Андрей Головин (BIG-RU)
По запросам российских специалистов в области автоматизации зданий об опыте применения протокола BACnet на «полевом уровне» систем автоматизации мною были собраны комментарии международных экспертов, объединенные в настоящую статью. Эта статья публикуется в порядке обсуждения.
Билл Свон (Alerton)
BACnet абсолютно подходит для "полевого уровня"! Около 98% всех BACnet устройств, продаваемых компанией Alerton, это устройства полевого уровня. Такое оборудование включает в себя: VAV-контроллеры с выделенными функциями, программируемые VLC-контроллеры (все устройства B-ASC *BACnet Application Specific Controller), также еще и более продвинутые программируемые VLX-контроллеры. С 1996 г. или с 1997 г. Alerton поставляет в здания BACnet-системы, руководствуясь принципом: от крыши–до подвала, с использованием оборудования BACnet на всех трех уровнях автоматизации. В последствии наши основные конкуренты (включая Automated Logic и Delta Controls) также перешли к решениям с BACnet-устройствами для всех уровней автоматизации.
1. "Полевой" уровень содержит устройства, связанные с DDC-контроллерами уровня автоматизации. Такие как: датчики температуры, влажности, уровня, давления и всевозможные переключатели.
2. Также "полевой" уровень включает в себя элементы управления, такие как: клапаны, задвижки, исполнительные устройства, реле управления и др.
3. Управление и мониторинг сигналов между контроллерами уровня автоматизации и компонентами "полевого" уровня должен осуществляться в стандартных диапазонах, таких как от 0 до 5 V, от 0 до 10 V, от 4 до 20 mA, переключаемых 0 и 5 V, переключаемых 0 и 10 V и т.д.
Отталкиваясь от вышесказанных определений, 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. Это команда или действие затем превращается в форму объекта BACnet. Нет необходимости, чтобы инструменты на полевом уровне «понимали» или «интерпретировали» сигналы, которые они посылают или принимают.
Исключения составляют только «мульти-сенсоры». Например, для энтальпии (теплосодержания), или другие «hi-end» устройства с встроенными функциями управления. К таким можно отнести: дисплей для «журнала событий» или комнатные устройства с сенсорами, дисплей и регулирующие пульты для конечных пользователей – некоторые из этих устройств используют BACnet . Ниже следуют четыре слайда с соответствующими пояснениями:
Есть множество причин, чтобы увязывать сенсоры в сеть (электрические шумы, d/a a/d точности преобразования и т.д.). Я надеюсь, что со временем, когда электрические компоненты сильно упадут в цене, мы сможем увидеть больше «полевых» устройств, объединенных в сеть.
Мое мнение, что применение BACnet от верха здания до самой небольшой точки управления – является самым оптимальным решением для владельца здания. Не хочу, чтобы Вы подумали, что я таким образом рекламирую продукцию своей компании, я действительно уверен что большее количество производителей оборудования должны выпускать сенсоры, способные образовывать сеть.
Насколько я знаю, в США большинство ОВК (HVAC) компаний используют двухуровневую архитектуру, где они ссылаются на сетевой уровень, расположенный ближе к сенсорам (уровень “Fieldbus”). Уровень “Fieldbus” реализуется обычно на: RS-485 с каким-нибудь внутренним/закрытым протоколом; BACnet MS/TP на RS485. Уровень управления (“Management level”) обычно выполняется на BACnet/IP или на закрытом протоколе с использованием TCP/IP.
Ханс Кранц (HAK)
Андрей,
Если Вы посмотрите на иллюстрацию из стандарта ISO 16484-2 (выше), то увидите, 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 промышленности «полевая шина» в основном строится как одноранговая система “peer-to-peer” коммуникации между контроллерами (*Примечание: “peer-to-peer” - коммуникационная модель, в которой каждый равноправный участник (компонент) имеет такие же возможности, как любой другой, может инициализировать сеанс связи. Компоненты одного и того же уровня Базовой модели взаимодействия открытых систем ISO-OSI).
В области автоматизации зданий мы стараемся не пользоваться этим термином. 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.
В то же время 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 (ATS)
Большинство компаний в области систем автоматизации зданий, с кем мне приходилось работать, могут отслеживать работу и управлять большим количеством разных устройств «полевого» уровня, а именно: электронными исполнительными устройствами, реле, сенсорами и т.д.
Большинство производителей оборудования сами не производят устройства «полевого» уровня, они либо ставят свой лейбл на чужие устройства, либо используют их просто так (например, приводы Belimo очень популярны). Поэтому, когда такие компании проводят презентации, они стараются не фокусировать внимание на устройствах «полевого» уровня, а делают акцент на продвижении своей продукции из других уровней систем автоматизации.
Мне кажется, что «полевые устройства» должны быть «универсальными»: 4-20 mA, 2-10 V, дискретными. Так как, когда такие присоединены напрямую к контроллеру, они не восприимчивы к проблемам коммуникации, возникающим в сети.
Представьте большой студенческий городок, где все полевые устройства общаются с помощью BACnet. Зачем нам тогда вообще нужны контроллеры? Вам понадобится всего 1, чтобы координировать работу всех этих устройств и направлять сообщения в локальную сеть (Ethernet). Сетевой трафик значительно возрастет, и если возникнет какая-нибудь проблема, препятствующая коммуникации внутри сети, Вы потеряете контроль над всем. Если Ваш единственный контроллер выйдет из строя, Вы также не сможете управлять всем. Другие “peer -to- peer ” решения имеют конечные устройства, которые в свою очередь взаимодействуют.
Винстон Хезерингтон (BASS Consulting Services)
Ханс,
Некоторое оборудование («умные» сенсоры с дисплеями или различные измерительные приборы с встроенными функциями), как уже ранее упоминалось, имеют возможность интеграции в сеть и использует цифровые коммуникации с конечными устройствами. Но такое оборудование пока что 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 в основном в промышленной автоматизации.
Рейнхард Зидль (Taylor Engineering)
Причина по которой Вам будет выгодно использовать сенсоры с IP-адресами может быть следующая:
Скажем, у Вас есть старое здание, оболочка здания состоит из асбеста. Все управление в здании – пневматическое, и Вы хотите, как минимум, установить несколько комнатных датчиков с возможностью удаленного управления. В этом случае Вам нельзя прокладывать провод, а беспроводные датчики на сегодняшний день не совсем совершенны. В любом случае, они используют закрытые протоколы (насколько мне известно), также нельзя забывать про проблемы с заменами батарей питания для датчиков. Итак , какое альтернативное решение есть? Если в Вашем здании уже существует локальная сеть (Ethernet), датчик с IP-адресом решит Ваши проблемы. Конечно, данное решение будет для Вас 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 не удалось.
Константин Трутко (Siemens)
Техническая политика ведущих производителей систем автоматики зданий, в том числе 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 по-прежнему актуально применение непосредственного подключения, без всяких протоколов; для интеграции комнатных контроллеров в систему диспетчеризации, когда требуется передача всего нескольких переменных, применять BACnet также нецелесообразно. Для комнатных контроллеров применяются протоколы LON и KNX. Это международный стандарт. Другое дело, что, для интеграции комнатных контроллеров "наверх" мы используем программируемые шлюзы PXR-11(12), которые действительно работают на BACnet.
Нина Воеводенко (Sauter)
У Sauter ситуация аналогичная, то есть:
1. Полевое оборудование: датчики, реле, исполнительные механизмы, подключаются к контроллерам с помощью стандартных общепринятых сигналов через цифровые или аналоговые входы/выходы. Городить здесь какой-то протокол нет смысла, эти сигналы и так для всех стандартные. Другое дело, если к полевому оборудованию относится также более сложное оборудование, например, насосы, и требуется их не просто включать/выключать, а иметь информацию о разных параметрах этого прибора, в этом случае уже нужен какой-то протокол для общения с этим прибором, и это может быть BACnet.
2. Комнатные контроллеры: у Sauter тоже есть комнатные LON-контроллеры, но мы предпочитаем делать комнатное управление на наших комнатных контроллерах Ecos, которые между собой общаются по собственному протоколу NovaNet и могут точно так же через шлюз подключаться к BACnet, кстати, это решение намного дешевле.
Роман Вроблевский (YORK International)
В начале документа Роланд Хэддад и Ханс Кранц дали исчерпывающие определения полевого уровня в соответствии со стандартом ISO 16484-2. При решении вопроса об использовании протокола BACnet на полевом уровне в компании YORK, мы отталкиваемся от 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. Приведу несколько примеров:
|
Если необходимо передать один-два сигнала (например, измерить температуру и влажность воздуха), мы устанавливаем соответствующий датчик и подключаем его к контроллеру напрямую, 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 VAV-системах 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.
|
|
Другими словами, способ прямого подключения больше подходит для соединения близко расположенных полевых устройств, когда требуется передавать небольшое количество сигналов, 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 количество монтажных и пуско-наладочных работ, упрощается архитектура сети.