Sterownik PLC na platformie Raspberry PI programowany w środowisku CPDev

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.

Pełny tekst (pdf)

[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.