Isıtma, havalandırma, iklimlendirme sistemleri ve otomasyon programlarının yazımı

Abstract

ÖZET Otomatik kontrol sistemleri genel anlamda belli bir işlevi sürekli olarak aynı doğrulukta gerçekleştirmek için tasarlanır. Otomatik bir kontrol sisteminin temel çalışma prensibi geri beslemeye dayanır. Tasarlanan işlevin gerçekleştirilip, gerçekleştirilmediğini ya da hangi oranda gerçekleştirildiğini içeren veri giriş ünitesine iletilir. Eğer tasarlanan ve fiziksel olarak oluşmuş olan durumlar arasında bir fark söz konusu ise, proses ünitesi bu hatayı gidermek üzere gerekli işlemleri gerçekleştirir. Çıkış ünitesinin durumu sürekli olarak kontrol altında tutulur. Bina otomasyon sistemleri (BMS, Building Management Systems) güvenlik, yangın algılama ve söndürme, ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme sistemlerini kapsar. Bu tez çalışmasında ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme (HVAC, Heating, Ventillating, Air Conditioning) ünitelerinin bilgisayar ile otomatik kontrolünün sağlanması konusu incelenmiştir. Büyük binalarda ortam havasının ısıtılması, soğutulması, iklim konforunun sağlanması ve havanın gerekli oranda nemlendirilmesi işlevi klima santralleri ile sağlanır. Ortamdaki sıcaklık ve nem oranı gibi fiziksel nicelikler ile ilgili bilgiler, klima santralleri içine ve ortama yerleştirilen sensörler ile elde edilir. Sensörlerden elde edilen bilgiler, her biri kendi mikroişlemcisine sahip olan kontrol panellerine iletilir. Kontrol panellerinde ihtiyaca göre tasarlanmış Assembler dili ile yazılmış kontrol programları bulunur. Bu bilgisayar panelleri daha sonra tek bir ana bilgisayara bağlanır. Sistemin tamamının süpervizyonu ve gerektiğinde sistem üzerinde yapılacak değişiklikler merkezdeki bilgisayardan gerçekleştirilir. Ana bilgisayarda Windows programı altında çalışan yüksek seviyeli, grafiksel kullanıcı arabirim programları kullanılır. Saha içindeki panellerde yüklü bulunan alçak seviyeli Assembler programları kontrol işlevinin verimli, hızlı ve hatasız olmasını sağlar. Panellerin kullandığı Assembler dilinin esnekliği sebebiyle otomasyon uygulamaları sadece ısıtma -havalandırma otomasyonu ile sınırlı değildir. Bu panellere uygun programlar yazılarak, her türlü cihazın otomatik kontrolü ya da manuel olarak çalıştırılması merkez bilgisayardan yapılabilir. Hazırlanacak Software programları sadece tasarımcı mühendisin yaratıcılığı ile sınırlıdır. Bu paneller ve yazılım ile endüstriyel PLC (Programmable Logic Control) uygulamaları da gerçekleştirebilir. Panellerde kullanılan Assembler dilleri tamamen üretici firmaların tasarladığı, belli bir standardı olmayan yazılımlardır, üretici firmalar bu panellerin mikroişlemcilerinde ve diğer yarıiletken elemanlarda genellikle ASIC (Application Specific Integrated Circuit, Uygulamaya özel Entegre Devreler) kullanırlar. Ancak bina otomasyonu yazılımlarında kullanılan diller birbirleri ile çok benzeşen bir mantık yapısına sahiptirler. Böylece bu tez çalışmasında kullanılan Assembler dilinin mantığı ile diğer dilleri anlamak çok kolaylaşır. Bu çalışmada SAUTER AG./ İSVİÇRE firmasının üretmiş olduğu panellerde kullandığı RSE - 330 / EY 2400 T Assembler dili ile örnek programlar yazılmış ve açıklanmıştır. Ana bilgisayarda kullanılan çekirdek program olarak PROVI T (For Windows) programı seçilmiştir. Frekans tepkisi grafikleri CC (Student Version) programı ile çizilmiştir. Çalışmanın amacı klima otomasyonunu ve programlama mantığını tanıtmaktır. Bu aşamadan sonra her türlü PLC veya otomasyon programı tasarlamak büyük ölçüde kolaylaşacaktır. Çalışma ısıtma, havalandırma ve iklimlendirme otomasyonu üzerine yoğunlaştırılmıştır. Okuyucunun lisans düzeyindeki otomatik kontrol teorisine, negatif ve pozitif geri besleme kavramlarına, Bode, Complete Nyquist veya Nichol yöntemleri grafiksel kararlılık analizine ve kararlı durum frekans tepkisi kavramlarına aşina olduğu varsayılmıştır. Sistemin işletilmesi ve ihtiyaca göre otomasyonu teorik bilginin yanısıra algoritmik bir mantığa ihtiyaç duyar.

ii ABSTRACT Automatic control systems, in general, are designed to implement a specific task with continuous accuracy. The theoty of operaiion of an automatic control system is based on feedback. ine data transferred to the input unit includes the information on the degree of implementation of a desired task; whether it is completed successfulry ör not. If a difference occurs betvveen the desired and the physical situation, the process unit perfbrms the necessaıy operations to get rid of this error. ine condition of the output unit is continuousry controlled. Building Management Systems incinde security, fire sensing and extinquishing, heating, ventillating and air conditioning (HVAC) systems. Computerized automation of HVAC units subject will be examined in this thesis woık. The process of air heating, cooling and achieving climate comfort indoors in huge buildmgs is ensured by HVAC centrals. The physical information on the parameters such as temperature and relative humidity of the environment is ensured by the sensoıs installed in the HVAC central ör in the building. The information taken from the sensors is transferred to the control panels which have their own microprocessors. in the control panels, ihere are programs designed for specific tasks and written in assembty language. These computer panels are then connected to a single main fiame computer. The supervision of the vvhole system and the changes in the system are achieved by the main computer when required. High level programs working in assocîation with Windows program and with graphical user interface are used in the main computer. The low level Assembler Programs installed in the panels in the occasion ensure an effiicient, fast and a complete control process. The automation process is not limited with the HVAC applications because of the flexibility of the Assembly Language used in the panels. The automatic controlling action ör the manuel operation of any kind of device can be achieved with the main computer by loading appropriate programs into the panels. The software programs prepared are onry limited by the creativity of the design engineer. Industrial PLC (Programmable Logic Control) applications can also be implemented with these panels and softvvare. The Assembly Languages used in the panels are designed by the manufacturing companies and they do not have a unique standard. The manufacturing companies usuaüy use ASIC (Applîcation Specific Integrated Circuits) in the production of panel microprocessors and in the other semiconductor equipment, but the languages used in building automation softvvare have göt very similar logical structures. Thus, it becomes much easier to understand other languages with the Assembly Language used in this thesis. The sample Assembler Programs in this thesis work are written and explained by using RSE 330 / EY 2400 T Assembly Language /vhich is used in the panels produced by the company SAUTER A.G / SWITZERLAND. PROVI (For Windows) is selected as the core program used in the main fiame computer. Frecpıency response graphics are drawn by CC (Student version) program. The aim of this work is to introduce the automation and programming logic of HVAC automation. After this step, it will be easier to design any kind of PLC and automation programs. The work is focused mostly on heating, ventillating and air conditioning automation. it is assumed that the reader is familiar with B.S.degree automatic control theory, negative and positive feedback concepts, graphical stabüity analysis with Bode, Complete Nyquist and Nichols methods and steady state frequency concepts. Making the system operate and automation with respect to the requirements need an algorhitmic logic as well as theoretical knowledge.