Материал для изучения_ЗФО. 1. Возможности энергосбережения при применении интеллектуальных систем управления, особенности их сервисного
 Скачать 0.56 Mb.
|
1 2 instabus EIB и HES/Home Electronic System), Bosch (продукция под торговой маркой Domotik), ABB (продукция под торговой маркой i-busEIB), Busch-Jaeger, Merten, Gira, Schupa, Legrand, Theben AG и другие. Технология EIB активно распространяется по всему миру. Уже реализовано более 70000 проектов. В настоящее время она развивается в направлении интеграции с современными технологиями Internet, мобильной и беспроводной связи. Экономическая эффективность За счет своих архитектурных особенностей описанные технологии дают существенную экономию начальных и эксплуатационных средств. Обобщенные оценки показывают, что - за счет возможности организации согласованной работы всех внутренних систем дома, с учетом протекающих в нем процессов, удается дополнительно сэкономить до 30% затрат на энергию; - за счет оптимизации конфигураций кабельных систем, использования одних и также источников и регистраторов событий в различных функциональных подсистемах здания удается снизить начальные и эксплуатационные расходы на 20%. Конечно же, это слишком общие показатели – в жизни все может быть и по-другому с уклоном, как в лучшую, так и худшую стороны. И здесь почти все зависит от проектировщика, от его интуиции, опыта и владения новыми технологиями. ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ СИСТЕМЫ Блок питания - обеспечивает питание (28В постоянного тока 640 мА) для работы шинных устройств. Имеет защиту от короткого замыкания на шине. Устройство БП позволяет покрывать перебои в питании продолжительностью до 100 мс. Для нормальной работы шинного устройства требуется как минимум 21В постоянного тока, при этом оно потребляет 150 мВт. Каждая линия должна иметь свой блок питания. На линию может быть установлен только один дополнительный блок питания, при этом минимальное расстояние между точками их подключения составляет 200 м. Блок питание нельзя заземлять. Функциональное шинное устройство состоит из трех частей: – устройство шинного сопряжения (BCU - Bus Coupling Unit) – прикладного модуля (AM - Application Module) – прикладной программы (AP - Application Program) BCU и AM представлены на рынке одним устройством или по отдельности. В последнем случаем прикладной модуль подключается к устройству шинного сопряжения через стандартизированный интерфейс PEI - Physical External Interface, который служит для обмена данными и питания прикладного модуля. Отдельное BCU существует в нескольких модификациях: для скрытого монтажа в коробки под выключатели, в подвесном потолке, для установки на DIN рейку. В последнем случае на рейку крепится печатная плата с нанесенными четырьмя токопроводящими дорожками, которых касаются подпружиненные выступающие контакты EIB DIN модуля. В остальных случаях подключение к шине осуществляется через стандартный шинный разъем. BCU состоит из контроллера (микропроцессор и несколько видов памяти: ROM - постоянной для хранения системных программ, RAM - переменной для хранения временных значений и EEPROM - электрически стираемой для хранения прикладной программы). На рынке доступна OEM-версия устройство шинного сопряжения - модуль шинного интерфейса BIM (Bus Interface Module). От BCU он отличается отсутствием корпуса, кнопок, разъемов. Прикладной модуль AM с помощью своего резистора R через контакт 6 интерфейса PEI заявляет BCU о своем типе и как интерпретировать линии данных. Если тип AMне соответствует записанной в BCU прикладной программе, то его работа останавливается до последующего перезапуска. Примерами прикладных модулей являются двоичный ввод/вывод, дисплеи и операторские панели, устройства плавного регулирования освещения, комнатные температурные контроллеры, датчики температуры, освещенности, скорости ветра и т.п. Прикладная программа и ее параметры записываются на этапе конфигурирования системы с помощью программы ETS - EIB Tools Software. Соединители линий BC, LC, LR представляют собой шинные устройства с двумя BCU. Как уже отмечалось выше, они выполняют фильтрацию потока телеграмм по групповым адресам (кроме LR) и гальванически изолируют соединяемые линии и сегменты, питая свои внутренние схемы от вторичной линии. Для соединения фрагментов, работающих на разных коммуникационных средах (например, на витой паре и силовой проводке), используются так называемые соединители сред (MC - Media Coupler). Это разновидность LC, содержащая сопряжения с разными коммуникационными средами. Кабель может объединять EIB устройства в любые структуры, не содержащие замкнутые циклы. Основными типами кабеля являются: – YCYM 2x2x0.8 - для сухих, влажных и сырых помещений, наружного монтажа с защитой от прямого попадания солнечных лучей; тестовой напряжение 4 кВ; – IY(St)Y 2x2x0.8 VDE 0815 - только для внутренней проводки; тестовое напряжение 2,5 кВ. Минимальное расстояние между EIB кабелем и основным электрическим кабелем сети 230/400 В должно быть равным 4 мм. Как и другие компоненты, кабель также сертифицируется Ассоциацией EIB. Однако на рынке присутствует значительное количество кабелей, чьи производители сами гарантируют совместимость с EIB ПРИНЦИП РАБОТЫ Каждое EIB-устройство с загруженной прикладной программой имеет так называемые “коммуникационные объекты”, которые и являются основными игроками в работающей системе. По своей сути это переменные прикладной программы для хранения данных следующих базовых типов: – двоичный (1 бит); – (без) знаковое целое (16 бит); – (без) знаковое длинное целое (32 бита); – короткое с плавающей запятой (16 бит); – с плавающей запятой в формате IEEE (32 бита); – дата (24 бита); – время (24 бита); – управляющая команда (4 бита). Для обеспечения совместимости устройств различных производителей на основе этих типов разработаны так называемые EIS (стандарты взаимодействия EIB) типы. Вот некоторые из них: – EIS 1 “переключение” – используется для переключения состояний исполнительного механизма, а также для логических операций, операций пуска/блокировки работы и т.п. – EIS 2 “плавная регулировка” – используется для регулировки яркости освещения, температуры и т.п.; – EIS 5 “значение с плавающей запятой” – используется для задания значений температуры, уровня освещенности и т.п. – EIS 6 “значение” – используется для задания абсолютного значения от 0 до 255. – EIS 7 “управление приводом” – используется для управления электроприводом: «перемещение», «по шагам». – EIS 8 “приоритет” – используется для задания приоритета работы исполнительного механизма. Как уже упоминалось, реализация некоторой функции осуществляется источниками событий и исполнительными механизмами, объединенных своими коммуникационными объектами в рамках одной группы. Динамика EIB-системы основывается на обмене сообщениями, которые называются телеграммами. Телеграмма несет в себе значение коммуникационного объекта некоторого EIS-типа от источника события к коммуникационным объектам (исполнительных механизмов) того же EIS-типа. Корректность организации взаимодействия и согласование типов коммуникационных объектов осуществляется на этапе создания проекта в программе ETS. Телеграммы распространяются двумя способами: – широковещательный – «один-всем». Устройство источник события, физический адрес которого помещается в поле «отправитель» телеграммы, посылает данные по групповому адресу (помещается в поле «получатель» телеграммы). Этот способ обеспечивает штатную работу всей системы. – «точка-точка» - устройство источник события, физический адрес которого помещается в поле «отправитель» телеграммы, посылает данные другому устройству по его физическому адресу (помещается в поле «получатель» телеграммы). Этот способ используется при диагностике, чтении состояний и конфигурировании устройств. Работу системы легче представить себе на простом примере. Постановка задачи. Освещение в помещении должно включаться с 6-00 до 19-30 в случае присутствия людей и снижении уровня наружной освещенности от установленного значения. Решение задачи. Для реализации задачи потребуются следующие EIB-устройства: – Таймер, сконфигурированный на генерацию телеграмм от своего коммуникационного объекта «вкл./выкл.» (EIS 1) в 6-00 и 19-30. – Датчик освещенности, сконфигурированный на генерацию телеграмм от своего коммуникационного объекта «вкл./выкл.» (EIS 1) при изменениях текущего уровня освещенности относительно заданного значения. – Датчик движения, сконфигурированный на генерацию телеграмм от своего коммуникационного объекта «вкл./выкл.» (EIS 1) при любых движениях, зафиксированных в помещении. – Двоичный выход (релейный выход), через свой коммуникационный объект «вкл./выкл.» управляет осветительной нагрузкой в соответствии со значением объекта «логический вход И». Алгоритм работы – Таймер разрешает управлять нагрузкой и функционировать датчику освещенности в заданном интервале времени (группа 1/1). – Датчик движения управляет блокировкой работы датчика освещенности и выдает команды на переключение осветительной нагрузки (группа 1/3). – Датчик освещенности в активном состоянии посылает команды включения и выключения на устройство двоичного выхода (группа 1/2). Приведенная ниже таблица наглядно представляет состав групп и логику работы системы. Следует заметить, что работа датчика движения в этой конфигурации эквивалентна ручному управлению освещением через, например, клавишный выключатель. Датчик движения своим коммуникационным объектом «пуск/блокировка» был «зачислен» в исполнительные механизмы. Это обычное явление, так как многие производители для оптимизации состава оборудования и снижения его стоимости предоставляют возможность управлять режимами работы источников событий. Это же относится и к исполнительным механизмам, многие из которых имеют коммуникационный объект «статус», хранящий, например, значение последней команды управления. Такой объект является источником событий и может участвовать в работе другой группы. 1.8. Интерфейс DALI (Digital Addressable Lighting Interface) 1.8.1 Возможности системы DALI Прежде всего это простое включение – выключение как отдельных светильников, так и целых групп. Кроме этого возможно диммирование ламп накаливания. При диммировании нескольких групп светильников предусмотрена их синхронизация. Одно устройство управления DALI может воспроизводить до 16 световых сценариев и получать и хранить информацию о различных параметрах системы: исправность светильников, включен или выключен светильник, заданный уровень освещенности. Электронные балласты DALI автоматически находят устройство управления, при этом внутри балластов хранятся различные установки. Прежде всего это адресация устройств, световые сценарии, распределение по группам, скорости диммирования, значения мощности аварийного освещения. В составе системы DALI предусмотрено использование датчиков движения, присутствия и освещенности, что несколько расширяет функциональность устройства в целом. Благодаря этому возможно программирование световых сцен с учетом дневного освещения. Датчики движения программируются на время срабатывания до 30 минут. Программирование и управление устройством достаточно просто и осуществляется кнопками с замыкающим контактом. В случае отключения электроэнергии DALI контроллер запоминает текущее состояния, а при возобновлении энергоснабжения автоматически восстанавливает последнее рабочее состояние. Поэтому сбоя в работе системы не происходит. Стандарт протокола и аппаратные средства DALI предназначены только для управления освещением, что говорит об узкой специализации данной системы. Поэтому в целом система является высокоэффективной и недорогой. 1.8.2 Общие сведения Сегодня нет единого подхода к решению задачи выбора оптимального интерфейса управления. Если система предполагает использование серийно выпускаемых ЭПРА, то выбор во многом определен тем интерфейсом, который уже заложен в ЭПРА. Удачной попыткой решения этой проблемы было создание рядом ведущих европейских производителей в середине 90-х годов нового промышленного стандарта на интерфейсы связи между цифровыми компонентами регулируемых ОУ. Этот стандарт получил название DALI (Digital Addressable Lighting Interface – цифровой адресуемый осветительный интерфейс). Нормированный цифровой сигнал позволяет проводить адресацию до 64 светильников, причем каждый из них может регулироваться независимо от других; управлять 16-ю группами светильников; программировать или воспроизводить 16 осветительных режимов («сценариев»); осуществлять сообщения об отказах ламп и ЭПРА. Интерфейс DALI был разработан в 1999 году. Он пришел на смену системе управления DSI (Digital Serial Interface). Поскольку DALI задумывался для управления освещением, в разработке системы приняли участие ведущие производители электронных балластов, прежде всего Osram, Philips, Tridonic, Trilux, Helvar. Протокол DALI реализует управление освещением с помощью таких устройств, как электронные балласты (для люминесцентных ламп) и диммеры (для ламп накаливания). DALI соответствует стандарту IEC 60929 для электронных балластов люминесцентных ламп Международной Электротехнической Комиссии. Любое оборудование, поддерживающее интерфейс DALI, может независимо связываться с шиной DALI. DALI контроллеры могут запрашивать состояние и диктовать команды каждому прибору, используя двунаправленный обмен данными. В качестве автономной системы, в одной DALI линии могут работать до 64 независимых устройств. Количество адресов в системе можно увеличить до 12800, используя DALI Роутеры (объединив вместе до 200 DALI линий). Также DALI линия может быть использована в качестве части другой системы умного дома, подключаясь к ней через DALI шлюзы. Протокол DALI построен таким образом, что позволяет адресовать непосредственно 64 устройства, подключенных к одной линии управления. Если возникает необходимость в большем количестве управляемых устройств, то используются DALI-роутеры (маршрутизаторы), которые позволяют увеличить емкость DALI-сети до 200 устройств. Если же и такого количества недостаточно, то для объединения DALI-роутеров применяются DALI-шлюзы. При этом количество адресов возрастает максимум до 12800. Преимущества: DALI является открытым протоколом, доступным для всех производителей; для формирования шины связи всех устройств одной DALI сети требуются лишь два провода, причѐм нет необходимости соблюдать полярность; протокол DALI специально разработан для управления освещением, которым управляет более гибко и дешевле других систем автоматизации и управления зданиями; не являясь высокоскоростной RS485 сетью, DALI допускает любую топологию кабельной сети, вплоть до смешанной, также не требуется использование терминаторов на концах линий; DALI – децентрализованная шина, то есть не имеет центрального контроллера: каждое DALI устройство имеет энергонезависимую память, в которой хранятся его настройки (адрес, членство в группах, сценарные уровни); DALI система не определена, как исключительно слаботочная система по стандарту IEC 61140 (безопасность экстра низкого напряжения) и поэтому может работать рядом с силовыми линиями, или, даже, использовать часть жил многожильных силовых кабелей, также DALI линия предполагает защиту от случайного подключения силовой линии. DALI сигнал имеет высокое соотношение (сигнал / шум), которое допускает безвредное воздействие шумов высокого уровня. DALI имеет три варианта адресации команд: адресные, групповые и широковещательные. Также сами команды могут означать не только конкретный уровень, но и заранее записанный сценарий. Такой подход сильно уменьшает количество передаваемой по DALI шине информации. Команды имеют формат: «адрес, команда», например: «группа1 , 100 %», или «ВСЕ, Сцена1». Системы управления освещением DALI можно легко интегрировать в другие системы автоматизации и управления зданиями (САиУЗ), например, LON, KNX/EIB, BACNet. 1.8.3 Система команд Каждое сообщение, которое получает устройство от контроллера DALI состоит из двух частей, - адреса и команды. В целом команда может выглядеть так: {Device_0022, 25%}. Это означает, что устройство с адресом 0022 должно включить освещение на 25% мощности. Возможно также объединение устройств в группы, тогда команда может выглядеть примерно так: {Group_0210, Script_7}. Такая команда сообщает устройствам, входящим в группу Group_0210, что следует выполнить сценарий Script_7. В сценарии содержится некоторая последовательность команд, например, OFF, 10%, 50%, 100%, 50%, 10%. Согласно этому набору команд требуется отключить указанную группу, а затем изменить мощность, согласно указанной в процентах. Команды, передаваемые по линии связи могут быть индивидуальными для каждого устройства, для группы устройств или для всех устройств сразу (широковещательные). Командный сигнал DALI имеет длину 19 бит и содержит 1 стартовый бит, 8 адресных бит, 8 бит данных и 2 бита остановки. Адресные биты позволяют обратиться к одному конкретному ПРА или группе ПРА, причем каждый аппарат должен содержать микроконтроллер со своим индивидуальным адресом для получения и обработки сигналов DALI. В этом случае он может управляться независимо от других аппаратов. Может использоваться и групповое управление путем присваивания группового адреса. Адрес имеет 8-и битовый формат вида: yAAAAAAS. Первый бит y определяет тип адреса. «0» определяет индивидуальный адрес, известный как короткий, «1» определяет групповой адрес. В коротком адресе следующие 6 бит АААААА задают адрес светильника с номерами от 0 до 63. Групповой адрес имеет вид 100АААА и задает группы светильников с номерами от 0 до 15. Адрес «111111» резервируется. Последний бит «S» определяет тип последующей команды данных. «0» означает, что команда данных будет задавать уровень регулирования. «1» означает другие виды команды данных. Сигнал 0АААААА0ХХХХХХХХ задает уровень регулирования одного светильника. Уровни регулирования имеют 254 ступени. Минимальный уровень составляет примерно 0,1% от максимума. Поскольку глаз человека реагирует на изменения яркости по логарифмическому закону, регулировочная характеристика сигнала DALI выбрана соответствующей именно этому закону (см. рис.). Рис. Регулировочная характеристика сигнала DALI Протокол DALI предполагает дуплексную связь, когда ЭПРА сообщает информацию на запрос блока управления. Например, может быть послан запрос об уровне света от светильника. ЭПРА снимает эту информацию и посылает ее в блок управления, используя следующий формат: 1 стартовый бит, 8 бит данных, 2 бита остановки. Т.е. если прямое сообщение содержит 19 бит, то обратное – 11. Скорость передачи информации в обе стороны – 1200 бит/с. На базе стандарта DALI возможно создание систем регулирования более высокого уровня, предназначенных для крупных ОУ. Так, например, фирма Tridonic разработала систему comiortDIM, работающую с цифровыми ЭПРА для ЛЛ, ГЛН и СД. В систему входит модуль DALI DSI, позволяющий практически неограниченно увеличивать количество управляемых светильников. В ассортимент comiortDIM входят несколько миниатюрных модульных блоков (DALI GC, DALI SC, DALI RD, DALI PS), а также winDIM - программное обеспечение, позволяющее управлять светильниками простыми «щелчками мыши». Существует возможность и дистанционного управления с помощью пульта радиоуправления – DALI RD. С точки зрения функциональных возможностей и цены интерфейс DALI занимает промежуточную область между дешевым, но относительно неэффективным аналоговым интерфейсом 1...10 В, и системами высокого уровня на базе цифровых высокопроизводительных шин (EIB – European Installation Bus, LON – Local Operating Network и др.) с большим количеством разнообразных периферийных устройств (см. рис.). Рис. Соотношение между различными интерфейсами в области цена - функции Каналы связи обеспечивают обмен информацией между ПЭВМ, контроллерами, датчиками и исполнительными блоками. Обмен информацией может быть реализован с использованием различных каналов связи (по проводным линиям, радиоканалам, по телефонным линиям и т.д.). Наиболее перспективным способом организации обмена информацией является использование электросети в качестве канала связи. При этом отпадает необходимость в прокладывании отдельных линий управления, что особенно важно для наружных ОУ. Подключение устройств, работающих по протоколу DALI показано на рис. Рис. Структурная схема подключения устройств по протоколу DALI Cвязь между контроллером DALI и отдельными устройствами осуществляется по двухпроводной линии. Линия DALI – интерфейса двунаправленная, что позволяет передавать информацию как от контроллера к периферийным устройствам, так и обратно. Для передачи данных используется постоянное напряжение экстра - низкого значения 22,5В. При этом полярность подключения линии к различным устройствам значения не имеет, а сама линия имеет защиту от напряжения осветительной сети. Помехозащищенность линии такова, что она может располагаться в силовом кабеле и даже просто использовать свободные проводники этого кабеля. Сеть на базе шины DALI не имеет центрального процессора, т.е. децентрализована. Такая организация позволяет подключать в эту сеть любые устройства, предназначенные для работы с шиной DALI. Такие устройства, как правило, имеют встроенную энергонезависимую память, что позволяет хранить различную информацию. В первую очередь это адрес устройства, информация об устройстве и состоянии подключенных к нему светильников, и целые наборы команд, именуемые также сценариями. 1.8.4 Программирование системы Существую различные программные комплексы для программирования систем. В частности компания Helvar разработала программные продукты для проектирования DALI- сетей. Если предполагается сеть, содержащая не более 200 адресов, что соответствует одноранговой сети в пределах одного DALI - роутера, то для этих целей вполне достаточно пакета программ Helvar Toolbox. Для создания более масштабных сетей с использованием DALI – шлюзов потребуется пакет Helvar Designer. 1 2 |