Google+

Milwaukee

Systemy wizualizacji są obecnie nieodłącznym elementem automatyki budynku. To za ich pomocą możliwe jest przedstawianie wszystkich parametrów instalacji. Bardzo często pełnią one funkcję nadrzędnego oprogramowania monitorującego wszystkie czujniki systemu jak również przedstawiają stany elementów wykonawczych rozmieszczonych w budynku.

Wizualizacja
systemu KNX
– realizacja praktyczna
Część 1

Wizualizacja umożliwia zarządzanie parametrami regulatorów, zmiany ich nastaw, zdalne załączanie obwodów oświetlenia i rekonfigurację sekwencji sterowania. Pełni ona funkcję interfejsu pomiędzy systemem automatyki a użytkownikiem. Dzięki graficznej reprezentacji wszystkich elementów na ekranie komputera w intuicyjny dla użytkownika sposób przedstawiane są wszystkie potrzebne informacje. Przykład ekranu wizualizacyjnego, zrealizowany za pomocą specjalistycznego środowiska programistycznego obrazuje rys. 1. Na ekranie tym przedstawiony został widok systemu A/V i przyciski sterujące zmianą kanałów, głośności, wyboru źródła sygnału oraz włączenia i wyłączenia TV. Na obszar ekranu przekierowany został strumień video oglądanego aktualnie kanału.

Podstawowe zagadnienia związane z systemami wizualizacji

Każdy z przycisków umieszczonych na ekranie, umożliwia wysłanie odpowiedniego rozkazu sterującego do systemu KNX. W przykładzie z rysunku 1 przyciski realizują funkcje sterowania pomieszczeniem wyposażonym w system A/V. Typowy systemu wizualizacji składa się z następujących elementów:

  • ekranów obrazujących poszczególne zbiory funkcji,
  • przycisków i symboli wizualizacyjno- sterujących,
  • przycisków i symboli nawigacyjnych,
  • widoków z kamer,
  • wykresów i archiwów.
Rys.
1. Ekran wizualizacji i sterowania systemem audio/video za pośrednictwem systemu
KNX.Rys. 1. Ekran wizualizacji i sterowania systemem audio/video za pośrednictwem systemu KNX.

Podstawowym elementem każdej wizualizacji jest ekran wizualizacyjny. Dla potrzeb wizualizacji większych systemów stosuje się wiele ekranów obrazujących poszczególne pomieszczenia. Tłem ekranu jest najczęściej rzut architektoniczny wizualizowanego piętra lub pomieszczenia. W bardziej dopracowanych graficznie ekranach wizualizacyjnych tłem może być fotografia przedstawiająca wizualizowane pomieszczenie. Na poszczególnych ekranach rozmieszczone są przyciski i symbole wizualizacyjno- sterujące. Są to elementy graficzne odzwierciedlające funkcje, do których zostały przypisane w systemie sterowania. Np. rysunki żarówek, rolet, grzejników, których zadaniem jest zobrazowanie stanu elementu z którym są powiązane. Często wykorzystuje się również opisy słowno-numeryczne, informujące o poziomie wysterowanie danego elementu. Np. komunikat wyrażony w procentach [%] poziomu jasności obwodu oświetleniowego lub wartości zmierzonej w pokoju temperatury. Symbole wizualizacyjno-sterujące, oprócz funkcji wizualizacji stanu (poziomu) umożliwiają przesyłanie wartości do systemu automatyki. Np. poprzez naciśnięcie na ekranie komputera ikony obrazujące TV (rys. 1), program wizualizacyjny wyśle do systemu automatyki rozkaz załączenie odpowiedniego obwodu elektrycznego i przełączenia kanału TV.

Rys.
2. Ekran wizualizacyjny z przykładowym rozmieszczeniem symboli obrazujących działanie poszczególnych funkcji w pokoju.Rys. 2. Ekran wizualizacyjny z przykładowym rozmieszczeniem symboli obrazujących działanie poszczególnych funkcji w pokoju.

Ponieważ w automatyce budynkowej wizualizowanych jest bardzo wiele stanów, dla czytelniejszego zobrazowania wszystkich tych funkcji, niezbędne jest zastosowanie wielu ekranów wizualizacyjnych. Niezbędny jest zatem mechanizm nawigacji pomiędzy tymi ekranami. Za realizację tego zadania odpowiedzialne są przyciski i symbole nawigacyjne. Wyglądem nie różnią się one od grafik reprezentujących funkcje automatyki, służą one jednak do nawigacji pomiędzy poszczególnymi ekranami. Funkcjonalność tych symboli w większości programów wizualizacyjnych, oprócz nawigacji, może być połączona z funkcjami przycisków sterujących. Np. przejście do strony wizualizującej obwody w ogrodzie, może być połączona z załączeniem oświetlenia zewnętrznego budynku i włączenia kamer. Na ekranach wizualizacyjnych możliwe jest przedstawienie widoku z kamer umieszczonych w lub na zewnątrz budynku. Profesjonalne systemy wizualizacji automatyki budynkowej umożliwiają również archiwizację zdjęć lub filmów wykonanych przez zintegrowany system telewizji dozorowej. Często realizowaną funkcją tego typu jest np. integracja z systemem wideodomofonu, poprzez przekazanie obrazu z kamery na ekran wizualizacyjny.

Systemy wizualizacji umożliwiają również przedstawiane za pomocą wykresów i zapisywanie do archiwów wszelkich danych pomiarowych. Np. dotyczących temperatury, zużycia mediów takich jak prąd, woda, gaz. Jest to bardzo przydatne w przypadku analizy działania budynku dla potrzeb optymalizacji kosztów energii poprzez racjonalne nią gospodarowanie (smart metering), rozliczeń finansowych lub samej świadomości użytkowników budynku odnośnie jego eksploatacji.

Rys. 3a. Przemyślany, spójny sposób rozmieszczenia opisów i symboli na ekranie wizualizacyjnym.Rys. 3a. Przemyślany, spójny sposób rozmieszczenia opisów i symboli na ekranie wizualizacyjnym.

Obecnie wizualizacja może być realizowana nie tylko na komputerach dołączonych bezpośrednio do systemu automatyki. Dzięki specjalizowanym serwerom wizualizacyjnym, możliwa jest praca w architekturze klient-serwer. Np. serwer na stałe podłączony do systemu automatyki budynkowej na bieżąco monitoruje wszystkie zmiany i przekazuje je na żądanie do urządzeń mobilnych takich jak telefony komórkowe czy smartfony, w chwili wysłania zapytania. Użytkownik może w ten sposób w każdej chwili i z każdego miejsca uzyskać bieżącą informację o stanie swojego domu i wszystkich urządzeń elektroniczno-elektrycznych w nim pracujących.

Graficznie, system wizualizacji funkcji budynkowych, konstruuje się podobnie jak strony internetowe. Musi on posiadać zbiór ekranów (stron wizualizacyjnych), na których w sposób czytelny rozmieszczone są ikony symbolizujące wizualizowane funkcje. Przykładowy ekran wizualizacyjny sterowania salą laboratoryjną z widokami z kamer IP, przedstawiony został na rys. 2.

Również tutaj bardzo ważnym jest graficzny efekt końcowy pracy programisty. Należy zwrócić szczególną uwagę na spójność poszczególnych ikon i symboli, sposób rozmieszczenia i odpowiednią ilość elementów na ekranach (rys. 3a i 3b – ekrany dotyczą tego samego pomieszczenia).

Przygotowanie danych dla potrzeb wizualizacji w rozproszonym systemie sterowania. Podstawowym elementem który umożliwi realizację wizualizacji jest system automatyki budynkowej. W przedstawionym przykładzie będzie to system KNX. Połączenie współpracujących ze sobą sensorów i urządzeń wykonawczych realizowane jest za pomocą adresów grupowych. Adresy te są odpowiedzialne za przesyłanie komunikatów pomiędzy urządzeniami. Np. załączenie przekaźnika (oświetlenia) przez przycisk sterujący wykonywane jest w sześciu krokach przedstawionych według poniższego schematu:

Rys. 3b. Chaotycznie zrealizowany ekran wizualizacyjny z dużą ilością nieczytelnych symboli.Rys. 3b. Chaotycznie zrealizowany ekran wizualizacyjny z dużą ilością nieczytelnych symboli.
  • Krok 1: Użytkownik naciska przycisk.
  • Krok 2: Przycisk koduje rozkaz sterujący, np. załączenia.
  • Krok 3: Rozkaz uzupełniany jest o adres docelowy przekaźnika, którego styki mają być zwarte (dla systemu KNX adres ten nazywa się adresem grupowym).
  • Krok 4: Przycisk wysyła ramkę komunikacyjną z zapisanym w niej rozkazem oraz adresem docelowym (+ dodatkowe informacje organizujące transmisję danych).
  • Krok 5: Rozkaz jest odbierany w całej magistrali systemowej przez wszystkie urządzenia (również przez interfejs łączący system z wizualizacją).
  • Krok 6: Urządzenia, które były zaadresowane adresem grupowy, wykonują polecenia zapisane w ramce komunikacyjnej (system wizualizacyjny realizuje akcję przypisaną do danego adresu grupowego i jego rozkazu).

Program wizualizacyjny dołączony jest do systemu za pomocą interfejsu komunikacyjnego, dzięki któremu może monitorować (nasłuchiwać) wszystkie rozkazy, jakie pojawiają się w systemie (dla rozległych systemów konieczna jest modyfikacja parametrów sprzęgieł łączących poszczególne linie i obszary systemu). W programie wizualizacyjnym definiuje się adresy grupowe, identyczne z tymi, które umożliwiają komunikację w systemie automatyki. Następnie łączy się odpowiednie adresy grupowe z obiektami graficznymi, przypisując odpowiednie typy komunikacyjne. W tak zrealizowanym systemie, wizualizacyjne obiekty graficzne dublują funkcje realizowane w systemie automatyki. Po odpowiednim ich sparametryzowaniu (określeniu czy dany obiekt może tylko przyjmować informację, czy również przesyłać ją do systemu KNX), możliwe jest odbieranie i przesyłanie rozkazów sterujących. Przykładowy spis rozkazów (adresów grupowych z różnymi typami komunikacyjnymi) przedstawiony został na rys. 4.

Rys. 4. Przykładowe adresy grupowe i rozkazy komunikacyjne wykorzystywane w systemie
KNX, wygenerowany przez program ETS4.Rys. 4. Przykładowe adresy grupowe i rozkazy komunikacyjne wykorzystywane w systemie KNX, wygenerowany przez program ETS4.

W drugiej części artykułu przedstawiony zostanie opis realizacji przykładowej wizualizacji dla systemu KNX. Potrzebne materiały dostępne są dla Czytelników Fachowego Elektryka pod adresem www.knxtraining.eu Po zalogowaniu można pobrać program wizualizacyjny JUNG FACILITY PILOT w wersji demonstracyjnej. Po zainstalowaniu na komputerze PC (system Windows), możliwe będzie zrealizowanie ćwiczeń prowadzących do uruchomienia wizualizacji i połączenia się ze zdalnym stanowiskiem laboratoryjnym. Działanie systemu automatyki w połączeniu z samodzielnie zrealizowaną wizualizacją można będzie sprawdzić za pomocą kamer zainstalowanych w laboratorium.

Andrzej Stachno

Certyfikowane Centrum Szkoleniowe KNX
Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki Politechnika Wrocławska

Terminy szkoleń KNX.

Szkolenie Podstawowe KNX:

  • 7 - 10 stycznia 2014, Warszawa
  • 4 - 7 lutego 2014, Wrocław
  • 13 - 16 lutego 2014, Warszawa

Szczegóły na www.knxpolska.org