- / -

- / -

Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η κατασκευή ενός πλήρους αυτοματοποιημένου συστήματος παραγωγής και παροχής ηλεκτρικών τάσεων με τη χρήση Προγραμματιζόμενου Λογικού Ελεγκτή (PLC) και συστήματος εποπτικού ελέγχου και συλλογής πληροφοριών (SCADA). Το σύστημα βρίσκεται στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Ο αρχικός σχεδιασμός και υλοποίηση του συστήματος έγινε το 1987 από την εταιρία ΑSEA BROWN BOVERI (ABB). Με την πάροδο του χρόνου εμφανίστηκαν βασικά λειτουργικά προβλήματα τα οποία σε συνδυασμό με την ανύπαρκτη τεχνική υποστήριξη οδήγησαν στην προβληματική λειτουργία και σταδιακά στην κατάρρευση του συστήματος. Στην πορεία λειτούργησαν κάποιες παροχές (Ε1 και Ε3) μέσω κονσόλας κλασικού αυτοματισμού με μπουτόν. Έτσι, με την πρωτοβουλία του Καθηγητή Δρ. -Μηχανικού κου Αθανασίου Ν. Σαφάκα ανατέθηκαν 7 διπλωματικές εργασίες σε φοιτητές του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών του Πανεπιστημίου Πατρών, οι οποίες είχαν ως στόχο την επαναλειτουργία του αρχικά αυτοματοποιημένου συστήματος, με χρήση Προγραμματιζόμενων Λογικών Ελεγκτών τελευταίας γενιάς. Για την πραγματοποίηση του έργου αυτού, το σύστημα μελετήθηκε εκτενώς, καταγράφηκαν όλα τα στοιχεία του και επαναλειτούργησε, σταδιακά, σε τρεις φάσεις ανάθεσης διπλωματικών εργασιών. Συγκεκριμένα πρόκειται για την παραγωγή 10 διαφορετικών τύπων τάσεων σε 12 εργαστηριακές θέσεις. Στην 3η φάση υλοποίησης και ολοκλήρωσης του έργου, όπου εντάσσεται και αυτή η διπλωματική, υλοποιήθηκαν οι εξής παροχές: • Ε6 = 0V…230V DC • Ε7 = 0V…230V DC • Ε8 = 0V…500V DC • Ε9 = 149V…450V DC • Ε10 = 150V…500V AC, 15…100Hz Πρόκειται για μεταβλητές τάσεις που παράγονται από ζεύγη ηλεκτρικών μηχανών. Οι μηχανές αυτές βρίσκονται στο υπόγειο του Εργαστηρίου Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας και ο χειρισμός τους γίνεται από ένα φιλικό ως προς το χρήστη περιβάλλον μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή (σύστημα SCADA). Ο χειριστής δεν χρειάζεται να έχει ιδιαίτερες γνώσεις για να λειτουργήσει το όλο σύστημα διότι δεν έρχεται σε άμεση επαφή με τον Προγραμματιζόμενο Λογικό Ελεγκτή (PLC) , ο οποίος είναι υπεύθυνος για την σωστή λειτουργία του συστήματος. Ο χειριστής έρχεται μόνο σε επαφή με το σύστημα SCADA , το οποίο βασίζεται στο πρόγραμμα του PLC για να λειτουργήσει. Έτσι το σύστημα που υλοποιήθηκε παρέχει ασφαλιστικές δικλείδες για την αυτόματη αντιμετώπιση οποιουδήποτε είδους σφάλματος παρουσιαστεί (υλικού αλλά και χειρισμού) , προειδοποιητικά μηνύματα και καταγραφή ιστορικού βλαβών. Ουσιαστικά προλαμβάνει και αντιμετωπίζει το σφάλμα αλλά και το λάθος του χειριστή αυτόματα και ταχύτατα. Κάποια μέρη της εργασίας με ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι: για την διεκπεραίωση της παροχής Ε9 γίνεται παραλληλισμός σύγχρονης γεννήτριας στο δίκτυο αυτόματα μέσω του Προγραμματιζόμενου Λογικού Ελεγκτή. Επίσης δημιουργήθηκε ένας ομαλός εκκινητής (soft starter) για έλεγχο ασύγχρονης μηχανής εκμεταλλευόμενοι την παροχή Ε10. Όλες οι παροχές μπορούν να δοθούν στους εργαστηριακούς πάγκους για εκπαιδευτικούς αλλά και ερευνητικούς σκοπούς. Στην διπλωματική γίνεται εκτενή αναφορά στις παραπάνω παροχές ,στις συνδεσμολογίες που κάναμε ,στον προγραμματισμό του PLC καθώς και στο σύστημα SCADA που έρχεται σε επαφή ο χειριστής. / This diploma thesis’ objective was to create a fully automated electrical voltage production and supply system using Programmable Logical Controller (PLC) and Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA). This system is located in the Electromechanical Energy Conversion Laboratory of Electrical and Computer Engineering Department. The initial design and implementation of the system was in 1987 by ΑSEA BROWN BOVERI (ABB). The basic operational problems combined with little technical support led to the insufficient operation and gradually to the collapse of the system. Some supplies (E1 and E3) operated later on, using typical automation control with button console. So, Professor Dr.-Ing. Athanasios N. Safacas initiated the reoperation of the automated system with the use of new PLCs. For this purpose he assigned seven diploma thesis to the students of Electrical and Computer Engineering Department. To complete the project, the system had to be fully analyzed and its components fully registered. The project was finalized after three phases. The system includes 10 different types of electrical voltage in 12 different laboratory locations. During the third phase, that this diploma thesis is part of, the following supplies needed to be implemented : • Ε6 = 0V…230V DC • Ε7 = 0V…230V DC • Ε8 = 0V…500V DC • Ε9 = 149V…450V DC • Ε10 = 150V…500V AC, 15…100Hz These are variable voltage that are produced by electrical machine pairs. The machine are located at the basement of Electromechanical Energy Conversion Laboratory and they are operated by SCADA. The system is operated exclusively by SCADA ,so the operator doesn’t need to have special knowledge of the whole system. The system is secured against any error (hardware or operation) and offers warning messaging and saves error history. Some sections of great interest are: • The E9 supply operates through parallelism of synchronous generator with the energy network. This is achieved auto by the Programmable Logical Controller. • The E10 supply was used to provide a soft starter simulation in order to control the speed of asynchronous machine. In the diploma thesis includes all the information about the power supplies, the connections that were made, the PLC programming and the making of the SCADA system.

Οι μοντέρνες σχεδιαστικές προσεγγίσεις των κτιρίων απαιτούν την παροχή διαδραστικών ανέσεων στους ανθρώπους που ζουν και εργάζονται στο εσωτερικό τους. Ο οικιακός και κτιριακός αυτοματισμός, όμως, χαρακτηρίζεται από μεγάλη ανομοιογένεια μεταξύ των περισσοτέρων εγκατεστημένων συστημάτων, τα οποία αποτελούν κλειστά συστήματα. Είναι αναγκαία, λοιπόν, η εύρεση μεθόδων για τη μεταξύ τους ολοκλήρωση, καθώς και στροφή σε πιο ανοικτά συστήματα τα οποία θα παρέχουν ευελιξία και διαλειτουργικότητα. Ένας αριθμός συστημάτων και εφαρμογών έχει δημιουργηθεί προς αυτή την κατεύθυνση, ενώ καθημερινά παρουσιάζονται νέες περισσότερο “έξυπνες” συσκευές με πολλαπλές δυνατότητες δικτύωσης, χρήσης τεχνολογιών διαδικτύου και ασύρματης επικοινωνίας. Οι δυνατότητες αυτές, φαίνεται να αποτελούν και τα συστατικά για μία επιτυχή παροχή ηλεκτρονικών υπηρεσιών στο χώρο. Η διδακτορική διατριβή έρχεται να ερευνήσει τη δημιουργία και χρήση σημασιολογικών περιγραφών στο περιβάλλον του κτιριακού αυτοματισμού και να υλοποιήσει μία οντολογία που περιγράφει τον κτιριακό δίκτυο LonWorks, ενώ επεκτείνεται και σε γενικότερες συσκευές και διαδικασίες που χαρακτηρίζουν το χώρο. Επί πλέον, γίνεται η έρευνα για τη μεθοδολογία αξιοποίησης των ανωτέρω περιγραφών και των δικτυακών υπηρεσιών, καταλήγοντας στη σχεδίαση και υλοποίηση μίας πλατφόρμας που ενσωματώνει μία σειρά εργαλείων, ώστε ο μηχανικός δικτύου να μπορεί να σχεδιάσει και να αναπτύξει τις απαραίτητες δικτυακές υπηρεσίες για τη δημιουργία και παροχή ηλεκτρονικών υπηρεσιών. Συγκεκριμένα, περιγράφει τη μεθοδολογία για την υλοποίηση των δικτυακών υπηρεσιών που θα αντλήσουν την πληροφορία από το υποκείμενο δίκτυο αυτοματισμού, ασχέτως του βαθμού ετερογένειας που το χαρακτηρίζει, και το μεταξύ τους συνδυασμό ώστε να δημιουργήσει τις δικτυακές υπηρεσίες. / Modern building design approaches require interactive amenities provision to people who live and work within them. Home and Building Automation, however, is characterized by great diversity among most installed systems, which are non-open systems. It is necessary therefore to find methods for integration between them, and move to more open systems that provide flexibility and interoperability. A number of systems and applications have been developed towards this direction, and every day there are new more "smart" devices with multiple networking technologies using Internet and wireless communication. These features appear to constitute the ingredients for a successful delivery of electronic services in the area. This thesis is to investigate the creation and use of semantic descriptions in the environment of building automation, implement an ontology describing a LonWorks network, and extended it to more general equipment and procedures that characterize the area. Moreover, a survey is performed around the methodology for the use of these descriptions along with network services, resulting in the design and implementation of a platform. The platform incorporates a set of tools enabling the network engineer to design and develop the necessary web services needed to create e-services. Specifically, it describes the implementation methodology of web services that will draw information from the underlying automation network, regardless of each heterogeneity degree, and each amongst combination to create web services.

Η παρούσα διπλωματική εργασία περιλαμβάνει την πλήρη αυτοματοποίηση του τρόπου παραγωγής και διανομής των ηλεκτρικών παροχών στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Το πρώτο μέρος της παρούσας διπλωματικής εργασίας αφορά την περιγραφή του συστήματος παροχών του ΕΗΜΕ. Γίνεται περιγραφή του υπάρχοντος εξόπλισμου και εξετάξεται η δυνατότητά του να λειτουργήσει με PLC. Στην συνέχεια γίνεται περιγραφή της διαδικασίας προγραμματισμού του PLC και ο τρόπος που δομείται το εποπτικό περιβάλλον SCADA. Τέλος γίνεται ιδιαίτερη αναφορά σε κάποιες δυνατότητες που παρέχει το νέο πλήρως αυτοματοποιημένο σύστημα, όπως η δυνατότητα αυτόματου παραλληλισμού σύγχρονης μηχανής με το δίκτυο της ΔΕΗ και η διόρθωση τού συντελεστή ισχύος της εγκατάστασης. / The present diplomatic work includes the complete automation of way of production and distribution of Power supply in the Laboratory of electromechanis Transformation of Energy at the Department of Electricians of Engineers and Technology of Computers.

Η διπλωματική αυτή εργασία, συνίσταται στην μελέτη των αυτοματισμών παραγωγής της διαδικασίας επεξεργασίας γάλακτος στη βιομηχανία Ροδόπη Α.Ε. καθώς και στη συλλογή δεδομένων και τον εποπτικό έλεγχο αυτής. Επιπρόσθετα, αναπτύχθηκε εξαρχής η αυτοματοποίηση και η ανάπτυξη συστήματος SCADA του βιολογικού καθαρισμού της πιο πάνω βιομηχανίας. Για την εκπόνηση της διπλωματικής εργασίας, ήταν αναγκαία η τετράμηνη πρακτική εργασία μου στη βιομηχανία Ροδόπη Α.Ε. από τις 1-7-2011 έως τις 31-10-2011, γεγονός που μου επέτρεψε να συλλέξω τα απαιτούμενα στοιχεία για την αναλυτική περιγραφή των διαφόρων σταδίων της παραγωγικής διαδικασίας. Η αυτοματοποίηση πραγματοποιήθηκε με τη χρήση ενός PLC και ενός συστήματος SCADA. Στην πρώτη φάση υλοποίησης της διπλωματικής εργασίας, προγραμματίστηκε ένα PLC το οποίο θα αναλάμβανε τον κυρίως έλεγχο της εγκατάστασης μετρώντας όλα τα χρήσιμα για τον έλεγχο μεγέθη (στάθμη δεξαμενών, ρεύμα κινητήρων, pH κλπ) και αντιδρώντας αντίστοιχα σε κάθε μεταβολή των μεγεθών αυτών. Η δεύτερη φάση, περιελάμβανε την ανάπτυξη ενός συστήματος SCADA για την εποπτεία και την παρακολούθηση της εγκατάστασης. Για να μπορέσει αυτό το σύστημα να αναλάβει το έλεγχο της εγκατάστασης, το PLC και το SCADA επικοινωνούν μέσω ενός δικτύου MPI, μέσω του οποίου πραγματοποιείται η συνεχής ενημέρωση της εκάστοτε συσκευής για τις αλλαγές που πραγματοποιούνται στην άλλη. Έτσι, σχεδιάστηκε ένα σύστημα SCADA, το οποίο δίνει τη δυνατότητα στο χειριστή να επεμβαίνει στο σύστημα και να μπορεί ανά πάσα στιγμή να γνωρίζει οποιαδήποτε πληροφορία χρειάζεται για την εγκατάσταση με τον ευκολότερο δυνατό τρόπο. / -

Η παρακάτω διπλωματική εργασία περιλαμβάνει την περιγραφή των εργασιών που πραγματοποιήθηκαν κατά τον εκσυγχρονισμό του συστήματος αυτοματισμού των σιλό φαρίνας Δ και Ε. Αρχικά περιγράφεται περιληπτικά η διαδικασία παραγωγής του τσιμέντου και ο ρόλος των σιλό φαρίνας Δ και Ε στη γραμμή παραγωγής. Στη συνέχεια αναλύεται η μετάβαση από τον κλασσικό αυτοματισμό στη χρήση Προγραμματιζόμενου Λογικού Ελεγκτή (PLC) και αναφέρονται οι σημαντικότερες αλλαγές που συνέβησαν. Το επόμενο κομμάτι της εργασίας αναφέρεται στο διάγραμμα ροής του συγκροτήματος φαρίνας ΠΚ4 και ΠΚ5 όπου παρατίθεται σχετικό σχεδιάγραμμα με τη ροή του υλικού ενώ επιπροσθέτως περιγράφεται η λειτουργία όλων των μηχανών που περιλαμβάνονται σ’ αυτό. Έπειτα γίνεται μετάβαση στη λογική αυτοματισμού που αναπτύχθηκε από τους μηχανικούς αυτοματισμού του εργοστασίου όπου περιγράφονται όλες οι είσοδοι και οι έξοδοι του PLC, το πρόγραμμα που χρησιμοποιήθηκε και ο κώδικας προγράμματος που δημιουργήθηκε. Αμέσως μετά γίνεται ξεχωριστή αναφορά στο μιμητικό διάγραμμα (SCADA) με παράθεση των εικόνων που το αποτελούν και επεξήγηση όλων των ενδείξεων και επιλογών που περιλαμβάνει. Στη συνέχεια αναφέρονται τα δίκτυα που χρησιμοποιήθηκαν για τον έλεγχο της μονάδας των σιλό Δ και Ε, δηλαδή το βιομηχανικό δίκτυο Profibus και το δίκτυο Ethernet, όπου περιγράφεται ο τρόπος επικοινωνίας των χειριστών της μονάδας με τις μηχανές της διεργασίας. Το τελευταίο τμήμα της εργασίας περιλαμβάνει την βήμα προς βήμα περιγραφή των εργασιών ως την ολοκλήρωση του έργου, τη διαδικασία του τελικού ελέγχου του έργου καθώς και μια σύντομη αναφορά στη συμμετοχή του φοιτητή σε τμήμα των παραπάνω εργασιών. Η διπλωματική εργασία κλείνει με την παράθεση των πηγών καθώς και ορισμένων συμπληρωματικών παραρτημάτων. / The following thesis includes a description of the work carried out during the modernization of the automation system of raw meal silo D and E. Firstly it is described briefly the production process of cement and the role of raw meal silo D and E on the production line. Afterwards the transition from classical automation to the use of a Programmable Logic Controller (PLC) and some of the most significant changes occurred are analyzed. In the next chapter it is reported the complex flow of raw meal PK4 and PK5 citing a diagram with the flow of material and furthermore the operation of all machinery therein is described. Following there is a shift in the automation logic developed by automation engineers of the factory describing all inputs and outputs of the PLC, the program used and the program code created. A separate reference to mimetic diagram (SCADA) follows including the images that constitute it and an explanation of all the indications and options included. The next chapter includes the networks used for the control unit of the silo D and E, which are the Profibus industrial network and the network Ethernet, where it is described the way in which the operator of the plant contacts with the machinery of the process. The last part of the thesis includes step-by-step the description of the works as the project is completed, the process of final verification of the project and a brief reference to the student’s involvement. The thesis concludes with a statement of sources and some additional annexes.

Το παράδειγμα του Service Oriented computing αναφέρεται σε ένα σύνολο από έννοιες, αρχές και μεθόδους οι οποίες αξιοποιούν την Service Oriented αρχιτεκτονική, σύμφωνα με την οποία οι εφαρμογές λογισμικού κατασκευάζονται από ανεξάρτητες συνιστώσες υπηρεσιών με πρότυπες διεπαφές. Η υπηρεσιοστρεφής (Service Oriented) αρχιτεκτονική είναι ένα σύνολο από κανόνες και μεθοδολογίες για το σχεδιασμό και την ανάπτυξη λογισμικού με τη μορφή διαλειτουργικών υπηρεσιών. Μία από τις σημαντικότερες τεχνολογίες για την αξιοποίηση αυτής της αρχιτεκτονικής είναι τα Web Services. Τα Web Services είναι μία τεχνολογία σχεδιασμένη για την υποστήριξη διαλειτουργικών αλληλεπίδρασης σταθμών πάνω από το διαδίκτυο. Τα συστήματα βιομηχανικών αυτοματισμών είναι συστήματα τα οποία χρησιμοποιούνται για την αύξηση της απόδοσης των βιομηχανικών καθώς και των διαδικασιών παραγωγής. Οι παραδοσιακές τεχνικές ανάπτυξης των συστημάτων αυτών δεν ικανοποιούν πλέον τις απαιτήσεις των σύνθετων βιομηχανικών συστημάτων και υπάρχει μια τάση για αξιοποίηση τεχνολογιών αιχμής από την περιοχή του Software Engineering. Στην κατεύθυνση αυτή η παρούσα εργασία μελετά τα πλεονεκτήματα αλλά και τα μειονεκτήματα που προσφέρει η αξιοποίηση του SOC παραδείγματος στην ανάπτυξη βιομηχανικών συστημάτων. Μελετήθηκε η DPWS τεχνολογία η οποία αποτελεί μια επέκταση της τεχνολογίας των Web Services με σκοπό την ικανοποίηση των αναγκών που παρουσιάζουν οι εφαρμογές βιομηχανικού αυτοματισμού. Ως μελέτη περίπτωσης χρησιμοποιήθηκε το εργαστηριακό σύστημα Festo MPS. Σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ένας εξομοιωτής του συστήματος αυτού, ο οποίος στη συνέχεια επεκτάθηκε για να είναι συμβατός με την DPWS Τεχνολογία. Με βάση αυτόν σχεδιάστηκε και υλοποιήθηκε ένας ελεγκτής του συστήματος ο οποίος αξιοποιώντας τις υπηρεσίες που προσφέρει η DPWS τεχνολογία υλοποίει την διαδικασία ελέγχου του συστήματος Festo MPS. Στη συνέχεια με βάση τα αποτελέσματα των δοκιμών προχωρήσαμε σε μια συνολική αξιολόγηση της τεχνολογίας. / The Service-Oriented Computing (SOC) paradigm refers to the set of concepts, principles, and methods that represent computing in Service-Oriented Architecture (SOA), in which software applications are constructed based on independent component services with standard interfaces. In software engineering, a Service-Oriented Architecture (SOA) is a set of principles and methodologies for designing and developing software in the form of interoperable services. One of the most important technologies used utilize this architecture is Web Services technology. Web service technology, is designed to support interoperable machine-to-machine interaction over a network. Industrial automation systems are the systems used for the enhancement of industrial and manufacturing processes. Traditional techniques to develop these systems, no longer satisfy the requirements of the complex industrial systems and there is a tendency to utilize state of the art technologies of software engineering area. The current thesis discusses the advantages and disadvantages as a result of utilizing the Service-Oriented Computing (SOC) paradigm in the development of industrial Systems. The technology that was utilized was the Devices Profile for Web Services technology(DPWS). DPWS is the extension of the Web Services technology that was designed in order to satisfy the requirements of the industrial systems applications. As a case study we used Festo Modular Production System. We designed and implemented a simulator of this system. This simulator was then redesigned and implemented in order to be compatible with DPWS technology. Based on the redesigned Simulator we designed and implemented a system Controller which utilizes the DPWS technology and implements the control process of Festo MPS. Then we proceeded with the evaluation of the technology based on the results of the tests.