Systemy Inteligentnych Budynków - STRONA GŁÓWNAozadow/PDFs/SIB/SIB-intro-prez-2017.pdf ·...

Systemy Inteligentnych Budynków

Prowadzący przedmiot: mgr inż. Paweł Kwasnowski

Prowadzący laboratorium: dr inż. Andrzej Ożadowicz

Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej

Katedra Energoelektroniki i Automatyki Systemów Przetwarzania Energii

14.03.2017 SIB Wydział EAIiIB Katedra EiASPE 1

Organizacja zajęć

• Laboratoria

• Obecność na zajęciach laboratoryjnych – obowiązkowa

• Dopuszcza się jedną nieobecność bez usprawiedliwienia - wiedza z ćwiczenia obowiązuje jak przy obecności – egzekwowana na kolokwium

• Nie wykonuje się sprawozdań z ćwiczeń

• 2 kolokwia – w połowie semestru i na koniec


Organizacja zajęć

• Strona WWW przedmiotu


Część 1

Podstawy

Najważniejsze pojęcia i terminologia

Wybrane standardy otwarte


• Automatyka Budynkowa – Inteligentne Budynki

• Co kojarzy Ci się z pojęciem Automatyka... Automatyka budynkowa...

• Instalacje elektryczne w budynkach i ich rola • Zasilanie – pewność zasilania

• Systemy alarmowe – przeciwpożarowe, antywłamaniowe

• …

• Instalacje sieciowe w budynkach i ich rola • Sieci teleinformatyczne

• Sieci automatyki – sterowanie, monitoring, kontrola dostępu …

• …

• Czy elektryk to automatyk? • kwestie projektów współpraca ...

• (elektr., automat., IT, ...)

Zamiast wstępu


• Automatyka Budynkowa – CELE, ZADANIA

• automatyczne załączanie i wyłączanie odbiorników

• regulacja temperatury

• sterowanie klimatem pomieszczeń

• kontrola dostępu

• monitoring obecności osób – parametrów użytkowych …

• ... i co jeszcze??? (wg Państwa - szczegóły później)

• Budynek zautomatyzowany – budynek energooszczędny • efektywność energetyczna

• optymalizacja zużycia energii – UWAGA na to pojęcie

• Redukcja zużycia energii i mediów budynki energooszczędne i pasywne

• Zarządzanie energią i mediami w budynkach

Zamiast wstępu


• Automatyka Budynkowa – COŚ JESZCZE ???!!!???

• Automatyka poza budynkami

• Oświetlenie otoczenia budynków

• Oświetlenie przestrzeni publicznych

• Obsługa i sterowanie elementów infrastruktury w otoczeniu budynków

Zamiast wstępu


Organizacja zajęć

• Laboratorium AutBudNet • Automatyka budynkowa i przemysłowa

• Sieciowe systemy sterowania i monitoringu

• Certyfikowane lab. technologii LonWorks

• Partner naukowy technologii KNX

• Więcej informacji: • Strona WWW Katedry EiASPE – Lab. Systemów Sterowania Przemysłowego i Automatyki Budynków

• http://www.keiaspe.agh.edu.pl/index.php/pl/com-finder/o-katedrze/laboratoria/systemow-sterowania-przemyslowego-i-automatyki-budynkow


http://www.keiaspe.agh.edu.pl/index.php/pl/com-finder/o-katedrze/laboratoria/systemow-sterowania-przemyslowego-i-automatyki-budynkow

Organizacja zajęć

• Laboratorium AutBudNet • Zespół automatyki budynkowej – Katedra EiASPE


Technika cyfrowa – sieci transmisji danych – podstawy

• Pojęcia: • Transmisja danych cyfrowych:

• Najprostsza – szeregowa

• WAŻNE – linie Tx, Rx

• Magistrala sieciowa • Różne standardy – RS-232, 485, CAN, SPI, Modbus, LonWorks, KNX

• Najczęściej para skręcona przewodów – dlaczego ?

• Szybkość transmisji – obciążenie magistrali • Przepływność - miarą natężenia strumienia danych w medium transmisyjnym – jednostka: np. kbit/sek

• Przepustowość - cecha kanału – medium transmisji (ang. bit rate, bitrate) – jednostka: np. kbit/sek

• Pojemność pamięci, komórek pamięci – jednostka: kB/sek – MB, GB, TB …


ZOBACZYĆ: Materiały np. na stronie WWWhttp://eduinf.waw.pl/inf/alg/002_struct/0050.php

Przykład: Przewód – para przewodów –

światłowód

http://eduinf.waw.pl/inf/alg/002_struct/0050.php

Sieciowe – magistralowe

• Etap I - niezależne systemy specjalizowane • Każda instalacja w obiekcie – osobny układ, wydzielona instalacja


– systemy sterowania i monitoringu w budynkach i aplikacjach przemysłowych


• Etap II - systemy scentralizowane • Połączenie wszystkich systemów w jedną sieć sterowania i monitoringu;

jedna jednostka centralna - komputer o dużej mocy obliczeniowej współcześnie: np. sterownik przemysłowy PLC




• Etap III i IV - systemy rozproszone (III) i zintegrowane (IV) • Lokalne urządzenia sieciowe – moduły sieciowe – węzły sieciowe

z własnymi mikroprocesorami oraz pamięcią; praca autonomiczna urządzeń z własną aplikacją i komunikujących się z innymi urządzeniami (magistrale komunikacyjne)

• Wprowadzenie standardów protokołów komunikacyjnych dla systemów automatyki budynkowej i przemysłowej (otwartość systemów)

• Integracja na trzech poziomach: sprzętu, oprogramowania i mediów transmisji danych




• Etap V – ewolucja – zdalne sterowanie, komunikacja bezprzewodowa • Integracja z sieciami teleinformatycznymi



Poziom obiektowyRóżne standardy

IP – poziom nadrzędny

Poziom obiektowyDedykowana magistrala

Dostęp do węzłów sieciowych poprzez routery

Czujniki, elem. wykonawcze Bezpośrednia wymiana danych między

węzłami na poziomie obiektowym


• Etap V – ewolucja – zdalne sterowanie, komunikacja bezprzewodowa • Integracja z sieciami teleinformatycznymi

• Implementacja komunikacji bezprzewodowej – ważne: kwestia zasilania • Baterie np. w czujnikach itp.

• Wykorzystanie technologii mobilnych – również komunikacja Bluetooth i inne




• Etap V – ewolucja – zdalne sterowanie, komunikacja bezprzewodowa • Technologie Internetu Rzeczy – Internet of Things – IoT

• Technologia „chmury” (ang. Cloud) – BigData …



Internet of Things w Automatyce Budynkowej

i Przemysłowej:

• Rozproszone węzły sieci

• Czujniki, elementy wykonawcze, elementy systemowe

• IP – standardowe medium komunikacji na wszystkich poziomach struktury sieci

• M2M – machine-to-machine

• BIoT – Building IoT

Popularne, branżowe informacje… Jak wygląda struktura sieci IoT?

Czy o to chodzi? Czy taka koncepcja

dla automatyki?






Internet of Things w Automatyce Budynkowej

i Przemysłowej:

• M2M – machine-to-machine

• BIoT – Building IoT

2016 – Platformy integracji – nowe technologie komunikacji danych

Sieci fieldbus – automatyka, monitoring, BMS, EMS – poziom obiektowy

Sieci bezprzewodowe – poziom obiektowy

Sieci z komunikacją Power Line – PLC – poziom obiektowy

Sieci IP – IPv4, IPv6

Sieci WiFi

Sieci GSM, UMTS






Sieć Internet – medium komunikacji danych

Numer IP – dla każdego urządzenia, modułu, czujnika

IPv4 – 32 bit adresy np. 149.156.98.23

IPv6 – 128 bit adresy np. 1234:5678:9ABC:DEF0:0000:0000:0000:0123

Zwiększenie przestrzeni adresowej protokołu o 2^96

obecnie zajęte jest około 15-20% tej przestrzeni adresowej

Jaki maksymalny adres IP – IPv4 ?

32 bity – ile to bajtów ?

32 bity = 4 x 8 bit

8 bitów to max: od 0 do 255

Jak to zapisać binarnie i szesnastkowo ?

Np. na AGH: 149.156.88.20 ?






Proste mikrokontrolery – z obsługą protokołu IPv6

Komputery jednoukładowe (Raspberry Pi)

Obsługa protokołu IPv6

Uniwersalne, otwarte systemy operacyjne – łatwe programowanie

Obsługa różnych interfejsów komunikacji –bezprzewodowe, sieci lokalne, sieci obiektowe

BeagleBone Black

Sieciowe systemy sterowania – struktura




- Ethernet – czy to najlepsze rozwiązanie? - Argumenty za i przeciw…

- Sieci fieldbus – obiektowe – gdzie i kiedy?- Protokoły, dane - Bezpieczeństwo



TUNELOWANIE lub

Zdalny dostęp – remote access

REDUNDANCJA

bezpieczeństwo

Podstawowe pojęcia – systemy w budynku zautomatyzowanym


BMS

Building Managment System

BAS

Building Automation System

SMS

Security Management System

EMS

Energy Management System

PożarWłamanie Kontrola dostępu CCTV – kamery Oświetlenie ewakuacyjneSterowanie drogami ewakuacji

Oświetlenie Ogrzewanie Klimatyzacja Wentylacja

Oświetlenie Pewność zasilania Monitoring zużycia energii Jakość energii elektr.

Podstawowe pojęcia

• Otwartość – Interoperacyjność

• Otwartość – jawny protokół, standardowe procedury, funkcje • Interoperacyjność – zdolność różnych urządzeń do pełnej współpracy

na płaszczyźnie fizycznej i funkcjonalnej • system elastyczny • możliwość wykorzystania urządzeń równych producentów – jeden standard

• Rozproszenie i integracja

• Rozproszenie – zwiększenie autonomiczności węzłów sieci – urządzenia z mikrokontrolerami i własnymi aplikacjami

• Rozproszenie – rozproszenie „inteligencji” – realizacja funkcji sterowania w różnych węzłach sieciowych • Integracja – realizacja wszystkich funkcji w jednym systemie – sterowanie, monitoring, alarmy itp. • Integracja – łączenie w sieci komunikacji danych jak największej liczby podsystemów infrastruktury

budynkowej


Standardy sieci poziomu obiektowego

• Klasyczny obwód zasilania odbiornika elektrycznego – załącz/wyłącz



• Sterowanie załącz/wyłącz – w sieciowym systemie automatyki


Zasilacz

Nvo switch0 Nvi switch0


• Sterowanie załącz/wyłącz – w sieciowym systemie automatyki


Zasilacz

Nvo switch0 Nvi switch0

Nvi switch1

Nvi switch2


• Moduły sterujące – węzły sieci


Mikro-kontroler


• Standardy sieciowe: • Sieci przemysłowe – firmowe – otwarte

• PROFIBUS, MODBUS, CANOpen, Mbus, …

• Sieci dla automatyki budynków – firmowe (zamknięte) i otwarte

• LonWorks, KNX, BACnet


Model protokołu standard ISO/OSI


• Standardy sieciowe: • Sieci przemysłowe – PROFIBUS, MODBUS, CANOpen, Mbus, …

• Sieci dla automatyki budynków – LonWorks, KNX, BACnet


Protokół Standard/Certyfikat Data

BACnet ISO 16464-5 Październik 2003

KNX ISO/IEC 14543-3 Listopad 2006

LonWorks ISO/IEC 14908-1 Listopad 2008

www.bacnet.org www.knx.org www.lonmark.org


• Standardy LonWorks, KNX • Podstawowe parametry i media transmisyjne


Standard KNX Standard LonWorks

PODSTAWOWE ELEMENTY:

Mikrokontrolery Motorola – serii 68HC…

Transceivery

Język programowania – ANSI C

Obiekty DPT, standardy EIS, bloki funkcyjne

Układy Neuron Chip – Toshiba

Transceivery

Język programowania – Neuron C

Zmienne sieciowe (SNVT, UNVT), ustawienia

konfiguracyjne, bloki funkcyjne

MEDIA TRANSMISYJNE:

Para skręcona – (29 V DC) – 9,6 kbps

Power Line 230 V AC – 1,2 kbps

KNX.net – standard TCP/IP

Transmisja radiowa

Podczerwień i inne…

Para skręcona - 78 kbps oraz 1,25 Mbps

Power Line 230 V AC – 4,8 kbps

Ethernet – TCP/IP

Transmisja radiowa

Podczerwień i inne…

KONFIGURACJA, SOFTWARE:

Pakiet ETS 5 – konfiguracja, dobór parametrów

aplikacji urządzeń, proste narzędzia diagnostyczne

(komunikacja, telegramy- rejestracja)

Pakiet LonMaker – konfiguracja, wybór parametrów

aplikacji, prosta diagnostyka

Wada: środowisko Visio – kłopoty…


• Standard LonWorks i KNX • Media transmisji danych – magistrale



• Standard LonWorks • Media transmisji danych – magistrale

• TP - para skręcona

• TP - para skręcona z zasilaniem

• PL – linia zasilająca 230VAC

• Ethernet – łącze szkieletowe

• transmisja radiowa

• Topologia połączeń magistrali • Typu tree – free (FT – free topology)



• Standard LonWorks


Układ Neuron-Chip – struktura

MAC - dostępu do medium transmisyjnego;

NP – sieciowy; obsługuje zmienne sieciowe i konfiguracyjne

AP – aplikacji; obsługuje prace systemu operacyjnego i aplikację progr.


• Topologia – warianty organizacyjne

• Zcentralizowany

• Rozproszony



• Standard LonWorks – szczegóły • protokół LonTalk • programowanie – język Neuron C (na bazie C++)

• zmienne sieciowe typu SNVT • standaryzacja typów zmiennych sieciowych - łatwa współpraca urządzeń pochodzących z różnych

firm • bloki funkcjonalne - profile funkcjonalne --- wyjaśnić różnicę

• dostęp do zmiennych zoptymalizowany – jako obiekty języka Neuron C

• obsługa zdarzeń – EVENT BASED/TRIGGERED - (zmian stanu – parametrów) urządzeń w sieci oparta o komendę WHEN języka Neuron C i wbudowaną bibliotekę funkcji obsługi zdarzeń

• zorganizowana obsługa układów czasowych (timerów)



• Standard LonWorks • Standardowe zmienne sieciowe – SNVT

• różne zmienne dla różnych wielkości fizycznych


Wybrane zmienne sieciowe


• Standard LonWorks – profile funkcjonalne

• Opis warstwy aplikacji – zmienne sieciowe, ustawienia konfiguracyjne, parametry startowe itp.

• Profile – standaryzacja funkcji, funkcjonalności – NIE URZĄDZEŃ !!!

• Model do opracowania interfejsu aplikacji danej funkcji w węźle sieci LON

• Certyfikacja LONMARK – tylko gdy interfejs sieciowy urządzenie bazuje na jednym lub kilku profilach funkcjonalnych z listy LONMARK

• Zmienne obowiązkowe i opcjonalne

• PROFILE – element standardu PN-EN 14908



• Standard LonWorks – profile funkcjonalne


Może – pokazać arkusz normy 14908


• Standard LonWorks – certyfikowane urządzenia



• Standard LonWorks – bloki funkcjonlane

• Zbiory zmiennych sieciowych - SNVT i ustawień konfiguracyjnych - CPI używanych wspólnie do wykonania określonego zadania

• W jednym urządzeniu przynajmniej jeden blok funkcjonalny

• Bloki funkcjonalne – opisują cały interfejs logiczny/funkcjonalny urządzenia sieci LonWorks:

• jego współpracę z siecią

• rodzaj realizowanych funkcji

• parametry wejściowe i wyjściowe


Szablon bloku funkcjonalnego

- zmienne obowiązkowe - zmienne opcjonalne


• Standard LonWorks • LonMaker – pakiet integracji


Komisjonowanie --- Commission ---adresowanie fizyczne urządzeń w sieci

Bindowanie --- bind ---adresowanie logiczne - łączenie funkcjonalne zmiennych sieciowych


• Standard LonWorks • Komisjonowanie – w standardzie LonWorks – dwie metody:

• Nr ID – każde urządzenie – niepowtarzalny numer związany z ukł. Neuron Chip

• Przycisk Service Pin na obudowie urządzenia



• Standard KNX


mikroprocesor Motoroli (rodzina 68HC05B6, 68HC05BE12)

29 V DC


• Standard KNX – szczegóły • programowanie – język C++

• Obiekty DPT – standardy EIS

• standaryzacja typów zmiennych sieciowych - łatwa współpraca urządzeń pochodzących z różnych firm

• bloki funkcjonalne - profile funkcjonalne – są w programach aplikacji dla węzłów – nie wykorzystywane w praktyce przy ingerencji funkcji systemu automatyki

• dostęp do zmiennych zoptymalizowany – jako obiekty języka Neuron C

• obsługa zdarzeń – ale bez dedykowanych procedur i wbudowanych bibliotekę funkcji obsługi zdarzeń



• Standard KNX • Media transmisji danych – magistrale

• TP - para skręcona z zasilaniem – 29 V DC

• PL – linia zasilająca 230VAC

• Ethernet – łącze szkieletowe

• transmisja radiowa

• Topologia połączeń magistrali

• Typu tree – free


Na każdej linii zasilacz - prąd 640 lub 160 mA

Max wydajność prądowa zasilaczy: 640 mA- Max liczba urządzeń na linii: 255 - Max liczba urządzeń na zasilaczu – 64

- Śr. pobór prądu na urządzenie/węzeł sieci to 10 mA


• Standard KNX

• ETS5 • integracja


Adresy fizyczne

Adresy grupowe– łączenie funkcjonalne

0.3.53 lub 13.15.63

obsza r linia urządzenie

15/2047 lub 15/7 /255

grupa główna podgrupa gr. główna gr. pośrednia podgrupa


• Standard KNX • Komisjonowanie – w standardzie KNX tylko jedna metoda:

• Przycisk Service Pin na obudowie urządzenia


UWAGA: Na ćwiczeniach z technologii KNXNie będzie procedury komisjonowania

Adresy fizyczne są już nadane urządzeniom!!! Trzeba do nich dostosować adresy fizycznewprowadzane w projekcie dla dodawanych urządzeń – węzłów sieci w czasie ćwiczeń

Telegramy sieciowe – kodowanie informacji

• Standard LonWorks – medium TP-FT


Telegram LonWorksWyłączanie oświetleniaSNVT_lev_disc

Telegram LonWorksZmierzona temperaturaSNVT_temp_p

Telegramy podstawowe

Kod Manchester różnicowy

„0”„1”


• Standard KNX – medium TP


Telegramy podstawowe

Telegram EIB/KNXWyłączanie oświetlenia

Telegram EIB/KNXŚciemnianie oświetlenia


• Standard KNX – medium TP


Telegramy KNX: aktualna wartość mocy biernej a) pojedynczy telegram (EIS 11), b) dwa telegramy wartość-znak, c) telegram wartości (EIS 10), d) telegram znaku (EIS 1)


• Standard LonWorks – medium Power Line – PL


Pasmo transmisji

132 kHz lub 115 kHz(transceiver PLT-22)


• Standard KNX – medium Power Line – PL


Nadajnik Odbiornik

częstotliwość115,2 kHz

logiczne “1”

częstotliwość105,6 kHzlogiczne “0”

Detekcja bitu

częstotliowśćlogiczne “1”

częstotliowśćlogiczne “0”

układ porównania

układ porównania

dane

010010dane

010010

medium transmisji

sieć 230 VAC

Zasada transmisji danych w sieci zasilania 230 VAC

Część 2

Urządzenia – systemy

Stanowiska Laboratoryjne


Grupy urządzeń w systemach automatyki

• czujniki – sensory --- ang. SENSORS • Ruch, obecność

• Temperatura, wilgotność

• Intensywność światła

• Przyciski, włączniki, kontaktrony



• elementy wykonawcze - aktory --- ang. ACTUATORS• Przekaźniki

• Zawory

• Silniki (gdzie?) , siłowniki (gdzie?)



• urządzenia systemowe • zasilacze

• sprzęgła

• wzmacniacze

• router’y – switch’e – gateway’e



• LonWorks – box


Systemy Inteligentnych Budynków - STRONA GŁÓWNAozadow/PDFs/SIB/SIB-intro-prez-2017.pdf ·...

Documents

Transcript of Systemy Inteligentnych Budynków - STRONA GŁÓWNAozadow/PDFs/SIB/SIB-intro-prez-2017.pdf ·...