, STATE. Vypne, zapne ˇcervené podkresové svˇetlo. Postupnˇe vyp´ıná ˇci rozsvˇec´ı svˇetlo a vyp´ıˇse slovn´ı reprezentaci stavu.

• GreenLedLight(String Command) - povolené vstupn´ı hodnoty pˇr´ıkaz˚ u: ON, OFF, HOLDUP, HOLDDOWN,RELEASEUP, RELEASEDOWN, STATE. Vypne, zapne zelené podkresové svˇetlo. Postupnˇe vyp´ıná ˇci rozsvˇec´ı svˇetlo a vyp´ıˇse slovn´ı reprezentaci stavu. •

BlueLedLight(String Command) - povolené vstupn´ı hodnoty pˇr´ıkaz˚ u: ON, OFF, HOLDUP, HOLDDOWN,RELEASEUP, RELEASEDOWN, STATE. Vypne, zapne modré podkresové svˇetlo. Postupnˇe vyp´ıná ˇci rozsvˇec´ı svˇetlo a vyp´ıˇse slovn´ı reprezentaci stavu.

• Roller(String Command) - povolené vstupn´ı hodnoty pˇr´ıkaz˚ u: UP, DOWN, STATE. Vytáhne, spust´ı roletu a vyp´ıˇse slovn´ı reprezentaci stavu rolety.


44

V´ yˇse popsané tˇr´ıdy dokáˇz´ı plnˇe simulovat akce vyvolané uˇzivatelem a ovládat vˇsechna zaˇr´ızen´ı v prezentaˇcn´ı m´ıstnosti. V závˇeru diplomové práce je pˇredstaven moˇzn´ y postup rozˇs´ıˇren´ı tˇr´ıdy LNScommander o dalˇs´ı m´ıstnosti a zaˇr´ızen´ı.

3.5 3.5.1

VRML a realn´ y model administrativn´ı budovy Java komponenty firmy Echelon

Pro ovládán´ı reálného modelu, bylo vytvoˇreno 16 tˇr´ıd, které byly postaveny tak, jak bylo popsáno v kapitole 3.4.1. Vˇsechny popsané a vytvoˇrené tˇr´ıdy ve svém základu vyuˇz´ıvaj´ı knihovny firmy Echelon. Pokud se pˇripojuje tˇr´ıda na LNS server, vyuˇz´ıvá objektu LNSObjectServer, kter´ y následnˇe obsahuje spojen´ı s LNS serverem a vybranou s´ıt´ı. Po vytvoˇren´ı tohoto objektu, je nutné volat funkci getNetworks(), která jako návratovou hodnotu vrac´ı objekt LNSNetworks, kter´ y jiˇz bude poskytovat funkci pro spojen´ı s pˇr´ısluˇsn´ ym LNS serverem. Pˇr´ıklad ukazuje navázán´ı spojen´ı s LNS serverem. LNSNetworks networks; ... objectServer = new LNSObjectServer (); networks = objectServer.getNetworks(); network = networks.getItem(ServerIP, ServerPort, SelectNetwork); ... Poté je nutné samotnou s´ıt’ otevˇr´ıt, vybrat rozhran´ı, které je spojen´ım do LonWorks. Po proveden´ı tˇechto operac´ı je tˇr´ıda LNSconnetion plnˇe pˇripojena do s´ıtˇe LonWorks skrze pˇr´ısluˇsn´ y LNS server. network.open(); systems = network.getSystems(); system = systems.getItem(1); system.open(); mainsubsystems = system.getSubsystems(); // vyber rozhrani do LonWorks um´ ıstˇ en´ e // umistene v~realnem modelu budovy mainsubsystem = mainsubsystems.getItem (2); 3.5.2

Proces komunikace mezi virtu´ aln´ım a re´ aln´ ym svˇ etem

Cel´ y proces od vzniku události ve virtáln´ım svˇete aˇz po vykonán´ı pˇr´ıkazu v reálném svˇete je ˇretˇezcem mnoha krok˚ u. Ve virtuáln´ım svˇetˇe je prvn´ım krokem vyvolán´ı události v dotykovovém senzoru. Událost dotyku se pˇrenese pˇres direktivu ROUTE na pˇr´ısluˇsn´ y uzel Script. Ten zavolá zadanou tˇr´ıdu. Tato tˇr´ıda vytvoˇr´ı spojen´ı s definovan´ ym LNS serverem, vykoná pˇr´ıkazy uvedené v tˇele tˇr´ıdy. T´ım se zap´ıˇs´ı hodnoty do promˇenn´ ych v LNS databázi, které ve svém d˚ usledku znamenaj´ı pˇr´ıkaz pro fyziká zaˇr´ızen´ı k nastaven´ı sv´ ym v´ ystup˚ u na zadanou hodnotu. V´ ysledkem je proveden´ı poˇzadované akce. Tento ˇretˇezec je velice krátk´ y a rychl´ y. Proto reakce zaˇr´ızen´ı od vyvolán´ı události dotyku je


45

kratˇs´ı neˇz pˇri pouˇzit´ı vizualizace, která vyuˇz´ıvá sluˇzeb OPC serveru. OPC server je prostˇredn´ık a dále zapisuje nebo z´ıskává data z LNS serveru. V závˇeru diplomové pr´ ace je uveden moˇzn´ y rozvoj aplikace s ohledem na moˇznou vizualizaci proces˚ u v reálném modelu budovy.

3.6 3.6.1

Cortona VRML prohl´ıˇ zeˇ c Popis prohl´ıˇ zeˇ ce

K prohl´ıˇzen´ı virtuáln´ıho svˇeta VRML byl vybrán prohl´ıˇzeˇc firmy Parallelgraphics s názvem Cortona. Na webov´ ych stránkách Parallelgraphics, lze vybrat z instalace prohl´ıˇzeˇce VRML pˇr´ımo do webového prohl´ıˇzeˇce nebo je nab´ızena moˇznost staˇzen´ı celého prohl´ıˇzeˇce a následné instalace. Vhodnˇejˇs´ı je stáˇzen´ı kompletn´ıho bal´ıˇcku prohl´ıˇzeˇce a následné instalace do webového prohl´ıˇzeˇce. Samotn´ y prohl´ıˇzeˇc Cortona se nainstaluje jako zás¨ uvn´ y modul do vˇsech prohl´ıˇzeˇc˚ u, které jsou podporovány. Jedná se o prohl´ıˇzeˇc Internet Explorer, Mozilla Firefox a Opera. Prohl´ıˇzeˇc Cortona byl vybrán pro svou jednoduchost a pˇrehlednost sv´ ych ovládac´ıch prvk˚ u. Na obrázku 14 je prohl´ıˇzeˇc Cortona vyobrazen vˇcetnˇe vˇsech sv´ ych ovládac´ıch prvk˚ u. 3.6.2

Ovl´ ad´ an´ı prohl´ıˇ zeˇ ce

Prohl´ıˇzeˇc Cortona umoˇzn ˇuje vedle ovládán´ı pomoc´ı myˇsi, ovládán´ı pomoc´ı kláves. Pokud je stisknuta klávesa ALT, bude zp˚ usob pohybu pˇrepnut z pohybu standardn´ıho, pˇrirozeného lidské ch˚ uzi, na pohyb pouze v kolm´ ych smˇerech. Tedy vlevo, vpravo, vzad ´ je Avatar ukotven a vpˇred. Nelze provádˇet otáˇcen´ı. Pˇri stisku klávesy MEZERNIK v aktuáln´ım m´ıstˇe a klávesami ˇsipek se lze otáˇcet kolek stˇredu Avatara. V levé ˇc´ asti prohl´ıˇzeˇce jsou tˇri ovládac´ı prvky k ˇr´ızen´ı zp˚ usobu pohybu ve virtuáln´ım svˇetˇe. WALK je urˇcen k pohybu klasickou ch˚ uz´ı vˇcetnˇe vˇsech fyzikáln´ıch d˚ usledk˚ u. Pokud tedy Avatar p˚ ujde po ploˇsinˇe, ve které bude otvor, propadne se pokud nad nˇej vstoup´ı. FLY umoˇzn ˇuje pohybovat se zcela volnˇe v prostoru, jako by mohl Avatar létal. V tomto pˇr´ıpadˇe by avatar do otvoru pˇri pr˚ uchodu nad n´ım nespadl. Posledn´ım zp˚ usobem je STUDY. Jedn´ a se o pohyb celého virtuáln´ıho svˇeta kolem jeho stˇredu. Dalˇs´ı moˇznosti ovládán´ı nab´ız´ı lokáln´ı nab´ıdka.


46

Obrázek 26: Lokáln´ı nab´ıdka prohl´ıˇzeˇce Cortona

3.6.3

Dalˇ s´ı alternativn´ı prohl´ıˇ zeˇ ce VRML svˇ et˚ u

Vedle prohl´ıˇzeˇce Cortona, existuj´ı i dalˇs´ı VRML prohl´ıˇzeˇce. Jedná se o Cosmo Player od firmy Cosmo Software, BS Contact od konzorcia Web3D a mnoho dalˇs´ıch.

3.7 3.7.1

Webov´ y port´ al Redakˇ cn´ı syst´ em

Pro prezentaci a zdroj informac´ı slouˇz´ı redakˇcn´ı systém um´ıstˇen´ y v serveru v modelu budovy. Pro tento u ´ˇcel byl vybrán redakˇcn´ı systém Mambo. Jedná se o Open source projekt, kter´ y je volnˇe staˇziteln´ y na stránkách www.mamboserver.com. Cel´ y projekt je podporován ˇsirokou komunitou v´ yvojáˇr˚ u. Mambo poskytuje administraˇcn´ı prostˇred´ı umoˇzn ˇuj´ıc´ı veˇskeré akce, které jsou nezbytné ke kvalitn´ımu veden´ı informaˇcn´ıho serveru. Nab´ız´ı sadu pˇr´ıstupov´ ych pr´ av, instalaci vzhledu, jazykové mutace, vkládán´ı ˇclánk˚ u, registraci uˇzivatel˚ u, vytváˇren´ı menu a téˇz obsahuje grafick´ y nástroj pro psan´ı pˇr´ıspˇevk˚ u.


Obrázek 27: Administraˇcn´ı prostˇred´ı redakˇcn´ıho systému Mambo

Obrázek 28: Editor pˇr´ıspˇevk˚ u

47


3.7.2

48

Rozvoj webov´ eho port´ alu

Hlavn´ım u ´ˇcelem celého portálu je informovat návˇstˇevn´ıky o projektu ˇr´ızen´ı inteligentn´ı administrativn´ı budovy. Mˇel by obsahovat základn´ı informace o projektu, poˇzadované popisy jednotliv´ ych ˇcást´ı modelu a struˇcná schémata elektroinstalace. Pro registrované uˇzivatele by se mˇel otevˇr´ıt ˇsirˇs´ı repertoár informac´ı. Od pˇresn´ ych popis˚ u, pˇres elektrick´ a schémata zaˇr´ızen´ı po návody a manuály k zaˇr´ızen´ım um´ıstˇen´ ych v modelu. V koneˇcné fázi by mˇel m´ıt informaˇcn´ı server dvˇe u ´lohy. Prvn´ı je prezentaˇcn´ı a druhá je informaˇcn´ı. Prezenˇcn´ı ˇcást komplexnˇe pˇredstavuje projekt administrativn´ı budovy. Druhá ˇcást je zdrojem vˇsech potˇrebn´ ych informac´ı pro studenty pracuj´ıc´ı s modelem a urychluje jim seznámen´ı se s funkcemi celé budovy a vˇsech zaˇr´ızen´ı.

Obrázek 29: Standardn´ı vzhled u ´vodn´ı stránky redakˇcn´ıho systému


4

49

Otopn´ y syst´ em

4.1

´ Uvod do problematiky vyt´ apˇ en´ı objekt˚ u

V dneˇsn´ı dobˇe, kdy stoupá cena energi´ı, je potˇreba s energi´ı spotˇrebovanou na vytápˇen´ı uváˇzlivˇe ˇsetˇrit. Z tohoto d˚ uvodu se vedle klasick´ ych zdroj˚ u energie pro vytápen´ı jako je uhl´ı, plyn a elektˇrina zkouˇs´ı i alternativn´ı zdroje energie a tepla jako tepelná ˇcerpadla, vˇetrné elektrárny, spalován´ı biomasy, solárn´ı kolektory a fotovoltalické ˇclánky. K dalˇs´ım u ´sporám energie dojde pˇri d˚ ukladné izolaci vytápˇen´ ych objekt˚ u. Proto se starˇs´ı domy pˇri renovaci zatepluj´ı. Nové domy se jiˇz bez d˚ ukladné izolace ani nestav´ı. Starˇs´ı panelové domy ˇcerpaj´ı dotace ˇci z vlastn´ıch prostˇredk˚ u poˇrizuj´ı izolaci a maximálnˇe eleminuj´ı u ńik tepla. Téˇz domky v soukromém vlastnictv´ı investuj´ı do izolace. Nejedná se o lacinou investici, ovˇsem v dlouhodobém horizontu se taková investice vyplat´ı. Jako ukázka efektivity vytápˇen´ı pˇri pouˇzit´ı izolace byly v administrativn´ı budovˇe vybudovány dvˇe rozd´ılné kanceláˇre, kde prvn´ı kanceláˇr nebyla vybavena dostateˇcnou izolac´ı, ale obsahuje v´ ykonné otopné tˇeleso. Druhá m´ıstnost má menˇs´ı a t´ım i na provoz levnˇejˇs´ı otopné zaˇr´ızen´ı a je lépe tepelnˇe izolována pro menˇs´ı odvod tepla do okol´ı. 4.1.1

Vyt´ apˇ en´ı budov

Problematika vytápˇen´ı budov ˇci obecnˇe staveb je rozsáhlá oblast. Zamˇeˇr´ıme-li se pouze na vytápˇen´ı budov, lze identifikovat kroky vedouc´ı k efektivn´ımu vytápˇen´ı. Prvn´ı je v´ ybˇer vhodného zdroje energie pro vytápˇen´ı. Dále je nutné se soustˇredit na maximáln´ı u ´sporu energie. Vytápˇen´ı budov je procesem od vhodného v´ ybˇeru energie pro vytápˇen´ı ( uhl´ı, plyn, biomasa aj.), pˇres v´ ybˇer tepelné izolace, kalkulace tepeln´ ych ztrát objektu a na to navazuj´ıc´ı v´ ypoˇcet v´ ykonu topn´ ych zaˇr´ızen´ı (radiátory, pˇr´ımotopy aj.). Volba jejich vhodného um´ıstˇen´ı a nosného média pro teplo (voda, solárn´ı tekutina aj. ). Následuje návrh veden´ı pro topné médium a konstrukce celého otopného systému. 4.1.2

Tepeln´ e zdroje

Zdrojem tepla m˚ uˇze b´ yt klasické spalován´ı uhl´ı, plynu ˇci pˇremˇena elektrické energie na teplo. Dalˇs´ım zdrojem tepelné energie jsou alternativn´ı druhy jako jsou solárn´ı kolektory, které pˇrij´ımaj´ı sluneˇcn´ı záˇren´ı a pˇrenáˇs´ı jej na ohˇrev kapaliny a ten následnˇe na ohˇrev otopné vody pro vytápˇen´ı ˇci v´ yrobu elektrické energie. Zde je podm´ınkou efektivity v´ yroby elektrické energie velk´ y poˇcet dn´ı sluneˇcneˇcn´ıho svitu. Proto se stav´ı v´ ykonné elektrárny na této bázi pˇredevˇs´ım v pouˇst´ıch. Nev´ yhoda tohoto zdroje je v jeho závislosti na silném slunˇcn´ım svitu. Nejv´ıce je energie potˇreba v zimn´ım obdob´ı, kdy je pr´ avˇe silného slunˇeˇcn´ıho svitu velmi málo.


50

Obrázek 30: Tepeln´ y solárn´ı okruh

Proto jsou jeˇstˇe dalˇs´ı moˇznosti z´ıskáváln´ı alternativn´ıch zdroj˚ u tepla. V posledn´ıch letech se zaˇc´ıná vyuˇz´ıvat jako zdroj tepelná ˇcerpadla. Pomoc´ı stejného principu jako v chladic´ıch zaˇr´ızen´ı je odeb´ır´ ano teplo z okol´ı (vzduch, voda, hlubinné vrty, ..) a z´ıskané teplo je pˇredáváno pˇres kompresor do vytápˇeného objektu. Bliˇzˇs´ı informace na [5].

Obrázek 31: Diagram tepelného ˇcerpadla: 1) kondenzátor, 2) expanzn´ı ventil, 3) v´ yparn´ık, 4) kompresor

4.1.3

Tepeln´ e ztr´ aty

Moˇznost´ı jak uˇsetˇrit na vytápˇen´ı, je zamˇeˇrit se na omezen´ı u ńiku tepla z vytápˇené budovy. Existuje mnoho zp˚ usob˚ u jak zabránit u ńiku energie. Nejv´ıce se rozˇs´ıˇrilo um´ıstˇen´ı tepelné izolace na obvodové stˇeny budovy ve spojen´ı s pouˇzit´ım tepelnˇe v´ yhodnˇejˇs´ıch stavebn´ıch


51

materiál˚ u jako je porotherm14 . Obvodové zdi se izoluj´ı pouˇzit´ım polystyrénov´ ych desek, 15 které slouˇz´ı k odstranˇen´ı tepeln´ ych most˚ u . Pouˇz´ıvaj´ı se desky od 5cm tloˇst’ky od 15 cm. Dále je pouˇzito nˇekolik dalˇs´ıch vrtev tlouˇst’ky 1mm pro zlepˇsen´ı tepelné izolace a mont´ aˇz na obvodové zdivo. V´ yznamná ˇcást tepla uniká stˇrechou, proto se izoluj´ı i podkrov´ı a ve vzniklém prostoru se buduj´ı obytné m´ıstnosti. Pomoc´ı termokamery m˚ uˇzeme z´ıskat termogram viz obrázek [32]. Zdroj dat [3].

Obrázek 32: Prostup tepla z budovy rodinného domu a demonstrace tepeln´ ych most˚ u

4.2

Vybran´ e otopn´ e syst´ emy

Mnoho zdroj˚ u energie nelze v naˇsem pˇr´ıpadˇe pro realizaci v modelu administrativn´ı budovy pouˇz´ıt. Proto byly vybrány druhy energie, které byly dostupné a realizovatelné. Pro vytápˇen´ı je pouˇzit jako zdroj energie elektrick´ y proud z veˇrejné elektrické s´ıtˇe a sol´ arn´ı kolektor. 4.2.1

Elektrokotel

Elektrick´ y kotel ohˇr´ıvá pomoc´ı topného tˇelesa o v´ ykonu 1000W otopnou vodu, kter´ a dále dodává teplo do radiátor˚ u. Je napájen napˇet´ım 230V/50Hz. Cel´ y kotel má objem 40l (bez objemu potrub´ı a radiátor˚ u). V kotli jsou um´ıstˇena dvˇe ˇcidla teploty16 . Jsou zasunuta do j´ımek, které zasahuj´ı 10cm do kotle, coˇz zajiˇstuje dostateˇcnˇe pˇresné mˇeˇren´ı teploty v kotli. Mˇeˇr´ı se teploty odchoz´ı a pˇr´ıchoz´ı vody. Vzhledem k tomu, ˇze nedoch´ az´ı k extrémn´ım v´ ykyv˚ um teplot v okol´ı modelu, pˇristoupilo se k následuj´ıc´ımu kompromisu: solárn´ı kolektor nen´ı oddˇelen od vody pro otopná tˇelesa. Pokud by byl solárn´ı kolektor vystaven velk´ ym v´ ykyv˚ um teplot, byl by v kotli um´ıstˇen v´ ymˇen´ık, kter´ y by pˇred´ av´ al z´ıskanou energii otopné vodˇe. Jako kapalina se v tomto pˇr´ıpadˇe pouˇz´ıvá napˇr. Kolekton17 14

Bliˇzˇs´ı informace na www.porotherm.cz Tepeln´ y most je m´ısto, kde unik´ a v´ıce tepelné energie a m´ a v interiéru studenˇejˇs´ı povrch a naopak v exteriéru teplejˇs´ı povrch neˇz okoln´ı konstrukce 16 ˇ Cidla jsou realizov´ ana pomoc´ı odporov´ ych ˇcidel Pt100 17 Teplonosn´ a kapalina do sol´ arn´ıho kolektoru. Provozn´ı teplota: -30◦ C aˇz +140◦ C 15


52

Obrázek 33: Schéma rozm´ıstnˇen´ı ˇcidel teploty a topného tˇelesa

4.2.2

Sol´ arn´ı kolektor

Prvn´ı zp˚ usob vytápˇen´ı modelu budovy je pomoc´ı solárn´ıho kolektoru. Ten je um´ıstˇen na stˇreˇse modelu. Pro simulaci sluneˇcn´ı energie byl vybrán infrazáˇriˇc o v´ ykonu 2000W. Jedná se o klasick´ y infrazáˇriˇc s rub´ınovou trubic´ı vyzaˇruj´ıc´ı ˇcervené svˇetlo ve viditelném spektru vyzaˇrovaného vlnˇen´ı. Je um´ıstˇen pˇribliˇznˇe 80 cm od plochy kolektoru. Menˇs´ı vzdálenost nen´ı moˇzná z d˚ uvodu vysok´ ych teplot vytváˇren´ ych infrazáˇriˇcem na povrchu solárn´ıho kolektoru. Vˇetˇs´ı vzdálenost je omezena prostorem v kterém je model um´ıstˇen. Tento infrazáˇriˇc a solárn´ı kolektor je ovládán programovateln´ ym automatem Wago18 . 4.2.3

Vyt´ apˇ en´ı radi´ atory

Druh´ ym zp˚ usobem vytápˇen´ı modelu budovy je vytápˇen´ı pomoc´ı elektrokotle. Ohˇr´ at´ a voda je distribuována ˇcerpadly do radiátorového okruhu. Menˇs´ı radiátor o rozmˇerech 50x30x2 centimetr˚ u byl um´ıstˇen do izolované m´ıstnosti a vˇetˇs´ı v´ ykonˇejˇs´ı radi´ ator o rozmˇerech 80x50x2 centimetr˚ u byl um´ıstˇen do ménˇe izolované m´ıstnosti. Tyto radiátory jsou napojeny na systém trubek urˇcen´ ych k rozvodu otopné vody po budovˇe. Radiátory jsou opatˇreny ventily pro regulaci pˇr´ıvodu otopné vody.

4.3

Tepeln´ e ztr´ aty modelu

V´ ypoˇcet tepeln´ ych ztrát je budovy je velmi nároˇcná u ´loha pokud chceme dosáhnu pˇresného v´ ysledku. K jej´ımu v´ ypoˇctu je potˇreba vˇedˇet jednotlivé rozmˇery budovy, strukturu zdiva, rozloˇzen´ı prostoru a vypoˇcten´ y objem prostor. Dále je potˇreba vˇedˇet maximáln´ı a minimáln´ı teploty poˇzadované ve vytápˇeném prostoru, maximáln´ı a minim´ aln´ı teploty okol´ı vytápˇeného prostoru. Vzhledem k této tˇeˇzké a komplikované u ´loze bylo rozhodnuto o kooperaci s faktutou stavebn´ı. Pomoc´ı speciáln´ıho programu vypoˇcetli ztr´ aty 18

Wago typ 750-819 s rozhran´ım pro pˇripojen´ı k LonWorks


53

pro jednotlivé m´ıstnosti. Kaˇzd´ y materiál ve struktuˇre zdi má jinou tepelnou vodivost. Proto byl dodán ˇrez stˇenou s popisem jednotliv´ ych vrstev. 4.3.1

Materi´ aly pro v´ ypoˇ cet tepeln´ ych ztr´ at modelu

Pro v´ ypoˇcet ztrát bylo potˇreba zmˇeˇrit rozmˇery kanceláˇr´ı. Dále byl nakreslen profil zdiva resp. pláˇstˇe modelu budovy.

Obrázek 34: Pr˚ uˇrez strukturou pláˇstˇe stˇeny modelu

Byly popsány jednotlivé ˇcásti pláˇstˇe a z jakého materiálu jsou jednotilvé vrstvy. Vypracovan´ y podklad z tˇechto mˇeˇren´ı pro v´ ypoˇcet byl jeˇstˇe doplnˇen o teploty okol´ı a poˇzadované teploty v m´ıstnostech. 4.3.2

V´ ypoˇ cet tepeln´ ych ztr´ at

ˇ Samotn´ y v´ ypoˇcet tepeln´ ych ztrát se ˇr´ıd´ı podle nˇekolika norem CSN. Zdroj dat [4]. Normy pro v´ ypoˇcet souˇcinitele prostupu tepla: ˇ • CSN 06 0210: kvˇeten 1994 ˇ EN ISO 14683:2000 • CSN ˇ • CSN EN ISO 13370:1999 ˇ • CSN EN 12831: bˇrezen 2005 ˇ • CSN 73 0540-4:ˇcerven 2005 ˇ • CSN 73 0540-3:listopad 2005 Z v´ yˇse uveden´ ych norem se z´ıská metodika v´ ypoˇctu souˇcinitele prostupu tepla. Podle tohoto souˇcinitele prostupu tepla a dalˇs´ıch parametr˚ u se vypoˇcte tepelná ztráta budovy a podle poˇzadované teploty se navrhnou v´ ykony tepeln´ ych tˇeles. Vypoˇctené ztráty jsou 168W pro horn´ı izolovanou m´ıstnost a 520W pro doln´ı neizolovanou m´ıstnost. Podle vypoˇcten´ ych ztrát a podle volen´ ych radiátor˚ u byl dimenzován i objem kotle. Topenáˇrskou firmou byl navrhnut, po pˇredloˇzen´ı poˇzadavk˚ u a plán˚ u, na objem 40l bez obsahu potrub´ı a radiátor˚ u.


4.4

54

Realizace

Celá konstrukce byla navrˇzena a konzultována s topenáˇrskou firmou. Následnˇe byla touto firmou provedena celá konstrukce vˇcetnˇe dodávky potˇrebn´ ych zaˇr´ızen´ı a komponent do modelu. Stejná firma dodala i solárn´ı kolektor a zkonstruovala elektrokotel vˇcetnˇe j´ımek pro ˇcidla. 4.4.1

Konstrukce

Elektrokotel je na m´ıru svaˇrená nádoba z ˇzelezn´ ych plech˚ u tlouˇst’ky 5mm. V horn´ı ˇcásti jsou dva otvory na pˇr´ıvod otopné vody ze solárn´ıho kolektoru a z topného okruhu. Ve stˇredn´ı ˇcásti je zabudováno topné tˇeleso o v´ ykonu 1000W. V horn´ı a doln´ı ˇcásti boˇcn´ı stˇeny jsou um´ıstˇeny j´ımky pro ˇcidla teploty19 . Ve spodn´ı ˇcásti kotle jsou v´ yvody pro solárn´ı kolektor a topn´ y okruh. Pro odeˇcet tlak˚ u v kotli je na boˇcn´ı stˇenˇe um´ıstˇen analogov´ y tlakomˇer vˇcetnˇe analogového sn´ımaˇce teploty. Dále je zde pouˇzita moˇznost m´ıˇsen´ı vody z elektrokotle a vody v potrub´ı vracej´ıc´ı se z topného okruhu pomoc´ı smˇeˇsovac´ıho ventilu ovládaného hlavic´ı Siemens. Jako potrub´ı bylo pouˇzito bˇeˇznˇe vyuˇz´ıvan´ ych mˇedˇen´ ych trubek o pr˚ umˇeru 15mm. Spojeny jsou c´ınovou pastou. Vˇsechna ˇsrouben´ı jsou zaizolována silikonov´ ymi páskami. Ve stˇreˇsn´ı ˇcásti modelu je um´ıstˇen solárn´ı kolektor. Ten je k topnému okruhu pˇripojen pomoc´ı dvou vlnovc˚ u o délk´ ach 50cm a 1m. Cel´ y pˇr´ıvod k solárn´ımu kolektoru je moˇzné odpojit pomoc´ı dvou ventil˚ u. Pro eliminaci nárazov´ ych tlak˚ u a pro udrˇzen´ı tlak˚ u je zde expanzn´ı nádoba o objemu 1,5 l a o maximáln´ım tlaku 5 bar˚ u. K odvzduˇsnˇen´ı topného okruhu je v nejvyˇsˇs´ı ˇcásti budovy upouˇstˇec´ı ventil. Solárn´ı kolektor má rozmˇery 80x80x7 cm. Je postaven na v´ ykon 800 W. Pro zajiˇstˇen´ı bezpeˇcnosti tepelného okruhu je na horn´ı ˇcásti kotle teplotn´ı ˇcidlo. Má dvˇe pojistné ˇcásti. Prvn´ı ˇcást se nastav´ı na poˇzadovanou teplotu, kdy má ˇcidlo vypnout pˇr´ıvod proudu do topného tˇelesa. Nastaven´ı se provád´ı otoˇcn´ ym koleˇckem s naznaˇcen´ ymi teplotami. Pokud dojde k pˇrekroˇcn´ı nastavené teploty a následnému vypnut´ı proudu, staˇc´ı poˇckat na vychladnut´ı vody v kotli a stlaˇcit tlaˇc´ıtko k obnovˇe pˇr´ıvodu proudu. Druh´ a ˇcást pracuje na stejném principu. Jen má nˇekolik odliˇsnost´ı. Pevnˇe je stanovena teplota 90 stupˇ n˚ u celsia. Pokud dojde k vypnut´ı proudu v d˚ usledku pˇrekroˇcen´ı této teploty, je nutné toho ˇcidlo rozebrat a uvnitˇr znova zapnout pojistku. Jako posledn´ı ochrana je zde tlakov´ y ventil. Pˇri pˇrekroˇcen´ı tlaku 1,8 bar zaˇcne upouˇstˇet vodu do okol´ı budovy. Bˇeˇzn´ y provozn´ı tlak tepelného okruhu je kolem 1,2 baru. 4.4.2

Otopn´ a tˇ elesa

Pro vytápˇen´ı objektu byly pouˇzity bˇeˇznˇe pouˇz´ıvané deskové radiátory20 podle vypoˇcten´ ych v´ ykon˚ u. Jednotlivé radiátory jsou opatˇreny ventily pro regulaci pˇr´ıvodu topné vody. V horn´ı m´ıstnosti, v´ıce izolované, je na ventilu um´ıstˇena termohlavice vytvoˇrená bˇehem této diplomové práce. V doln´ı m´ıstnosti je na ventil od radiátoru um´ıstˇena hlavice firmy Siemens STA71. Oba radiátory jsou vybaveny samoodvzduˇsn ˇovac´ımi ventily. Téˇz je moˇzné jednotlivé radiátory odpojit od topného okruhu po uzavˇren´ı ventil˚ u na pˇr´ıvodn´ım i na odtokovém potrub´ı radiátoru. Uchycen´ı na stˇenu je provedeno pomoc´ı ˇctyˇr ˇzelezn´ ych plát˚ u o tlouˇst’ce 3 mm a ˇs´ıˇrce 50 mm ve tvaru J, které jsou ˇsroubky 19 20

Odporov´ a ˇcidla Pt100 Ocelov´ y deskov´ y radi´ ator typ Kermi


55

pˇrichyceny ke stˇenˇe. 4.4.3

Elektrick´ a konstrukce

Elektrická konstrukce je sloˇzena z napájen´ı 24V stˇr´ıdav´ ych, 24V stejnosmˇern´ ych pro ˇr´ızen´ı elektroniky a 230V stˇr´ıdav´ ych pro napájen´ı topné ˇcásti. Následuj´ıc´ı obrázek [35] ukazuje konfguraci Wago PLC 750-819 s rozˇsiˇruj´ıc´ımi moduly. V prvn´ım slotu jsou zapojeny dvˇe relé na sp´ınán´ı topného tˇelesa o v´ ykonu 1000W v kotli a na sp´ınán´ı infrazáˇriˇce o v´ ykonu 2000W. V druhém slotu je zapojena hlavice Siemens STA71, která ovl´ ad´ a smˇeˇsovac´ı ventil. Tˇret´ı slot ovládá obˇe ˇcerpadla pohánˇej´ıc´ı vodu v solárn´ım kolektoru a v radiátorech. Posledn´ı ˇctvrt´ y slot je spojen s ˇcidly teploty PT100. Schéma [36] ukazuje elektrické zapojen´ı.

Obrázek 35: Zapojen´ı pˇr´ıdavn´ ych slot˚ u v PLC Wago


56

Obrázek 36: Elektrické zapojen´ı celého otopného systému

4.4.4

Pouˇ zit´ e ovl´ adac´ı prvky

Pro ovládán´ı topného tˇelˇesa a infrazáˇriˇce bylo zvoleno relé od firmy FINGER, typ FINGER 4031. Maximáln´ı sp´ınac´ı proud 20A, trval´ y proud 10A, max. sp´ınan´ y v´ ykon 2500 kVA. Sp´ınané maximáln´ı napˇet´ı 380V. Mechanická ˇzivotnost je udávána 107 cykl˚ u. Jako ˇ ˇcidla teploty byly zvoleny tyˇcová odporová ˇcidla PT100. Cerpadla byla pouˇzita Grundfos, typ UPS 25-40 180. Jsou nastaveny v nejniˇzˇs´ım v´ ykonovém stupni. Vzhledem k jejich pˇredimenzovanosti je jejich v´ ykon na tomto stupni dostaˇcuj´ıc´ı.

4.5

Regul´ ator

Regulátor pro cel´ y otopn´ y systém se skládá ze tˇr´ı ˇcást´ı. Prvn´ı ˇcást je regulace v kancel´ aˇri ˇc.1. Regualci v této m´ıstnosti zajiˇst’uje PLC Siemens a bylo nastaveno v rámci diplomové práce Václava Vozára. Druh´ y regulátor je v kaceláˇri ˇc.2. Jedná se o regulátor vytvoˇren´ y v rámci této diplomové práce. a tˇret´ı regulátor reguluje teplotu v nádrˇzi, která dod´ av´ a teplo do jednotliv´ ych radiátor˚ u. Tento regulátor je zabudován do PLC Wago. Tedy jedn´ a se o tˇri na sobˇe pˇr´ımo nezávislé regulátory. Pro dalˇs´ı popis byl vybrán poslednˇe zmiˇ novan´ y regulátor. 4.5.1

Hardware pro regul´ ator

Regulátor se skládá z modulárn´ıho I/O systému Wago ˇrady 750. Pˇresné oznaˇcen´ı typu je 750-819. Obsahuje rozhran´ı LonWorks, moˇznost nastaven´ı adresy. V doln´ı ˇcásti mohulu je konfiguraˇcn´ı rozhran´ı napˇr. pro bluetooth nebo seriov´ y kabel. Na druhé stranˇe od


57

seriového rozhran´ı je pˇrep´ınaˇc chodu PLC mezi RUN a STOP. Vlevo je d˚ uleˇzit´ y sp´ınaˇc SERVICE PIN slouˇz´ıc´ı k identifikaci Waga v s´ıt’i LonWorks. Následuj´ı diagnostické LED diody a modul pro napájen´ı. V této ˇcásti je velice d˚ uleˇzité vhodnˇe zapojit napájec´ı a v´ ykonné napˇet´ı. Pˇredejde se t´ım pˇr´ıpadnému zniˇcen´ı PLC. Nesm´ı se propojit horn´ı ˇrada napájec´ıch otvor˚ u s doln´ı ˇradou. Mohlo by doj´ıt k pˇripojen´ı vyˇsˇs´ıho napˇet´ı na napájen´ı a t´ım dojde ke zniˇcen´ı celé elektroniky PLC. Proto byly v modelu vybudovány dva okruhy 24V stejnosmˇern´ ych. Jeden okruh je urˇcen pro elektroniku a druh´ y pro v´ ykonnou ˇcást. Toto opatˇren´ı je zavedeno kv˚ uli moˇznému pˇrehlédnut´ı kontaktn´ıch pl´ıˇsk˚ u v tˇele modulu, které mohou spojit napˇet´ı zapojené do modulu na napˇet´ı v hlavn´ım modulu. K hlavn´ımu modulu je pˇripojeno pˇet pˇr´ıdavn´ ych modul˚ u. Prvn´ı tˇri jsou v´ ystupn´ı digit´ aln´ı pˇrep´ınac´ı releové bezpotenciálové moduly, typ 750-517. Následuj´ıc´ı modul má analogov´ y vstup a slouˇz´ı k pˇripojen´ı odporov´ ych ˇcidel PT100. Typ je 750-460. Modul se ned´ a nastavovat, proto se mus´ı pouˇz´ıt pouze tento typ ˇcidla. Pokud pouˇzijeme jin´ y ˇci nen´ı um´ıstˇen ˇzádn´ y, je to indikováno rozsv´ıcenou ˇcervenou LED diodou na pˇr´ısluˇsném m´ıstˇe modulu. Posledn´ı modul je zakonˇcovac´ı tzv. terminátor sbˇernice. Pˇri ˇspatném pˇripojen´ı ukonˇcovac´ıho modulu nebude správnˇe fungovat sbˇernice v PLC Wago. Posledn´ı modul je typ 750-600. Je nutné ho pˇripojit na konec vˇsech modul˚ u vˇzdy, pokud pracujeme se sbˇernic´ı v PLC Wago. 4.5.2

Software regul´ atoru

Regulátor v PLC je typu PID. Konstanty do tohoto regulátoru je moˇzné vkládat ze s´ıtˇe LonWorks. Následuj´ıc´ı schéma [37] ukazuje vstupn´ı a v´ ystupn´ı promˇenné.

Obrázek 37: Vstupn´ı a v´ ystupn´ı promˇenné Wago regulátoru

Cel´ y program je strukturován do sedmi celk˚ u. Kaˇzd´ y celek má nastaroti svoji specifickou ˇcinnost, která je popsána n´ıˇze. (* Probehne inizializace *) IF(NOT(INIT)) THEN INICIALIZACE(); (* inicializace promennych *) END_IF; (* vlozi hodnoty sitovych promennych*) (* do prislusnych programovych promennych *) (* uprava teploty podle simulvaneho pocasi *) LINKERS();


58

(* overeni spravnosti rozsahu promennych *) CHECKERS(); (* definovane casovace *) CASOVANI(); (* definovane citace *) CITACE(); (* samotny progrma regulace *) REGULACE(); (* ochrana pred prekrocenim kritickych hodnot *) WATCHDOGS(); Regulátor vypoˇc´ıtává ˇcas, po kter´ y bude sepnuto topné tˇeleso. Podle zadan´ ych PID konstant se vypoˇc´ıtá regulaˇcn´ı zásah a ten se pˇrevede na délku pulzu. Maximáln´ı délka pulzu je dána podle vstupn´ı hodnoty ˇcasu vzorkován´ı. IF(VystupCitacSample=TRUE) THEN Pomoc1:=(LocTempInTanker/10); Pomoc2:=(TempOutTanker/10); Pomoc3:=(Pomoc1-Pomoc2); P:=Pomoc3*PC; I:=B*PI; Pomoc4:=(TempLast/10); Pomoc5:=(Pomoc2-Pomoc4); D:=Pomoc5*PD; B:=P+I+D; IF(B<0) THEN B:=0; (* anti wind-up*) END_IF; IF(B>CAS_SAMPLE) THEN B:=CAS_SAMPLE; (* anti wind-up*) END_IF; VyslednyZasah:=REAL_TO_INT(B); Cas_ON:=VyslednyZasah; Cas_OFF:=CAS_SAMPLE-Cas_ON; TempLast:=TempOutTanker; END_IF; Zmˇena teplot resp. simulace poˇcas´ı je zajiˇst’ována v ˇcásti LINKERS(). Zadan´ y offset je odeˇcten od aktuáln´ı teploty. T´ım se vytváˇr´ı simulace zmˇen teploty resp. poˇcas´ı.


4.5.3

59

Tepeln´ e okruhy

V modelu jsou vytvoˇreny dva tepelné okruhy, které maj´ı spoleˇcné m´ısto v topné nádrˇzi. Prvn´ı okruh je okruh solárn´ı. Veden´ı vody je vytvoˇreno mˇedˇen´ ym veden´ım a spojuje nádrˇz, hnac´ı pumpu a solárn´ı ˇclánek. V tˇesné bl´ızkosti solárn´ıho kolektoru je um´ıstˇen odvzduˇsn ˇovac´ı ventil. Um´ıstˇen´ı v této ˇcásti je z d˚ uvodu nejvyˇsˇs´ıho poloˇzen´ı a t´ım i lepˇs´ı funkce odvzduˇsn ˇován´ı. Vedle solárn´ıho kolektoru je um´ıstˇena expanzn´ı nádrˇz, která slouˇz´ı k vyrovnáván´ı rázov´ ych tlak˚ u v potrub´ı a téˇz k udrˇzován´ı tlaku v potrub´ı. Druh´ y okruh je sloˇzen z potrub´ı pˇrivádˇej´ıc´ıho ohˇrátou vodu k radiátor˚ um. Jedná se o dva radiátory. Kaˇzd´ y radiátor je v jiné m´ıstnosti. V doln´ı kanceláˇri ˇc.1 je um´ıstˇen vˇetˇs´ı radiátor z d˚ uvodu menˇs´ı izolace. Ovládán´ı a regulace je zajiˇstˇeno ventilem Siemens a termohlavic´ı Siemens STA71. Regulátor je v PLC Siemens DESIGO RXC31.1 nahrán a jeho ˇcinnost se ovlivˇ nuje vybrán´ım aplikace. Tato ˇcást byl vytvoˇrená v rámci diplomové práce Václava Vozára. V horn´ı kanceláˇri ˇc.2 je um´ıstˇen menˇs´ı radiátor. Je zde silná izolace. Ventil je od firmy Siemens, termohlavice je od firmy Minaˇr´ık typ ETP - 23 - 2. Samotn´ y regul´ ator je vytvoˇren v rámci této diplomové práce. Kaˇzd´ y radiátor je opatˇren odvzduˇsn ˇovac´ım ventilem.


60

.

5

Z´ avˇ er

V diplomové práci jsem se seznámil s technologi´ı LonWorks. Realizoval jsem pro model administrativn´ı budovy zaˇr´ızen´ı pro regulaci teploty radiátoru u ´stˇredn´ıho topen´ı. Vytvoˇril jsem pro toto zaˇr´ızen´ı návrh desky ploˇsn´ ych spoj˚ u, vˇcetnˇe v´ ybˇeru vhodn´ ych ´ eˇsnˇe jsem elektronick´ ych d´ıl˚ u s vyuˇzit´ım Neuron chipu a transceiveru FTT-10A. Uspˇ pˇrepnul komunikaci v Neuron chipu, coˇz mimo jiné vyˇzadovalo nˇekolikrát opakovat cel´ y postup, neˇz se konfiguraci podaˇrilo zapsat do EEPROM procesoru. Seznámil jsem se s programovac´ım prostˇred´ım NodeBuilder a s programovac´ım jazykem Neuron C, ve kterém jsem vytvoˇril software regulátoru teploty. Pˇri jeho tvorbˇe jsem dodrˇzel standardizovan´ y profil organizace Lonmark pro zaˇr´ızen´ı VAV Controller. Vytvoˇren´ y nod je plnˇe zakomponován do s´ıtˇe LonWorks kde komunikuje s ˇcidlem teploty. Toto zaˇr´ızen´ı bylo um´ıstˇeno v kanceláˇri ˇc.2 v modelu automatizované budovy v laboratoˇri katedry ˇr´ıdic´ı techniky na Karlovˇe nám. V modelu budouvy jsem dále navrhnl a posléze zrealizoval cel´ y otopn´ y systém z bˇeˇznˇe dostupn´ ych topenáˇrsk´ ych v´ yrobk˚ u. Skládá se ze dvou radiátor˚ u, solárn´ıho kolektoru ohˇr´ıvaného infrazáˇriˇcem (simulace sluneˇcn´ıho záˇren´ı) a elektrokotle. Voda v soustavˇe je pohánˇena dvˇemi ˇcerpadly. Samotná nádoba elektrokotle byla vyrobena na zakázku topenáˇrskou firmou. Do PLC Wago um´ıstˇeného v technické m´ıstnosti jsem navrhl a implementoval algoritmy regulátoru pro ˇr´ızen´ı v´ ystupn´ı teploty z elektrokotle a celé tepelné soustavy. V druhé ˇcásti této diplomové práce jsem se zab´ yval vizualizac´ı domu a moˇznost´ı jeho ovládán´ı pˇres internet pomoc´ı bˇeˇzného webového prohl´ıˇzeˇce. Za t´ımto u ´ˇcelem jsem se seznámil s jazykem VRML, jenˇz byl vyvinut pro modelován´ı 3D objekt˚ u v bˇeˇzném internetovém prohl´ıˇzeˇci. V jazyce VRML jsem následnˇe vytvoˇril kompletn´ı virtuáln´ı model budovy vˇcetnˇe jej´ıho okol´ı a vybaven´ı interiér˚ u. Takto vytvoˇren´ y model je vˇsak statick´ y. Aby bylo moˇzné ovládat jeho vybaven´ı, jako jsou svˇetla, plátno v prezentaˇcn´ı m´ıstnosti, v´ ytah a dalˇs´ı, bylo nutné implementoval v jazyce Java pˇr´ısluˇsné objekty. S jejich pomoc´ı jsem provázal chován´ı jednotliv´ ych aktivn´ıch prvk˚ u s akˇcn´ımy ˇcleny ( okno, dveˇre, svˇetlo atp.) virtuáln´ıho domu. Jedn´ım z poˇzadavk˚ u uveden´ ych v zadán´ı této diplomové práce bylo svázán´ı vytvoˇreného virtuáln´ıho domu a skuteˇcného modelu. Toho jsem u ´spˇeˇsnˇe dosáhl za pomoci knihovny v jazyce Java od spoleˇcnosti Echelon a LNS serveru, jenˇz je nainstalován na poˇc´ıtaˇci v reálném modelu. Pˇri implementaci tohoto propojen´ı se vyskytly problémy s nekompatibilitami mezi verzemi Java 1.1 a vyˇsˇs´ı. Kroky, které ˇreˇs´ı tyto pot´ıˇze jsou podrobnˇe popsány v kapitole 3.1.1. Model administrativn´ı budovy je velice zaj´ımav´ y projekt. Bˇehem prac´ı na tomto projektu mne napadly dalˇs´ı kroky vedouc´ı k jeho rozˇs´ıˇren´ı a vylepˇsen´ı. Vzhledem k tomu, ˇze je plánováno vystavovat tento model na v´ ystavách, bylo by vhodné cel´ y model opatˇrit nátˇerem, jenˇz by pˇripom´ınal om´ıtku. Do interiéru um´ıstit umˇelé kvˇetiny, obrázky a koberce do kanceláˇr´ı. Obrazy a kvˇetiny mohou opticky srovnat disproporce v rozmˇerech modelu. Dále by bylo zaj´ımavé opatˇrit model reproduktory a vytvoˇrit umˇelou inteligenci spojenou s indentifikaˇcn´ım systémem. Inteligence by pak mohla komunikovat


61

s uˇzivatelem hlasem. Sp´ıˇse komentovat události, které by vykonávala v modelu. Poté co bude um´ıstˇen v modelu robot, bylo by zaj´ımavé vytvoˇrit virtuáln´ı model reálného domu, ovˇsem s pˇresn´ ymi rozmˇery. Poté pomoc´ı appletu v Javˇe navigovat robota tak, jak se pohybuje Avatar ve virtuáln´ım svˇetˇe. Jiˇz vytvoˇren´ y virtuáln´ı svˇet je nutné po dokonˇcen´ı reáln´ ych zaˇr´ızen´ı rozˇs´ıˇrit o jejich virtuáln´ı kopie. Tedy doplnit tˇr´ıdu LNScommander o dalˇs´ı pˇr´ıkazy ovládaj´ıc´ı nové zaˇr´ızen´ı. Dále by bylo vhodné um´ıstit na otopn´ y systém pr˚ utokomˇer, aby se lépe ˇr´ıdil smˇeˇsovac´ı ventil. Pro ˇr´ızen´ı tepelné rohoˇze je pouze implementována vstupn´ı promˇenná v PLC Wago v technické m´ıstnosti modelu. Bylo by vˇsak zaj´ımavé vytvoˇrit regulátor napˇr´ıklad v softwarovém PLC. Vedle spojen´ı s virtuáln´ı realitou by bylo moˇzné vyuˇz´ıt i samotného grafického prostˇred´ı Javy pro vytvoˇren´ı jednoduˇsˇs´ıho ˇr´ıd´ıc´ıho rozhran´ı, které by dle oˇcekáván´ı bylo rychlejˇs´ı, neˇz stávaj´ıc´ı implementace komunikuj´ıc´ı pˇres OPC server.

62


Reference ´ [1] Infoenergie.cz; Uspory energie v dom´ acnostech [online]. 2006-02-28 [cit. 2004-12-13], hhttp://www.infoenergie.czi. [2] Lonmark.org; LonMark International [online]. hhttp://www.lonmark.org/i.

Posledn´ı revize

Posledn´ı revize 2006-02-28 ,

[3] Tzb-info.cz; TZB-info: Tepelné mosty ve stavebn´ıch konstrukc´ıch [online]. Posledn´ı revize 2006-03-06 , hhttp://www.tzb-info.cz/i. ˇ ˇ [4] Tzb-info.cz; Porovn´ an´ı výpoˇct˚ u tepelných ztr´ at podle CSN 06 0210 a CSN EN 12831 [online]. Posledn´ı revize 2006-03-06 , hhttp://www.tzb-info.cz/i. [5] Wikipedia.org; Tepeln´ a ˇcerpadla [online]. hhttp://en.wikipedia.org/i.


[6] Web3d.org; Web3D Consortium [online]. hhttp://www.web3d.org/i.


[7] www.cgg.cvut.cz; Virtual Old Prague Project [online]. Posledn´ı revize 2006-05-16 , hhttp://www.cgg.cvut.cz/vsp/i. [8] www.cgg.cvut.cz/vyuka/36MUS; CGG Prague - Education [online]. Posledn´ı revize 2006-05-18 , hhttp://www.cgg.cvut.cz/vyuka/36MUSi. [9] service.felk.cvut.cz/courses/36MUS; CGG Prague - Education [online]. Posledn´ı revize 2006-05-18 , hhttp://service.felk.cvut.cz/courses/36MUS/i. [10] Martin Linhart Diplomov´ a pr´ ace Komunikaˇcn´ı sbˇernice LON (Local Operating Network), Praha 2004 [11] Toshiba Datasheet Neuron Chip Local Operating Network LSIs, 1999 ˇa ˇ´ı Z ´ra VRML 97 Laskav´ [12] Jir y pr˚ uvodce virtuáln´ımi svˇety, 1999 ´k Aplikaˇcn´ı manu´ [13] Michal Sleza al LonWorks termohlavice ETP-23-3, 2005 [14] Echelon Referenˇcn´ı manu´ al Neuron C Neuron C Programmers Guide, Revize 5, 2001 [15] Wago Wago modular I/O system 750-319,750-819 Technická specifikace,instalace a konfigurace, Verze 2.0.0

Dokumentace LonWorks

Procesorov´ aˇ c´ ast

D

5

C2 33p

Clock

R2 270

Krystalovy oscilator

R1 100k

Y1 Krystal - 5MHz

U1 REF VCC RST RSET

1 8 6 5

Napetovy watchdog CT SEN RESIN GND TL7705A

Reset C11 2n2/50V

DC_OUT_V_PLUS +

R4 10k DC_OUT_OV C12 22M/50V

C7 100n

D6

SB160

4

Reset IO4 IO3 IO2 IO1 IO0 Service

OSC2_OUT OSC1_IN

Vcc

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

C16

33n/50V

Vdd Vss IO5 IO6 IO7 IO8 IO9 Vdd IO10 Vss CP4 CP3 CP1 CP0 VDD CP2

IO_1 ~Reset Vdd IO4 IO3 IO2 IO1 IO0 ~Service Vss Vss Vdd Vdd Vss CLK2 CLK1 Vss Neuron_chip

32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17

DC_OUT_V_PLUS 7 9

3 2

FTT-10A

COM1

Neuronchip TMPN3120FE3M

NET A NET B T1 COM T2 COM

RTMP Sleep

DC_OUT_OV

3

IO5 IO6 IO7 IO8 IO9 IO10

T2 T1

3

D5 DB102

C9 22M/50V

DC_OUT_V_PLUS

DC_OUT_OV

C8 100n

2

DC_OUT_V_PLUS

L-HLMP-K640

D1

R3 249

1

1 JH2 Wago257

1

JH1 Wago257 1 1

Service

Tlacitko na krabicce

2

JH6 Wago257

1

JH5 Wago257 1 1

DC_OUT_OV

Pripojka do site

L-HLMP-K101

D9

R5 249

DC_OUT_OV

C10 22M/50V

C13 1n DN2 BAV99 SMD

DN1 BAV99 SMD

Comm Activity

1

3

Title Size B Date:

Michal Slezak

1

JP1 PLUG_10_2

JH4 Wago257

1

of

1

DC/DC menic

4.7M

C5

1

JH3 Wago257 1 1

Konektor pro pripojeni na vrchni desku

Vcc

1

Sheet

1

Privod napajeciho napeti

Gnd

CDDSW1

C14

10M

Wednesday, September 29, 2004

Document Number Mikroprocesorova cast

DC_OUT_V_PLUS

3 7 2 4

Vcc_DC

Filtrace napeti

Gnd

4

IO5 IO6 IO7 IO8 IO9 IO4 IO3 IO2 IO1 IO0

GND Vcc 0V Vout+

DC_OUT_V_PLUS DC_OUT_OV

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

Gnd_DC

OSC2_OUT DC_OUT_OV

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

1 2 3 4

6

T1 T2 4 5

Clock T1 T2

OSC1_IN DC_OUT_OV

20 19 18 17 16 15 14 13 12 11

Vcc_DC

C1 33p

C6 47M/10V

DC_OUT_OV

DC_OUT_V_PLUS 20 DC_OUT_OV 19 18 17 Vcc 16 Gnd 15 14 13 12 IO10 11

DC_OUT_OV

2 + 4

DC_OUT_V_PLUS DC_OUT_OV

CLK Vcc GND 1 8 DC_OUT_V_PLUS DC_OUT_OV

C

B

A

Gnd_DC

5

DC_OUT_OV

+

A.1.1

Elektrick´ a zapojen´ı A.1

+

A

63 MODEL ADMINISTRATIVNÍ BUDOVY

DC_OUT_V_PLUS

DC_OUT_OV

Rev 1.0

D

C

B

A

Ovl´ adac´ı ˇ c´ ast A.1.2

64 MODEL ADMINISTRATIVNÍ BUDOVY

D

C

VCC

Control - Input

5

R1 2,7k

R2 10k

4

3 4

U3

SFH610A-1

2 1

3

RV1 1k Control - Output

<Title>

2

1

1

1

Date:

Size A

2

Friday, April 21, 2006

Document Number of

1

D

C

Rev
B

Title

Sheet

B

3

A

4

A

5

65


A.2 A.2.1

Seznam souˇ c´ astek Procesorov´ aˇ c´ ast Poˇrad´ı 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

A.2.2

Poˇcet 1 2 1 1 2 3 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 6 1 1 1 2 1 1 1

Název COM1 C2,C1 C5 C6 C7,C8 C9,C10,C12 C11 C13 C14 C16 DC DC1 DN1,DN2 D1 D5 D6 D9 IO 1 JH1,JH2,JH3,JH4,JH5,JH6 JP1 R1 R2 R3,R5 R4 U1 Y1

Hodnota FTT-10A 33p 4.7M 47M/10V 100n 22M/50V 2n2/50V 1n 10M 33n/50V CDDSW1 BAV99 SMD L-HLMP-K640 DB102 SB160 L-HLMP-K101 Neuron chip Wago257 PLUG 10 2 100k 270 249 10k TL7705A Krystal - 5MHz

Ovl´ adac´ı ˇ c´ ast Poˇrad´ı 1 2 3 4 5 6

Poˇcet 1 4 1 1 1 1

Název R1 JP1,JP3,JP4,JP5 JP2 R2 TRIMR ˇ OPTOCLEN

Hodnota 10k ARK550 2 PLUG 10x2 2,7k 1k SFH610-1


B

Pouˇ zit´ e zkratky

ˇ ˇ a státn´ı norma CSN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Cesk´ DOM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Document Object Model EEPROM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Electrically Erasable Read Only Memory ISA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Industrial Standard Architecture ISO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . International Organisation for Standardization LD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Ladder diagram LNS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LonWorks Network Services LON . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Local Operating Network MAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Media Access Control OPC . . . . . . . . . . . . . . Object Linking and Embedding for Process Control OSI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Open System Interconnection PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Programable Logical Controler PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Pulse Width Modulation VRML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Virtual Reality Modeling Language RAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Random Access Memory ROM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Read Only Memory SNVT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Standart Network Variable Type ST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Structured text URL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Uniform Resource Locator X3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Extensible 3D

66


C C.1

Sch´ emata VRML model

Obrázek 38: Celkov´ y pohled na virtuáln´ı model

Obrázek 39: Pr˚ uˇrez prezentaˇcn´ı m´ıstnost´ı

67


Obrázek 40: Pohled na okol´ı modelu

Obrázek 41: Samotn´ y virtuáln´ı model

68


Obrázek 42: Pohled na kanceláˇre

Obrázek 43: Pohled na chodby ve vˇsech patrech

69


C.2

Tepeln´ aˇ c´ ast

70


D

71

Pr˚ uvodci

D.1

LonMaker

Vytvoˇren´ y nod bylo potˇreba zapojit do s´ıtˇe LonWorks a provedena jej´ı konfigurace. K tomu byl pouˇzit konfiguraˇcn´ı program LonMaker. Jedná se o program sloˇzen´ y ze skupiny zásuvn´ ych modul˚ u a maker v programu Microsoft Visio 2003. D˚ uleˇzité je pˇri spouˇstˇen´ı Microsoft Visio dodrˇzet správn´ y sled spouˇstˇen´ı programu Iplongate a poté samotného Microsoft Visio. Pokud se nedorˇz´ı tento sled, nedojde ke správnému napojen´ı LonMakeru na LNS databázi. LonMaker vyp´ıˇse chybové hláˇsen´ı, ale pokraˇcuje dál ve své ˇcinnosti. Takto spuˇstˇen´ ym nástrojem nelze nic správnˇe nakonfigurovat ˇci naˇc´ıst hodnoty promˇenn´ ych. Po spuˇstˇen´ı programu LonMaker a vybrán´ı databáze promˇenn´ ych pro administrativn´ı budovu se spust´ı mal´ y pr˚ uvodce, ve kterém se zvol´ı pˇres jaké zaˇr´ızen´ı se bude pˇristupovat do s´ıtˇe LonWorks. Zda se vˇsechny zmˇeny konfigurace budou okamˇzitˇe zapisovat do s´ıtˇe resp. do smˇerovac´ıch tabulek zaˇr´ızen´ı. Podobnˇejˇs´ı kroky ke konfugiraci a zakomponován´ı zaˇr´ızen´ı do s´ıtˇe jsou následuj´ıc´ı: • Pro správnou funkci LonMakeru je nutné spustit Iplongate • Základn´ı menu LonMakeru nab´ız´ı moˇznost vytvoˇren´ı nové s´ıtˇe a t´ım i datab´ aze, naˇcten´ı s´ıtˇe, spuˇstˇen´ı LNS serveru. Má jeˇstˇe nˇekolik nab´ıdek, ovˇsem ty nejsou nutné pro konfiguraci pˇripojeného zaˇr´ızen´ı. D˚ uleˇzité je m´ıt nastavenu cestu k plánu s´ıtˇe v poloˇzce Drawing base path, vybrat správn´ y adresáˇr a plán s´ıtˇe s koncovkou .vsd

Obrázek 44: Základn´ı menu LonMakeru

• Po v´ ybˇeru v´ ykresu s´ıtˇe a jej´ım otevˇren´ı následuje v´ ybˇer rozhran´ı pˇres které se bude pˇristupovat do LonWorks. Vybere se L-switch ˇci X LON Dongle pokud je nainstalován. Pokud nechceme, aby se LonMaker na tuto volbu pozdˇeji ptal, zaˇskrtneme doln´ı pol´ıˇcko.


72

Obrázek 45: V´ ybˇer rozhran´ı pro pˇr´ıstup do LonWorks

• Vybere se zp˚ usob ditribuce konfigurace. Zda se maj´ı zmˇeny v s´ıti okamˇzitˇe zapisovat do konfigurace s´ıtˇe volbou Onnet ˇci se vˇsechny zmˇeny provedou jen v plánu s´ıtˇe a poté se nahraj´ı do konfigurované s´ıtˇe, pak se zvol´ı volba Offnet. V´ yhoda druhé volby je v tom, ˇze s´ıt’ je bˇehem konfigurace bezezmˇen, nedocház´ı k nekonzistenc´ım a vˇsechny zmˇeny se nahraj´ı aˇz vjeden okamˇzik. V tomto pˇr´ıpadˇe, kdy nen´ı potˇreba zajisit stál´ y chod staˇc´ı a je v´ yhodnˇejˇs´ı volba Onnet.


73

Obrázek 46: Zp˚ usob propagace zmˇen do konfigurace LonWorks

• Otevˇre se plán s´ıtˇe, kde je zakreslena celá struktura s´ıtˇe vˇcetnˇe routeru, L-switche a vˇsech zaˇr´ızen´ı. Z d˚ uvodu pˇrehlednosti jsou jednotlivé celky rozdˇelˇeny na jednotlivé v´ ykresy podle m´ıstnost´ı. Spojeny jsou pomoc´ı komunikaˇcn´ıch kanál˚ u, které maj´ı funkci sbˇernice v daném celku. Je d˚ uleˇzité vybrat správn´ y komunikaˇcn´ı kanál, kter´ y pˇr´ısluˇs´ı dané m´ıstnosti, kde je zaˇr´ızen´ı pˇripojováno.

Obrázek 47: Základn´ı v´ ykres s´ıtˇe

Nod pro ˇr´ızen´ı termohlavice byl fyzicky um´ıstˇen do technické m´ıstnosti v modelu


74

a proto byl vybrán v´ ykres Technická m´ıstnost. Pˇri konfiguraci v LonMakeru je v levé ˇcásti nab´ıdka, kde se nacház´ı vˇsechny pˇreddefinované objekty, které lze vkládat do s´ıtˇe. D˚ uleˇzité objekty a ˇcasto pouˇz´ıvané jsou DEVICE, FUNCTIONAL BLOCK, CONNECTOR a LNS TEXT BOX CONTROL. Tahem levého tlaˇc´ıtka myˇsi se pˇretáhne objekt DEVICE do v´ ykresu. Následuje mal´ y pr˚ uvodce pˇridán´ım zaˇr´ızen´ı. Pˇresn´ y postup je uveden v D.2. • Dalˇs´ım krokem je propojen´ı funkˇcn´ıch blok˚ u resp. vstupn´ıch a v´ ystupn´ıch promˇenn´ ych v tˇechto bloc´ıch. Z levé nab´ıdky se pˇretáhne objekt FUNCTIONAL BLOCK do v´ ykresu. Následuje mal´ y pr˚ uvodce pˇridán´ım funkˇcn´ıho bloku. Pˇresn´ y postup je uveden v D.3. Poté se jiˇz zobraz´ı vytvoˇren´ y funkˇcn´ı blok vˇcetnˇe vyobrazen´ı vstupn´ıch a v´ ystupn´ıch promˇenn´ ych. Vstupn´ı jsou oznaˇceny ˇsipkou smˇeˇruj´ıc´ı dovnitˇr bloku, v´ ystupn´ı smˇeˇruj´ı ven. Na spojen´ı pˇr´ısluˇsn´ ych promˇenn´ ych se pouˇzije nástroj CONNECTOR. Kliknut´ım na zvolenou v´ ystupn´ı promˇennou a tahem myˇs´ı se pˇripoj´ı k poˇzadované vstupn´ı promˇenné. T´ımto se mezi promˇenn´ ymi vytvoˇr´ı spoj. Takto se propoj´ı vˇsechny vstupn´ı a v´ ystupn´ı promˇenné pˇridávaného zaˇr´ızen´ı. Konkrétnˇe vstupn´ı teplotu propojit s v´ ystupn´ı teploty ˇcidla v regulované m´ıstnosti atp. Po skojen´ı vˇsech promˇenn´ ych, je celé zaˇr´ızen´ı plnˇe nakonfigurováno a je jiˇz pˇripraveno k provozu. • Cel´ y nákres a konfigurace se uloˇz´ı a provede se resynchronizace. Pokud Microsoft Visio 2003 vyp´ıˇse chybu pˇri ukládán´ı, staˇc´ı znovu uloˇzit projekt. V´ ykres bude jiˇz korektnˇe uloˇzen. • M˚ uˇze se stát, ˇze nákres nesouhlas´ı s fyzick´ ym stavem s´ıtˇe ˇci se s´ıt’ a dalˇs´ı programy nechovaj´ı korektnˇe. M˚ uˇze to b´ yt zp˚ usobeno nekonzistenc´ı LNS databáze se stavem s´ıtˇe. Lze to napravit pouˇzit´ım pˇr´ıkazu z nab´ıdky v LonMakeru resp. Microsoft Visio. V nab´ıdce se vybere Lonmaker → Resynchronize.. . Spust´ı se synchronizace vybran´ ych poloˇzek, které je nutné zvolit pˇred spuˇstˇen´ım synchronizace. Jestliˇze je nutné jiˇz v prostˇred´ı LonMakeru ovládat ˇci ˇc´ıst promˇenné, lze k tomu vyuˇz´ıt objektu LNS TEXT BOX CONTROL. Pˇretaˇzen´ım tohoto objektu na v´ ykres se zobraz´ı velice jednoduch´ y a intuitivn´ı pr˚ uvodce, ve kterém se vybere na jakou promˇennou je smˇerovat tento objekt. Po v´ ybˇer se jiˇz zobraz´ı obsah promˇenné. V´ ybˇerem z lok´ aln´ı nab´ıdky zvolit Get value pro naˇcten´ı promˇenné nebo Set value pro zápis zadané hodnoty do promˇenné.


D.2

75

Pˇ rid´ an´ı zaˇ r´ızen´ı v LonMakeru

Obrázek 48: Zadán´ı jména zaˇr´ızen´ı

Obrázek 49: V´ ybˇer rozhran´ı - vybere se nahrát ze zaˇr´ızen´ı nebo z obrazu pokud je k dispozici


76

Obrázek 50: V´ ybˇer rozhran´ı - vybere se nahrát ze zaˇr´ızen´ı nebo z obrazu pokud je k dispozici

Obrázek 51: Z nab´ızeného vybereme ANO pro v´ ybˇer kanálu. Autodetekce nen´ı spolehliv´ a


77

Obrázek 52: Vybere se kanál, ke kterému má b´ yt zaˇr´ızen´ı pˇripojeno

Obrázek 53: Vybereme jak ˇcasto má b´ yt zaˇr´ızen´ı ovˇeˇrováno na jeho pˇr´ıtomnost

Pokud vyb´ıráme jakou metodou bude rozpoznáno pˇripojené zaˇr´ızen´ı, je vhodné zvolit pomoc´ı service pinu.Pokud zaˇr´ızen´ı neni korektnˇe pˇripojeno je to zjiˇstˇeno hned t´ım, ˇze LonMaker nedostane zprávu od zaˇr´ızen´ı.


78

Obrázek 54: V´ ybˇer jakou metodou má b´ yt rozpoznáno pˇripojené zaˇr´ızen´ı

Pokud jiˇz máme pˇreloˇzen´ y obraz programu, lze ho nahrát do zaˇr´ızen´ı.

Obrázek 55: Nahrán´ı aplikaˇcn´ıho obrazu

Pokud je zaˇr´ızen´ı zapojeno do s´ıtˇe, tak lze zvolit Online . Je vhodné vybrat Default values .


Obrázek 56: V´ ybˇer stavu zaˇr´ızen´ı a hodnot promˇenn´ ych

Obrázek 57: V´ yzva ke stisknut´ı servisn´ıho tlaˇc´ıtka

79


D.3

80

Pˇ rid´ an´ı funkˇ cn´ıho bloku v LonMakeru

Obrázek 58: V´ ybˇer zaˇr´ızen´ı, které obsahuje poˇzadovan´ y funkˇcn´ı blok a v´ ybˇer toho funkˇcn´ıho bloku

Pokud je potˇreba vytvoˇrit funkˇcn´ı blok ze vˇsech s´ıt’ov´ ych promˇenn´ ych, staˇc´ı zaˇskrtnout rámeˇcek Create shapes for all network variables.

Obrázek 59: Pojmenován´ı funkˇcn´ıho bloku


D.4

81

Implementace programu do Neuron chipu

Obrázek 60: Spuˇstˇen´ı Node Builderu a pˇripojen´ı do LonWorks

Po spuˇstˇen´ı node builderu se zobraz´ı základn´ı nab´ıdka a prostˇred´ı. V nab´ıdce se vybere pˇr´ısluˇsn´ y program s koncovkou .nc. Dále se vybere pˇr´ısluˇsn´ y typ procesoru a transceiveru v poloˇzce Device template.

Obrázek 61: Node Builder a menu pro správu szaˇr´ızen´ı

V pˇr´ıˇsluˇsné ˇsablonˇe Device template se nastav´ı pro jak´ y hardware se programu bude pˇrekládat, o jak´ y typ Neuron chipu se jedná, na jaké frekvenci pracuje a jak´ ym transceiverem je pˇripojen do s´ıtˇe.


82

Obrázek 62: Nastaven´ı vhodného template pro Neuron chip

Obrázek 63: V´ ybˇer vhodné detekce zaˇr´ızen´ı

Po nastaven´ı typu Neuron chipu, je nutné spustit Edit u poloˇzky aplikace. Zobraz´ı se samotné programovac´ı prostˇred´ı. V tomto prostˇred´ı jsou jiˇz pˇredpˇripravené a komentované poloˇzky, kde je moˇzné nadefinovat vstupn´ı a v´ ystupn´ı promˇenné, definici konstant atp. Je to jen vod´ıto a nen´ı povinnost´ı ˇr´ıdit se pˇripraven´ ym komentáˇrem. Vygenerované komentáˇre pomáhaj´ı orientaci v kódu a struktuˇre programu.


83

Obrázek 64: Programovac´ı prostˇred´ı node builderu

Pokud je jiˇz program napsán, je moˇzné v roletové nab´ıdce zvolit Build → Build All and Load. Pˇrekladaˇc pˇreloˇz´ı program do pˇr´ısluˇsného obrazu pro vybran´ y Neuron chip a nahraje jej do jeho pamˇeti.

Obrázek 65: Pˇreklad programu


84

Obrázek 66: Pˇreklad a nahráván´ı programu do Neuronu

Pokud nenastane chyba, je program u ´spˇeˇsnˇe nahrán v Neuron chipu a zaˇcne se vykonávat jeho funkce.


D.5

85

Wago Toplon-prio

Jak jiˇz název napov´ıdá, slouˇz´ı k celkové konfiguraci PLC Wago pro s´ıt’ LonWorks. Konfiguraˇcn´ı program Wago Toplon-prio je nainstalován jako zásuvn´ y modul v programu Microsof Visio 2003 nebo jej lze spustit samostatnˇe.

Obrázek 67: Aplikace Wago Toplon-prio

V prostˇred´ı Microsof Visio se spust´ı Toplon-prio pomoc´ı Configure z lokáln´ı nab´ıdky na konfigurovaném zaˇr´ızen´ı. N´ asleduj´ıc´ı konfiguraci PLC Wago, lze rozdˇelit do dvou ˇcást´ı. Konfigurace hardwarové a softwarové ˇcásti. Hardwarová ˇcást, je definice pˇr´ıdavn´ ych modul˚ u um´ıstˇen´ ych na sbˇernici PLC WAgo. Po spoˇstˇen´ı Toplon-prio se vybere konfigurovan´ a ’ s´ıt , subsystém v této s´ıti. Pokud nen´ı jisté v jakém subsystému je zaˇr´ızen´ı zakomponováno, vybere se ALL.

Obrázek 68: V´ ybˇer s´ıtˇe pro konfiguraci Waga


86

Obrázek 69: V´ ybˇer subsystému v s´ıti LonWorks

Obrázek 70: V´ ybˇer konfugurovaného Waga

Pokud se jedná o prvn´ı konfiguraci ˇci doˇslo ke ztrátˇe informace o hardwarové konfiguraci PLC Wago, program vyzve ke specifikaci modul˚ u.


87

Obrázek 71: V´ yzva ke specifikaci pˇr´ıdavn´ ych modul˚ u PLC Wago

V konfiguraˇcn´ım oknˇe lokáln´ı nab´ıdky se urˇc´ı, jak´ y modul je správn´ y z nab´ızen´ ych modul˚ u. Hardwarová konfigurace mus´ı odpov´ıdat fyzickému rozm´ıstˇen´ı modul˚ u na sbˇernici. Wago samo rozpozná o jak´ y typ modulu se jedná. Zda se jedná o vstupn´ı ˇci v´ ystupn´ı modul a zda jde o analogov´ y ˇci digitán´ı modul.

Obrázek 72: Specifikace modul˚ u


88

Obrázek 73: V´ ybˇer modul˚ u

Obrázek 74: Nab´ıdka moˇzn´ ych modul˚ u

Po specifikaci vˇsech pˇr´ısluˇsn´ ych modul˚ u se konfigurace potvrd´ı pomoc´ı Close v pravé ˇcásti aktuálného okna. Pokud bylo vˇse korektnˇe nakonfigurováno, je hardwarová konfigurace ukonˇcena a následuje softwarová konfigurace.


89

Obrázek 75: Konfiguraˇcn´ı prostˇred´ı Wago Toplon-prio

Pro softwarovou konfiguraci je nutné vloˇzen´ı souboru s definic´ı promˇenn´ ych z programu Waga a vstupnˇe v´ ystupn´ıch SNVT promˇenn´ ych jak je uvedeno na obrázku [77]. Tento soubor má koncovkou .SYM. Pokud nen´ı tento soubor po pˇrekladu programu pro Wago vytvoˇren, je nutné nastavit v programu Wago-IO-Pro 32 ˇci Codesys vytváˇren´ı tohoto souboru. Pomoc´ı nab´ıdky Project → Option.., zaˇskrtnut´ım volby Dump symbol entries a následném pˇrekladu celého projektu se tento soubor vytvoˇr´ı.

Obrázek 76: Vytvoˇren´ı SYM souboru


90

Jiˇz vytvoˇren´ y soubor se v Toplon-prio vloˇz´ı pomoc´ı nab´ıdky Open SYM file ...

Obrázek 77: Import SYM souboru do Toplon-pria

Po vloˇzen´ı souboru s definic´ı promˇenn´ ych, následuje definice a spárován´ı SNVT promˇenn´ ych v PLC Wago. V nab´ıdce Configuration → Software se vyvolá softwarové konfiguraˇcn´ı prostˇred´ı.

Obrázek 78: Sofwarová konfigurace

V levém horn´ım odd´ılu NVIs a NVOs se pojmenuj´ı promˇenné nvi a nvo tak, aby byla


91

v LonMakeru jednouchá a intuitivn´ı jejich identifikace. Téˇz se nastav´ı jakého typu je pˇr´ısluˇsná SNVT promˇenná. Standardnˇe jsou promˇenné nastaveny na SNVT typ SNVT str asc.

Obrázek 79: Definován´ı LonWorks promˇenn´ ych

Následuje spárován´ı nyn´ı definovan´ ych SNVT promˇenn´ ych s promˇenn´ ymi v programu. To se provede v levém doln´ım odd´ılu. Pro kaˇzdou v programu nadefinovanou SNVT promˇennou se ve vysunovac´ı nab´ıdce pˇridˇel´ı definovaná promˇenná v pˇredeˇslém kroku. Dále se mus´ı urˇcit rozsahy promˇenn´ ych. Pro typ BOOL je nejmenˇs´ı datov´ y typ byte, proto se urˇc´ı jaká hodnota pˇr´ısluˇs´ı pro stav OFF a jaká pro hodnotu ON.

Obrázek 80: Spárov´ an´ı LonWorks promˇenn´ ych s Wago promˇenn´ ymi


92

Poté co se takto spáruj´ı vˇsechny poˇzadované promˇenné, uloˇz´ı se celá konfigurace opuˇstˇen´ım programu pomoc´ı File → Exit. V doln´ı ˇcásti okna je moˇzné vidˇet proces ukládán´ı konfigurace do PLC WAgo. T´ımto je celá konfigurace hotova.


D.6

93

Wago-IO-Pro 32

Pro vytvoˇren´ı programu pro Wago, je vhodné pouˇz´ıt Wago-IO-Pro 32 s plnou licenc´ı. Demo verze programu neobsahuje moˇznost vytváˇren´ı SYM souboru, kter´ y je nutn´ y pro konfiguraci. Dalˇs´ı moˇznost´ı je pouˇzit´ı programu Codesys. V tomto pˇr´ıpadˇe je nezbytné pouˇz´ıt nejnovˇejˇs´ı verzi, která volbu tvorby genreován´ı SYM souboru obsahuje. Dále bude popsán v´ yvoj progamu v rámci Wago-IO-Pro 32. Pro tvorbu programu je nutné se rozhodnout jak´ ym jazykem bude cel´ y program ps´ an. 21 22 Mezi hlavn´ı jazyky, z nab´ızen´ ych, patˇr´ı LD a ST . Pro podobnost s klasick´ ymi programovac´ımi jazyky byl vybrán Structured text. Cel´ y program lze rozdˇelit do nˇekolika podprogram˚ u uvnitˇr jednoho projektu. V´ yhoda toho konceptu je jeho pˇrehlednost. Vhodné je zavést program na inicializace promˇenn´ ych a nastaven´ı programu ˇci PLC do v´ ychoz´ıho stavu. D˚ uleˇzitou ˇcásti tvorby programu je správná adresace fyzick´ y vstup˚ u a v´ ystup˚ u. Téˇz adresaci vstup˚ u a v´ ystup˚ u pro LonWorks je potˇreba správnˇe nastavit. Pˇri spuˇstˇen´ı PLC Wago se adresuj´ı vstupy analogové, digitán´ı, pak v´ ystupy jak analogové tak digitáln´ı. Nezávisle na fyzické konfiguraci se adresuj´ı za sebou. Z toho plyne i adresace v programu. Pro pˇredcházen´ı koliz´ım je nutná znalost velikosti promˇenné, kterou modul Waga poskytuje jako v´ ystupn´ı hodnotu ˇci poˇzaduje jako vstupn´ı. Napˇr´ıklad sepnut´ı relé je hodnota jednoho bitu, ale teplota z ˇcidla PT100 má velikost 1 byte. Záleˇz´ı téˇz na datovém typu promˇenné. Zda se jedná o BIT, BYTE, WORD ˇci DOUBLEWORD. Nerespektuje-li se velikost promˇenné, m˚ uˇze doj´ıt k nechtˇenému pˇrepisu promˇenn´ ych pˇri jejich pˇrekryvu adres a t´ım i nefunkˇcnosti programu ˇci nepˇredv´ıdatelnému chován´ı. Adresy od 0 do 255 typu word jsou urˇceny pro adresaci fyzick´ ych vstup˚ u/vstup˚ u. Jak vstupy tak v´ ystupy maj´ı sv˚ uj blok pamˇeti zaˇc´ınaj´ıc´ı adresou 0 a konˇc´ıc´ı na adrese 255. Pro s´ıt’ové promˇenné je urˇcen blok adres od 256 do 511. Bliˇzˇs´ı a podrobn´ y popis adresace je v dokementaci od PLC Wago [15] na stranˇe 43 a 45. Obrázek [81] názornˇe ukazuje adresaci fyzick´ ych vstup˚ u teplot ze tˇrech ˇcidel PT100 a pˇeti v´ ystup˚ u bitovového typu.

Obrázek 81: Adresace fyzick´ ych vstup˚ u a v´ ystup˚ u 21 22

Ladder diagram Structured text


94

Pˇri adresaci s´ıt’ov´ ych promˇenn´ ych je volba adresy zcela na v˚ uli programátora. Jen mus´ı b´ yt v rozsahu 256 aˇz 511. Obrázek [82] ukazuje adresaci nˇekolika s´ıt’ov´ ych vstupn´ıch a v´ ystupn´ıch promˇenn´ ych.

Obrázek 82: Adresace s´ıt’ov´ ych vstup˚ u a v´ ystup˚ u

Pokud jsou naadresovány vˇsechny fyzické a s´ıt’ové vstupy/v´ ystupy, je moˇzné definovat dalˇs´ı promˇenné. Wago IO Pro 32 umoˇzn ˇuje velmi jednoduché zakládán´ı dalˇs´ıch promˇenn´ ych. Pokud bˇehem z´ apisu program promˇenná jeˇstˇe neexistuje, Wago IO Pro 32 zobraz´ı dialogové okno pro jej´ı zaloˇzen´ı viz obrázek [83]. Je-li nutná jej´ı pˇr´ıstupnost v celém programu, mus´ı se um´ıstit do globáln´ıch promˇenn´ ych.

Obrázek 83: Zaloˇzen´ı nové promˇenné

Vytvoˇren´ y program je rozdˇelen na podprogramy, které umoˇzn ˇuj´ı vytváˇret strukturu programu a t´ım zpˇrehlednit funkci jednotliv´ ych podprogram˚ u.


95

Obrázek 84: Hlavn´ı program

Pro vloˇzen´ı nového podprogramu lze vyuˇz´ıt nab´ıdky Project → Object → Add.... V této nab´ıdce je um´ıstˇena kompilace celého projektu ˇci Option pro nastaven´ı prostˇred´ı Wago-IO-Pro 32.

Obrázek 85: Vloˇzen´ı nového programu

Pro vloˇzen´ı promˇenné do kódu programu, lze vyuˇz´ıt Input Assistant pro vklád´ an´ı promˇenn´ ych, deklarac´ı ˇci funkc´ı viz obrázek [86]. Doc´ıl´ı se rychlejˇs´ıho psan´ı programového kódu.


96

Obrázek 86: Input assistant

Obrázek 87: Vloˇzen´ı promˇené pomoc´ı asistenta

Pokud je jiˇz program vytvoˇren, je nutné ho pˇreloˇzit. Cel´ y pˇreklad se provád´ı pro konkrétn´ı typ PLC Wago. Pokud byl pˇri zakládán´ı projektu zvolen nesprávn´ y typ, je moˇzné ho v nab´ıdce zmˇenit Extras → PLC selection.


97

Obr´ azek 88: Zmˇena PLC v projektu

Obrázek 89: V´ ybˇer vhodného PLC

Po správném nastaven´ı typu PLC Wago a pˇreloˇzen´ı programu, je moˇzné se pˇripojit k PLC Wago a nahrát program do jeho pamˇeti RAM. Pro pˇrenos dat se pouˇz´ıv´ a seriová linka. Lze vyuˇz´ıt seriového kabelu ˇci bluetooth. Pokud se pouˇz´ıvá bluetooth pro vytvoˇren´ı seriového spojen´ı, je nutné toto prvnˇe spojen´ı navázat. Pokud bluetooth nedetekuje kratˇs´ı dobu komunikaci, dojde k jeho odpojen´ı. Proto je nutné velmi rychlé pˇrepnout´ı po navázán´ı spojen´ı s PLC Wago do Wago IO Pro 32 a pˇrihlásit se pomoc´ı nab´ıdky Online → Login.


98

Obrázek 90: Navázán´ı seriového spojen´ı pomoc´ı bluetooth s PLC Wago

Obrázek 91: Pˇrihláˇsen´ı do PLC

Pˇri u ´spˇeˇsném pˇrihláˇsen´ı a nahrán´ı programu, je potˇrebné PLC pˇrepnout do reˇzimu RUN. Posléze dojde k samotnému v´ ykonu programu. Pˇri bˇehu programu je moˇzné v pravé ˇcásti programovac´ıho prostˇred´ı vidˇet stavy a hodnoty promˇenn´ ych. Pokud je jiˇz program plnˇe funkˇcn´ı, je nezbytné jej zapsat do pamˇeti FLASH. Wago po resetu ˇci pˇripojen´ı do napájec´ı s´ıtˇe naˇcte program z pamˇeti FLASH a dojde k automatickému spuˇstˇen´ı programu bez nutnosti opˇetovného nahráván´ı programu do PLC. Pˇri zápisuje program do pamˇeti FLASH, je nutné b´ yt pˇrihláˇsen v PLC Wago. Poté se v nab´ıdce vybere pˇr´ıkaz Online → Flash, kter´ y je um´ıstˇen posledn´ı z nab´ıdky. Nyn´ı je program trvale nahr´ an v pamˇeti PLC.


99

Obrázek 92: Um´ıstˇen´ı programu do pamˇeti flash

Následnˇe se PLC Wago nakonfiguruje podle kapitoly D.5 a zapoj´ı do s´ıtˇe LonWorks podle pˇr´ılohy D.1.


D.7

100

IPlongate

IPlongate je OPC23 server slouˇz´ıc´ı k propojen´ı r˚ uzn´ ych aplikac´ı s LNS databáz´ı. Je velmi d˚ uleˇzit´ y pro funkˇcnost konfiguraˇcn´ıho programu LonMaker. Pˇri konfiguraci s´ıtˇe Lonworks, je nutné prvnˇe spustit Iplongate a následnˇe LonMaker. D˚ uleˇzité je dodrˇzen´ı tohoto sledu spoustˇen´ı aplikac´ı. Pˇri spouˇstˇen´ı IPlongatu, se v nab´ıdce vybere poloˇzka Local. Znaˇc´ıto to naˇc´ıtán´ı z lokáln´ı LNS databáze.

Obrázek 93: Spouˇstˇen´ı Iplongate

Následuje v´ ybˇer projektu. 23

Object Linking and Embedding for Process Control je soubor specifikac´ı definuj´ıc´ıch zp˚ usob pˇred´ av´ an´ı informac´ı mezi jednotliv´ ymi OPC aplikacemi


101

Obrázek 94: V´ ybˇer projektu

Dalˇs´ı dialogové okno nab´ız´ı v´ ybˇer LNS databáze, skrze jaké rozhran´ı se bude pˇristupovat k s´ıti LonWorks. V tomto pˇr´ıpadˇe se jednalo o rozhran´ı L-switch firmy Loytec. Standardnˇe se vyb´ırá se toto rozhran´ı. Pokud je nainstalován driver pro XLON Dongle, lze pˇristupovat do s´ıtˇe i pˇres toto rozhran´ı.


102

Obrázek 95: V´ ybˇer databáze a rozhran´ı

IPlongate zaˇcne naˇc´ıtat LNS databázi vˇcetnˇe vˇsech promˇenn´ ych a vytvoˇr´ı z nich strukturovan´ y strom s´ıtˇe.

Obrázek 96: Naˇc´ıtán´ı LNS databaze

Po naˇcten´ı celé databáze, je v levé ˇcásti um´ıstˇen vytvoˇren´ y strukturovan´ y strom a lze v nˇem ˇc´ıst a zapisovat do promˇenn´ ych.


103

Obrázek 97: Vytvoˇren´ y strukturovan´ y strom LNS databáze

Vlevo na obrázku 98 je vidˇet rozvinut´ y strom pro vˇsechny prvky v s´ıti a téˇz PLC Wago um´ıstˇené v technické m´ıstnosti. Pro Wago plat´ı pravidlo, ˇze v´ ystupn´ı promˇenné maj´ı název VarSensor[xx]. Vstupn´ı promˇenné jsou nazvány VarActuator[xx]. Po kliknut´ı na promˇennou v PLC Wago, lze zjistit jej´ı název, adresu a jej´ı aktuáln´ı hodnotu.

Obrázek 98: V´ ybˇer promˇenné ve Wagu

Pokud nen´ı uvedena adresa, druh nahráván´ı promˇenné (polling) a hodnota, lze na promˇennou vpravo kliknout. Zobraz´ı se konfiguraˇcn´ı okno dané promˇenné. Lze si naˇc´ıst ˇci vloˇzit hodnotu do promˇenné. Je zde moˇznost nastaven´ı opakovaného naˇc´ıtán´ı neboli polling. Nab´ız´ı se nastaven´ı nahráván´ı pomoc´ı LNS serveru, aˇz po ˇzádosti OPC serveru ˇci


104

manuáln´ı. Pokud se zvol´ı LNS nahráván´ı, mus´ı se nastavit ˇcas jak ˇcasto se má promˇenn´ a nahráva z LNS serveru resp databáze. Pokud zvol´ıme OPC polling, tak se promˇenn´ a nahraje pouze, kdyˇz je ˇzádána od OPC serveru. Pokud chceme s danou promˇennou pracovat v programu Axeda Wizcon, mus´ı se pˇredevˇs´ım u vstupn´ıch promˇenn´ ych resp. VarActuators nastavit nahráván´ı na hodnotu OPC Polling. Jinak je vizualizaˇcn´ı program nenalezne v databázi tag˚ u. Manuáln´ı nahrán´ı je jen pˇri manuáln´ım vyˇzádán´ı, které se hod´ı u vstupn´ıch promˇenn´ ych. Dalˇs´ı vyuˇz´ıt´ı Iplongate nacház´ı v indetifikaci typu SNVT a adresy promˇenné.

Obrázek 99: Konfigurace promˇenné

Uˇziteˇcnou vlastnost´ı k ˇcemu vyuˇz´ıvat Iplongate je k identifikaci promˇenn´ ych ve Wagu ˇci jiném nodu v s´ıti LonWorks. Pokud programátor nepojmenuje SNVT promˇenné intuitivnˇe, neni jednoznaˇcné jak se potˇrebná promˇenná jmenuje. Bohuˇzel, nˇekdy je dodan´ a dokumentace ˇspatná a nelze z n´ı jednoznaˇcnˇe urˇcit jaká promˇenná je ˇzádaná. Velmi ˇcasto se promˇenné jmenuj´ı nvi0, .. nvi25, z toho nelze pˇresnˇe ˇr´ıci o jakou promˇennou jde. Pomoc´ı pozorován´ı zmˇen hodnot promˇenn´ ych v Iplongatu, lze zjisti o jakou promˇennou se jedná z jej´ıho rozsahu a fyzik´ aln´ıho typu. Dalˇs´ı vlastnost´ı je monitorován´ı promˇenn´ ych, kdy server poskytuje cel´ y seznam promˇenn´ ych s jejich aktuáln´ı hodnotou.


105

Obrázek 100: Seznam monitorovan´ ych promˇenn´ ych

Iplongate poskytuje seznam vˇsech zaˇr´ızen´ı v databáz´ı resp. v dané s´ıti LonWorks vˇcetnˇe jejich aktuáln´ıho stavu.

Obrázek 101: Seznam monitorovan´ ych zaˇr´ızen´ı

E

Obsah pˇ riloˇ zen´ eho DVD

Pˇriloˇzené DVD obsahuje tyto adresáˇre a soubory: • /dp 2006 michal slezak.pdf - tento dokument ve verzi .pdf


• /datasheets - adresáˇr obsahuj´ıc´ı vˇsechny pouˇzité manuály • /pdf - adresáˇr se zdrojov´ ymi kódy této diplomové práce • /pictures - adresáˇr s obrázky pouˇzité v diplomové práci • /plans - adresáˇr s veˇsker´ ym´ı plány • /prezentation - adresáˇr obsahuj´ıc´ı vˇsechny vytvoˇrené prezentace • /software - adresáˇr obsahuje uˇziteˇcn´ y software potˇrebn´ y k v´ yvoji aplikac´ı

106

MODEL DOMOVNÍ AUTOMATIZACE

Recommend Documents