Sterownik PLC na platformie Raspberry Pi programowany w środowisku CPDev

• Autorzy: Wietecha M. , Trybus B.

Identyfikatory

DOI

10.7862/re.2015.23

Warianty tytułu

EN

PLC controller based on raspberry Pi and programmable with CPDev environment

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono sposób wykorzystania popularnej platformy sprzętowej Raspberry Pi do stworzenia niedrogiego sterownika PLC. Tworzenie programów sterujących odbywa się za pomocą środowiska programistycznego CPDev, opracowanego w Katedrze Informatyki i Automatyki Politechniki Rzeszowskiej. Zaprezentowano sposób implementacji na Raspberry Pi maszyny wirtualnej CPDev, tworzącej środowisko wykonawcze dla oprogramowania sterującego, oraz obsługę sygnałów wejściowych i wyjściowych z wykorzystaniem modułu sprzętowego PiFace. Jako przykład aplikacji został zaprezentowany system sterowania tzw. inteligentnym domem, obejmujący sterowanie roletami okiennymi, oświetleniem i wentylacją oraz zamkiem drzwi. Na potrzeby badań zbudowano testowe stanowisko laboratoryjne z makietą domu jednorodzinnego. Algorytm sterowania został przygotowany z wykorzystaniem języka LD normy PN/EN 61131-3 [11]. Prototyp sterownika poddano trzem testom. Pierwszy test sprawdzał, czy logika sterująca działa zgodnie z wymaganiami i przy akceptowalnym czasie cyklu. Drugi test dotyczył obciążenia CPU podczas pracy sterownika PLC, zaś trzeci pokazywał zmianę temperatury urządzenia podczas pracy algorytmu sterowania. Wyniki badań potwierdzają możliwość zastosowania Raspberry Pi oraz środowiska CPDev do sterowania instalacją niewielkiego budynku, np. domu jednorodzinnego lub niewielkiego biura. Dzięki zastosowaniu środowiska CPDev istnieje możliwość stosunkowo prostej rekonfiguracji algorytmów sterowania, w przypadku instalacji innych urządzeń w domu. Oprócz realizacji sterowania, prezentowany system posiada wystarczające zasoby, aby wykonywać współbieżnie inne zadania, na przykład obsługę zdalnego dostępu przez WWW.

EN

The paper presents a low-cost PLC controller prototype based on the popular Raspberry Pi hardware platform. CPDev programming environment, developed at Rzeszow University of Technology, is used to create control programs. CPDev virtual machine has been implemented in Raspberry Pi to make a runtime environment for control software. Input and output signal handling is achieved via Piface hardware module add-on. A smart home is presented as an example application, controlling window shades, lighting, ventilation and door lock. For testing purposes, a lab installation has been constructed with model of a family home. Control algorithms have been prepared in LD language which complies with IEC 61131-3 standard [11]. Three tests have been performed on this system. The first test verifies whether the control logic meets the requirements and works with acceptable cycle time. The second test involves CPU resources taken by the PLC during work. The third test shows how the temperature changes during operation of the control algorithm. The test results confirm that Raspberry Pi and CPDev environment can be used to control a simple installation of smart home, e.g. single-family home or a small office building. When new devices are installed at home, straightforward reconfiguration is possible by using the CPDev environment. Apart from running control algorithms, the presented system is powerful enough to execute concurrently other tasks, such as handling of remote access via WWW.

Słowa kluczowe

PL

sterownik PLC; Raspberry Pi; PN/EN 61131-3; CPDev; inteligentny dom; norma

EN

PLC; Raspberry Pi; PN/EN 61131-3; CPDev; smart home; standard

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Elektrotechnika
• Rocznik: 2015
• Tom: z. 34 [292], nr 2
• Strony: 311--322
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Wietecha M.

• Politechnika Rzeszowska, Warzyce 457, 38-200 Jasło

autor

Trybus B.

• Politechnika Rzeszowska, Katedra Informatyki i Automatyki, al. Powst. Warszawy 12, 35-959 Rzeszów

Bibliografia

• [1] BECKHOFF Automation GmbH & Co. KG, Embedded PC CX: http://www.beckhoff.com/english.asp?embedded_pc/cx.htm?id=15987759973374
• [2] Chrobot M.: Pecet wielkości pendrive. Musisz to zobaczyć!, http://spokogadzet.komputerswiat.pl/pecet-wielkosci-pendrive-musisz-to-zobaczyc.
• [3] CPDev, strona internetowa: http://www.cpdev.kia.prz.edu.pl/
• [4] Dulęba Ł., Kotula W., Trybus B.: Implementacja maszyny wirtualnej CPDev w systemach operacyjnych QNX Neutrino i Windows CE, [w:] Trybus L., Samolej S.: Projektowanie, analiza i implementacja systemów czasu rzeczywistego, ISBN 878-83-206-1822-8, WKŁ. Warszawa 2011, s. 207-216.
• [5] Forum Raspberry Pi, Fundacja Raspberry-Pi: http://forum.r-pi.pl/fundacji/fundacjaraspberry-t7.html.
• [6] Forum Raspberry Pi, Specyfikacja Techniczna Raspberry-Pi Model B: http://forum.r-pi.pl/specyfikacja-mini-komputera/specyfikacja-technicznaraspberry-model-t9.html.
• [7] Gordon Project, Download and Install: https://projects.drogon.net/raspberrypi/wiringpi/download-and-install/.
• [8] Jamro M., Rzońca D., Sadolewski J., Stec A., Świder Z., Trybus B., Trybus L.: CPDev Engineering Environment for Modeling, Implementation, Testing, and Visualization of Control Software, in: Szewczyk R., Zieliński C., Kaliczyńska M. (Eds.): Advances in Intelligent Systems and Computing vol. 267, Recent Advances in Automation, Robotics and Measuring Techniques, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2014, pp. 81-90.
• [9] Jamro M., Rzońca D., Sadolewski J., Stec A., Świder Z., Trybus B., Trybus L.: Środowisko inżynierskie Control Program Developer obecnie, Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, Elektrotechnika 33, 2013, pp. 117-132.
• [10] Juźwiak P.: Programowanie współbieżne 4. Wątki Pthread w Linuxie, Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych, Politechnika Warszawska.
• [11] PN-EN 61131-3:2013-10, Sterowniki programowalne - Część 3: Języki programowania.
• [12] Riley M.: Inteligentny dom, Helion, 2013.
• [13] Rzońca D., Sadolewski J., Stec A., Świder Z., Trybus B., Trybus L.: Open Environment for programming small controllers according to IEC 61131-3 standard, Scalable Computing: Practice and Experience, 2009
• [14] SIEMENS, Systemy automatyki SIMATIC, Jednostki centralne S7-1500: http://www.automatyka.siemens.pl/solutionandproducts_ia/12034.htm
• [15] Sklep Botland, Raspberry Pi 2 model B 1GB RAM: http://botland.com.pl/modulyi-zestawy-raspberry-pi-2/3181-raspberry-pi-2-model-b-1gb-ram.html
• [16] Sklep Botland, Raspberry Pi Model B+ 512MB RAM: http://botland.com.pl/moduly-i-zestawy-raspberry-pi-2/2543-raspberry-pi-modelbplus-512mb-ram.html
• [17] Sterbox, Sterownik internetowy PLC, Sterbox WPTC48T, http://www.sterbox.eu/index.php/sklep/product/view/1/108
• [18] Trybus B. „Development and Implementation of IEC 61131-3 Virtual Machine”, Theoretical and Applied Informatics. Volume 23, Issue 1, 2011, Pages 21–35.