КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА УЧЕТА И КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМОВ АДМИНИСТРАТИВНЫХ ЗДАНИЙ С ПОМОЩЬЮ IP S&C СИСТЕМЫ И СЕТИ ETHERNET

«Техногенна безпека» УДК 628.852: 53.08 + 004.73 Андреев В. И., Дмитренко Н. В., Зюляев Д. Д., Кубов В. И., Черемисина В. В., Чухлебов А. В. КОМПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА УЧЕТА И КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ РЕЖИМОВ АДМИНИСТРАТИВНЫХ ЗДАНИЙ С ПОМОЩЬЮ IP S&C СИСТЕМЫ И СЕТИ ETHERNET Приводятся предварительные результаты анализа работы микроконтроллерного ip-S&C Ethernet-комплекса контроля температурных режимов и системы водяного отопления университета за период с апреля 2011 по апрель 2012 г. Ключевые слова: микроконтроллеры, Ethernet-сеть, регистрация данных, обработка данных в Excel, температурный режим, система водяного отопления. Наводяться попередні результати аналізу роботи мікроконтролерного ip-S&C Ethernet-комплекса контролю температурних режимів і системи водяного опалення університету за період з квітня 2011 до квітня 2012 р. Ключові слова: мікроконтролери, Ethernet-мережа, реєстрація даних, обрабка даних у Excel, температурний режим, система водяного опалення. The preliminary results of the analysis of the microcontroller ipS & C Ethernet-set temperature control and water heating system of the University for the period from April 2011 to April 2012 are stated in article. Key words: microcontrollers, Ethernet-network, data logging, data processing in Excel, temperature regime, water heating system. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Контроль температурных режимов в помещениях и корпусах крупной организации или учебного учреждения является необходимой составляющей повышения эффективности теплоснабжения и энергосбережения [1-5]. Одна из проблем дистанционного контроля обусловлена необходимостью организации физической среды передачи данных от измерительной точки до центра сбора информации, и соответствующими дополнительными затратами на организацию связи. В большинстве крупных учреждений и, прежде всего, в университетах уже имеется физическая среда передачи данных в виде локальной компьютерной сети Ethernet. Это позволяет свести к минимуму затраты на организацию связи между элементами системы используя существующую сеть. ОПИСАНИЕ АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСА Для решения поставленной задачи был разработан и изготовлен микроконтроллерный Web-сервер ipS&C – interet protocol-Sensors And Control. Этот сервер легко интегрируется в любую Ethernet-сеть через стандартные средства сетевого доступа, (рис. 1.) Web-сервер анализирует запросы и формирует стандартные ответы на удаленные запросы клиентов сети. Сервер позволяет осуществлять: − контроль состояния и управление удаленными внешними устройствами с помощью средств сети ethernet (локальная компьютерной сеть предприятия или глобальная сеть internet); − контроль состояния цифровых (максимум 18, типа 1-wire) и аналоговых (максимум 6, типа ntc) датчиков температуры (или иных датчиков с аналогичным интерфейсом); − управление внешними устройствами (электронагревателем, электродвигателем, электромагнитным клапаном и т. п.) с помощью гальванически развязанных твердотельных реле. количество каналов управления – до 6; − Удаленный контроль температурой и управление нагревательными или иными устройствами из глобальной сети Internet через внешние шлюзы. В том числе с помощью GSM-модемов мобильных телефонов, ноутбуков и т. п. Работой системы управляют два сервера сбора данных (основной и резервный). Сервер сбора данных фигурирует в качестве клиента для Web-сервера и с заданной периодичностью (примерно раз в минуту) опрашивает все контролируемые точки. Результаты измерений фиксируются на жестком диске сервера сбора данных и далее могут быть обработаны и 23 Наукові праці. Випуск 175. Том 187 преобразованы в графики в пакете Excel с помощью специально разработанных макросов [3]. Микропроцессорный Web-сервер позволяет не только регистрировать температуру, но и управлять электрическим оборудованием (нагреватели, насосы, клапаны и др.) путем подключения на цифровые выходы процессора силовых ключей. Рис. 1. Схема подключения микропроцессорных ipS&C Web-серверов к локальной компьютерной сети учебного заведения или учреждения. Основным элементом системы является ipS&C Web-сервер на базе микропроцессорной платы MKduino с микропроцессором ATmega8. Web-сервер выполнен в небольшом корпусе размерами около 8см*5см*3см и легко размещается в любом удобном месте, (рис. 2.). Рис. 2. Внешний вид ipS&C Web-сервера с блоком питания и датчиком температуры Использование цифровых датчиков температуры типа DS1820 позволяет подключать практически неограниченное количество датчиков параллельно. В конкретной реализации ограничения на количество датчиков обусловлены ограничениями на максимальную длину информационных строк формируемых Webсервером (сейчас 16 датчиков). Для подключения цифровых датчиков температуры типа DS1820 с интерфейсом 1-Wire используется телефонное RJ-гнездо c 4-жильным телефонным кабелем. Цифровые сенсоры DS1820 имеют очень маленькие размеры и могут быть разделаны в окончании кабеля, либо установлены в небольшой корпус. На рис. 2 показан сенсор, смонтированный в корпусе телефонной розетки. Для обеспечения питания сервера используется малогабаритный блок питания (AC220V-DC5V) зарядного устройства мобильного телефона. При наличии развернутой сети свитчей и машрутизаторов 24 «Техногенна безпека» с функцией PoE (Power over Ethernet) возможен отказ от использования отдельного блока питания и перевод сервера на питание от Ethernet-сети. Web-сервер собран на базе микропроцессорной платы MK-duino и Ethernet-адаптера, (рис. 30). Рис. 3. Схема ipS&C Web-сервера на базе микроконтроллерной платы MK-duino. На схеме показаны следующие узлы и элементы: Микропроцессорная плата MK-duino – разработка учебно-научного центра ЧДУ им. Петра Могилы. Адаптер сети Ethernet – MMX-ENC28J60 [7] – разработчик: фирма IntCom (г. Николаев). Цифровые сенсоры температуры типа DS18B20. Понижающий блок питания 220V/5V. Ток потребления вторичной цепи до 200 mA. Для управления нагрузкой подключаемой к сети переменного тока можно использовать твердотельное реле с гальванической развязкой от сети (рис. 4). Рис. 4. Схема и внешний вид силового симмисторного ключа с оптронной развязкой Конструкция твердотельного реле для работы с платой MK-duino была разработана в учебно-научном центре ЧДУ им. Петра Могилы. Это реле позволяет коммутировать нагрузку со следующими параметрами: напряжение 220 V промышленной частоты, максимальный ток коммутации – до 8 A (мощность – 1.6 KW). Схема состоит из силового симмисторного ключа BT139 и схемы гальванической развязки MOC3063 на симмисторном оптроне с контролем перехода фазы через 0. На схеме помечены гнезда подключения к силовой сети – AC1, AC2, гнезда подключения нагрузки – P1, P2 и гнездо подключения к цифровой линии микропроцессора – uPC. На рис. 5 показана схема микроконтроллерной платы MK-duino [6]. Эта схема является модифицированным и доработанным вариантом платы Arduino [8]. На плате MK-duino расположен микропроцессор ATmega8/168/328, элементы обвязки процессора и гнезда для подключения периферийных устройств. Плата имеет 14 цифровых линий и 6 линий аналоговых в (...truncated)