Serveur d’alarme Wago – Partie software

Serveur d’alarme Wago – Partie software

Solutions proposées

Première possibilité : source de courant

Le régulateur applique une tension continue connue en direction de la sonde ; il lit le courant qui y revient. En modifiant ce courant, le régulateur est « trompé ».
Il faut bien évidemment avoir le choix de la valeur du courant qui sera fournie au régulateur, afin de simuler des valeurs de résistances différentes (explication donnée au chapitre §2.4.2). Une source de courant est donc nécessaire.
Une carte de sorties analogiques est alors indispensable. Une tension sort de cette carte (0-10V). Elle correspond à la valeur de « fausse » température désirée. Cette tension (nommée « e » sur le schéma 1) est alors convertie en courant « i » avec des amplificateurs opérationnels.La charge « r » (régulateur) est toujours parcourue par le même courant « i ». ??? ?′?ℎ? ∶ ? = ? ?3.Le problème est le suivant : pour chaque changement de température souhaité, il faut que la résistance R3 change de valeur pour que le régulateur reçoive un autre courant.

Deuxième possibilité : potentiomètres électroniques

Un ou plusieurs potentiomètres électroniques configurables à l’aide d’impulsions sont utilisés. De cette manière, il est possible de recréer le fonctionnement identique d’une sonde de température.
En cas de coupure de courant, le potentiomètre utilise sa mémoire non-volatile. Cette dernière stocke la valeur de la résistance avant que la panne intervienne.
Le seul désavantage de cette possibilité est le suivant : le courant traversant le potentiomètre est limité à une certaine valeur.

Solution adoptée

L’utilisation de potentiomètres électroniques se profile comme la solution la plus adéquate, car la flexibilité est plus grande que d’utiliser des amplificateurs opérationnels. Les potentiomètres utilisés sont les MAX5483EUD+ et MAX5484EUD+ de Maxim Integrated. Leurs valeurs maximales sont de  kΩ pour le premier et 50 kΩ pour le second.
Le but est de copier le fonctionnement de plusieurs types de sondes. Des potentiomètres différents sont donc utilisés pour avoir de nombreuses plages de résistances.
Cependant, il faut faire attention au courant maximum que peut supporter le potentiomètre (voir tableau 2).Une résistance faisant office de chute de tension est placée devant le potentiomètre afin de limiter le courant en dessous de la valeur critique admissible.
La résistance est choisie comme suit pour une tension de 5V du régulateur, avec le potentiomètre de 10 kΩ

Carte électronique

Composants

Une carte électronique est imaginée et dimensionnée avec la plupart des composants de la carte électronique qu’avait réalisé M. Catteeuw (annexe 2a), à l’exception des composants suivants :
– Relais Axicom V23105A5505A201 o Taille plus petite que le relais Panasonic précédemment choisi afin de ne pas surdimensionner la plaque électronique.
– Diode 1N4148
o Pour faire effet de diode de roue libre lors de l’ouverture brusque des relais.
– Potentiomètre MAX5484EUD+
o Pour avoir de hautes plages de résistances, allant jusqu’à 50 kΩ par potentiomètre.
– Bouton Knitter MFP-120
o Pour choisir la configuration des potentiomètres : série ou parallèle, selon la configuration utilisée.
– Jumpers
o Pour choisir quel sera le type de potentiomètre utilisé : 10 kΩ ou 50 kΩ.
– Résistances et condensateurs
o Type SMD pour une question de place surtout que leur puissance dissipée est minime (<125 mW).
– Points de mesures

Le schéma électrique est fourni en annexe 2b.

Potentiomètres

Sur cette plaque électronique, 4 potentiomètres de 10 kΩ (dont un qui est utilisé pour la configuration série et parallèle) et 2 potentiomètres de 50 kΩ sont utilisés de la manière suivante :
– 1 potentiomètre 10 kΩ
– 2 potentiomètres 10 kΩ en série
– 3 potentiomètres 10 kΩ en parallèle
– 1 potentiomètre 50 kΩ
– 2 potentiomètres 50 kΩ en série
Avec les configurations ci-dessus, il en ressort que la plaque électronique est flexible et offre les gammes de résistances suivantes pour une tension de régulateur de 5 VDC :
– Choix d’une résistance fixe de valeur désirée
– Plage de résistance 320 Ω … 3.7 kΩ
o Sondes PT500, PT1000, NTC 1kΩ, Ni1000 et Ni1000 TK5000
– Plage de résistance 1 kΩ … 11 kΩ
– Plage de résistance 1 kΩ … 21 kΩ
o Sondes NTC 2kΩ
– Plage de résistance 5.7 kΩ … 55.7 kΩ
– Plage de résistance 5.7 kΩ … 105.7 kΩ
o Sondes NTC 10kΩ et NTC 20kΩ
Selon l’annexe 2b, la borne J3_8 est utilisée pour commuter deux relais K3 et K4 qui ont la fonction suivante :
– Relais désactivés : lecture de la sonde de température
– Relais activés : lecture de la valeur des potentiomètres électroniques
En lisant la valeur des potentiomètres avant de les appliquer au régulateur, il est possible de diminuer de manière logicielle l’erreur que peuvent avoir ces potentiomètres, jusqu’à avoir une erreur maximale de 10 Ω pour le potentiomètre 10 kΩ ou 50 Ω pour celui de 50 kΩ. Cela permet d’ajouter quelques impulsions pour être le plus proche possible de la valeur de résistance que l’on désire fournir au régulateur.
A noter que le pas d’un potentiomètre 10 kΩ est de 10 Ω et le pas d’un potentiomètre 50 kΩ est de 50 Ω. Les potentiomètres ont une erreur de ± 25 %.
Les informations concernant les prescriptions d’utilisation et le fonctionnement approfondi de cette carte électronique sont détaillés dans l’annexe 3a.
Le coût des différents composants, de la plaque électronique PCB et du boitier de protection (voir paragraphe $2.8) s’élève à environ 60 CHF par carte électronique. La liste de matériel est disponible en annexe 3b.

Réflexion sur l’entrée `sonde de température extérieure` du régulateur

Dans le tableau ci-dessous, une comparaison est faite entre le fait de lisser ou non la tension que le régulateur applique sur le potentiomètre ainsi que le courant qui y retourne.
Une déduction simple permet de clore cette réflexion. Du fait que c’est une régulation de chauffage,
en supposant que ce soit un PID, le régulateur ne sera pas excessivement réactif. En effet, pour du
chauffage cela ne sert à rien d’être trop réactif, car l’habitation a une certaine inertie thermique. Le choix de mettre une capacité et une inductance est donc écarté, de plus, il n’y aura pas de dimensionnement compliqué à réaliser.

Boitier de protection

La carte électronique est protégée par un boitier de protection. Il se fixe dans l’armoire électrique, non loin de l’automate programmable, sur un rail DIN. Le boitier est de marque Wago. Un cache de protection transparent sert à éviter que les composants soient touchés avec les mains lorsqu’il est en utilisation. Ce cache ne referme pas complètement le boitier pour le passage des câbles vers les bornes.
Les bornes supérieures servent à connecter les fils en direction de l’automate et les bornes inférieures pour la connexion en direction du régulateur de chauffage.
Du fait qu’il y a des ouvertures pour le passage des câbles, des insectes peuvent éventuellement pénétrer dans le boitier. C’est pour cela que les composants SMD sont soudés sur la partie inférieure de la plaque électronique.
Sur la partie supérieure du PCB, les pistes seront disposées avec un espace plus grand entre elles.
Ainsi les insectes ne pourront pas se poser sur une petite distance entre deux potentiels différents et créer des courts-circuits involontaires.Ce boitier possède un avantage, son cache de protection transparent est facilement détachable car il s’insère dans les rainures des deux pièces dessinées en noir sur la figure 7. De ce fait, il suffit simplement d’enlever ce cache pour accéder au bornier de la plaque électronique.

Tests électriques

Des tests électriques de la plaque électronique sont effectués en suivant un protocole de tests. Ces derniers se déroulent de la manière suivante :
1) Sans alimentation
a. Avant soudures : Tests à l’ohmmètre
b. Après soudures : Tests à l’ohmmètre
2) Avec alimentation

Tests au voltmètre

Ces tests ont permis de dénicher une erreur lors du routage de la carte électronique, mais aussi de remarquer, pour des raisons pratiques, qu’il fallait modifier le branchement de relais afin de ne pas fausser la valeur lue par l’automate (voir annexe 3c).

Modifications après tests

Les tests ont démontré que les relais K3 et K4 ont été mal branchés. En effet, en état de repos, il est plus logique que l’API lise les potentiomètres (schéma 5, chemin vert) et que la sonde de température soit connectée au régulateur (chemin orange).
Pour y remédier, la connexion 8 est inversée avec la connexion 4 et la connexion 9 avec la connexion 3 sur les deux relais entourés en rouge.

Version low-cost

Après avoir créé une première version de ce PCB, l’idée de proposer une version low-cost de cette
plaque électronique est apparue.
Au lieu d’avoir des potentiomètres électroniques, il y a simplement une résistance fixe « température faussée froide » et une autre « température faussée chaude ».
Pour ce faire, 3 relais sont utilisés et servent à :
– K1
o Appliquer une grande température faussée
o Appliquer une petite température faussée
– K2
o Connecter la sonde au régulateur
o Connecter l’une des deux résistances au régulateur
– K3
o Fournir la valeur de la sonde de température à l’API
o Ne rien fournir à l’API
Le schéma électronique de cette version low-cost est disponible en annexe 2c.

Configuration automate

L’API utilisé possède la configuration suivante.
Interface de commande de chauffages – Partie software
La carte électronique PCB doit être pilotée pour, par exemple, commander des relais et avoir l’acquisition de la température extérieure (lecture de la sonde ou des potentiomètres). Un automate programmable est choisi de par sa simplicité de lecture des valeurs de résistances. En premier lieu, cette programmation est faite sur un automate de marque Wago (disponible en annexe 4). Le programme API est codé avec le logiciel Codesys, un logiciel développé par Wago.
Les langages de programmation comprennent les standards CEI 61161-3 :
– LD Langage ladder (schéma à relais)
– SFC Langage séquentiel, proche du Grafcet
– FBD Blocs de fonctions, divisions en réseau
– ST Texte structuré
– IL Liste d’instructions, pseudo assembleur
Langage supplémentaire Wago :
– CFC Blocs de fonctions pouvant être placés librement à l’écran, pas de division en réseau.
Pour le présent travail, l’API contient des entrées et sorties de nature différente.
– AI Entrées analogiques (Analog inputs) type INT
– DO Sorties digitales (Digital outputs) type BOOL

Utilisation pour d’autres types de sondes ou régulateurs

Une sonde de température extérieure de type PT1000 est utilisée dans le programme créé et expliqué dans l’intégralité de ce chapitre §3. L’annexe 4a présente sous forme de tutoriel comment procéder pour changer des variables ou du code écrit dans les blocs de fonctions. En effet, tous les régulateurs n’utilisent pas les mêmes sondes et ne fournissent pas la même tension (expliqué précédemment dans le chapitre §2.6) afin de lire la valeur des sondes qui y sont branchées.

Table des matières
Remerciements
1 Introduction
1.1 Préambule
1.2 Interface de commande de chauffages
1.3 Serveur d’alarme
1.4 Mise en commun de la partie gestion des alarmes avec la partie pilotage de chauffages
1.5 Serveur météo
2 Interface de commande de chauffages – Partie hardware
2.1 Situation de départ
2.2 Problématique
2.3 Nouveau cahier des charges
2.4 Equipement
2.5 Solutions proposées
2.6 Solution adoptée
2.7 Carte électronique
2.8 Boitier de protection
2.9 Tests électriques
2.10 Configuration automate
3 Interface de commande de chauffages – Partie software
3.1 Utilisation pour d’autres types de sondes ou régulateurs
3.2 Bloc de fonction principal
3.3 Visualisation
3.4 Tests effectués
3.5 Perspectives
4 Serveur d’alarme Wago – Etude des possibilités
4.1 Introduction
4.2 Problématique
4.3 Cahier des charges
4.4 Solutions proposées
4.5 Réception des alarmes des automates clients
4.6 Solution adoptée
4.7 Analyse des risques de panne
5 Serveur d’alarme Wago – Partie software
5.1 Programmation API SLAVE
5.2 Programmation API MASTER
5.3 Visualisation API MASTER
5.4 Test du serveur d’alarme : erreur provenant du pilotage de chauffages
5.5 Perspectives
6 Serveur météo
7 Conclusion
8 Bibliographie
9 Logiciels
10 Annexes
11 Liste d’illustrations et tableaux 
11.1 Figures
11.2 Tableaux
11.3 Schémas

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