Blog 6: Beveiliging van elektronica, randapparatuur, kabels en gebruiksgemak

Jan-Jelle Huizinga is een enthousiaste techneut en oud-student van Hogeschool Dirksen. Hij laat een nieuw huis bouwen. In zijn blog neemt hij ons stap voor stap mee in het bouwproces en vertelt hij hoe hij zelf de domotica-installatie voor de ledverlichting voor de nieuwbouw maakt.

Beveiliging
Daar zijn we weer, nieuwe blog nieuwe kansen. De vorige keer heb ik uitgebreid verteld over galvanische scheiding en waar het voor dient. Het kwam er op neer dat galvanische scheiding een soort veiligheid en beveiliging voor de elektronica is. Naast beveiliging voor de elektronica zijn er meer vormen van beveiliging nodig. Zo is het belangrijk dat overige randapparatuur en kabels beschermd worden, maar ook dat het gebruiksgemak beschermd wordt. Dat klinkt wellicht een beetje raar, dus laat mij dit even toelichten.

Redundantie

In het kader van “het woord, wat je niet zo vaak hoort” is redundantie ook wel een mooie. Redundant betekent letterlijk vertaald "overbodig". Alle componenten welke redundant zijn, zouden weggelaten kunnen worden voor de functionaliteit. In de techniek zou deze vertaling weliswaar ook zo kunnen worden opgevat, want redundante componenten doen voor de functionaliteit niet (direct) mee. Toch zijn ze erg belangrijk!

Technische redundantie
In de techniek, de industrie en daarbij ook in de industriële automatisering is redundantie erg belangrijk. Vooral voor kritische installaties waarbij processen niet of nauwelijks stil mogen vallen, worden strenge eisen gesteld aan back-up systemen die in gevallen van nood de installatie overeind houden. Hiervan zijn meerdere voorbeelden te noemen:

Noodstroom in ziekenhuizen
Een noodgenerator in een ziekenhuis die binnen luttele (milli)seconden de noodstroomvoorziening moet starten zodra de spanning wegvalt. Hier wordt nauwkeurig gemeten wat de actuele spanning is. Als deze onder een bepaalde waarde zakt dan start de generator direct om de zaken over te nemen. Bepaalde delen van het ziekenhuis zullen niet of niet direct worden voorzien, maar een kritische afdeling zoals bijvoorbeeld de operatiekamer met beademingsapparatuur zal niet stilvallen. Ook in dit voorbeeld is de noodgenerator redundant. Gezien de grote belangen dat kritische installaties wel goed werken zodra er iets misgaat, worden deze voorzieningen ook regelmatig uit voorzorg preventief getest om zeker te weten dat de noodstroomvoorziening functioneert.



DP-Dynamic Positioning op schepen
DP-installaties aan boord van grote schepen welke zichzelf met behoorlijke precisie op zee op exact dezelfde locatie weten te houden met behulp van de thrusters. Zo is het niet nodig om ankers te gebruiken om op één plek te blijven. Ankers uitleggen op grote schepen is in diep water al niet mogelijk en duurt ook nog eens erg lang. Dit kan zo 8 tot 12 uur in beslag nemen. Als een schip op DP kan blijven liggen dan kan dit nagenoeg meteen na het arriveren op locatie. Het systeem stuurt met behulp van een aantal referentiepunten de thrusters van het schip aan. Dit kan door GPS, een hoekmeting met een draad naar de zeebodem of referentiepunten op de zeebodem of aan land te plaatsen. Als een schip op één referentiepunt op DP ligt, is het een DP1 systeem. Als dit referentiepunt wegvalt is het meteen van DP af en gaat het schip in de stroming driften. Kritische operaties waarbij gehesen wordt, of onder water gewerkt wordt, mogen niet met een DP1 schip uitgevoerd worden omwille van de veiligheid van mens en techniek. DP2 of zelfs DP3 schepen zijn dan verplicht. Dergelijke schepen hebben dan naast meerdere referentiepunten ook een gehele installatie aan boord redundant. Denk hierbij aan generatoren, bekabeling, bedieningspanelen, maar ook aan meerdere thrusters. Als een van deze onderdelen uitvalt moet het schip op DP kunnen blijven liggen.



PLC en besturingskasten

Het is ondertussen wel vrij duidelijk denk ik, maar ook besturingskasten met PLC-systemen die fabrieksinstallaties in de lucht houden, worden soms redundant uitgevoerd. Volledige identieke- of tweelingsystemem draaien naast elkaar en wisselen vaak om en om af als het leidende systeem om de boel te laten draaien om zo zeker te zijn dat fouten in de systemen tijdig worden opgemerkt. Als het eerste systeem weg valt dan kan het tweede systeem het overnemen en kan ondertussen de storing in het eerste systeem worden gevonden.



Redundantie en domotica

Goed verhaal hè? En wat heeft dit nu met mijn domotica systeem te maken? In meer of mindere mate pas ik ook een vorm van redundantie toe binnen dit systeem.

Als alles goed gaat, dan heb ik straks in mijn meterkast wat printplaatjes hangen waar de lampen en schakelaars op zijn aangesloten en welke aan het netwerk hangen. Via mijn telefoon of laptop kan ik dan naar de webserver van de domoticz applicatie browsen en de lampen aansturen.

Maar wat nou als het netwerk uitvalt? Je telefoon is stuk? De router doet het niet meer? Beetje jammer als je dan niet eens de meest basic installatie van je woning kan gebruiken, namelijk je lampen. Om deze reden heb ik de aansturing van de lampen en het inlezen van de schakelaars volledig redundant gemaakt van de domoticz applicatie. De microprocessor leest de schakelaar inputs in (digitale I/O) en stuurt de lampen aan. Zodra de schakelaars worden bediend, stuurt de microcontroller een MQTT-bericht uit naar de domoticz applicatie om aan te geven dat er een lamp is aangegaan, en deze past de status op de server aan. Andersom zal de domoticz applicatie bij het bedienen van een lamp de microcontroller aansturen om een lamp aan of uit te zetten.

Het MQTT bericht wat de microcontroller uitstuurt bij het aanzetten van een lamp kan bij een fout in het netwerk gemist worden, maar de lamp wordt hoe dan ook aangestuurd. Als de microcontroller geen verbinding meer kan maken met de domoticz server zal deze elke minuut proberen opnieuw verbinding te leggen. Als dit niet lukt, jammer dan. Dit bericht en de domoticz server zijn in elk geval redundant.



ICPS header
Dit was hem al weer! Hopelijk was het leerzaam. De volgende keer duik ik dieper de techniek in en wil ik het over de ICSP header hebben waarmee de microcontroller wordt geprogrammeerd. Tot dan!

Lees ook de eerder verschenen blogs van Jan-Jelle:
Blog 1: Nieuwe resultaten bij ROV SCADA-systeem afstudeerproject
Blog 2: Domotica en waarom ik het graag wil toepassen
Blog 3: Specificaties, prototyping en dimmen van mijn nieuwe ledverlichting
Blog 4: MQTT en de aannemer
Blog 5: Galvanische scheiding, van spartelende kikkerpoten tot brandende ledlampen