Un Computer-on-Module (COM) de la congatec și Niagara Framework® – aceasta este combinația hardware/software care stă la baza unui centru de control compact și scalabil pentru automatizarea clădirii dezvoltat de compania spaniolă de dispozitive electronice – Matrix.
Figura 1: Cu sediul central în Madrid și parte a grupului Flexitron, compania spaniolă Matrix și-a făcut un renume internațional în domeniul automatizării clădirilor, printre alte domenii. (Sursa: Matrix) ▶
Climat interior plăcut datorită sistemelor IoT
Multe clădiri mari, precum spitale, gări, birouri sau complexe rezidențiale, sunt echipate în prezent cu sisteme de automatizare. Mult prea des însă, acestea funcționează ca unități autonome. Managementul bazat pe IoT (Internet of Things) cu colectare și analiză de date la nivel superior este rar. Și totuși, complexitatea administrării clădirilor este în creștere – dincolo de monitorizarea și controlul standard al sistemelor, există acum și necesitatea de a monitoriza, conecta în rețea și îmbunătăți funcționalitatea sistemelor pentru a oferi mai mult confort și reducerea durabilă a amprentei de carbon – de exemplu, prin optimizarea combinației dintre energia solară autogenerată și alimentarea cu energie externă într-un sistem energetic conectat în rețea. Sistemele HVAC (încălzire, ventilație și aer condiționat) bazate pe IoT găsesc echilibrul potrivit între încălzire, ventilație și umiditate, pentru a asigura un climat interior plăcut, indiferent de ploaie, soare sau de sezon.
Figura 2: Cea mai recentă inovație de la Matrix este modelul compact MTX-StarBMS, un PC cu montare pe șină DIN perfect pentru centrele de control pentru automatizarea clădirilor. (Sursa: Matrix)
Analiza datelor la periferie (edge) asigură o mai mare securitate
Oriunde sunt implementate sisteme de automatizare a clădirii (BAS – building automation systems), acestea utilizează din ce în ce mai mult cloud-uri externe ca stații de control și instanțe de management care sunt legate în rețea cu sistemele locale. Acest lucru face posibilă configurarea și controlul sistemelor prin intermediul unei tablete, telefonului inteligent sau al unui computer. Când vine vorba de managementul și controlul general al sistemelor HVAC, traseul prin cloud este atât simplu, cât și extrem de convenabil; totul poate fi implementat din cloud și orice instanță poate primi acces la date foarte specifice. Indiferent de locul în care vă aflați în lume. Cu toate acestea, nu este vorba doar de a branșa o conexiune Ethernet la un sistem existent. În multe cazuri, trebuie adăugat un nou strat de margine (edge layer) pentru a îndeplini sarcini locale foarte personalizate.
De exemplu, sunt situații în care deciziile rapide sunt esențiale; acest lucru este valabil în special pentru sistemele critice din punct de vedere al siguranței. Stațiile de control bazate pe cloud experimentează întotdeauna o anumită latență și pot chiar eșua complet dacă există probleme de rețea. Acesta este motivul pentru care analiza datelor și luarea deciziilor la nivel de BAS, la marginea sistemului, sunt din ce în ce mai importante. PC-urile locale cu montare pe șină DIN nu numai că procesează datele în timp real, dar pot, de asemenea, să inițieze instantaneu măsuri de protecție în caz de inundații, furtuni cu grindină sau incendii și să alerteze automat rezidenții sau serviciile de pompieri. Vara anului 2021 a demonstrat, ca niciodată, că vremea extremă poate pune în pericol viața oamenilor, pe lângă faptul că poate provoca, în câteva minute, daune majore subsolurilor, acoperișurilor sau tehnologiei clădirilor. Sistemele de avertizare timpurie pot utiliza date meteorologice în timp real pentru a detecta rapid aversele care se apropie și pentru a iniția măsuri de protecție a clădirilor împotriva ploilor: retragerea marchizelor și a storurilor, închiderea ferestrelor și a ușilor de garaj, întreruperea alimentării cu energie electrică, activarea alarmelor și avertizarea rezidenților.
Un PC cu montare pe șină DIN pentru automatizarea clădirii
Compania spaniolă de produse electronice, Matrix, integrează astfel de soluții sofisticate – computer edge și software adecvat pentru administrarea clădirilor – în PC-uri plate cu montare pe șină DIN, care se potrivesc în orice cabinet de control standard. De fapt, adâncimea totală este de numai 766 mm. Având sediul central în Madrid și făcând parte din grupul Flexitron, compania și-a construit un nume internațional în domeniul automatizării clădirilor, printre alte domenii. Cea mai recentă inovație de la Matrix, MTX-StarBMS (Building Management System), este un PC compact cu montare pe șină DIN care este perfect pentru centrele de control BMS. MTX-StarBMS poate comunica cu camerele de control în cloud și cu alte instanțe de management central și oferă un număr mare de interfețe pentru a permite conectarea oricărui sistem local. Bazată pe o arhitectură modulară a procesorului, soluția Matrix poate fi programată individual.
Sistemul de calcul embedded, care se bazează pe standarde deschise, combină funcții de gateway și interfețe I/O și utilizează în principal standardul radio mobil 4G sau Ethernet pentru comunicarea în cloud. Acesta oferă șase intrări universale, șase intrări digitale și opt intrări analogice, patru ieșiri digitale, precum și USB pentru a colecta și analiza datele BAS direct la marginea sistemului. Această soluție preconfigurată simplifică implementarea și, datorită construcției sale compacte, este potrivită pentru instalarea în majoritatea cabinetelor din camerele de control ale serviciilor de incendiu sau în sistemele HVAC.
MTX-StarBMS este livrat cu licență Niagara
Figura 3: Soluția Matrix preconfigurată oferă numeroase interfețe, ceea ce simplifică implementarea și, datorită construcției sale compacte, este potrivită pentru a fi instalată în majoritatea cabinelor de control pentru servicii de incendiu sau în sistemele de încălzire, ventilație și de climatizare (HVAC).
Piesa centrală programabilă a MTX-StarBMS este software-ul Niagara Framework® de la compania americană de IT – Tridium. Dezvoltat special pentru a fi utilizat în automatizarea clădirii, Niagara asigură conectivitatea critică și securizată cibernetic a dispozitivelor către cloud și capabilitățile necesare de normalizare a datelor. Pe lângă faptul că le permite utilizatorilor să captureze și să monitorizeze fluxurile de date, acesta facilitează crearea de lanțuri de procese și interfețe personalizate pentru utilizatorul final. Acest lucru face posibilă procesarea și vizualizarea automată în timp real și la nivel local a măsurătorilor și a informațiilor de stare de la senzori, actuatoare și sisteme.
Figura 4: Pentru PC-ul său pe șină DIN – MTX-StarBMS – Matrix utilizează performanța scalabilă a modulelor computerizate Qseven (COM) de la congatec, un furnizor de top de tehnologii de calcul embedded și edge. (Sursa: congatec)
Interfața cu utilizatorul HTML5 bazată pe web poate fi afișată pe diferite dispozitive finale – chiar și de la distanță și prin intermediul cloud-ului. Aceasta poate fi personalizată cu ușurință prin ‘tragerea’ funcțiilor din bibliotecile standardizate și ‘plasarea’ lor în mediul de programare orientat pe obiecte. În principiu, framework-ul deschis și bazat pe JAVA UX (User Experience) este potrivit pentru toate tipurile de sarcini de automatizare, precum și pentru monitorizarea, managementul și întreținerea funcțiilor clădirii. Producătorii de aplicații pentru tehnologia clădirii pot utiliza, de asemenea, module driver pentru a-și integra sistemele în platforma deschisă, ceea ce accelerează dezvoltarea de noi aplicații și conectarea în rețea cu sistemele BMS existente. Întrucât Niagara este o soluție complet scalabilă, framework-ul poate fi implementat pe diferite platforme hardware – de la servere mari de întreprindere la sisteme de calcul embedded.
Inima procesorului bate în interiorul unui COM
Figura 5: Modulul Qseven bazat pe seria de procesoare NXP i.MX 8M Plus pe 14nm oferă procesoare ARM Cortex-A53 / M7 cu patru nuclee, precum și o unitate de procesare neuronală (NPU) integrată pentru inteligență artificială, ceea ce îl face o opțiune de modernizare ideală pentru viitoarele proiecte MTX-StarBMS. Dar pentru cerințele actuale, modulul Qseven cu procesor i.MX6 este pe deplin adecvat.
În ceea ce privește hardware-ul, Matrix și-a suplimentat propria experiență de dezvoltare cu sisteme embedded consacrate: MTX-StarBMS constă dintr-o placă ‘carrier’ dezvoltată în cadrul companiei și un Computer-on-Module (COM) bazat pe standardul Qseven, care este întreținut și dezvoltat continuu de către producătorul independent SGeT (Standardization Group for Embedded Technologies). Modulul este fabricat de congatec, un furnizor de top în domeniul tehnologiilor de calcul embedded și edge cu sediul în Deggendorf – un Silicon Valley german pentru computerele pe modul. Matrix a optat pentru Qseven COM deoarece, bazat pe un procesor NXP iMX6, acesta este special proiectat pentru aplicații cu consum redus de putere pentru managementul clădirii și este disponibil în diferite variante și configurații. Un alt factor important a fost că modulele pot fi upgradate cu ușurință cu cele mai recente COM-uri, cum ar fi un Qseven bazat pe seria de procesoare NXP i.MX 8M Plus pe 14nm, care oferă procesoare ARM Cortex-A53 / M7 cu patru nuclee, precum și o unitate de procesare neuronală (NPU) integrată pentru inteligență artificială, după cum și când este necesar. Acest lucru nu numai că oferă PC-ului cu montare pe șină DIN o mare flexibilitate de proiectare; dar garantează, de asemenea, o disponibilitate îndelungată, oferind opțiuni de upgrade pentru cerințele viitoare ale sistemelor BMS, cum ar fi integrarea inteligenței artificiale (AI).
Prima variantă de sistem oferă până la patru nuclee ARM Cortex A9, cu un consum de putere de doi până la patru wați. Suportul pentru domeniul extins de temperatură, de la -40°C la 85°C, îl face potrivit pentru utilizarea în multe scenarii BMS din întreaga lume – din Sahara până în Antarctica. Dispunând de un factor de formă care se vinde cel mai bine în lume, standardul Qseven are un viitor pe termen lung. La fel ca și standardul SMARC COM, acesta este este administrat de SGeT și se potrivește perfect pentru automatizarea clădirilor, deoarece clădirile industriale, municipale sau private sunt, în general, proiectate să dureze zeci de ani.
Bine echipat pentru viitorul sistemelor de automatizare a clădirilor
Optând pentru combinația Niagara Framework și Qseven COM, Matrix a dezvoltat MTX StarBMS într-un PC compact cu șină DIN pentru a se poziționa pe termen lung pe piața sistemelor BMS conectate la cloud. Ritmul rapid în care evoluează senzorii, actuatoarele și controalele bazate pe IoT face ca astfel de soluții scalabile să fie esențiale. COM poate fi înlocuit de generațiile următoare, iar ca platformă de integrare deschisă, framework-ul Niagara este pregătit pentru viitor. Iar următoarele configurații cu procesorul i. MX 8M Plus de la NXP, cu NPU (Neural Processing Unit) integrat, fac posibile PC-uri pe șină DIN care să susțină aplicații AI cu învățare profundă (Deep Learning) și învățare automată (Machine Learning). Pe scurt, aceasta este baza perfectă pentru soluțiile care valorifică mentenanța predictivă, precum și luarea deciziilor la nivel local pe baza lacului de date ‘Big Data’ care este alimentat zilnic cu informații nesfârșite provenite de la fiecare clădire automatizată.
Despre autor
Zeljko Loncaric, este inginer în cadrul departamentul de Marketing al companiei congatec.
