Gebouwenautomatisering
Functionaliteit op alle niveaus
version française
De industrie kent veel communicatieprotocollen, ieder voor en eigen
gebied. Om onderscheid te maken tussen de verschillende bussystemen die er
op de markt zijn, kan gekeken worden naar het gebied waarbinnen deze
systemen toegepast worden. We kunnen de markt ruwweg in vier sectoren
verdelen, te weten gebouwenautomatisering, procesautomatisering,
productiebesturing en machinebouw.
Iedere toepassing heeft zo haar eigen specifieke eisen die aan een
bussysteem gesteld worden. Dit heeft een breed scala aan verschillende
bussystemen opgeleverd. Iedere wat grotere fabrikant heeft inmiddels wel
een eigen bussysteem op de markt gebracht. Een groot nadeel is dat de
meeste van deze systemen niet met elkaar kunnen communiceren. Dit
aanvankelijke nadeel heeft echter geleid tot een zekere standaardisatie.
Een groot aantal fabrikanten heeft voor de verschillende
toepassingsgebieden een zekere standaard ontworpen, zodat de
uitwisselbaarheid tussen apparatuur van verschillende fabrikanten hierdoor
is vergroot.” Aan het woord zijn Jon van Soest en Eddy Borremans,
respectievelijk Manager veldapparatuur en Sales Manager Field Equipment
bij Getronics.
Protocollen
Elke segment kent dus zijn eigen specifieke eigenschappen en heeft ook
bussystemen die hier optimaal op zijn afgestemd. Naast deze bussen kunnen
we ook zien dat het soort besturingssysteem per toepassingsgebied
verschillend is. In de procesindustrie maakt men gebruik van DCS (Distributed
Control Systems); in de producie-industrie in het algemeen van PLCs; in de
gebouwenautomatisering van PCs en in de machinebouw in toenemende mate van
embedded microcontrollers. Onze gesprekpartners: “Het protocol waar deze
bussystemen gebruik van maken, kan sterk verschillen. Over het algemeen
kan gezegd worden dat de sensorbus en de veldbus autonoom werken en weinig
netwerkkennis vergen. Ze werken volgens het ‘plug & play’ principe. Deze
bussystemen worden cyclisch aangestuurd, inputs lezen, outputs zetten,
enz. Op het hoogste niveau hebben we te maken met een berichten
georiënteerd bussysteem. Dit type bus is speciaal toegespitst op het
versturen van grote hoeveelheden data. Deze bussystemen zijn ‘multi master’.
Dit houdt in dat iedereen met iedereen kan communiceren.”
De meeste van deze systemen werken volgens het ‘token ring’ principe
waarbij iedere master om de beurt de mogelijkheid krijgt tot communiceren.
Deze systemen zijn wel veel complexer dan de bussystemen van de lagere
niveaus, maar er zijn meer mogelijkheden tot communicatie. Wel wordt er
van de gebruiker meer netwerkkennis vereist.
Natuurlijk is er ook een ‘grijs’ gebied en kan niet elke toepassing binnen
een bepaald kader geplaatst worden. Met name ook zien we de PC steeds meer
zijn intrede doen in alle sectoren. Vaak wordt de PC niet zo zeer als
besturingssysteem maar meer als een ‘mens-machine-interface’ gebruikt.
Voor alle netwerken bestaan er dan inmiddels ook wel interfaces voor de
PC.
Gebouwenautomatisering
Voor de complexe gebouwentechniek van een modern industrieel- kantoor- of
openbaar gebouw is een betrouwbare en veelomvattende
gebouwenautomatisering met hoge kwaliteit een absolute vereiste, en voor
het facility management een te allen tijde beschikbare, betrouwbare
database, evenals effectieve mogelijkheden voor controle en besturing.
De hedendaagse moderne industriegebouwen zijn bijna 24 uur per dag
onafgebroken in gebruik. Roltrappen of liften, verlichting,
bewakingssystemen of veiligheidsinrichtingen. Al deze verschillende
installaties moeten storingsvrij functioneren. Fouten en defecten moeten
snel kunnen worden geregistreerd en verholpen, zodat het totale bedrijf
niet nadelig wordt beïnvloed. De installaties moeten bovendien effectief
zijn en bijvoorbeeld een minimale inzet van personeel verlangen en een
optimale energiebesparing opleveren. Onze gesprekpartners: “In een
dergelijk gebouw moeten alle disciplines als verlichting, klimaatregeling,
toegangscontrole, bewaking, energiemeting en andere zaken worden
uitgevoerd op basis van een hoogwaardig intelligent besturings-/bussysteem
zoals bvb. LonWorks. Dat maakt het mogelijk de complexe gebouwentechniek
optimaal te besturen en te controleren en bovendien een kostenbesparend,
effectief facility management te realiseren.”
LonWorks, een door Echelon Corporation ontwikkelde de facto standaard –
die echter behoorlijke concurrentie krijgt van het in 1997, door een
Europese groep bedrijven ontwikkelde BACnet – is zo’n open
automatiseringstechnologie die wereldwijd in de gebouwenautomatisering
wordt toegepast. Met deze technologie zijn alle in een netwerk
geïntegreerde apparaten met vrij programmeerbare intelligentie uitgerust
en kunnen doormiddel van een vastgesteld protocol met andere apparaten
communiceren. Eenmaal geconfigureerd, is een centrale besturing van het
netwerk overbodig. In een LonWork-netwerk kunnen tienduizenden sensoren en
actoren in willekeurige topologieën met elkaar worden verbonden. Door de
centrale besturing wordt het algehele systeem modulair en flexibel en kan
het naar believen gewijzigd en uitgebreid worden. Het is niet alleen
geschikt om apparaten uit verschillende technische branches met elkaar te
verbinden, maar kan ook reeds de aanwezige niet met LON bestuurbare
systemen opnemen.
Evolutie
Communicatie tussen verschillende systemen is complex met een veelheid aan
verschillende protocollen. Hierdoor wordt veelal meer tijd besteed aan
communicatiezaken dan aan besturingslogica. De huidige markt stelt steeds
hogere eisen van systeemintegratie door middel van ‘open’ standaarden. Een
nieuwe benadering is o.a. control networking met intelligente
besturingsbouwstenen ook wel intelligente nodes genoemd. Deze intelligente
nodes communiceren over een netwerk met elkaar door gebruik te maken van
een gemeenschappelijk protocol. Iedere node beschikt over een
microprocessor met geïntegreerde communicatie- en besturingsfuncties.
Communicatie geschiedt via een tranceiver voor een vrij te kiezen
communicatiemedium zoals twistedpair of glasvezel. Nodes kunnen een
sensor- of actuatorfunctie uitvoeren. Digitale en analoge invoer/uitvoer
voor de besturing van verschillende sensoren of actuatoren. Hoewel één
node slechts enkele simpele taken behoeft uit te voeren, wordt een
verzameling nodes binnen een systeem een zeer complex proces. Het
distribueren van taken maakt het systeemontwerp eenvoudiger en voorkomt
complexe handware voor centrale besturing. En Jon van Soest en Eddy
Borremans besluiten: “Besturingssysteemontwerpen hebben de laatste
decennia een snelle ontwikkeling doorgemaakt, dankzij de opkomst van
micro-elektronica, computertechniek en telecommunicatie technologie,
zonder nog te spreken van Ethernet, dat meer en meer ingang vindt. In de
gebouwenautomatisering is de toepassing van dergelijke intelligente
besturingssystemen gericht op comfort, veiligheid en energiebesparing.
Door een juiste keuze van de afhankelijkheid van gebouwgebonden
installaties zijn hogere besparingen haalbaar dan met niet-gekoppelde
systemen. Bij toepassing van industriële gebouwenautomatiseringsnetwerken
wordt vooral gelet op het open systeem, de besparingen aan
installatiekosten en eenvoudiger onderhoud (toestandsafhankelijk en beter
planbaar). Dergelijke interoperabiliteit garandeert dat ook apparaten van
zeer verschillende producenten zonder probleem met elkaar kunnen
communiceren en werken.” <<
Hubert Lahaut
Automatisation de bâtiment
Une fonctionnalité à tous les niveaux
L’industrie connaît de nombreux protocoles de communication, chacun dans
son propre domaine. Afin de distinguer les différents systèmes de bus sur
le marché, nous pouvons analyser le domaine dans lequel ils sont utilisés.
Nous pouvons grossièrement diviser le marché en quatre secteurs: l’automatisation
de bâtiment, l’automatisation de processus, la commande de production et
la construction de machines.
Chaque application pose ses exigences spécifiques au système de bus. Cela
donne une large palette de bus différents. Chaque fabricant quelque peu
important a aujourd’hui déjà mis sur le marché son propre système de bus.
Malheureusement, la plupart de ces systèmes ne peuvent communiquer entre
eux. Cet inconvénient initial a toutefois conduit à une certaine
standardisation. Plusieurs grands fabricants ont conçu un standard pour
les différents domaines d’application, afin d’augmenter l’interchangeabilité
entre les appareils des différents fabricants. Tels sont les propos de Jon
van Soest et Eddy Borremans, respectivement Manager appareils pour bus et
Sales Manager Field Equipment chez Getronics.
Protocoles
Chaque segment a ses caractéristiques bien spécifiques et donc, des
systèmes de bus qui y répondent de manière optimale. Outre ces bus, nous
remarquons aussi que le type de système de commande diffère par champ d’application.
L’industrie de processus utilise le DCS (Distributed Control Systems);
l’industrie de fabrication en général le PLC; l’automatisation de
bâtiments le Pcis et dans la construction de machines, nous retrouvons de
plus en plus les microcontrôleurs embarqués. “Le protocole qu’utilisent
ces systèmes de bus peut fortement varier. De manière générale, nous
pouvons dire que le bus de capteur et le bus de terrain travaillent de
manière autonome et requièrent peu de connaissances en réseaux. Ils
fonctionnent selon le principe du ‘plug & play’. Ces systèmes de bus sont
pilotés cycliquement: ils lisent des entrées, pilotent des sorties… Au
niveau supérieur, nous avons un système de bus orienté messages. Ce type
de bus s’axe spécifiquement sur l’envoi de grandes quantités de données.
Ces systèmes de bus sont ‘multi-maîtres’. Cela signifie qu’ils peuvent
tous communiquer entre eux” expliquent nos interlocuteurs.
La plupart de ces systèmes fonctionnent selon le principe du ‘token ring’
qui permet aux différents maîtres de communiquer à tour de rôle. Ces
systèmes sont nettement plus complexes que les systèmes de bus des niveaux
inférieurs mais ils offrent plus de possibilités de communication. L’utilisateur
est toutefois supposé avoir de meilleures connaissances en réseaux.
Il subsiste naturellement une zone grise et chaque application ne peut
être cataloguée dans un cadre bien précis. Nous notons aussi une présence
toujours plus marquée du PC dans tous les secteurs. En général, le PC
n’est plus utilisé comme un système de commande mais comme une ‘interface
homme machine’. Il existe d’ailleurs des interfaces PC pour tous les
réseaux.
Automatisation de bâtiments
Pour la technique de bâtiment complexe des bâtiments industriels, bureaux
ou bâtiments publics modernes, une automatisation de bâtiments fiable et
vaste, de haute qualité, est un must absolu et constitue une base de
données fiable, disponible à tout instant pour le facility management.
Elle offre aussi des possibilités effectives pour le contrôle et la
commande. Les bâtiments industriels modernes sont quasi continuellement en
service: escaliers roulants ou ascenseurs, systèmes de surveillance ou
dispositifs de sécurité… Toutes ces installations doivent pouvoir
fonctionner sans faille. Les défauts et les pannes doivent être
enregistrés et rapidement résolus, afin de ne pas influencer négativement
l’ensemble du bâtiment. Les installations doivent en outre être efficaces
et n’exiger par exemple qu’une intervention minimale du personnel tout en
assurant une économie d’énergie optimale. “Dans un tel bâtiment, toutes
les disciplines comme l’éclairage, la climatisation, le contrôle d’accès,
la surveillance, la mesure d’énergie et autres doivent être réalisées sur
la base d’un système de bus/commande intelligent et de grande qualité,
comme par exemple LonWorks” ajoutent encore nos interlocuteurs. “Cela
permet une commande et un contrôle optimaux de la technique de bâtiment
complexe tout en favorisant un facility management économique et efficace.”
LonWorks est un standard de facto développé par Echelon Corporation et
sérieusement concurrencé par BACnet, développé en 1997 par un groupe d’entreprises
européennes. LonWorks est une technologie d’automatisation ouverte,
appliquée dans le monde entier dans l’automatisation de bâtiment. Grâce à
cette technologie, tous les appareils intégrés dans un réseau sont équipés
d’une intelligence librement programmable et peuvent, au moyen d’un
protocole établi, communiquer avec d’autres appareils. Une fois le réseau
configuré, la commande centrale du réseau devient superflue. Dans un
réseau LonWork, des milliers de capteurs et d’actionneurs peuvent être
reliés ensemble dans des topologies aléatoires. La commande centrale rend
l’ensemble du système modulaire et flexible et permet de modifier et d’étendre
l’installation à volonté. Elle convient non seulement pour relier des
appareils de différentes branches techniques mais peut aussi reprendre les
systèmes déjà présents, ne pouvant être pilotés par LON.
Evolution
La multitude de protocoles différents complexifie la communication entre
différents systèmes. De ce fait, il faut souvent consacrer plus de temps
aux problèmes de communication qu’à la logique de commande. Le marché
actuel pose des exigences toujours plus grandes en termes d’intégration
système au moyen de standards ‘ouverts’. Le control networking avec des
modules de commande intelligents, appelés également nœuds intelligents,
est une des nouvelles approches. Ces nœuds intelligents communiquent
ensemble via le réseau en utilisant un protocole commun. Chaque nœud
dispose d’un microprocesseur intégrant des fonctions de communication et
de commande. La communication passe par un transmetteur conçu pour un
média de communication que l’on choisit librement comme la paire torsadée
ou la fibre optique. Les nœuds peuvent exécuter une fonction de capteur ou
d’actionneur. L’entrée/sortie numérique et analogique pour la commande de
différents capteurs ou actionneurs. Même si un seul nœud doit uniquement
exécuter quelques tâches très simples, un ensemble de nœuds au sein d’un
système devient un processus très complexe. La distribution des tâches
rend le concept plus simple et permet d’éviter un matériel complexe pour
une commande centrale. Et Jon van Soest et Eddy Borremans de conclure:
“Les concepts de système de commande ont connu un développement rapide au
cours des dernières décennies grâce à l’apparition de la
micro-électronique, de la technique informatique et de la technologie de
télécommunication, sans parler de l’Ethernet qui fait son petit bonhomme
de chemin. Dans l’automatisation de bâtiment, l’application de tels
systèmes de commande intelligents s’axe sur le confort, la sécurité et le
gain d’énergie. En choisissant intelligemment l’interdépendance des
installations d’un bâtiment, il est possible de dégager des économies
supérieures en comparaison à des systèmes qui ne communiquent pas. Le
choix des réseaux d’automatisation de bâtiment industriels s’axera surtout
sur l’ouverture des systèmes, les économies en coûts d’installation et la
simplicité d’entretien (qui dépend de l’état réel et peut être mieux
planifié). Une telle interopérabilité garantit la communication et le
fonctionnement harmonieux d’appareils de constructeurs très divers. <<
Hubert Lahaut
