Acest articol evidențiază beneficiile utilizării sistemelor automate de control digital (DDC – Direct Digital Controllers) Ethernet – cunoscute și sub numele de controlere ale clădirilor – în sistemele de management al clădirilor (BMS – Building Management Systems) și explică modul în care protocolul 10BASE-T1L se poate încadra într-o arhitectură tipică de BMS.
Cu o rată de transfer de date de 10 Mbps, suport pentru diverse topologii și alimentare prin intermediul unui singur cablu cu o singură pereche torsadată, 10BASE-T1L oferă conectivitate Ethernet fără întreruperi pentru controlerele DDC și nodurile de margine (edge nodes) în configurații de rețea punct-la-punct, inel și linie. Acesta oferă control în timp real și depășește limitările protocoalelor anterioare, suportând în același timp un număr practic nelimitat de noduri de margine. Abilitatea sa de a transmite date pe distanțe lungi, de până la 1 km, îl face o soluție ideală de modernizare pentru BMS-urile existente, deoarece poate reutiliza cablurile existente cu o singură pereche torsadată. Caracteristicile sale elimină nevoia de gateway-uri consumatoare de energie, permițând o conectivitate perfectă de la margine la cloud. Acest lucru îl face o resursă valoroasă pentru cei interesați de cele mai recente tehnologii BMS și de impactul potențial al acestora asupra eficienței energetice în clădiri.
T1L-Enabled DDC
Sistemele DDC sunt esențiale pentru managementul modern al clădirilor, permițând monitorizarea și controlul în timp real al diverselor sisteme din clădiri. Pe măsură ce tehnologia avansează, sistemele DDC conectate prin Ethernet vor deveni tot mai răspândite, îmbunătățind și mai mult eficiența și siguranța clădirilor. ADIN1100 PHY, ADIN1110 MAC PHY și switch-ul cu două porturi ADIN2111 de la Analog Devices sunt soluții ideale pentru includerea 10BASE-T1L într-un sistem DDC. Această tehnologie permite transmiterea valorilor din proces, a informațiilor de configurare, a actualizărilor de software și a diagnosticării, facilitând managementul și întreținerea sistemelor din clădiri. Cu o lungime a cablului de până la 1 km, 10BASE-T1L este echipată cu funcții de diagnosticare, care permit rezolvarea rapidă și eficientă a oricăror defecțiuni din sistem. Integrarea 10BASE-T1L cu stive de software precum Modbus IP și BACnet IP oferă o soluție completă pentru sistemele de automatizare industrială, facilitând colectarea eficientă a datelor, controlul dispozitivelor și monitorizarea sistemului. Figura 1 evidențiază modul în care produsele 10BASE-T1L pot fi încorporate în controlerele de încălzire, ventilație și aer condiționat (HVAC) și în controlerele de cameră pentru a comunica cu mai multe controlere de cameră sau ale clădirii într-o topologie în inel sau în linie.
Pentru a înțelege și a explora în profunzime controlerele pentru clădiri conectate prin Ethernet și tehnologia ADI, vă recomandăm să consultați acest videoclip educațional. Materialul oferă informații valoroase și o perspectivă asupra celor mai recente progrese și evoluții din acest domeniu.
Aplicație: Controler VAV pentru un sistem HVAC activat prin T1L
Definiție VAV
Figura 1: Sistem automat de control al clădirii compatibil T1L. (Sursă imagine: ADI)
Un sistem VAV (Variable Air Volume – Volum de aer variabil) este un dispozitiv/controler HVAC comun utilizat în clădirile moderne de birouri, cu sisteme multiple frecvent instalate în zone/spații diferite pentru a menține niveluri de temperatură confortabile. Acesta permite ca diferite zone să funcționeze la temperaturi diferite folosind același sistem de ventilație, prin variația volumului de aer furnizat, menținând în același timp temperatura constantă. Pentru a asigura o ventilație adecvată, sistemele VAV utilizează o programare DDC, care calculează și comandă reglajele necesare ale clapetelor. Controlerele de zonă VAV programabile, moderne includ un actuator încorporat pentru a menține temperatura zonei prin acționarea ventilatorului terminal și reglarea fluxului de aer condiționat în spațiu. Acestea oferă funcții de control dedicate pentru terminale cu o singură conductă, terminale cu ventilator în paralel și terminale cu ventilator în serie, cu încălzire modulantă. Controlerul este compus din două blocuri principale: actuatorul clapetei și un DDC programabil integrat. De asemenea, acesta suportă interfața diferiților senzori necesari pentru reglarea corectă a volumului și monitorizarea calității aerului în aplicațiile VAV. Controlerul de zonă VAV programabil permite măsurarea și afișarea temperaturii zonei, detectarea ocupanților, măsurarea temperaturii conductelor, măsurarea temperaturilor aerului evacuat, măsurarea umidității zonei și determinarea punctului de rouă, detectarea nivelurilor de CO2 și controlul vitezei ventilatorului al sistemului VAV. Utilizarea controlerelor 10BASE-T1L în clădirile mari, cum ar fi aeroporturile, poate asigura o eficiență energetică optimă și o calitate a aerului interior, reducând în același timp costurile de întreținere și operare.
Exemplu de caz de utilizare în marile clădiri
Pentru această aplicație, ne vom concentra pe o anumită zonă dintr-un aeroport, așa cum este ilustrat în figura 2. Cu toate acestea, este important de reținut că sistemul VAV și algoritmii de control descriși aici pot fi aplicați și la alte clădiri mari. Această zonă are două încăperi, iar sistemul VAV utilizează cinci senzori și actuatoare poziționate în locații diferite de-a lungul rețelei de conducte din aceeași zonă. În prima încăpere, sunt utilizate două actuatoare (D1 și D2), un senzor de temperatură (S1) și un senzor de presiune (S2). S1 și S2 se află în conducta de alimentare cu aer, aproape de terminal și folosesc D2 drept clapetă de aer evacuat și D1 drept clapetă de aer proaspăt pentru a controla fluxul de aer din încăpere. Similar, în cea de-a doua încăpere, se utilizează același număr de senzori și actuatoare (D3, D4, S3, S4), dar, din cauza încărcării suplimentare din încăpere, se adaugă un senzor de CO2 (S5) și un actuator suplimentar (D5) în conducta de aer de retur pentru a asigura un control mai bun al fluxului și calității aerului. Unitatea de control VAV utilizează algoritmi de buclă de control pentru a monitoriza și controla senzorii și actuatoarele. Aceasta modulează poziția clapetei pe baza citirilor de la senzorii de temperatură și presiune și apoi acționează în funcție de modul în care a fost programată. De exemplu, dacă temperatura se schimbă în încăperea unu, unitatea VAV va începe să deschidă și să închidă clapetele D1 și D2, provocând o schimbare de presiune în conducta de alimentare cu aer, care poate fi detectată cu ajutorul S2. Dacă presiunea crește, unitatea VAV va observa această schimbare și va încetini ventilatorul situat în unitatea de tratare a aerului (AHU – air handling unit).
Figura 2: Controler VAV compatibil T1L. (Sursă imagine: ADI)
Toți senzorii sunt conectați într-o topologie în linie și poziționați în diferite locații din conducte. Fiecare clapetă se conectează direct la unitatea VAV folosind o topologie punct-la-punct. Infrastructura existentă este puternic limitată pe baza restricțiilor legate de lungimea cablurilor, impedanța, grosimea și, cel mai important, rezistența buclei de curent continuu a sistemului. Pentru a rezolva, însă, aceste probleme, controlerele DDC 10BASE-T1L pot fi utilizate pentru a asigura controlul în timp real al rețelei de senzori și actuatoare pe o distanță de peste 1 km, folosind doar o singură pereche de cabluri răsucite. În plus, actuatorul dispozitivului de reglare 10BASE-T1L poate fi configurat de la distanță pentru a regla fin timpul de funcționare și poziția clapetei la un punct de setare minim. De asemenea, acesta poate fi utilizat pentru a evalua clapeta în caz de defecțiune. Sistemul VAV este un instrument puternic pentru menținerea unui mediu confortabil în clădiri mari, cum ar fi aeroporturile. Utilizând senzori și actuatoare poziționate în diferite locații, unitatea VAV poate modula fluxul și calitatea aerului pentru a menține o temperatură și o presiune constante. Cu ajutorul unei tehnologii avansate, cum ar fi controlerele DDC 10BASE-T1L, sistemul HVAC poate fi controlat și întreținut, oferind în același timp economii valoroase de energie pentru o eficiență îmbunătățită.
Concluzie
Adăugarea 10BASE-T1L la sistemul de control al clădirii elimină necesitatea unor gateway-uri complexe, consumatoare de energie, și îmbunătățește BMS prin asigurarea controlului în timp real al senzorilor și al actuatoarelor pe distanțe lungi, folosind un singur cablu cu o singură pereche torsadată. Sistemele de control al clădirilor pot obține o rază de acțiune mai mare cu un număr practic nelimitat de dispozitive de margine, în funcție de performanța și cerințele rețelei. Controlerele pentru clădiri compatibile cu 10BASE-T1L sunt, de asemenea, capabile să monitorizeze defecțiunile rețelei și să definească problemele de cablare utilizând funcțiile de detectare a defecțiunilor și de diagnosticare a cablurilor.
Autor: Salem Gharbi,
Systems Applications Engineer, ADI
Despre autor
Salem Gharbi este inginer de aplicații de sistem la Analog Devices, în cadrul departamentului “Sustainable Buildings and Infrastructure”. Salem are 7 ani de experiență dobândită în cadrul unui set divers de aplicații IoT și industriale. El este responsabil pentru furnizarea de soluții la nivel de sistem axate pe automatizări industriale.
Vizitați https://ez.analog.com
