Wentylacja i klimatyzacja w inteligentnym budynku

Wentylacja i klimatyzacja w inteligentnym
budynku
Sterowanie ogrzewaniem
Opracowali: Tomasz Borzymowski i Radosław Malewicz
1. Spis treści
1. Spis treści................................................................................................2
2. System EIB..............................................................................................2
3. Lon Works...............................................................................................8
4. Bibliografia.............................................................................................12
2. System EIB
European Installation Bus został opracowany w 1990 roku przez
europejskich producentów systemów elektroinstalacyjnych. Instalacja EIB
łączy w sobie wszystkie funkcje zarządzania budynkiem. Służy do
włączania, sterowania, sygnalizowania, regulacji i nadzoru urządzeń
elektrycznych instalowanych w budynku. Wymaga poprowadzenia
dodatkowego przewodu (jednego wokół całego domu/mieszkania), ale
dzięki temu zapewnia nieograniczone możliwości rozbudowy w przyszłości.
Zasada działania systemu
- Magistrala EIB jest zasilana przez zasilacze tworzącą wydzieloną sieć
SELV (Safety Extra Low Voltage) o napięci nominalnym 24 V DC
- Do magistrali tej dołączone są wszystkie układy pracujące w systemie EIB
Magistrala ta jest dla układów źródłem informacji
- Każdy z elementów wyposażony jest w układ mikroprocesorowy który
realizuje
funkcje
- Informacje przesyłane są po magistrali w postaci telegramów
Rodzaje elementów
- Aktory – elementy odbierające telegramy i realizujące określone na ich
podstawie czynności np: żaluzje, oświetlenie, wentylacja, ogrzewanie.
- Sensory – elementy wysyłające spakowane w telegramy informacje o
stanie łączeń lub mierzonych wielkości. np. : czujniki temperatury, czujniki
natężenia światła, zegar sterujący.
2
Schemat połączenia aktorów i sensorów.
Schemat blokowy regulacji temperatury
Rodzaje sterowania ogrzewaniem
• Sterowanie dwupołożeniowe
• Sterowanie PWM (modulacja szerokości impulsu )
• Sterowanie PI
3
Regulacja PWM (modelacja szerokości impulsu)
• Zawory grzejnikowe ustawione są w dwóch stanach : zamknięty 0% i
otwarty 100%
• Zadaniem regulatora jest porównywanie zadanej wartości
temperatury z
• temperaturą mierzoną .Na podstawie tych danych wyznaczana jest
krzywa regulacji
• Na podstawie krzywej formowane są impulsy, których szerokość jest
• proporcjonalna do wartości sygnału na początku okresu impulsowani
4
Sterowanie dwupołożeniowe
• Zawory grzejnikowe ustawione są w dwóch skrajnych stanach :
otwarty (100% ) i zamknięty (0 %)
• Załączanie zaworu następuje po obniżeniu się temperatury poniżej
wielkości
zadanej minus 1/2 zakresu histerezy
• Wyłączanie zaworu następuje po przekroczeniu temperatury powyżej
wielkości
zadanej plus 1/2 zakresu histerezy.
Regulacja PI
Korzyści stosowania systemu EIB
• Jednolite środowisko kontroli i sterowania elementami inteligentnego
budynku,
• Wysoka funkcjonalność budynku,
• Możliwość konfiguracji i powiązań między poszczególnymi
elementami,
• Użytkownik w każdej chwili może zmienić funkcje poszczególnych
elementów (np. danym wyłącznikiem nie chce już włączać lampy
5
•
•
•
•
•
•
•
•
sufitowej, lecz oświetlenie dojazdu do bramy) i to bez żadnych zmian
w instalacji elektrycznej.
Przez przewód magistrali płynie bezpieczny prąd o napięciu 24V
(umożliwia to dowolne aranżacje wnętrza, np. włącznik światła może
znajdować się przy kabinie prysznicowej).
Standard popierany przez kilkuset producentów urządzeń w Europie
Nieograniczona możliwość zmian w konfiguracji
Każde następne urządzenie wykorzystuje istniejący przewód.
Max. liczba urządzeń to 11 520
Jeden dodatkowy kabel
230 V tylko w lampach i gniazdkach
Oszczędność do około 50 %
OGRZEWANIE
• Indywidualne temperatury w różnych pomieszczeniach
• Obniżanie temperatury w nocy i podczas nieobecności
• Wyłączanie ogrzewania przy otwartym oknie
6
7
3. Lon Works
Technologia Lon Works
to nowa technologia zaprojektowana w celu dostarczenia platformy do
realizacji nowoczesnych systemów pomiarowo-kontrolnych. LonWorks
został zaprojektowany przez firmę Echelon Corporation we współpracy z
Motorolą i Toshibą. Obecnie LonWorks jest kompletną i dopracowaną
architekturą zdobywającą nowe rynki i uznanie użytkowników.
Podstawową jednostką LonWorks
jest węzeł - inteligentne urządzenie komunikujące się z innymi węzłami.
Węzeł może być czujnikiem, kontrolerem, prostym przełącznikiem albo
skomplikowanym komputerem obrabiającym dane. Sercem węzła w
kontekście LonWorks jest Neuron Chip - układ scalony realizujący
wszystkie potrzebne czynności w celu skomunikowania się z otoczeniem.
Neuron Chip zawiera implementację protokołu sieciowego LonTalk,
posiada również pewne funkcje klasycznego mikrokontrolera, co pozwala
na wykonanie prostszego urządzenia jako jednoprocesorowego.
Uniwersalny Węzeł LON
GPN3120
GPN3150
8
Protokół LonTalk
powstał w oparciu o model odniesienia OSI. Firmware i hardware Neuron
Chipa zawiera realizację warstw odpowiadających za rozwiązywanie
konfliktów dostępu do wspólnej magistrali, adresowanie i dostarczanie
przesyłek sieciowych, zabezpieczenie transmisji, formatowanie danych
przesyłanych przez sieć, autoryzację węzłów, zapewnienie maksymalnej
przepustowości łączy. Implementacja tych części protokołu jest kompletna i
dostarczana razem z Neuron Chipami co gwarantuje zgodność w
komunikacji pomiędzy różnymi urządzeniami nawet pochodzącymi od
różnych producentów.
Do najniższej - fizycznej - warstwy LonTalk można zaliczyć definicję
medium oraz połączenia samego Neuron Chipa z medium
komunikacyjnym. Popularnym medium wykorzystywanym w sieciach
LonWorks jest skrętka z możliwością przesyłania danych przy prędkości 78
kbps albo 1.25 Mbps do której przyłączony zostaje Neuron Chip przy
pomocy transceivera - urządzenia dopasowującego do linii i
zapewniającego izolację galwaniczną.
Inne media używane w LonWorks to: kabel koncentryczny, sieć
energetyczna, światłowód albo połączenie radiowe. LonTalk jest
rozbudowanym protokołem pozwalającym na łączenie tysięcy węzłów we
wspólną sieć, przy czym topologia nie jest z góry narzucona. Istnieje
możliwość połączenia podsieci pracujących na takich samych bądź różnych
mediach przy pomocy specjalnych węzłów sieci zwanych routerami.
Najwyższa - aplikacyjna - warstwa LonTalk definiowana jest przez
projektanta węzła sieci. Neuron Chip, z punktu widzenia programisty, jest
zwykłym mikroprocesorem, w którym interfejs sieci realizowany jest
poprzez lokacje pamięci zwane zmiennymi sieciowymi, za pomocą których
program dokonuje wymiany danych z innymi węzłami. Standardowym
rozwiązaniem jest zdefiniowanie w jednym węźle (na przykład
termometrze) zmiennej wyjściowej (tu temperatura), w drugim zaś (na
przykład kontrolerze pieca) zmiennej wejściowej o identycznym typie (czyli
temperatura).
Praca pierwszego węzła polega na cyklicznym wysyłaniu danych komunikatów (wysyłamy co 3 sek wartość temperatury), które węzeł drugi
otrzymuje w postaci wartości swojej zmiennej wejściowej. Reakcją drugiego
węzła na otrzymanie nowej danej jest wykonanie procedury obsługi
zdarzenia (zamknięcie/otwarcie dopływu paliwa do pieca).
LonWorks jest siecią o otwartej architekturze
Sieć oparta na LonWorks zaprojektowana pierwotnie do wykorzystania jako
jeden system (np. alarmowy) może być rozbudowana później również o
inne systemy (np. system sterowania oświetleniem, ogrzewaniem, lokalną
sieć telefoniczną). Po wspólnym medium można transmitować dane, które
logicznie przynależą do zupełnie odrębnych systemów.
9
LonWorks nie posiada wyróżnionych węzłów kontrolujących transmisję czy
sterujących dostępem, węzły są równouprawnione. Dokładając nowe
urządzenia do systemu nie trzeba w żaden sposób rekonfigurować
uprzednio zainstalowanych. Architektura peer-to-peer pozwala na
stworzenie sieci składającej się z dwóch węzłów i rozbudowanie jej do
tysięcy (rzeczywisty limit nakłada ograniczenie przepustowości medium).
LonWorks posiada dobrze zdefiniowany sposób przesyłania komunikatów całość oprogramowania sieciowego jest dostarczana przez producenta
LonWorks i projektant urządzenia nie ma możliwości dokonywania w nim
zmian. Jest to więc gwarancja zgodności protokołów komunikacji
wszystkich przyrządów opartych na Neuron Chipach. Pełna zgodność
pomiędzy urządzeniami pracującymi w sieci wymaga jeszcze określenia
formatów danych (zmiennych sieciowych) przesyłanych pomiędzy węzłami.
Dla jej utrzymania zostały opracowane modele obiektów pozwalające na
stworzenie standardowego interfejsu przyrządu. Modele obiektów
specyfikują formaty przesyłania typowych danych np. pomiarowych.
Zgodność wyrobu z modelem jest sprawdzana przez specjalnie do tego
powołaną organizację LonMark.
Cena systemu
Na koszt produktu wpływa nie tylko cena podzespołów ale również
opracowania i wdrożenia. Większość systemów pomiarowo- kontrolnych
opracowywanych na zamówienie posiada ograniczoną możliwość
rozbudowy lub modyfikacji, klient decydujący się na takie rozwiązanie
wiąże się z firmą opracowującą jego system. Produkty zgodne z LonWorks
nie są projektowane dla konkretnych instalacji - są zgodne z innymi
urządzeniami wykonanymi w tej technologii, dają możliwość stosowania w
różnorodnych systemach.
W gotowych instalacjach istnieje możliwość wymiany jednego przyrządu na
inny - pochodzący od innego producenta a spełniajacy te same funkcje.
Stosowanie LonWorks gwarantuje możliwość użycia gotowych elementów
(a nie projektowanych specjalnie na zamówienie).
Zastosowanie
Szeroka gama zalet LonWorks sprawiła, że stosowanie tej sieci stało się
standardowym rozwiązaniem w wielu różnorodnych systemach. Otwartość i
podatność na modyfikacje - możliwość tworzenia zdecentralizowanego
systemu zarządzania jest przesłanką dla wykorzystania LonWorks w
przemyśle. Dotychczasowe rozwiązania opierające się na sterownikach
hierarchicznych okazują się bardziej zawodne i dużo droższe w
eksploatacji od technologii peer-to-peer. Niski koszt instalacyjny oraz duża
liczba dostępnych modułów LonWorks spowodowała, że jest on chętnie
stosowany w rozwiązaniach Inteligentnego Budynku. Początkowy nakład to
tylko wykonanie okablowania, potem inteligencja systemu może rosnąć:
10
sterowanie oświetleniem, zarządzanie zużyciem energii, ruchem wind,
system alarmowy, przeciwpożarowy, LonWorks został uznany przez ANSI
jako standard w zakresie automatyzacji budynków. Łatwość instalacji i
konserwacji sieci (wszystkie czujniki podłączone są do jednego przewodu)
faworyzuje to rozwiązanie w instalacjach monitorujących i rejestrujących
dane pomiarowe. Użytkownik ma możliwość dowolnego kształtowania
swojej sieci: wprowadzania zmian, rozbudowy o nowe moduły, wybierania
dogodnych mu czujników od dowolnego producenta.
Zalety systemu LonWorks
•bardzo krótki czas opracowania i uruchomienia systemu,
•niskie koszty w stosunku do systemów sterowanych przez centralny
komputer,
•duża niezawodność,
•wielofunkcyjność elementów,
•możliwość łatwego dołączania nowych systemów i węzłów do
zautomatyzowanych obiektów,
•zapewniona prawidłowa współpraca urządzeń pochodzących od różnych
producentów,
•łatwość rozbudowy systemu lub zmiany jego kształtu,
•możliwość centralnego monitorowania pracy systemu,
•możliwość dostępu do systemu z zewnątrz.
11
4. Bibliografia:
www.abb.pl
www.lonworks.pl
www.lonmark.org
Czasopismo Elektroinstalator nr 9/2003
www.muratordom.pl
Inteligentny budynek – wiadomości teoretyczne Radom 2003
12