Pienoismallijunan paikanmäärityksen toteuttaminen
Nieminen, Pyry (2023)
Nieminen, Pyry
2023
Teknisten tieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-11-24
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-2023112110145
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-2023112110145
Tiivistelmä
Automaatiojärjestelmissä on usein tarve mitata erilaisten fyysisten kappaleiden paikkaa reaalimaailmassa. Vaihtoehtoisia anturiteknologioita tähän tarpeeseen on monenlaisia. Tämän työn tavoitteena on toteuttaa CyberCity-kaupunkimalliin järjestelmä, joka määrittää millä rataosuudella pienoismallijuna sijaitsee ja näyttää tämän tiedon graafisessa käyttöliittymässä. CyberCity on Tampereen yliopiston kyberharjoitteluympäristö, joka koostuu pohjana olevasta kaupunkimallista ja useista siihen toiminnallisuutta lisäävistä järjestelmistä.
Tämä työ jakaantuu kahteen vaiheeseen. Ensimmäisessä vaiheessa vertaillaan yleisesti työhön mahdolliseksi sopivia anturiteknologioita. Vertaillut anturit voidaan jakaa binäärisiin antureihin, kuten mikrokytkimiin, ja analogisiin antureihin, kuten ultraääniantureihin.
Toisessa vaiheessa käydään läpi toteutettavan järjestelmän vaatimuksia ja valitaan niiden perusteella käytettävä anturi ja toteutetaan itse järjestelmä. Tärkeimpiä vaatimuksia järjestelmälle oli paikkatiedon mittaus ilman muun ympäristön häiritsemistä, anturoinnin sulautuminen kaupunkimalliin ja mahdollisuus purkaa ympäristö sen siirtämistä varten. Näiden vaatimusten perusteella päädyttiin Hall-efektitekniikkaa käyttävään anturiin.
Toteuttaessa järjestelmää suoritettiin ensimmäiseksi fyysinen osio, jossa anturit sijoitettiin paikoilleen ja kytkettiin kiinni käytettyyn Beckhoffin ohjelmoitavaan logiikkaan. Antureiden kytkennässä otettiin huomioon ympäristön purkamisvaatimus käyttämällä verkkokaapeleita ohjelmoitavan logiikan ja kaupunkipalojen välillä.
Seuraavassa vaiheessa ohjelmoitava logiikka ohjelmoitiin käyttäen Beckhoffin TwinCAT ohjelmaa ja IEC 61131-3 standardin määrittelemää Structured text-ohjelmointikieltä. Logiikkaohjelmoinnin jälkeen vuorossa oli käyttöliittymän toteuttaminen käyttäen hyväksi Windows Forms-käyttöliittymäkirjastoa. CyberCity-ympäristöön oli jo aiemmin toteutettu ohjauspaneelin tyyppinen käyttöliittymä, johon tämän työn käyttöliittymä liitettiin osaksi. Käyttöliittymä ja logiikkaohjelma käyttävät kaksin keskeiseen tiedonsiirtoon Beckhoffin ADS protokollaa, joka mahdollistaa muun muassa ohjelmoitavan logiikan muuttujien tapahtumapohjaisen lukemisen.
Työn aikana toteutettu järjestelmä vastaa aluksi asetettuja vaatimuksia. Jatkokehityksen aiheita voisi olla esimerkiksi olemassa olevan junanohjausjärjestelmän ja nyt toteutetun paikanmääritysjärjestelmän yhteenliittäminen.
Tämä työ jakaantuu kahteen vaiheeseen. Ensimmäisessä vaiheessa vertaillaan yleisesti työhön mahdolliseksi sopivia anturiteknologioita. Vertaillut anturit voidaan jakaa binäärisiin antureihin, kuten mikrokytkimiin, ja analogisiin antureihin, kuten ultraääniantureihin.
Toisessa vaiheessa käydään läpi toteutettavan järjestelmän vaatimuksia ja valitaan niiden perusteella käytettävä anturi ja toteutetaan itse järjestelmä. Tärkeimpiä vaatimuksia järjestelmälle oli paikkatiedon mittaus ilman muun ympäristön häiritsemistä, anturoinnin sulautuminen kaupunkimalliin ja mahdollisuus purkaa ympäristö sen siirtämistä varten. Näiden vaatimusten perusteella päädyttiin Hall-efektitekniikkaa käyttävään anturiin.
Toteuttaessa järjestelmää suoritettiin ensimmäiseksi fyysinen osio, jossa anturit sijoitettiin paikoilleen ja kytkettiin kiinni käytettyyn Beckhoffin ohjelmoitavaan logiikkaan. Antureiden kytkennässä otettiin huomioon ympäristön purkamisvaatimus käyttämällä verkkokaapeleita ohjelmoitavan logiikan ja kaupunkipalojen välillä.
Seuraavassa vaiheessa ohjelmoitava logiikka ohjelmoitiin käyttäen Beckhoffin TwinCAT ohjelmaa ja IEC 61131-3 standardin määrittelemää Structured text-ohjelmointikieltä. Logiikkaohjelmoinnin jälkeen vuorossa oli käyttöliittymän toteuttaminen käyttäen hyväksi Windows Forms-käyttöliittymäkirjastoa. CyberCity-ympäristöön oli jo aiemmin toteutettu ohjauspaneelin tyyppinen käyttöliittymä, johon tämän työn käyttöliittymä liitettiin osaksi. Käyttöliittymä ja logiikkaohjelma käyttävät kaksin keskeiseen tiedonsiirtoon Beckhoffin ADS protokollaa, joka mahdollistaa muun muassa ohjelmoitavan logiikan muuttujien tapahtumapohjaisen lukemisen.
Työn aikana toteutettu järjestelmä vastaa aluksi asetettuja vaatimuksia. Jatkokehityksen aiheita voisi olla esimerkiksi olemassa olevan junanohjausjärjestelmän ja nyt toteutetun paikanmääritysjärjestelmän yhteenliittäminen.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8709]