3.4.Способы передачи управляющих сигналов

Проводная передача

Передача по радиоканалу (433 МГц)

ИК приемопередатчики

PLC (Power Line Communication)

GSM, WiFi.

3.5.Технология eib (European Installation Bus)

При разработке технологии EIB целью было создание мощного и гибкого инструмента для построения систем автоматизированного контроля и управления зданиями, например, комплексное управление инженерными системами микроклимата (отопление, кондиционирование, вентиляция), водо-, тепло-, электроснабжения и освещения, а также охрана и сигнализация, управление приводной нагрузкой (насосы, двигатели, компрессоры) и бытовой техникой.

Система ЕIВ представляет собой открытую децентрализованную шинную систему с событийным управлением и с последовательной передачей данных. Все подключаемые интеллектуальные устройства могут обмениваться информацией через общий канал передачи - шину. Протокол ЕIВ основывается на методе множественного доступа CSМА/СА (Carrier Sense Multiple Access /Collision Avoidance) с контролем несущей и предотвращением коллизий. Передаваемый пакет данных сообщения ЕIВ имеет переменную длину и содержит фиксированный набор полей. Но длина пакета ЕIВ сообщения является переменной и может изменяться от 57 до 184 бит. Скорость передачи для шины ЕIВ составляет 9600 bps.

Базовым элементом топологии системы ЕIB является шина. Одна шина (первый уровень) может объединять до 64 интеллектуальных устройств. Длина шины может составлять не более 1000 метров.

С помощью линейных соединителей LC (Line Coupler), выполняющих функции гальванической развязки шины и фильтрации информационных пакетов между отдельными шинами, можно объединить в один сегмент до 15 шин первого уровня. Далее система позволяет объединить главной шиной в одну область до 15 сегментов при помощи тех же линейных соединителей. Таким образом, одна область может объединять около 14000 шинных интеллектуальных устройств.

В основу EIB устройства положен микроконтроллер – BCU (Bus Coupling Unit). Он выпускается в нескольких видах, позволяющих устанавливать его в электрическом щитке на DIN-рейку, в монтажную коробку под выключатель в подвесном потолке, в конструкции светильника и т.п.

Шина EIB в качестве среды передачи данных использует следующие среды:

• витая пара (9600 байт/с);

• силовая линия (1200/2400 Бит/с, первоначально только для 230В 50 Гц) – спецификация EIB.PL;

• вычислительная сеть EIB (например, 10МБит/с Ethernet) - спецификация EIB.NET;

• радиоканал - спецификация EIB.RF;

• инфракрасное излучение;

• телефонная сеть;

• голосовые команды.

Поддержкой и развитием стандарта EIB занимается международная организация EIBА (European Installation Bus Association) со штаб-квартирой в Брюсселе. Она основана в 1990 году и на сегодняшний день включает более 110 членов, объединивших свои усилия в уникальном сочетании сотрудничества и конкуренции. В их числеABB, Bosch, Buderus, Danfoss, Gewiss, Legrand, Moeller, Siemens, Vaillant, Viesmann, Gira и др.

Для создания и реализации EIB проектов используется общее программное обеспечение ETS (EIB Tools Software).

В марте 1998 Ассоциация EIB стала первой организацией, выпустившей объектные спецификации системы с шинной архитектурой, соответствующие стандарту CEN TC247 и предназначенные для объектов управления в системах HVAC. В рамках Ассоциации работает инициатива EIB Scientific Partnership, объединяющая ведущие университеты мира в разработке новых EIB решений.

Активными членами Ассоциации EIB являются компании Siemens AG (продукция под торговыми марками 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, 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.