BACnet на «полевом» уровне
В стандарте ISO 16484452 «Системы автоматизации и управления зданиями . Аппаратные средства» (ISO — международная организация по стандартизации) изложен подход к построению трехуровневой системы автоматизации здания.
Нижний («полевой») уровень включает в себя оконечные устройства: приводы, клапаны, выключатели, кнопки управления, датчики и другое оборудование.
Средний уровень, или уровень «автоматизации», — это контроллеры, принимающие сигналы от нижнего уровня и передающие их на верхний уровень, а также сетевое оборудование.
Верхний уровень, или уровень «управления», включает операторские рабочие станции и при необходимости может иметь шлюз в ERP-системы (автоматизированные системы управления предприятием).
Если с уровнями «управления» и «автоматизации» все более-менее понятно, то подходы к организации нижнего («полевого») уровня вызвали особый интерес.
Многие российские специалисты обращались в ассоциацию BIG-RU с просьбой обобщить мировой опыт пост роения нижнего уровня автоматизации, а особенно с возможностью использования на нем протокола BACnet.
Вот мнение ведущих зарубежных и отечественных экспертов по автоматизации зданий.
Билл Свэн
компания Alerton
председатель BACnet-комитета
SSPC-135ASHRAE)
BACnet абсолютно по всем параметрам подходит для «полевого» уровня!
Около 98% всех BACnet-устройств, продаваемых компанией Alerton, это как раз устройства «полевого» уровня.
Такое оборудование включает в себя: VAV-контроллеры с выделенными функциями, программируемые VLC-контроллеры (все устройства B-ASC *BACnet Application Specific Controller), а также еще более продвинутые программируемые VLX-контроллеры.
Около десяти лет Alerton поставляет BACnet-системы, руководствуясь принципом «от крыши до подвала», с возможностью использования BACnet на всех трех уровнях автоматизации.
Впоследствии наши основные конкуренты (включая Automated Logic и Delta Controls) так-же перешли к решениям с BACnet-устройствами для всех уровней автоматизации.
Роланд Хеддед
компания Сairo
Вот что я понимаю под «полевым» уровнем в общей архитектуре системы управления зданием (BMS). «Полевой» уровень содержит устройства, связанные с DDC (прямое цифровое управление) — контроллерами уровня «автоматизации», такие как датчики температуры, влажности, уровня, давления и всевозможные переключатели.
Также «полевой» уровень включает в себя элементы управления, такие как клапаны, задвижки, исполнительные устройства, реле управления и др.
Управление и мониторинг сигналов между контроллерами уровня «автоматизации» и компонентами «полевого» уровня должны осуществляться в таких стандартных диапазонах, как от 0 до 5 В, от 0 до 10 В, от 4 до 20 мА, переключаемых 0 и 5 В, переключаемых 0 и 10 В и т.д.
Базируясь на вышеназванных определениях, компоненты «полевого» уровня посылают простые слаботочные сигналы DDC-контроллерам.
Температурный датчик, например, посылает аналоговый сигнал, пропорциональный измеренной температуре (от 0 до 10 V, например).
Полученный сигнал интерпретируется логикой DDC-контроллера уровня «автоматизации» как аналоговый вход от объекта.
Эта команда или действие превращается затем в форму объекта BACnet.
Нет необходимости, чтобы инструменты на «полевом» уровне «понимали» или «интерпретировали» сигналы, которые они посылают или принимают.
Ханс Кращ
фирма HAK
Ответ Роланда Хеддеда в точности повторяет то, что написано в международном стандарте ISO 1648452 «Системы автоматизации зданий. Часть 2. Аппаратные средства» в пунктах 5.4 и 5.6.
Этот уровень автоматизации также позволяет «полевым» устройствам общаться, но из-за высокой стоимости нет особых причин, чтобы применять сенсоры или исполнительные устройства с возможностью их коммуникации.
Исключения — «мультисенсоры» или другие BACnet -устройства с встроенными функциями управления, к которым можно отнести дисплей для «журнала событий» или комнатные устройства с сенсорами, дисплей и регулирующие пульты для конечных пользователей.
Некоторые из этих устройств используют BACnet.
Майкл Урбаншк
компания EBTRON
И Роланд, и Ханс правы насчет сенсоров «полевого» уровня.
Наша компания — одна из тех, которые предлагают сегодня на рынке сенсоры «полевого» уровня не особенно дорогие и способные присоединяться к сетям (BACnet по Ethernet, BACnet/IP и MS/TP) для измерения расходов воды, температуры воздуха и т.д.
Есть множество причин, чтобы увязывать сенсоры в сеть (электрические шумы, d/a a/d точности преобразования и т.д.).
Надеюсь, что со временем, когда электрические компоненты станут заметно дешевле, мы станем отмечать заметно больше «полевых» устройств, объединенных в сеть.
Я считаю, что применение BACnet от верха здания до самой низшей точки управления -самое оптимальное решение для владельца здания.
Причем я не рекламирую продукцию своей компании, а действительно уверен в том, что еще больше производителей оборудования должны выпускать сенсоры, способные образовывать сеть.
Стандарт ISO 16484-3 «Системы автоматизации и управления зданиями. Функции»
Андрей Головин
ассоциация BIG-RU
Насколько я знаю, в США большинство компаний используют двухуровневую архитектуру, где ссылаются на сетевой уровень, расположенный ближе к сенсорам (уровень Fieldbus).
Уровень Fieldbus реализуется обычно на интерфейсе RS485 с каким-нибудь внутренним/закрытым протоколом, а BACnet MS/TP — на RS485. Уровень «управления» (Management level) обычно выполняется на BACnet/IP или на закрытом протоколе с использованием TCP/IP.
ХансКращ
фирма HAK
На иллюстрации стандарта ISO 1648452 можно увидеть, что «полевые» устройства должны быть присоединены к контроллерам напрямую или через какое-то средство связи.
Я знаю, что существует некоторое различие в терминах «полевые» устройства (field devices) и «полевая» шина (field bus).
В промышленной автоматизации «полевая» шина в основном строится как одноранговая система коммуникации peer-to-peer (коммуникационная модель, где каждый равноправный компонент имеет такие же возможности, как и любой другой, и может инициализировать сеанс связи) между контроллерами.
В области автоматизации зданий мы стараемся не пользоваться термином peer-to-peer. Поэтому стандарт ISO, предназначенный только для автоматизации и управления зданиями, устанавливает следующие уровни автоматизации:
— «полевой» уровень с функциями входа/выхода;
— уровень «автоматизации» с функциональными процессами;
— уровень «управления» с базами данных и статистическими функциями.
А операторские функции могут быть отнесены к любому уровню.
Конечно, на практике не так часто встретишь «полевые» устройства, завязанные в сеть, в частности, исполнительные устройства. Потому что это сразу делает их более дорогостоящими, но стандарт ISO отмечает, что устройства «полевого» уровня должны иметь возможность интегрироваться в сеть.
Джон Эрвин
фирма ATS
Большинство компаний в области СА и УЗ (система автоматизации и управления зданием), с кем мне приходилось работать, отслеживают работу и управляют большим количеством разных устройств «полевого» уровня — электронными исполнительными устройствами, реле, сенсорами и т.д.
Многие производители оборудования для СА и УЗ сами не производят устройств «полевого» уровня, но либо ставят свой лейбл на чужие устройства, либо используют их просто так (например, очень популярны приводы Belimo).
И когда такие компании проводят презентации, они стараются не фокусировать внимание на устройствах «полевого» уровня, а делают акцент на продвижении своей продукции.
Мне кажется, что «полевые» устройства должны быть «универсальными»: 4520 мА, 2510 В, двоичными. И напрямую присоединенные к контроллеру, они невосприимчивы к проблемам коммуникации, возникающим в сети.
Представьте большой студенческий городок, где все «полевые» устройства общаются с помощью BACnet. Зачем тогда вообще нужны контроллеры?
Понадобится всего один, чтобы координировать работу всех этих устройств и направлять сообщения в локальную сеть (Ethernet).
Сетевой трафик значительно возрастет, если возникнет какая-нибудь проблема, препятствующая коммуникации внутри сети, и вы потеряете контроль над всем.
И если единственный контроллер выйдет из строя, вы также не сможете управлять всем.
Другие peer-to-peer решения имеют конечные устройства, которые в свою очередь взаимодействуют между собой.
Винстон Хезерингтон
компания BASS Consulting Services
Некоторое оборудование («умные» сенсоры с дисплеями или различные измерительные приборы со встроенными функциями) имеет возможность интеграции в сеть и использует цифровые способы коммуникации с конечными устройствами.
Но такое оборудование пока не слишком широко используется.
Сенсоры для измерения температуры, влажности, давления или статуса (отслеживание контакта открыто/закрыто) используются сегодня чаще, и сигналы напряжения (V) должны быть в этом случае приняты и интерпретированы контроллером в сети.
Термин «полевая» шина (field bus) используется большей частью в промышленной автоматизации.
Рейнхардт Сейдл
компания Taylor Engineering
Причина, по которой будет выгодно использовать сенсоры с IP-адресами, может быть следующая: скажем, у вас есть старое здание, состоящее из асбеста.
Все управление в здании пневматическое, а вы хотите, как минимум, установить несколько комнатных датчиков с возможностью удаленного управления.
В этом случае нельзя прокладывать провод, а беспроводные датчики на сегодняшний день не совсем совершенны. В любом случае, насколько мне известно, они используют закрытые протоколы.
Также нельзя забывать о проблеме с заменами батарей питания для датчиков.
Итак, какое есть альтернативное решение?
Если в вашем здании уже существует локальная сеть (Ethernet), то датчик с IP-адресом решит проблемы. Конечно, данное решение будет более дорогостоящим, чем с обычным датчиком.
Приведенный пример — это исключение, но именно сейчас я столкнулся с таким случаем. И, к сожалению, достойной продукции мне найти так и не удалось.
Константин Трутко
компания Siemens
Техническая политика ведущих производителей систем автоматики зданий, в том числе и Siemens, заключается в оптимизации использования различных коммуникационных протоколов на разных уровнях системы автоматизации.
Мы считаем, что такой мощный и многофункциональный протокол программного уровня, как BACnet целесообразно использовать на двух верхних уровнях.
На уровне field level для подключения датчиков и исполнительных механизмов попрежнему актуально применение непосредственного подключения, без всяких протоколов.
И для интеграции комнатных контроллеров в систему диспетчеризации, когда требуется передача всего нескольких переменных, применять BACnet также нецелесообразно.
Для комнатных контроллеров применяются протоколы LONMark и KNX.
Это международный стандарт.
Другое дело, что для интеграции комнатных контроллеров «наверх» мы используем программируемые шлюзы PXR511(12), которые действительно работают на BACnet.
Нина Воеводенко
компания Sauter
У Sauter ситуация аналогичная, т.е. «полевое» оборудование (датчики, реле, исполнительные механизмы) подключается к контроллерам с помощью стандартных общепринятых сигналов через цифровые или аналоговые входы/выходы.
Применять здесь какой-то протокол нет смысла, эти сигналы для всех и так стандартные.
Другое дело, если к «полевому» оборудованию относится более сложное оборудование, например насосы, и требуется их не просто включать/выключать, а еще иметь информацию о разных параметрах этого прибора. В этом случае уже нужен какой-то протокол для общения с этим прибором. И им может быть BACnet.
У Sauter есть и комнатные LON-контроллеры, но мы предпочитаем делать комнатное управление на наших контроллерах Ecos, которые между собой общаются по нашему протоколу NovaNet и могут точно так же через шлюз подключаться к BACnet. И, кстати, это решение намного дешевле.
Роман Вроблевский
YORK International, А Johnson Controls company
Роланд Хеддад и Ханс Кранц дали исчерпывающие определения «полевого» уровня в соответствии со стандартом ISO 1648452.
При решении вопроса об использовании протокола BACnet на «полевом» уровне компания YORK исходит из задач, стоящих перед конкретной системой автоматизации.
На практике существует два варианта подключения «полевых» устройств: прямое подключение к контроллерам и подключение по цифровому протоколу.
Каждый вариант хорош для решения определенных задач.
Вот несколько примеров.
Если необходимо передать один — два сигнала (например, измерить температуру и влажность воздуха), мы устанавливаем соответствующий датчик и подключаем его напрямую к контроллеру, используя стандартные сигналы.
Для локального управления климатом, освещением и, например, жалюзи в отдельно взятом помещении необходимо измерять параметры воздуха, а также обеспечивать взаимодействие с пользователем.
Если предусмотреть для каждой функции отдельные измерительные приборы и органы управления, получится громоздкая система, неудобная и для монтажа, и для эксплуатации.
В данном случае целесообразно установить комбинированное устройство, связанное с уровнем «автоматизации» по протоколу BACnet и совмещающее в себе датчик температуры, панель управления и индикатор. Индикатор можно использовать для отображения текущих параметров системы и для выбора режимов.
Еще пример: для управления заслонками подачи воздуха в помещения в VAV-системах (Variable Air Volume) — система с переменным расходом воздуха (широко применяется в гостиницах, офисах и других помещениях, где присутствие людей в помещениях носит циклический характер), применяется комбинация электропривода и дифференциального датчика давления.
Чтобы не подключать эти сигналы к удаленному контроллеру, целесообразно применять комбинированное устройство со встроенной возможностью коммуникации по протоколу BACnet.
Словом, способ прямого подключения больше подходит для соединения близко расположенных «полевых» устройств, когда требуется передавать небольшое количество сигналов и обычно в одном направлении.
Напротив, если требуется передавать несколько сигналов, получать обратную связь или есть необходимость реализовать взаимодействие с пользователем на «полевом» уровне, целесообразно применять подключение «полевых» устройств по цифровому протоколу. В этом случае значительно сокращается число монтажных и пусконаладочных работ и упрощается архитектура сети.
В любом случае выбор конкретного технического решения зависит от поставленных задач, а у компании YORK есть необходимое оборудование и технологии, чтобы решать эти задачи оптимальным способом.
Андрей Головин
ассоциация BIG-RU
Мне хотелось бы отметить, что благодаря мнениям наших коллег из США, Европы и России складывается общая картина методик построения систем автоматизации на разных континентах.
Данное наблюдение весьма ценно, так как позволяет сравнить достоинства и недостатки обоих вариантов и выбрать для себя тот, который больше других подходит вам, тем более что сегодня на российском рынке присутствует и европейское, и американское оборудование.
Статьи по теме:
Умный дом, как основа построения дома будущего
Умный дом от Gira
Что такое Интеллектуальное Здание?
10 вопросов специалистам. Российский рынок автоматизации зданий
BACnet и KNX: открытые стандарты, дополняющие друг друга.
BACnet на «полевом» уровне: ЗА или ПРОТИВ?
BACnet работает на Почту Германии.
BACnet web- сервисы.
Энергосберегающие технологии и комплексная автоматизация Siemens.