Systémy TAC – LonWorks pro řízení v budovách

Systémy TAC – LonWorks pro řízení v budovách

V současné době přichází na trh v České republice nový řídicí systém TAC. Dodává jej společnost Schneider Electric jako svou novou značku. Společnost TAC (dříve známá také jako Tour Andersson), jeden z předních světových dodavatelů řídicích systémů, se dlouhodobě zaměřuje výhradně na otevřené systémy pro měření a regulaci v oboru automatizace technických zařízení budov (TZB). Podstanice systému TAC (obr. 1) pracují pouze v protokolu LonWorks^®. Základním rysem systémů TAC je jejich otevřenost, díky které je lze snadno integrovat s jinými systémy a komponentami. V časopise Automa byly produkty TAC představeny v [1]. Tento článek je věnován základu, který využívají, tj. otevřenému komunikačnímu systému LonWorks^®.

Komunikační síť LonWorks

Firma Schneider Electric se svou značkou TAC je jednou z asi 4 000 tisíc firem z různých odvětví z celého světa, které v posledních deseti letech začaly při automatizaci využívat novou metodu komunikace vyvinutou firmou Echelon – Local Operating Network (LON^®), na jejímž základě vznikl komunikační protokol LonWorks. Stěžejními uživateli této techniky se staly průmyslová automatizace a komplexní řešení automatizace TZB pro tzv. inteligentní budovy. Ihned za nimi jsou doprava a „digitální“ domácnosti. Je zcela na místě hovořit o novém mezinárodním standardu. Technika LonWorks podporuje řešení řídicích systémů s distribuovanou inteligencí a z toho vyplývající až dosud netušené možnosti využití. Ve světě zaznamenává tato komunikační síť velmi podobný dynamický rozmach jako internet, Wi-Fi atd. Ke spojení mezi jednotlivými segmenty sítě LonWorks řešící danou aplikaci lze využít rozvod elektrické energie, kroucenou dvojlinku nebo např. internet (protokol TCP/IP). Protokol LON byl od prvopočátku určen k použití v řídicích systémech, kde důraz je kladen především na inteligenci každého prvku sítě – tzv. uzlu (node). Síť vytvořená na jeho základě tedy má vlastnosti sítě s distribuovanou inteligencí – podobně jako síť neuronová.

Komunikační síť LonWorks nyní představuje ucelené technické řešení, jež bylo vyvinuto s cílem umožnit realizaci cenově dostupných, inteligentních distribuovaných řidicích systémů, které mohou být tvořeny dvěma až 32 000 zařízeními. Její koncepce, reprezentující dynamický trend, je velmi odlišná od vžitých schémat systémů řízení založených na centrálních řídicích jednotkách. Je možné ji použít v mnoha aplikacích: od řízení TZB, přes kopírky a kávovary po dopravní prostředky a průmyslovou automatizaci. Řešení LonWorks je, na rozdíl od většiny jiných systémů, skutečně komplexní, postihující návrh, tvorbu, instalaci i údržbu sítí distribuované inteligence. Technika LonWorks byla vyvinuta proto, aby bylo možné navzájem integrovat zařízení od různých výrobců, aniž by tito museli vědět jeden o druhém. Na rozdíl od jiných síťových systémů je koncipována tak, aby její cena byla nízká a inteligence dostatečná k tomu, aby mohla být distribuována až do každého spínače osvětlení, do každého snímače teploty apod.

Protokol LonWorks
Technika LonWorks podporuje široké spektrum přenosových médií. To umožňuje konstruktérovi optimalizovat přenos z hlediska maximální propustnosti kanálu při minimální ceně a co nejjednodušší instalaci. V současnosti jsou protokolem a sortimentem směrovačů podporována tato média: kroucený pár vodičů pro přenos dat linkou RS-485, rádiový kanál, elektrorozvodná síť pro napětí 230 V až 10 kV AC, optický kabel, infračervený přenos, napájecí vedení 48 V DC při přenosu napájení i dat po týchž vodičích.

Síť LonWorks je svojí hierarchií adres podobná sítím IP. Veškeré adresy v síti jsou logické a definují se v okamžiku instalace sítě.

Architektura, otevřenost, řídicí systém
Základní myšlenkou metody LON je „rozložení“ dosavadního jediného zařízení či systému na skupinu inteligentních prvků (uzlů), které po propojení komunikačním médiem vytvoří síť. Síť LonWorks ke své činnosti nevyžaduje centrální prvek ani nevyužívá architekturu řídicí-řízený (master-slave). Inteligentní uzly komunikují navzájem mezi sebou, a jde tedy o síť typu peer-to-peer. Typický uzel sítě uskutečňuje pouze jedinou jednoduchou úlohu, přičemž zařízení zapojená v síti jsou samostatné prvky. Komplexní řídicí činnost vykonává teprve síť jako celek. Správného chodu takto decentralizované sítě lze dosáhnout pouze vestavbou „inteligence„ přímo do uzlu. Jádrem každého uzlu je proto tzv. neuronový čip. Jde o tříprocesorový mikropočítač s firmwarem, který zajišťuje síťovou komunikaci komunikačním protokolem LonTalk a základní chod aplikačního programu.

Technika LonWorks poskytuje téměř neomezený počet stupňů volnosti a systém zcela otevřený pro budoucí rozšiřování. Například libovolný další prvek přidaný v budoucnu bude moci využívat již nyní realizované měřicí body, a to pro libovolné budoucí řídicí funkce.

Je-li k síti LonWorks připojen počítač PC, lze celou síť konfigurovat a řídit a v neposlední řadě také zobrazovat řízené procesy. Při použití vizualizačního programu (např. TAC Vista) lze monitorovat jednotlivé subsystémy sítě (např. v budově: přístupový systém, vzduchotechnika, vytápění atd.) jedním programem na jediném PC. Zajímavá je i skutečnost, že při programování systémů TAC není nutné platit tzv. kredity jako např. u softwaru LonMaker. Současně je možné na tomto PC realizovat důležité vyhodnocovací algoritmy, jejichž složitost převyšuje možnosti zařízení zapojených v síti LonWorks. Počítač se připojuje k síti buď přes rozhraní RS-232 a sériový adaptér (Serial LONTolk Adapter – SLTA), nebo zvláštní kartou, která se zasune do volného slotu PC.

Spolupráce zařízení od různých výrobců v jedné síti
Uzly s vlastnostmi umožňujícími jejich vzájemnou koexistenci na jedné síti se označují jako interoperabilní. K zajištění interoperability musí výrobci uzlů respektovat množství doporučení, jež jsou rozdělena do několika úrovní. Aby byla doporučení řádně specifikována a byla možná kontrola vlastností nabízených produktů nezávislá na jejich výrobcích, byla zřízena nadnárodní asociace LonMark™. Jejím úkolem je vydávat a aktualizovat již zmíněná doporučení a výrobkům (uzlům), které je splňují, přidělovat značku LonMark. Jestliže tedy daný uzel vlastní tuto značku, není důvod se obávat o jeho kompatibilitu se sítí LonWorks. Součástí činnosti asociace LonMark je rovněž standardizace typů nejčastěji používaných síťových proměnných. Proto byl vytvořen seznam standardních typů síťových proměnných (Standard Network Variable Type – SNVT), jehož použití velmi usnadňuje spolupráci různých uzlů v jedné síti.

Široké možnosti použití

Koncept LON je v současné době podporován a využíván asi 4 000 výrobci a organizacemi. Z největších jsou to např. (v abecední pořadí) ABB Network Partner, Allen-Bradley, AT&T, British Petroleum, British Telecom, General Electric, Goldstar Industrial Systems, Hewlett-Packard, Hitachi, Johnson Controls, KABA Benzing, Lexel, Microsoft Corporation, Mitsubishi, Molex, Motorola, NASA, Olivetti, Philips Lighting, Sauter, Schneider Electric, Siemens, Toshiba a mnoho dalších. Jejich počet stále roste, stejně jako počet aplikací.

Teoreticky lze techniku LonWorks využít v každém zařízení. V praxi je však její použitelnost omezena na oblasti, kde není požadována výměna dat rychlostí větší než 2,5 Mb/s a kde postačuje doba odezvy sítě v rozmezí 3 až 10 ms. Technika LonWorks tak v současné době nachází uplatnění téměř všude, namátkou:

• v budovách při řízení TZB (sledování a řízení spotřeby energií, klimatizace, požární a zabezpečovací signalizace, v elektronických zámcích, ve výtazích, při ovládání žaluzií atd.),

• v kancelářských přístrojích (kopírky, faxy apod.), v domácích spotřebičích, v zařízeních pro automatickou úpravu životního prostředí,

• v platebních systémech supermarketů, v nápojových a jídelních automatech, v identifikačních systémech,

• v průmyslu při řízení výrobních linek i v jednotlivých strojích, v inteligentních průmyslových snímačích (digitální elektroměry, snímače tlaku, hladiny, teploty atd.) a akčních členech (řízení ventilů a pohonů, ovládání spínačů), v testerech elektronických obvodů,

• v dopravních prostředcích (automobilech, tramvajích, na železnici) i v dopravní infrastruktuře (řízení křižovatek, řízení provozu a vybírání poplatků na dálnicích a silnicích),

• ve zdravotnictví v přístrojích pro monitorování stavu pacientů,

• v řízení venkovního osvětlení i osvětlení interiérů,

• v zavlažovacích systémech atd.

Například při použití sítí LonWorks ke sledování a řízení veřejného osvětlení v městských aglomeracích je každý sloup se svítidlem vybaven neuronovým čipem. Ten informuje centrálu o aktuálním stavu svítidla a současně umožňuje na dálku ho rozsvěcet a zhasínat podle požadavků centra nebo podle intenzity okolního osvětlení. Vzniká tak velmi efektivní řízení veřejného osvětlení přinášející značné úspory energie.

Velmi zajímavé možnosti nabízí technika LonWorks v kombinaci s internetem např. teplárenským společnostem a firmám provozujícím tzv. facility management. Zde je možné ji využít v podobě poměrně jednoduchého řešení založeného na síti LonWorks a jednom PC namísto nákladného udržování složitých dispečinků. Jak je známo, lze v současné době bezproblémově a především poměrně levně sledovat systémy na dálku při použití PC z internetové kavárny, přístrojů typu PDA nebo výkonnějších mobilních telefonů (prostřednictvím programů založených na funkci appletů Java, obsažených v každém operačním systému Microsoft Windows).

V nepříliš vzdálené budoucnosti bude s technikou LonWorks možné splnit i sny o plně automatizované domácnosti – od kávovaru, přes vařič, chladničku, vytápění, domácí vodárnu a čističku odpadních vod až po zabezpečení objektu. Existuje unikátní možnost vzájemného datového propojení všech uvedených i dalších přístrojů a zařízení. Až se jednou ráno vzbudíte zvukem z rádia, než se osprchujete, celý dům „sám„ ožije – zapne se topení, kávovar připraví oblíbený nápoj a PC automaticky vyzvedne zprávy z internetu. Po snídani zaklapnete dveře svého domu, který se v tu chvíli stane dalším zabezpečeným objektem ve městě, dojedete do zaměstnání, kde bude stačit protáhnout kartu čtečkou a vše kolem začne fungovat tak, jak má. Možná za tím vším, aniž byste to věděli, bude právě technika LonWorks.

Přednosti produktů kompatibilních s LonWorks

Síť LonWorks je prudce se rozvíjející řídicí síť, v celosvětovém měřítku podporovaná mnoha velkými firmami. Již nyní je síť LonWorks celosvětovým standardem. Proč nevyužít praxí ověřený komunikační protokol, který dokáže spojit výrobky různých výrobců. A nejenom to. Proč nevyužít celou podporu, kterou firma Echelon nabízí.

Jestliže jakýkoliv systém podporuje standard LonWorks, automaticky se stává součástí velké „skládačky„ a tím součástkou řešící konkrétní problematiku v rámci velkého projektu. V tu chvíli může na jednom fyzickém objektu koexistovat množství dalších subsystémů, původem i od jiných výrobců, které společně komplexně vyřeší požadavky zákazníka. Každý z těchto subsystémů se totiž velmi snadno stává součástí otevřeného systému. Společně s jednodušší instalací (stačí jedno vedení pro několik subsystémů) a vyplývajícími podstatně menšími instalačními náklady při zachování možnosti systém v budoucnu snadno modifikovat podle požadavků zákazníka (i jen programovým přepojením síťových proměnných) tak existuje další pádný argument, který by měl přesvědčit investora, že právě systém založený na technice LonWorks je ten pravý.

Další výhodou je, že síť LonWorks je sítí distribuované inteligence. Není tedy nutný výkonný – a drahý – centrální řídicí prvek. Je tomu tak proto, že síť může základní funkce vykonávat sama. Protože každý uzel sítě má vlastní inteligenci, lze tyto uzly řídit. Toho se mnohdy velmi efektivně využívá (např. při měření a hlídání spotřeby energií).

Závěrem lze říci, že zařízení schopná pracovat v síti LonWorks přinesou uživateli:

• finanční úsporu, primární (investice do instalace) či sekundární (úspora energie, času, práce atd.),

• svobodu, tj. skutečnost, že za své peníze zákazník získává systém snadno modifikovatelný podle jeho požadavků,

• otevřený systém, který umožní později přidat další subsystémy s již minimálními náklady,

• velmi výkonný systém, díky distribuované inteligenci.

Kam pro informace
Společnost Schneider Electric se po akvizici firem TAC a Lexel Electric stala jedním z lídrů světových aktivit v oblasti tzv. inteligentních budov a jejich otevřených řídicích systémů. V České republice nabízí řídicí systém TAC Vista, který plně komunikuje v systému LonWorks.

Další podklady a informace je možné získat u společnosti Schneider Electric, a to buď od pracovníků technické podpory, nebo na extranetech pro elektroprojektanty (http://www.design.schneider-electric.cz) a pro automatizaci (http://www.aut.schneider-electric.cz).

Petr Motýl, Jiří Goldman,
marketing

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Technická podpora
tel.: 382 766 333
e-mail: tp@cz.schneider-electric.com

Praha - Thámova 13, 186 00 Praha 8
tel.: 281 088 111, fax: 224 810 849

Brno - Mlýnská 70, 602 00 Brno
tel.: 543 425 555, fax: 543 425 554

http://www.schneider-electric.cz