Prosjektering og oppgradering av styring til Horten-tunnelen

Transkript

1 Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen RAPPORT FRA 6. SEMESTERS PROSJEKT VÅRE 2009 Hovedprosjekt PRH606 IA Prosjektering og oppgradering av styring til Horten-tunnelen Avdeling for teknologiske fag Adresse: Pb 203, 3901 Porsgrunn, telefon , Bachelorutdanning - Masterutdanning Ph.D. utdanning

2 Avdeling for teknologiske fag Bachelorutdanningen RAPPORT FRA 6. SEMESTERS PROSJEKT VÅRE 2009 Emne: PRH606 Hovedprosjekt Tittel: Prosjektering og oppgradering av styring til Horten-tunnelen Rapporten utgjør en del av vurderingsgrunnlaget i emnet. Prosjektgruppe: IA Tilgjengelighet: Åpen Gruppedeltakere: Arild Austheim Kjell-Aleksander Sinnerud Skogsrud Andreas Brekke Tvedt Geir Ivar Ådnanes Hovedveileder: Kjell Bunes Sensor: Biveileder: Morten Pedersen Prosjektpartner: Statens Vegvesen Godkjent for arkivering: Sammendrag: Rapporten omhandler programmering av nytt styresystem for Horten-tunnelen. Det nye styresystemet skal automatisk regulere lysforhold og ventilere bort avgasser i tunnel. I tillegg skal programmet styre skilt, bommer og rødblinker for en god og trygg trafikkavvikling. Objekter som er tilknyttet tunnelen kan også styres manuelt. Dette blir mulig lokalt i tunnelen via bryterpanel, eller fjernstyrt fra skjermsystemet hos VTS. Det er benyttet programvare fra Rockwell Software til oppgraderingen. PAC-programmet er utviklet i RSLogix 5000, og skjermstyringsprogrammet er utviklet i FactoryTalk View SE. Det er utarbeidet signallister, I/O-lister og testprosedyrer som alle ligger vedlagt rapporten. Høgskolen tar ikke ansvar for denne studentrapportens resultater og konklusjoner Avdeling for teknologiske fag

3 Forord FORORD Gruppe IA har utarbeidet denne rapporten som vurderingsgrunnlag i emnet PRH606. Rapporten tar utgangspunkt i utdelt oppgavetekst (Vedlegg A). Arbeidet med prosjektet er utført 6. semester våren 2009, fra januar til mai. Prosjektet er knyttet opp mot ett forprosjekt utført i 5. semester, høsten Gruppen har bestått av fire studenter som går 3.året Automasjon og Industriell IT med fordypning i automatisering. Prosjektgruppen retter en stor takk til Svein Hørtha og Bengt Underdal ved Statens vegvesen for veiledning, kommentarer og konstruktive innspill under prosjektets gang. Dette er en teknisk rapport utformet for lesere med teknisk bakgrunn, og med kjennskap til PLS, datanettverk, datakommunikasjon og automatisering. Det er utviklet en hjemmeside i forbindelse med gjennomføringen av prosjektet, denne finnes på ( ) Dataverktøy som er brukt til gjennomføring av prosjektet er: Microsoft Office 2003, Microsoft Project, Microsoft Visio, Microsoft Server 2003, AutoCAD Electrical 2009, Rockwell Software RSLogix 5000, Rockwell Software RSLinx og Rockwell Software FactoryTalk View SE. Vedleggshefte finnes til slutt i rapporten. Enkelte vedlegg finnes kun på vedlagt CD-plate. Det er laget et dokument som klargjør gruppedeltakernes hovedansvarsområder (Vedlegg I). HiT, Porsgrunn, Arild Austheim Kjell-A. S. Skogsrud Andreas Brekke Tvedt Geir Ivar Ådnanes IA

4 Nomenklaturliste NOMENKLATURLISTE CPU - FBD - IEEE - Central Prossesing Unit Function Block Diagram Institute of Electrical and Electronics Engineers LD - Ladder Diagram LMC - MVS - Last Mile Communications Mekanisk Variable Skilt OLE - Object Linking and Embedding PAC - Programmable Automation Controller PLC - Programmable Logic Controller PLS - Programmerbar Logisk Styring SFC - Sequential Function Chart ST - Structured Text US - Undersentral VAC - VDC - Volt Alternating Current Volt Direct Current VTS - Vegtrafikksentralen WAN - Wide Area Network IA

5 Innholdsfortegnelse INNHOLDSFORTEGNELSE Forord...2 omenklaturliste...3 Innholdsfortegnelse Innledning Tunnelen Geografisk plassering av tunnelen US VTS Bakgrunn for oppgradering Retningslinjer Objekter tilknyttet tunnel Vifter CO-målere Ox-målere Røde vekselblink MVS ødtelefoner SOS-kiosk Bommer Lux-målere ødstyringspanel Statens vegvesens prinsipp for tunnelstyring Stenging av tunnel Lysstyring Viftestyring Prosessgrensesnittet ettverk Endringer i nettverksutstyr fra 5. semesters rapport Kommunikasjon i tunnel Ethernet DSL-kommunikasjon Automatiseringsutstyr CPU Allen-Bradley ControlLogix Hva er PAC? Distribuert I/O US IA

6 Innholdsfortegnelse US US US US US Sikkerhet Programmering RSLogix Krav og funksjon Struktur i programmet Main program Innganger Utganger Rutine ved stenging av tunnel Sikkerhet Skjermsystem FactoryTalk View SE Krav HMI-server Globale objekt Dataserver OPC Skjermsystem for Horten-tunnelen Popup-bilder Oversiktsbildet Trafikkbildet Teknisk-bildet Testing Testrigg Kommunikasjon på testrigg Simulering av analoge signaler ødstyringspanel Ansvar Dokumentasjon I/O-lister Testprosedyrer Signallister Overlevering og idriftsetting Implementering av PAC-program Implementering av skjermsystem Testrigg Ansvar...49 IA

7 Innholdsfortegnelse 11 Refleksjon Er en PAC nødvendig? Valg av feltbuss Oppgaven Konklusjon...52 Litteraturliste...53 Referanser...54 Tabelliste...56 Figurliste...57 Vedlegg...59 IA

8 Innledning 1 INNLEDNING Prosjektet omhandler oppgradering av styresystemet til Horten-tunnelen. Oppgraderingen består i utbytting av I/O-utstyr, nettverkskabling mellom US, nettverksswitcher og CPU. Eksisterende utstyr benytter utdatert teknologi og er ikke kompatibelt med Statens vegvesens nye kontrollplattform. Automasjonsutstyret som skal benyttes under oppgraderingen er fra Allen- Bradley, og software er fra Rockwell Software. Det er skrevet en rapport i 5. semester [1] som tar for seg prosjekteringen av oppgraderingen. En CPU skal benyttes lokalt i tunnelen, og i US skal det benyttes distribuert I/O. Kommunikasjon til US vil foregå via singelmodus fiber-ethernet, unntatt en US som skal ha DSL-kommunikasjon. PAC skal programmeres med hjelp av Rockwell Software RSLogix Programmet programmeres så generelt som mulig slik at det kan bli mest mulig gjenbruk av kode, både i dette prosjektet og i fremtidige prosjekt hos Statens vegvesen. Skjermsystemet skal lages ved hjelp av Rockwell Software FactoryTalk SE. Det blir basert på eksisterende skjermsystem som VTS benytter på anlegg av nyere dato. Mål med prosjektet er å utvikle et funksjonsmessig korrekt styresystem for Horten-tunnelen. Gruppa skal levere et gjennomtenkt og oversiktlig program som lett lar seg gjenbruke. Anlegget skal være godt dokumentert slik at Statens vegvesen lett kan implementere styresystemet i sitt eksisterende anlegg. Det skal leveres en testrigg som simulerer tunnelens US, kommunikasjon og nødstyringspanel. De neste kapitlene tar for seg: Fakta om tunnelen Objekter i tunnelen Automasjonskomponenter Nettverket Programmering av PAC og skjermsystem Testing og idriftsettelse Refleksjon og konklusjon Førstegangsleseren bør lese rapporten i sin helhet. IA

9 Tunnelen 2 TUNNELEN Horten-tunnelen er 700 meter lang og bygget i Tunnelen er en miljøtunnel, dvs. en tunnel bygget i et menneskeskapt terreng. En miljøtunnel settes ofte opp for å skjerme bebyggelse for trafikkstøy eller for å skape trygg ferdsel for dyreliv over trafikkerte områder. Horten-tunnelen ble bygget for å skjerme Horten sentrum for trafikkstøy. 2.1 Geografisk plassering av tunnelen Tunnelen ligger på riksvei 310 / 19 i Horten, ved avkjøringen til fergeleiet for Horten Moss fergen, se figur 2-1 Figur 2-1. Geografisk plassering av Horten-tunnelen. Grønn markør markerer tunnel. IA

10 Tunnelen 2.2 US Det er seks US tilknyttet Horten-tunnelen, se figur 2-2. I US1 befinner CPU seg. US2-US6 har I/O-signaler for røde vekselblink, automatiske bommer, MVS, SOS-kiosker og nødtelefoner. Figur 2-2. Oversikt over US. 2.3 VTS VTS befinner seg i Porsgrunn 1, se figur 2-3. Figur 2-3. VTS i Porsgrunn. Grønn markør viser VTS. 1 Adresse til VTS: Tollbugaten, 3933 Porsgrunn. IA

11 Tunnelen VTS overvåker tunnelanlegg i: Vestfold Telemark Agder-fylkene Buskerud Det finnes VTS flere steder i Norge, bla. Oslo. De respektive VTS tar for seg tunneler og trafikkerte soner i omliggende fylker. Alle tunnelanlegg kommer inn til sentralen hvor de blir presentert i et skjermsystem, se kapittel 7. VTS overvåker og kan styre alle anlegg. Her blir også alarmer og trending presentert. VTS har også skjermer som viser livebilder fra tunneler som har montert video-overvåking. 2.4 Bakgrunn for oppgradering PLS-utstyret som står i Horten-tunnelen i dag har stått der siden åpningen i PLS er av typen Mitsubishi MELSEC. Da tunnelen ble bygget ble det benyttet en PLS CPU i hver av de seks US, med hoved-cpu i US1. En slik løsning krever mye kode og blir fort unødvendig komplisert i forhold til dagens systemer. PLS-ene utveksler data seg imellom via trådkabler, se figur 2-4. En annen grunn til at Horten-tunnelen skal oppgraders er Statens vegvesens ønske om å få tunnelen under samme programvare som de fleste andre tunneler i Vestfold. Figur 2-4. Gammel kommunikasjonstopologi. IA

12 Tunnelen VTS har per dags dato ingen kommunikasjon med tunnelen. Deler av kommunikasjonsutstyret som sitter lokalt i Horten-tunnelen har blitt ødelagt. Pga av utstyret sin høye alder lar det seg ikke lenger skaffe reservedeler. Oppgraderingen av Horten-tunnelen haster derfor mer en hva den gjorde under forprosjektet i 5. semester. Ved en stenging av tunnel må nå Statens vegvesen fysisk ut til tunnel og stenge med bryter i US2-US5. IA

13 Retningslinjer 3 RETNINGSLINJER Statens vegvesen har en del retningslinjer som går på den praktiske tunnelstyringen, og retningslinjer som går på det programmeringstekniske. 3.1 Objekter tilknyttet tunnel Statens vegvesen bruker betegnelsen objekter på elektriske komponenter knyttet opp mot en tunnel, for eksempel: røde vekselblink lys vifter Et objekt er likt et annet hvis de har de eksakte like egenskapene. Statens vegvesen har utarbeidet et prosessgrensesnitt som forklarer i detalj hva et objekt gjør, og hvilke signaler som skal hentes fra og skrives til objektene. Prosessgrensesnittet beskrives nærmere i kapittel Vifter Det er montert syv par vifter i tunnelen. Viftene har som oppgave å ventilere bort avgasser. De blir styrt ved hjelp av CO-målere i tunnelen og sitter sammen i par. Ved normal drift vil en eller begge være aktiv basert på målt CO. Viftene er montert på hver side av veibanen, se figur 3-1. Viftene blir startet av en mykstarter 2. Figur 3-1. Tverrsnitt av tunnel med plassering av vifter 2 En mykstarter brukes i styring av elektriske vekselstrømsmotorer. Ved å begrense halvperiodene til nettfrekvensen, sørger mykstarteren for at motoren starter sakte og forsiktig. Etter hvert som gradvis større deler av halvperiodene åpnes, vil motorens turtall i samme grad øke, til den til slutt får tilført hele nettfrekvensen og motoren går på fullt turtall. [14] IA

14 Retningslinjer CO-målere Tunnelen er utstyrt med to CO-målere, montert 90 og 110 meter inn fra hver sin tunnelåpning. De måler CO-innhold i luften inne i tunnelen. Målerne gir et utsignal på 4-20 ma, og er av typen Dräger Polytron 7000 (Vedlegg E), se figur 3-2. Signalet skal inn på analog inngangsmodul i US1. Figur 3-2. Dräger Polytron NOx-målere Per dags dato har ikke Horten-tunnelen NOx-måling. Statens vegvesen vurderer å montere dette under oppgraderingen. Det er derfor klargjort for dette på I/O-modulene. Type NOx-måler er ikke bestemt, men signalet fra måler blir 4-20 ma. Signalet skal inn på analog inngangsmodul i US Røde vekselblink Horten-tunnelen har røde vekselblink, se figur 3-3, som varsler ved behov. Figur 3-3. Røde vekselblink ved Horten-tunnelen Se figur 3-4 for plassering av lys. De røde vekselblinkene har to tilstander; blinkende rødt og av. IA

15 Retningslinjer Figur 3-4. Oversikt over plassering av røde blink MVS MVS blir benyttet fem steder ved Horten-tunnelen. Disse skiltene har tre posisjoner: Normal drift Stengt Ulykke (benyttes ikke) Skiltene forandrer posisjon ved hjelp av en elektrisk motor og drivverk som figur 3-5 illustrerer. Figur 3-5. Innsiden av MVS. [12] Det er to typer MVS tilknyttet Horten-tunnelen: Ny type MVS Den nye typen skilt (MVS03 og MVS04) er plassert mot fergeleiet til Horten Moss fergen, se figur 3-6. Denne typen skilt har en 230VAC forsyning, og tre posisjonsinnganger for IA

16 Retningslinjer 24VDC. Får skiltet et signal fra en av posisjonsinngangene, skifter skiltet til en ny posisjon automatisk. Gammel type MVS Den gamle typen skilt er benyttet de andre stedene tilknyttet Horten-tunnelen. Denne typen skilt krever mer programmering. Skiltene benytter seg av en 230VAC forsyning til elektromotor og gir ut signaler fra induktive givere om hvilken posisjon skiltet står i. Det må så programmers i PAC hva som skal skje når skilt skal i en ny posisjon. Figur 3-6. Oversikt over plassering av MVS Nødtelefoner Horten-tunnelen har fire nødtelefoner plassert i og utenfor tunnelen. I forbindelse med oppgraderingen vil det bli ettermontert nødtelefoner, slik at hver eneste SOS-kiosk blir utstyrt med nødtelefon. Nødtelefonenes signaler er et eget system som verken PAC eller fibernettverket har noe med. Nødtelefonene er knyttet opp mot et analogt telefonnett. Om telefonrøret blir løftet av varsles VTS SOS-kiosk En SOS-kiosk består av et brannslukningsapparat og en nødtelefon (kapittel 3.1.6), se figur 3-7. Kiosken har montert I/O-givere ved dør til skap og ved festemekanisme for slukkeapparat. Om et brannslukningsapparat skulle bli fjernet varsles VTS. Det samme skjer om døren til kiosken åpnes. IA

17 Retningslinjer [16] Figur 3-7. Eksempel på SOS-kiosk. Det er syv SOS-kiosker tilknyttet tunnelen. SOS-kiosk blir betegnet som brannskap enkelte steder grunnet Statens vegvesens blanding av disse begrepene Bommer Det finnes to automatiske bommer tilknyttet Horten-tunnelen, se figur 3-8. Figur 3-8. Oversikt over bommer ved Horten-tunnelen. Bommene går ned ved signal fra VTS eller nødstyringspanel. De er til for å fysisk stenge for trafikk når tunnelen er stengt. Det er følere under bom-armen, slik at den ikke stenger om det er et kjøretøy i veibanen under bom Lux-målere Det er montert to lux-målere i forbindelse med tunnelen. Disse befinner seg utenfor hver tunnelåpning. Lux-målerene måler hvor sterkt lyset er utenfor tunnelen, slik at tunnelbelysningen kan bli mest mulig lik. Målerene sender ut et signal mellom 4-20 ma, og er av typen LTC fra Micro Matic Instrument AS. Statens vegvesen har ikke klart å oppdrive noe datablad på disse målerene. IA

18 Retningslinjer Nødstyringspanel Figur 3-9 viser nødstyringspanel for Vadfosstunnelen. Figur 3-9. ødstyringspanel. Panelet i Horten-tunnelen vil bli likt dette, dog med tekst tilpasset Horten-tunnelen. Nødstyringspanelet består av grafikk som viser en forenklet utgave av tunnelen, samt 13 impulstrykkbrytere og to indikatorlys. Trykkbrytere har gjennomsiktig front for montering av lys. Panelene blir plassert i US2 til US5 og vil kunne overstyre skjermsystemet. Panelene vil være et speilbilde av hverandre og ha samme funksjon. Brytere vifter Under vifter styres følgende i tunnelen: o Vifte mot Sannidal. Vifter blåser i nordgående retning. o Vifte mot Kragerø. Vifter blåser i sørgående retning. o Brannventilasjon. Begge viftene i alle viftepar blåser i retning med minst bebyggelse. I Horten-tunnelen er dette sørgående retning mot Borre. o Vifte AV. Ingen vifter i drift. I Horten tunnelen vil knappene Vifte mot Sannidal hete Vifte mot Horten, og Vifte mot Kragerø hete Vifte mot Borre. IA

19 Retningslinjer Brytere rød blink Det er to steder på nødstyringspanelet man styrer rød blink. Her aktiverer og deaktiverer man de røde blinkene på hver sin side av tunnelen. De kan opereres uavhengig av hverandre, men kan ikke bli skrudd av når automatisk bom er nede. Brytere bom Det er to steder på nødstyringspanelet man styrer bommer. De styrer bommer på hver side av tunnelen. Ved aktivisering av en bom vil røde blink slå seg på i noen sekunder før bom går fysisk ned. Dette er lagt inn i programmet som en sikkerhet mot at utstyr eller mennesker blir skadet når bom senkes. MVS vil endre seg fra normalposisjon til stengt. Bryter auto VTS Denne knappen gir VTS tilgang til tunnelen. Er knappen aktiv, lyser, vil VTS ha mulighet til å styre tunnel. Når knapp er inaktiv, slukket, styrers tunnel fra nødstyringspanelet. 3.2 Statens vegvesens prinsipp for tunnelstyring Statens vegvesen har mange regler som beskriver hvordan en tunnelovervåking skal fungere. Flere av disse gjelder ikke for tunnelen i Horten. Ting som følger faste regler i Horten-tunnelen er stengningsprosedyre, lysstyring og viftestyring Stenging av tunnel I prosjektrapporten fra 5.semester er det beskrevet at en tunnel kan stenges på to måter [1]: Nødstengning Kontrollert stengning Metoden med to typer stenging har Statens vegvesen gått bort ifra ved nyere anlegg. De ønsker også å gjøre dette ved Horten-tunnelen under oppgraderingen. Den nye løsningen har kun en måte å stenge en tunnel på. Bakgrunn for dette er at når en nødstengning ble iverkstatt under den gamle metoden, ble MVS endret slik at teksten Ulykke kom frem. Dette skapte en publiserende effekt, som resulterte i trafikkproblemer. Med den nye metoden viser alle MVS at tunnelen er stengt, og ingen årsak til stengningen Lysstyring Lysene, se figur 3-10, i Horten-tunnelen er montert på hver side av kjørebanen. IA

20 Retningslinjer Figur Bilde av lys i Horten-tunnelen. Prosessgrensesnittet standardiserer på fem trinn, men Horten-tunnelen har tre trinn: nattlys skumringslys fulltlys Disse tre trinnene reguleres ved lux-verdier, som settes i skjermstyringen. Statens vegvesen har bestemt følgende faste verdier i Horten-tunnelen på de forskjellige trinnene: < 500 lux skal nattlys være aktiv. 500 lux til 1200 lux er neste trinn, skumringslys, også aktiv. > 1200 lux er det tredje trinnet, fulltlys, aktiv sammen med de to andre trinnene Viftestyring Statens vegvesen har CO-målere, som måler gassverdier, plassert i Horten-tunnelen. Viftene blir regulert ut ifra disse målingene. Det opereres med viftepar som alternerer på driften. Hvis COnivå fortsatt stiger vil vifte nr. to også skru seg på, se figur Viftene venter fem minutter med å skru seg av etter CO-nivået er under stoppverdi. IA

21 Retningslinjer Figur Grafisk fremstilling av viftefunksjon. Grå felt viser viftene sin ventetid på angitte minutter. Viftene blåser normalt i den retning med minst bebyggelse, mot sør. Viftene kan overstyres fra skjermsystem og nødstyringspanel. 3.3 Prosessgrensesnittet Statens vegvesen har utarbeidet et prosessgrensesnitt (Vedlegg B) som gir retningslinjer på hva skjermsystemet skal skrive til eller lese fra. Prosessgrensesnittet er generelt og laget for å standardisere skjermsystemet sin kommunikasjon til logikken som styrer tunneler og/eller trafikkerte soner. Logikken tilknyttet objekt kan ikke alltid bruke alle signal som er beskrevet i prosessgrensesnittet. Tabell 3-1 og 3-2 inneholder eksempler på statussignaler og kommandosignaler til brannskap. Tabell 3-1. Statusbit for objektet brannskap. Status Bit Maske Høy Lav 0 1 Dør åpen Dør lukket 1 2 Dør blokkert Dør frigitt 2 4 Telefonrør av Telefonrør på 3 8 Brannslukkingsapparat fjernet Brannslukkingsapparat satt på plass 4 16 Brannslukkingsapparat blokkert Brannslukkingsapparat frigitt 5 32 Telefonrør blokkert Telefonrør frigitt IA

22 Retningslinjer 6 64 Feil på telefon Telefon OK Feil på telefon blokkert Feil på telefon frigitt Tabell 3-2. Kommandobit for objektet brannskap Kommando Bit Maske Høy 0 1 Blokker alarm for åpen dør 1 2 Frigi alarm for åpen dør 2 4 Blokker alarm for brannslukkingsapparat 3 8 Frigi alarm for brannslukkingsapparat 4 16 Blokker alarm for telefonrør av 5 32 Frigi alarm for telefonrør av 6 64 Blokker alarm for feil på telefon Frigi alarm for feil på telefon Statustabellen blir brukt til å lese av logikk. Ved å lese av status kan indikatorer i skjermsystem endre utseende og gjøre operatøren oppmerksom på hva som skjer på anlegget. Tilsvarende for kommandotabellen kan operatøren gi kommandoer for å styre forskjellige objekter. Status- og kommandosignalene består av 8-bit der hver av bitene vanligvis har en oppgave. I dette prosjektets logikk brukes det 16-bit for å ha muligheten til å legge til flere status- og kommandobit i fremtiden. Status- og kommandosignalene samles i en heltalls datatype. Statusog kommandotabellene opplyser også om hvilken maske hver av bitene har. En enkel oversikt hvis programmereren har behov for å hente ut bit fra heltallet. IA

23 Nettverk 4 NETTVERK Nettverket i tunnelen knytter US sammen. US1 er hovedsentral, hvor en administrert ringswitch er plassert. Denne ringswitchen kommuniserer med resten av Statens vegvesen sitt WAN, se figur 4-1. Valg av komponenter er beskrevet i 5. semesters rapport [1]. Brekketunnelen E18 Min. 9 porter. (6xFiber-SM, 3xRJ45) US1 Rv306 SWITCH Point AI/ O Flex In modul CPU Pga. mangelen på fiber til US6 brukes en PFSX 4x0,5 som er trekket mellom US5 og 6 for det gamle systemet. Min. 3 porter. (1xFiber-SM, 2xRJ45) Min. 3 porter. (1xFiber-SM, 2xRJ45) Min. 3 porter. (1xFiber-SM, 2xRJ45) Min. 3 porter. (1xFiber-SM, 2xRJ45) Min. 3 porter. (1xFiber-SM, 2xRJ45) Point I/O modul Point I/O modul Point I/O modul Point I/O modul Point I/O modul US2 US3 US4 US5 US6 Figur 4-1. ettverkstopologi. Det er trukket fiber fra US1 til alle US unntatt US6. Kommunikasjonen går på singelmodus fiberkabel via Ethernet. US6 er forbunnet med US5 via en PFSK trådkabel. Her benyttes det to DSL-modem for kommunikasjon. 4.1 Endringer i nettverksutstyr fra 5. semesters rapport. Etter 5. semesters rapport [1] ble levert har Statens vegvesen gjort endringer. Endringene går på leverandør av nettverksutstyr. I stedet for en leverandør, LMC, benyttes nå to. Den andre leverandøren er Ethernet Direct. Den administrerte ringswitchen leveres fra LMC, resten av nettverksutstyret kommer fra Ethernet Direct. Tre modeller fra Ethernet Direct brukes i Hortentunnelen: HUE-423S (Vedlegg F). Benyttes i US1 istedenfor SDW-532 fra LMC. HUE-413 (Vedlegg G). Benyttes i US2 til US6 istedenfor SDW-541 fra LMC. IA

24 Nettverk XSLAN (Vedlegg H). Denne benyttes mellom US5 og US6 som en Ethernet-forlenging over PFSK trådkabel. Denne benyttes i stedet for Patton 2172/EUI fra LMC. 4.2 Kommunikasjon i tunnel I Horten-tunnelen blir to kommunikasjonsmetoder benyttet. I hovedsak blir Ethernet brukt, men mellom US5 og US6 benyttes DSL-kommunikasjon pga. manglende fiberkabel mellom US. At det benyttes et DSL-modem mellom US5 og US6 medfører ingen forskjell i programmeringen. Et DSL-modem har begrenset overføringshastighet. US6 har kun tre innganger og tre utganger, så kommunikasjonshastigheten blir ingen flaskehals for tunnelen Ethernet Ethernet er standardisert som IEEE og definerer det fysiske laget, og media access controldelen av datalink-laget, for kablet ethernet i OSI-modellen [6]. Dette er den samme teknologien som brukes i vanlige lokale datanettverk og sammen med automatiseringsutstyr har det noen fordeler [5]: Høy hastighet med fiber og cat5e/cat6 kabler. Lang rekkevidde. Kan bruke standard nettverksutstyr som switch, router, hub, med mer. Billig pga. omfanget utstyret blir brukt i DSL-kommunikasjon Det benyttes to XSLAN-modem til DSL-kommunikasjonen. Modemet er satt opp kun for å konvertere fra Ethernet til DSL, og tilbake igjen til Ethernet. Modemet gjør ingen ruting, men konverterer medium. Ved mediekonvertering jobber DSL-modemet litt opp i nettverkslaget, men ikke helt. Denne oppgaven kalles ofte for 2,5-laget, se figur 4-2. Modemet kan også settes opp med egen IP-adresse for administrering via http, men er ikke nødvendig slik nettverkstopologien er i tunnelen. IA

25 Nettverk Figur 4-2. Dataflyt US1 til US6 DSL blir brukt for å overføre digitale signaler over en analog linje. DSL-teknologi er i dag den mest brukte teknologien for bredbåndsaksesser [18]. Magnus Eidem fra Dagens Næringsliv siterer Telenor i en artikkel om bredbånd: Såkalt DSL-bredbånd over kobbertråder står nå for hele 1,109 millioner bredbåndslinjer. [17] IA

26 Automatiseringsutstyr 5 AUTOMATISERINGSUTSTYR Valg av automatiseringsutstyr er dokumentert i rapporten fra 5.semester [1]. Det er etter den rapporten ble skrevet foretatt en del endringer fra Statens vegvesen sin side. Endringene som er gjort er på I/O-signalene til US2 til US5. Det er også gjort forandringer i distribuert I/O-system i US CPU Statens vegvesen har selv valgt CPU til å styre tunnelen. Allen-Bradley ControlLogix 1756-L61 blir benyttet. Denne CPU går under betegnelsen PAC Allen-Bradley ControlLogix ControlLogix, se figur 5-1, er den PAC fra Allen-Bradley som tilbyr størst fleksibilitet. [10] Figur 5-1. Allen-Bradley ControlLogix 1756-L61. Den har mulighet for digitale I/O eller opptil analoge I/O. Den har et valgbart internminne på 750kB til 8 MB. ControlLogix kan kommunisere med sine egne og 3. systemer via de fleste kjente protokoller. ControlLogix støtter følgende protokoller for kommunikasjon med distribuert I/O[8]: Lokal I/O EtherNet/IP I/O IA

27 Automatiseringsutstyr ControlNet I/O DeviceNet I/O Profibus DP I/O Uni. Remote I/O Horten-tunnelen benytter seg av EtherNet/IP som kommunikasjon for distribuert I/O Hva er PAC? PAC oversatt til norsk blir Programmerbar Automasjons Kontroller. PAC er en videreføring av både PC og PLS, og prøver å kombinere dem begge. Figur 5-2 viser en grafisk fremstilling av forskjellene mellom de tre plattformene. [3] Figur 5-2. Grafisk sammenligning av PC, PLS og PAC. På nettsiden til Control Engineering gjøres det en sammenligning av PLS og PAC: The PLC is not outdated. A lot of applications don t need the functionality of a PAC, said Resnick. A PLC is for turning things on and off and doing timing and counting functions. And [those functions] are being done in smaller and smaller packages, at cost levels where you can now put PLCs in more places. A PAC, on the other hand, can handle multiple control functions all at once, including logic, motion drive and process control. And it provides a single programming environment, common tagging and a single database in which to do it. It may look like a PLC in terms of its physical form factor, and it even has its origins there, but it is the melding of PC functionality in an industrially hardened platform, said Resnick. The industrial PC market has morphed into the PAC. [2] IA

28 Automatiseringsutstyr 5.2 Distribuert I/O Det skal benyttes distribuert I/O i alle US. Valg av forskjellige moduler ble gjort i 5.semesters rapport [1]. Etter denne rapporten ble skrevet har det kommet forandringer fra Statens vegvesen. Endringene går på antall I/O i US og på utstyr. Kapittel 3 i rapporten fra 5.semester [1] blir da ikke lenger korrekt. Den nye konfigureringen på I/O-moduler blir som i tabell 5-1. Prisliste for I/O-moduler finnes i vedlegg T. Tabell 5-1. Liste over I/O-moduler i US. Undersentraler Navn på modul US1 US2 US3 US4 US5 US6 Reserve Totalt 1794-AENT Kommunikasjonsmodul IB32 Digital inngangsmodul TB32 Sokkel for 1794 I/O moduler AENT Kommunikasjonsmodul IB8 Digital inngangsmodul OB8E Digital utgangsmodul IE2C Analog inngangsmodul TB Sokkel for 1734 I/O moduler US1 Forandringer i US1 er kun på valg av I/O-system. Antall signaler blir det samme. US1 vil nå benytte seg av både Flex I/O (1794) og Point I/O (1734), se tabell 5-1. Mer om systemene finnes i 5. semesters rapport [1]. Det benyttes Flex I/O på digitale innganger, men på analoge innganger og digitale utganger benyttes Point I/O. Forandringen skyldes at Point I/O kan skalere analoge innganger direkte på kortet når man konfigurerer det i RSLogix Point I/O har også en bedre fail/safe konfigurering. Med fail/safe -virkning menes hva modulen gjør hvis kommunikasjon med CPU feiler. På Point I/O kan hver og en av utgangene bli konfigurert individuelt, mens man på Flex I/O kun kan sette opp hele kortet til samme fail/safe -virkning. US1 er også klargjort for to analoge innganger fra NOx-måling som Statens vegvesen vurderer å sette inn i forbindelse med oppgraderingen US2 US2 vil benytte seg av samme I/O-system som valgt i 5. semesters rapport [1], Point I/O. Istedenfor manuelle vendere vil US2 ha tilkoblet et nødstyringspanel. Antall moduler blir økt IA

29 Automatiseringsutstyr pga. Statens vegvesens ønske om flere I/O i reserve. Det vil i fremtiden kanskje bli tilknyttet en automatisk bom [7]. US2 består av tre digitalinngangs-, en kommunikasjons-, fire digitalutgangs- og en analoginngangsmodul, se figur 5-3. Figur 5-3. US2 på testrigg. Fra venstre: en kommunikasjons-, en analoginngangs-, tre digitalinngangs- og fire digitalutgangsmoduler US3 US3 vil benyttes seg av samme I/O-system som valgt i 5. semesters rapport [1], Point I/O. Istedenfor manuelle vendere vil US3 ha tilkoblet et nødstyringspanel. Antall moduler blir økt da det i fremtiden vil komme et MVS tilknyttet US3 i forbindelse med en ny riksvei [7]. US3 består av fem digitalinngangs- og fem digitalutgangsmoduler, samt en kommunikasjonsmodul US4 US4 vil benytte seg av samme I/O-system som valgt i 5. semesters rapport [1], Point I/O. Istedenfor manuelle vendere vil US4 ha tilkoblet et nødstyringspanel. US4 består av tre digitalinngangs-, tre digitalutgangs- og en analoginngangsmodul, samt en kommunikasjonsmodul US5 US5 vil benytte seg av samme I/O-system som valgt i 5. semesters rapport [1], Point I/O. Istedenfor manuelle vendere vil US5 ha tilkoblet et nødstyringspanel. Antall moduler blir økt pga. Statens vegvesens ønske om flere I/O i reserve. US5 består av fire digitalinngangs- og fire digitalutgangsmoduler, samt en kommunikasjonsmodul. IA

30 Automatiseringsutstyr US6 US6 vil benytte seg av samme I/O-system som valgt i 5. semesters rapport [1], Point I/O. Antall moduler blir som før. US6 består av en digitalinngangs- og en digitalutgangsmodul, samt en kommunikasjonsmodul. 5.3 Sikkerhet Distribuerte I/O-system har den svakhet at mister man kommunikasjon, så mister man all informasjon fra hele modulen. Allen-Bradley sine distribuerte I/O-system er laget slik at de har en CPU innebygget i I/O-modulen. Point I/O har mulighet til å konfigurere hver eneste utgang spesifikt. Man kan velge om utgangen skal gå høy, lav eller beholde sin siste verdi ved en feil. Flex I/O har også mulighet til å velge høy, lav eller holde på utgangene, men her må hele utgangsmodulen ha samme konfigurasjon. Under programmeringen av prosjektet er disse funksjonene benyttet. Ved frafall av kommunikasjon mellom CPU i US1 og utgangsmoduler vil modulene beholde sin siste verdi. IA

31 Programmering 6 PROGRAMMERING Programmeringen av PAC ble gjort med Rockwell Software RSLogix Valg av programvare er dokumentert i rapporten fra 5. semester [1]. 6.1 RSLogix 5000 RSLogix 5000 er det kraftigste programmeringsverktøyet til Rockwell Software. RSLogix 5000 kan programmere tre av Allen-Bradley sine PLS/PAC-systemer [8]: CompactLogix FlexLogix ControlLogix ControlLogix er det systemet som Horten-tunnelen benytter seg av. RSLogix 5000 støtter fire av de fem språkene i IEC LD FBD ST SFC IL er språket som er utelatt. Et prosjekt kan bestå av flere typer språk, alle med samme tagdatabase. Programvaren støtter også online-redigering av program og tag s. Programmet har mange ferdiglagde avanserte kontrollfunksjoner, som for eksempel PID-kontroll [9]. Det er ikke brukt noen av de ferdiglagde malene til dette prosjektet. 6.2 Krav og funksjon Statens vegvesen har en rekke krav som skal innfris av et kontrollsystem. Programmet skal takle enhver situasjon som oppstår, om det er en defekt vifte eller et MVS som ikke fungerer. Disse kravene og funksjonene som de forskjellige Add-On instructions og objekt skal ha er diskutert og fastsatt på formelle møter og arbeidsmøter mellom prosjektgruppen og Statens vegvesen. Krav og funksjonsbeskrivelser er samlet i et dokument (Vedlegg M) av prosjektgruppen. Dokumentet er godkjent av Statens vegvesen. Det stilles bla. krav til: Styring av viftepar 3 Internasjonal standard som i 1993 samlet industrielle programmeringsspråk. Andre utgave av standarden utgitt i [13] IA

32 Programmering Lysregulering Funksjon av nødstyringspanel 6.3 Struktur i programmet Statens vegvesen ønsker å kunne ha så stor gjenbruk av kode som mulig. Programmet er derfor laget så generelt så mulig. De forskjellige program-subrutinene er laget i samarbeid med Statens vegvesen og i henhold til prosessgrensesnittet. All styring av objekter blir programmert i Add-on instructions (Vedlegg Q). Instruksjonene finnes i kodeform i vedlegg K. Programmet er strukturert opp slik at det er lett å finne frem, se figur 6-1. Figur 6-1. Struktur av program i RSLogix RSLogix 5000 benytter seg av standard hierarkisk mappestruktur. I hovedoppgaven (Vedlegg J) har vi tre programmer: _00_MainProgram _01_Innganger _50_Utganger Hovedoppgaven starter ved oppstart av PAC. IA

33 Programmering Main program Dette er hovedprogrammet hvor forskjellige rutiner kalles opp. De er skrevet i forskjellige språk, avhengig av rutinenes funksjon. Hovedprogrammet i Horten-tunnelen benytter seg av tre av de fire programmeringsspråkene i RSLogix 5000: FBD ST LD Add-On instructions for samtlige objekt blir kalt opp i de forskjellige rutinene. Rutinene er forskjellige fra objekt til objekt, men strukturen er den samme. Figur 6-2 viser rutinen for automatisk bom. Figur 6-2. Rutine for automatiske bommer. Kommando add-on til venstre og styrings add-on til høyre. Rutinen er laget i FBD. Rutiner består som regel av kommando add-on og styrings add-on. Kommando add-on tar for seg prioritering av signaler fra VTS og nødstyringspanel. Styrings add-on tar for seg selve styringen, f.eks styring av bom, samt status til nødstyringspanel og skjermsystem. I hver add-on befinner det seg logikk i form av LD, se figur 6-3. IA

34 Programmering Figur 6-3. Utdrag fra logikk i styrings add-on for automatiske bommer Innganger Her leses det inn innganger fra alle US i tunnelen. Tags i PAC blir knyttet opp mot den fysiske inngangen. I disse rutinene er det brukt programmeringsspråket ST. Dette gir en oversiktlig og lett lesbar kode Utganger Denne delen gjør det samme som inngangsdelen, men med utganger i alle US. Her knyttes fysiske utganger i US til tags i PAC. Også her er ST brukt som programmeringsspråk, se figur 6-4. IA

35 Programmering Figur 6-4. Utganger i US2 skrevet i ST. 6.4 Rutine ved stenging av tunnel Horten-tunnelen har i grove trekk to tilstander: Normaldrift Stengt Kravene til stengeprosedyren er beskrevet i vedlegg M. Se figur 6-5 for visuell oversikt over stenging. Figur 6-5. Stengerutine ved Horten-tunnelen. Når tunnel er stengt går lys og vifter som normalt. Lys og vifter kan styres fra skjermsystemet, vifter kan også styres fra nødstyringspanelene plassert ved Horten-tunnelen. IA

36 Programmering 6.5 Sikkerhet Det er konfigurert inn sikkerhet i hver av utgangsmodulene. Ved eventuelle kommunikasjonsbrudd mellom CPU og US vil utgangene beholde sin siste verdi til kommunikasjonen er gjenopprettet. Ved å benytte seg av en slik sikkerhet vil det ikke oppstå farlige situasjoner som at bommer brått går igjen, eller at alt lys i tunnel skrur seg av. Man har tre valg man kan sette I/O-modulen i, se figur 6-6. Figur 6-6. Konfigurering av sikkerhet på Point I/O utgangsmoduler i RSLogix Modulen kan velges å gå i høy, lav eller å beholde siste verdi. Hver enkelt av utgangene kan settes opp forskjellig. Styresystemet i Horten-tunnelen vil ved feil holde siste verdi. IA

37 Skjermsystem 7 SKJERMSYSTEM Skjermsystem skal programmers med Rockwell Software FactoryTalk View SE. Det ble i januar 2009 gjennomført kurs hos leverandør Triple-S i programvaren. Det er lagt vekt på gjenbruk og generalitet i programmeringen av skjermsystemet. 7.1 FactoryTalk View SE I rapporten fra 5.semester er det skrevet at det skal benyttes Rockwell Software RSView 32. Dette er et program som er utdatert. Det erstattende programmet heter FactoryTalk View SE. Dette er Rockwell Software sitt skjermsystemprogram for nettverksløsninger. FactoryTalk View SE konfigureres i dette prosjektet med en HMI-server og dataserver. Dette er utviklermiljøet der skjermsystem lages. For å bruke skjermsystem må det konfigureres en klient som kobles opp til FactoryTalk View SE. Klientens datamaskin må være godkjent i FactoryTalk View SE og det kan også konfigureres pålogging. 7.2 Krav Statens vegvesen har ønsker til hvordan skjermsystemet skal utvikles (Vedlegg M). Det er lagt vekt på følgende: Bruk av OPC. Gjenbruk av display. Bruke globale objekt mest mulig. Ha samme layout som andre tunneler overvåket fra VTS. Objektenes og popup-bildenes egenskaper er dokumentert i vedlegg R. 7.3 HMI-server HMI-server inneholder de forskjellige operatørbildene som brukes i skjermsystemet og funksjoner for å bedre mulighetene til operatørbildene. FactoryTalk View SE sin lisensiering er basert på hvor mange operatørbilder, kalt displays, som lages. For å redusere bruken av display er det for eksempel mulig å benytte seg av parameterfiler som kan lastes inn når et display startes. Slik kan display som ser like ut lages til et generelt display som refererer operasjonene sine til hva parameterfilene sier de skal gjøre. IA

38 Skjermsystem Globale objekt Globale objekt lar utvikleren lage en standard for mange objekt som skal oppføre seg likt, se figur 7-1. Er det behov kan det gjøres mindre endringer som vil oppdatere alle objekt som er referanse til det globale objektet. Figur 7-1: Globalt objekt av SOS-kiosk. Utviklerstadiet til venstre, objektet i bruk til høyre. Videre lages det parameterreferanser til utvalgte grafiske elementer som er i selve globale objektet. Dette kan for eksempel være å endre en statuslampe fra grønn til rød. Når det lages en referanse til det globale objektet kan utvikler enklere velge en tag som skal endre denne statuslampen. Tag-en kan også være en referanse til en parameterfil eller en makro, se figur 7-2. Figur 7-2. Valg av tags til SOS-kiosk. 7.4 Dataserver Ved å legge til en dataserver kan man benytte seg av OPC (se kapittel 7.4). Dataserver gir muligheten til å bruke tags fra utstyr laget av andre leverandører. I dette prosjektet er det ikke behov for dataserver siden utstyr og programvare er fra samme leverandør, men etter ønske fra Statens Vegvesen blir dataserver benyttet. IA

39 Skjermsystem 7.5 OPC OPC er OLE for prosesskontroll industrien [11]. Men i dag blir OPC gjerne forklart med Open Process Control [15]. OPC is a series of standards specifications. The first standard (originally called simply the OPC Specification and now called the Data Access Specification) resulted from the collaboration of a number of leading worldwide automation suppliers working in cooperation with Microsoft. Originally based on Microsoft's OLE COM (component object model) and DCOM (distributed component object model) technologies, the specification defined a standard set of objects, interfaces and methods for use in process control and manufacturing automation applications to facilitate interoperability. The COM/DCOM technologies provided the framework for software products to be developed. [4] OPC kan kalles en protokollkonverter. OPC ble utviklet for at utstyr fra ulike leverandører kunne utveksle data seg imellom. Figur 7-3 viser et system som utveksler data uten bruk av OPC. Figur 7-3, En prosess uten bruk av OPC. Figur 7-4 viser samme system men da samlet under OPC. [15] IA

40 Skjermsystem [15] Figur 7-4. Bruk av OPC i en prosess 7.6 Skjermsystem for Horten-tunnelen Skjermsystemet for Horten-tunnelen er et forslag basert på det eksisterende skjermsystem Statens Vegvesen bruker i dag. Horten-tunnelen styres av tre operatørbilder. I tillegg er det et operatørbilde som bare viser hvilke lys som er aktive i nødstyringspanelet. Nevnte operatørbilder vil ha knapper merket med hovedmeny og nettverk. Knappene har ingen funksjon knyttet til prosjektet, men er laget for å ha samme grafisk utførelse som Statens vegvesen har i eksisterende skjermsystem. Knappenes praktiske hensikt er å gi brukeren navigasjon til andre tunneler og trafikksoner i skjermsystemet og for å se nettverksstatus mellom dem Popup-bilder I operatørbildene blir det benyttet popup-bilder som er mindre operatørbilder som enten gir kommandoer til et enkelt objekt eller starter større hendelser. Popup-bilder dukker opp ved å klikke på noen av objektene eller knappene i de forskjellige operatørbildene. Det er lagt opp til at to popup-bilder ikke kan vises samtidig, men denne funksjonen er ikke knyttet til knappene som åpner popup-bilder, bare objektene Oversiktsbildet Oversiktsbildet viser alle SOS-kiosker, CO- og lux-målere, hvilket lystrinn som er aktivert og en overordnet vifte, se figur 7-5. IA

41 Skjermsystem Figur 7-5. Oversiktsbilde fra skjermsystem SOS-kioskene viser hvis døra åpnes, brannslukkingsapparatet fjernes eller nødtelefonrøret løftes av. Den overordnede viften viser om det er noen vifter på og om det er feil på viftene. SOSkiosker, CO- og lux-målere kan blokkeres via popup-bilder Trafikkbildet Trafikkbildet viser om røde vekselblink og automatiske bommer er aktivert, og om MVS viser normal eller stengt posisjon, se figur 7-6. IA

42 Skjermsystem Figur 7-6. Trafikkbildet i skjermsystemet. Bildet har også en enkel visning av objektene sin plassering ute i feltet. Hvert enkelt objekt kan aktiveres via popup-bilder, og det er knapper som viser popup-bildet for å stenge tunnelen eller starte brannventilasjon Teknisk-bildet Teknisk-bildet tar for seg vifter og lys, se figur 7-7. Bildet viser: de 14 viftene sin status verdi av CO- og lux-målere vifteretning hvilket lystrinn som er aktivt Det er i tillegg knapper som åpner popup-bilder for: styring av lys IA