Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Технология LON для автоматизации зданий: основы, преимущества и ограничения

В рубрику "ИТ-интеграция" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Технология LON для автоматизации зданий: основы, преимущества и ограничения

XXI век немыслим без автоматизации, поэтому такие понятия, как умный дом, интеллектуальное здание, слышали многие. Эти термины неотвратимо входят в нашу жизнь, так же, как и искусственный интеллект, роботы, дроны, межпланетные путешествия. Они меняют наше мировоззрение, отношение к окружающей среде, друг к другу и к самому себе. С освобождением от рутины и бытовых проблем у нас появляется время для творчества, самопознания, общения с друзьями и родными, время для новых ощущений и для счастья
Арнольд Галустов
Сертифицированный преподаватель по технологиям KNX/EIB и LON,
руководитель компаний "Сайа Бургесс Контролз Рус", НТФ "МЦ Квадрат"

Под высокими словами, написанными в преамбуле, стоит мощный технологический фундамент – автоматизация зданий. Это одна из очень интересных, активно развивающихся отраслей, которые, появившись сравнительно недавно, уже прочно заняли свое место в нашей жизни. Оставаясь незаметной, она меняет качество жизни. В быту более распространены такие понятия, как умный дом и интеллектуальное здание.

Времена меняются

Еще недавно датчики являлись основным прибором для контроля инженерных систем здания, а автоматика была приложением, необязательным, ненадежным и часто просто лишним. В основном показания приборов записывались в журнал при обходе, а вывод показаний на экран компьютера был экзотикой, как и сами компьютеры.

В нашей стране до сих пор тысячи предприятий снимают показания визуально. Особенно ярко это проявляется в энергоучете. Более 97% продаваемых в стране счетчиков электроэнергии – аналоговые, не имеют собственного интерфейса вовсе или имеют нестандартный интерфейс для того, чтобы принудить покупателя использовать считывающее оборудование и ПО этого же производителя.

Но времена меняются, и датчики с исполнительными механизмами занимают нижнюю строчку в иерархии системы автоматизации. Сейчас они называются полевыми устройствами, и хотя являются зачастую вполне самостоятельной интеллектуальной единицей, основное их предназначение – снять значение физической величины и передать на более высокий уровень – уровень автоматизации. Сбор данных с датчиков производится по довольно простым, но надежным каналам: дискретным, аналоговым или интерфейсным.

На основании собранной информации автоматика среднего уровня (автоматизации) принимает тактические решения об изменении управляющих воздействий исполнительных механизмов, вычисляются косвенные физические величины, определяются критические значения и блокируются аварийные ситуации. Именно на этом уровне проявляется интеллект системы управления: от функционирования этого звена зависит безаварийная работа всех узлов инженерной инфраструктуры. Пользователь узнает о существовании системы автоматизации только тогда, когда происходит авария или сбой. В остальное время она должна быть незаметна, обеспечивая комфорт и экономичность управляемого объекта.

Собранная и обработанная таким образом информация передается на самый верхний уровень, уровень управления. Здесь информация предъявляется в удобном человеческому восприятию виде: производится аналитика и принимаются стратегические решения – какие установить пределы контролируемых параметров, какие действия следует предпринимать, что принять за ошибочное показание датчика или процесса, а что является действительно угрожающим симптомом. На этом уровне принимаются решения о том, каким именно образом экономить, какие алгоритмы системы управления следует изменить, какие оставить, когда оборудование должно работать в комфортном, а когда в экономичном режиме. Принятые стратегии передаются обратно на уровень автоматизации и в дальнейшем отрабатываются в автоматическом режиме.

Основные технологии автоматизации

Пирамида на рис. 2. описывает любые системы автоматизации. Они различаются используемыми коммуникационными технологиями, типами контроллеров, датчиков, систем визуализации и диспетчеризации.


В зависимости от сферы применения требования к применяемым технологиям различаются. Как правило, эти требования относятся к используемым материалам и оборудованию. Например, в нефтегазовой отрасли важна взрывозащищенность, в области коммерческого учета – метрологическая точность, в противопожарных системах – устойчивость к горению и т.п.

Однако не менее важными являются требования к коммуникационным протоколам и интерфейсам. С помощью коммуникаций происходит передача информации в пределах уровня или между уровнями автоматизации.

Одни протоколы больше подходят для полевого уровня, другие для уровня автоматизации, а некоторые настолько универсальны, что используются на различных уровнях.

Изначально в системах автоматизации зданий применялись те же коммуникационные технологии, что и в промышленной автоматизации, однако позже были разработаны специализированные протоколы, которые активно используются и сейчас.

В качестве полевых наибольшее применение получили следующие протоколы:

  • Modbus – аппаратно-ориентированный протокол для связи различных датчиков и исполнительных устройств с контроллерами;
  • DALI – интерфейс управления освещением;
  • M-bus – сбор данных от различных счетчиков, например электроэнергии, воды, тепла и т.п.;
  • EnOcean – беспроводной интерфейс и т.п.

Следующие три универсальные технологии, KNX (EIB), LON и BACnet, по праву считаются основными в автоматизации зданий.

У каждой из этих технологий есть свои приверженцы и противники, все имеют свои сильные и слабые стороны, а также сложившуюся сферу применения.

Например, KNX – простой и надежный протокол, чаще всего используется в домашней и офисной автоматизации для управления климатом, освещением и шторами/жалюзи, что обусловлено наличием очень широкого ассортимента дизайнерских решений для управления комнатной автоматикой. Сотни производителей выпускают различные дизайнерские линии для электроинсталляционных изделий и выполненные в этом же дизайне выключатели и термостаты системы KNX. Конечно, это не единственное преимущество системы KNX, но точно бесспорное.

Технология BACnet чаще всего используется в качестве основного протокола обмена данными между ПЛК уровня автоматизации, а также для связи с самым верхним уровнем управления, благодаря хорошей информационной насыщенности протокола, возможности передавать большое количество информации одной посылкой и простоте реализации связывания устройств.

Технология LonWorks (часто используется обозначение LON – Local Operational Network) одинаково хороша как на полевом уровне и уровне автоматизации, так и при межуровневом взаимодействии. Одним из главных преимуществ технологии LON считается простота изготовления новых устройств. Из этого следует, что на рынке предлагается большое число LON-устройств различных производителей. Время выпуска нового LON-контроллера на рынок может исчисляться днями. За надежность коммуникаций и соответствие стандарту разработчику можно не беспокоиться – за это отвечает чип Neuron. При этом все LON-устройства обладают уникальным свойством – самодокументированием. Это значит, что даже не имея никакой априорной информации о работе этого устройства в сети, достаточно просто прочитать информацию о нем из него самого во время программирования сети (связывания)

Основные принципы технологии LON

Технология LonWorks является открытой, и изделия разных производителей легко объединяются в общую сеть при условии соблюдения разработчиком правил интероперабельности, то есть стандарта межприборного взаимодействия. На сайте ассоциации LONMARK International можно найти список стандартных типов переменных SNVT Master List и конфигурационных параметров SCPT Master List (SNVT – Standard Network Variable Types, SCPT – Standard Configuration Property Types). Кроме того, все устройства должны соответствовать стандартному функциональному профилю SFPT (Standard Functional Profile Types). Функциональный профиль – это набор входных и выходных сетевых переменных и конфигурационных параметров, типичных для приложения. Среди функциональных профилей можно найти самые разные, такие как календарь, чиллер, CO2-сенсор, контроллер постоянного освещения, тепловой насос и т.п. Всего определено 97 стандартных профилей.

Область применения LON

Технология LonWorks в настоящее время используется в основном для автоматизации инженерных систем зданий. Ниже приведены основные системы, в которых используется технология LON:

  • охранная и пожарная сигнализация;
  • управление внутренним и наружным освещением;
  • управление приточно-вытяжной вентиляцией и кондиционированием;
  • управление системами отопления и холодоснабжения;
  • мониторинг энергоснабжения;
  • диспетчеризация лифтов;
  • водоснабжение и канализация и др.

Системы, построенные на LON-технологии отличает высокая надежность оборудования и коммуникаций, высокая достоверность передаваемой информации, наличие большого числа высококвалифицированных специалистов, владеющих этой технологией.

При всей своей надежности технология довольно сложна. Так, простая замена вышедшего из строя LON-устройства требует программирования и введения нового устройства в эксплуатацию, что непросто выполнить неквалифицированному диспетчеру. С другой стороны, поскольку замена должна производиться специалистом, это уменьшает возможность ошибки при замене оборудования.

Использование открытых технологий в автоматизации зданий

Наиболее типовые решения использования различных технологий при автоматизации зданий обусловлены размерами сети, требованиями к надежности, а также к цене решения.

Cегодня технология LonWorks для средних и малых систем может применяться на всех уровнях. Для больших систем чаще всего используется BACnet для основной шины (уровня управления), а в ответвлениях – LON или KNX. Наиболее типична схема диспетчеризации высотного здания – в качестве основного протокола сбора данных используется BACnet, а этажная автоматизация выполнена на LON.

Некоторые конкретные полевые задачи решаются локальными интерфейсами, например управление освещением чаще реализуется по протоколу DALI, а сбор данных с электросчетчиков осуществляется в основном по протоколам M-Bus и Modbus. Для связи с этими протоколами применяются шлюзы или специализированные ПЛК.

Для связи LON с другими технологиями используются шлюзы, обеспечивающие передачу данных в соответствии с требованиями как на нижний, так и на верхний уровень. Например, ПЛК компании Saia-Burgess могут одновременно осуществлять связь по 13 различным интерфейсам и протоколам. Можно подключить одновременно шины LON, KNX, BACnet, DALI, M-Bus, Modbus, а также Web-интерфейс для визуализации. Важно только правильно написать программу, осуществляющую обмен данными между различными протоколами. Аналогичное решение, но уже на PC-совместимом контроллере предлагает компания Newron Systems – программное решение doMoov-SW. А компания Loytech производит сетеобразующие устройства LON со шлюзами в другие протоколы.


Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #1, 2015
Посещений: 7017

  Автор

Арнольд Галустов

Арнольд Галустов

Сертифицированный преподаватель по технологиям KNX/EIB и LON, руководитель компаний "Сайа Бургесс Контролз Рус", НТФ "МЦ Квадрат"

Всего статей:  1

В рубрику "ИТ-интеграция" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций