Συστήματα SCADA

Το μάθημα αυτό αποτελεί μια εισαγωγή στη λήψη δεδομένων (data acquisition, DAQ) με χρήση καρτών DAQ και οργάνων μέτρησης με σύνδεση σε υπολογιστή μέσω των βασικότερων πρωτοκόλλων επικοινωνίας (RS232, GPIB, Ethernet). Επίσης, περιλαμβάνει μια εισαγωγή στα βασικά στοιχεία της επεξεργασίας σήματος (ανάλυση FFT, φίλτρα, παράθυρα εξομάλυνσης), στις τεχνικές παρακολούθησης και ελέγχου εξ ’αποστάσεως μέσω Web browser καθώς και στη λήψη και ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ απομακρυσμένων μονάδων συνδεμένων μέσω ενός δικτύου TCP. Τέλος, περιλαμβάνει τη λύση για τη μεταφορά δεδομένων από βιομηχανικές συσκευές ελέγχου (PLC) με χρήση OPC Server. Η γλώσσα προγραμματισμού εφαρμογών που χρησιμοποιείται σε όλη την έκταση του μαθήματος είναι η γραφική γλώσσα προγραμματισμού LabVIEW.

Στόχοι Μαθήματος

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής / τρια θα είναι σε θέση να: γνωρίζει τη βασική δομή και τις συνιστώσες ενός συστήματος SCADA γνωρίζει τα βασικά της γραφικής γλώσσας προγραμματισμού LabVIEW και να μπορεί να δημιουργεί βασικές εφαρμογές λήψης δεδομένων, μετάδοσής τους και εμφάνισή τους σε οθόνες HMI (Human – Machine Interfaces) γνωρίζει τα βασικά της λήψης δεδομένων και να μπορεί να αναπτύσσει απλές εφαρμογές για τη λήψη, παρουσίαση και αποθήκευση δεδομένων από αισθητήρες μέσω συσκευών λήψης δεδομένων (DAQ). γνωρίζει τις τεχνικές σύνδεσης των αναλογικών αισθητήρων (0 – 10V) και μεταδοτών (4 – 20 mA) γνωρίζει τα βασικώτερα πρωτόκολλα επικοινωνίας με όργανα μέτρησης και να μπορεί να αναπτύσσει βασικές εφαρμογές λήψης και επεξεργασίας μετρήσεων από όργανα να μπορεί να χρησιμοποιεί τις βασικές επιλογές της γλώσσας Lab VIEW καθώς και τις δυνατότητες των πρωτοκόλλων επικοινωνίας http και TCP/IP για την παρακολούθηση απομακρυσένων μονάδων μετρήσεων και ελέγχου. Μπορεί να καταγράφει και ελέγχει τις παραμέτρους βιομηχανικών συσκευών PLC με χρήση OPC Server.

Προαπαιτούμενες Γνώσεις

Βασικές γνώσεις ηλεκτρονικών. Βασικές γνώσεις χρήσης Η/Υ, χειρισμού, συνδεσμολογίας και χρήσης συνήθων αισθητήρων. Βασικές γνώσεις δικτύωσης (TCP/IP) και εξυπηρετητών ιστοσελίδων.  

Περιεχόμενα

Α) ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ Μέρος Ι - Εισαγωγή στα Συστήματα SCADA Μέρος 2 - Εισαγωγή στο LabVIEW και τα Εικονικά Όργανα. Παρουσίαση δύο έτοιμων εικονικών οργάνων: “Conversion Celcius to Fahreneit.vi” και “Liquid Level Measurement.vi”. Δημιουργία του εικονικού οργάνου: “Liquid Level Measurement.vi”. Μέρος 3 - Εισαγωγή στη Λήψη Δεδομένων: Εισαγωγή αναλογικής εισόδου στο εικονικό όργανο “Liquid Level Measurement.vi” με χρήση κάρτας DAQ. Μέτρηση θερμοκρασίας με χρήση του αισθητήρα LM35 και καταγραφή τιμών σε αρχείο. Κατασκευή του εικονικού οργάνου “Temp Acquisition&Graph-Write Data to File.vi ”. Μεταδότες 4-20mA . Κατασκευή του εικονικού οργάνου “Temperature & RH Measurement-KWL.vi” για μέτρηση θερμοκρασίας & σχετικής υγρασίας. Μέρος 4 – Χρήση Οργάνων στη Λήψη Δεδομένων (πρωτόκολλα επικοινωνίας RS-232, GPIB, Ethernet) Μέρος 5 - Παρακολούθηση και Έλεγχος εξ’αποστάσεως της εμπρόσθιας επιφάνειας ενός VI μέσω Web browser, με σύνδεση στον Web Server του LabVIEW. Λήψη και ανταλλαγή δεδομένων μεταξύ απομακρυσμένων μονάδων συνδεμένων μέσω ενός δικτύου TCP (όπως το Internet) με χρήση της τεχνολογίας DataSocket. Μέρος 6 - Σύνδεση με βιομηχανικές συσκευές ελέγχου (PLC) και μεταφορά δεδομένων και πληροφορίας σε εφαρμογές χρηστών με χρήση OPC Server. ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΜΕΡΟΣ Άσκηση 1 - Κατασκευή εικονικού οργάνου “Conversion Celcius to Fahreneit.vi” Άσκηση 2 - Κατασκευή εικονικού οργάνου “Liquid Level Measurement.vi” για προσομοίωση μέτρησης στάθμης υγρού Άσκηση 3 - Εισαγωγή αναλογικής εισόδου στο εικονικό όργανο “Liquid Level Measurement.vi” με χρήση κάρτας DAQ και ποτενσιόμετρου. Άσκηση 4 - Κατασκευή εικονικού οργάνου “ Temp Acquisition&Graph-Write Data to File.vi” με χρήση κάρτας DAQ και του αισθητηρίου θερμοκρασίας LM35. Άσκηση 5 - Κατασκευή εικονικού οργάνου “Temperature & RH Measurement-KWL.vi” για μέτρησης θερμοκρασίας-σχετικής υγρασίας με χρήση κάρτας DAQ και του μεταδότη θερμοκρασίας 4-20mA KWL. Άσκηση 6 - Κατασκευή εικονικού οργάνου “RF Spectrum Acquisition.vi” για τη μέτρηση και καταγραφή σήματος κινητής τηλεφωνίας με χρήση Αναλυτή Φάσματος μεταξύ 800 MHz και 2GHz. Άσκηση 7 - Παρακολούθηση και Έλεγχος εξ’αποστάσεων του εικονικού οργάνου “Temperature & RH Measurement-KWL.vi” με χρήση του Web Server του LabVIEW Άσκηση 8 - Μεταφορά δεδομένων θερμοκρασίας και υγρασίας από απομακρυσμένο υπολογιστή μέτρησης μέσω δικτύου TCP με χρήση της τεχνολογίας DataSocket: Εφαρμογή στο εικονικό όργανο “Temperature & RH Measurement-KWL.vi” Άσκηση 9 - Προσομοίωση ημιτονοειδούς κύματος και μετασχηματισμός Fourier. Κατασκευή του εικονικού οργάνου “Sine Wave Generation & FFT.vi” Άσκηση 10 - Καταγραφή και φασματική ανάλυση τάσης παραγόμενης από ΑΠΕ (PV, ανεμογεννήτρια). Κατασκευή του εικονικού οργάνου “RES Voltage Power Spectrum.vi” Άσκηση 11 - Σύνδεση PLC με εφαρμογή Lab VIEW σε απομακρυσμένο PC μέσω OPC server. Μεταφορά, επεξεργασία, παρουσίαση και αποθήκευση δεδομένων από το PLC. Το παράδειγμα κατασκευής του εικονικού οργάνου “Read Data-OPC server.vi”