Współpraca systemu KNX z wybranymi instalacjami budynkowymi

Współpraca ze sterownikami PLC

W nowoczesnych instalacjach budynkowych stosuje się wiele różnych systemów sterowania i automatyki. Jest prawie niemożliwe wykonanie całej instalacji z wykorzystaniem tylko jednego systemu. Z tego powodu częstym problemem do rozwiązania jest integracja różnych systemów, w taki sposób, aby współdziałały ze sobą prawidłowo.

Zależności pomiędzy poszczególnymi elementami instalacji można przedstawić w sposób zhierarchizowany (rys. 6). Najniższy poziom należy do urządzeń wykonawczych. Do sterowanych przez sterowniki PLC można zaliczyć silniki, serwozawory grzewcze czy łączniki. W systemie KNX wliczamy do nich aktory załączające, oświetleniowe czy sensory.

Rys. 6. Hierarchia systemów sterowania w instalacji BAS [5]
 

Poziom systemu sterowania obejmuje sterownik PLC oraz część instalacji w systemie KNX. Nie można wyróżnić pojedynczego elementu instalacji KNX jako sterującego, ponieważ system ten działa w sposób rozproszony i nie powinien posiadać sterownika centralnego. Do poziomu zarządzania BAS (Building Automation System) można zaliczyć stacje operatorskie lub serwery, których zadaniem jest gromadzenie danych z instalacji, ich analiza oraz wizualizacja. Oprócz tego systemy te mogą sprawować funkcje sterujące i zarządzające całym systemem lub tylko wybranymi jego fragmentami.

Współpraca sterowników PLC z systemem KNX korzysta z dwóch niezależnych elementów: modułów sprzętowych i aplikacji programowych. Moduły sprzętowe pozwalają na bezpośrednie podłączenie magistrali KNX do sterownika. Służą one do konwersji telegramów na informacje użyteczne w sterowniku i najczęściej zapewniają komunikację dwukierunkową.

Aplikacja programowa wykorzystywana jest do tworzenia programów w sterowniku PLC, które mogą wykorzystywać typy danych i polecenia z systemu KNX.

Integracja sterowników PLC z urządzeniami KNX nie wymaga wykorzystania modułów sprzętowych, wystarczy tylko aplikacja programowa. Zamiast nich można wykorzystać sieć komputerową jako pośredniczącą w przekazywaniu informacji (rys. 7).

Stosując takie rozwiązanie należy zainstalować w systemie KNX bramkę KNX/IP, która działa jako sprzęgło liniowe lub obszarowe. Następnie do sieci IP podłączamy sterownik PLC. Wykorzystanie sieci IP pozwala na znaczne zwiększenie przepustowości magistrali ze względu na mniejsze ograniczenia prędkości niż w tradycyjnej magistrali opartej na skrętce dwuparowej [6].

Integrując sterowniki PLC z systemem KNX można zwiększyć funkcjonalność całej instalacji. Większość urządzeń KNX oferuje tylko pewne wbudowane sposoby sterowania i funkcje logiczne w ograniczonym zakresie. Sterowniki swobodnie programowalne pozwalają na stworzenie skomplikowanych programów sterowania zależnych od wielu kryteriów, zazwyczaj nieuwzględnianych w typowych instalacjach inteligentnych.

Rys. 7. Schemat integracji sterownika PLC z systemem KNX za pośrednictwem sieci IP: EM – element magistralny, KNX/IP – bramka systemowa

SCADA w systemie KNX

Systemy SCADA pozwalają między innymi na realizację następujących funkcji [7]:

• gromadzenie danych z poszczególnych elementów instalacji,
• analiza zgromadzonych danych, na przykład pod kątem wykorzystania energii elektrycznej,
• generowanie raportów na temat stanu instalacji,
• wizualizacja pracy instalacji budynkowej.

Oprócz spełniania wymienionych powyżej funkcji systemy te są wykorzystywane do regulacji procesów technologicznych, a w przypadku instalacji w budynkach - do sterowania nimi. Ponieważ system KNX jest systemem rozproszonym, nie jest zalecane, aby istniał w instalacji jeden centralny sterownik, na przykład w postaci stanowiska operatora zarządzającego budynkiem. Algorytmy sterowania instalacjami powinny być projektowane w sposób zapewniający bezawaryjną pracę w przypadku, kiedy jeden z elementów systemu ulegnie awarii [8].

Na rynku dostępna jest szeroka gama oprogramowania SCADA, zarówno dedykowana do współpracy z systemem KNX, jak i ogólnego przeznaczenia, pozwalająca na integrację z tym systemem. Wybór właściwego oprogramowania zależy od wielu czynników, a przede wszystkim od zadań, jakie będą stawiane przed systemem wizualizacji i akwizycji danych. Jeżeli oprogramowanie nadzorcze ma zarządzać kilkoma różnymi systemami, wówczas odpowiednim rozwiązaniem będzie zastosowanie takiego, który pozwala na współpracę z każdym z tych podsystemów. Takie rozwiązanie pozwoli na integrację wszystkich instalacji i urządzeń sterowanych przy wykorzystaniu jednego rodzaju oprogramowania.

Wnioski

W nowoczesnych obiektach budowlanych jest prawie niemożliwe wykorzystanie jednego systemu sterowania przeznaczonego dla każdego zastosowanego urządzenia. Z tego powodu konieczne staje się stosowanie różnych systemów automatyki i sterowania. Wynikają stąd problemy ze współpracą tych systemów i ich integracją. Dobrym rozwiązaniem rozwiązaniem jest wybór takich systemów, które mogą ze sobą współpracować przy minimalnym nakładzie środków i pracy. Ponieważ system KNX jest oparty na otwartym protokole komunikacyjnym, łatwo jest zapewnić prawidłowe współdziałanie z wieloma systemami automatyki w budynku (rys. 8).

Rys. 8. Schemat integracji wybranych elementów instalacji budynkowej

Dzięki dostępnym rozwiązaniom możliwa jest jego współpraca między innymi z systemem alarmowym, ochrony przeciwpożarowej czy sterownikami swobodnie programowalnymi. Wykorzystanie sieci komputerowej jako medium transmisyjnego sieci szkieletowej w budynku pozwala na prostsze łączenie różnych systemów. Integrację systemów automatyki budynkowej zwieńczy zastosowanie systemu SCADA, który znacznie rozszerzy możliwości instalacji. 

Autor: Andrzej Książkiewicz, Politechnika Poznańska, Instytut Elektroenergetyki

Literatura:

[1] Klajn A.: Wybrane aspekty integracji systemów inteligentnych instalacji w budynkach, XII Sympozjum pt. „Optymalizacja dostaw i rozdziału energii oraz przesyłania informacji w inteligentnych obiektach”, Wydawnictwo Oddziału Poznańskiego SEP, Poznań 2009, s. 7-11

[2] Instalacja elektryczna w systemie KNX/EIB. Podręcznik INPE dla elektryków. Zeszyt 10, COSiW SEP, Warszawa 2006

[3 Systemy elektroinstalacyjne. Katalog firmy Hager, 2010/11

[4] Inteligentna technika wyposażenia budynku firmy Gira, 2011/12

[5] Kastner W., Neugschwandtner G., Soucek S., Newman H.M.: Communication Systems for Building Automation and Control, Proceedings of the IEEE, vol. 93, no. 6, June 2005, s. 1178-1203

[6] KNX Association, KNX Advanced Course Documentation, 2009

[7] Nowak M.: Wykorzystanie systemów SCADA do integracji i zarządzania systemami automatyki w inteligentnych budynkach, XIII Sympozjum pt. „Sieci i instalacje elektryczne – klasyczne i inteligentne”, Wydawnictwo Oddziału Poznańskiego SEP, Poznań 2010, s. 13-16

[8] Książkiewicz A.: Sterowanie oświetleniem w systemie KNX. Wybrane algorytmy i propozycje ich realizacji, XIII Sympozjum pt. „Sieci i instalacje elektryczne – klasyczne i inteligentne”, Wydawnictwo Oddziału Poznańskiego SEP, Poznań 2010, s. 28-32