ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ 4o ΜΕΡΟΣ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΔΙΚΤΥΩΝ LONWORKS - ECHELON

ΕΙΝΑ ΑΝΟΙΧΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ (OPEN SYSTEM)

Παράδειγμα Δικτύου Lonworks

ΒΑΣΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΑΙ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Η τεχνολογία Lonworks αναπτύχθηκε από την Αμερικανική εταιρεία Echelon, ανήκει στην 4η γενεά συστημάτων ελέγχου, είναι ένα “de facto standard” στα δίκτυα ελέγχου και χρησιμοποιεί κατανεμημένη αρχιτεκτονική. Η βασική του ιδέα στηρίζεται σε μία “δημοκρατική δομή” βάσει της οποίας ο κάθε κόμβος λειτουργεί ανεξάρτητα, υλοποιεί τους αλγορίθμους ελέγχου τοπικά ή σε συνεργασία με τους άλλους κόμβους και όχι “υπηρετώντας” κάποιο κεντρικό κόμβο. Οι κόμβοι του δικτύου ελέγχου Lonworks είναι “μικροί ελεγκτές - controllers”, “έξυπνα αισθητήρια - smart sensors”, “έξυπνοι ενεργοποιητές - smart actuators”, χειριστήρια ελέγχου (keyboards, displays, operator panels κλπ), PC’s , και συσκευές διαδικτύωσης. Αυτοί οι κόμβοι ανταλλάσσουν μηνύματα (messages) μέσω ενός υψηλής αξιοπιστίας peer-to-peer πρωτοκόλλου, βασισμένου στα 7 επίπεδα ISO / OSI, που ονομάζεται “LonTalk Protocol”. Το LonTalk είναι βελτιστοποιημένο για λειτουργίες ελέγχου, διαθέτει ανίχνευση / διόρθωση λαθών και χρησιμοποιεί τεχνικές event-driven και request-response. Το πρωτόκολλο LonTalk και όλες οι λειτουργίες ενός κόμβου Lonworks στηρίζονται στον μικροελεγκτή “Neuron Chip” ο οποίος κατασκευάζεται από την MOTOROLA (MC143120 - MC143150) αλλά και από την TOSHIBA.

Κεντρικοποιημένη Αρχιτεκτονική Κατανεμημένη Αρχιτεκτονική μέσω Δικτύου Lonworks

Ένας Κόμβος Δικτύου Lonworks

Το “Neuron chip” αποτελείται από τρεις ξεχωριστούς επεξεργαστές (CPU’s) των 8-bit.   τον 8-bit MAC Processor για την υλοποίηση του Media Access Control - MAC πρωτοκόλλου δηλ. του πρωτοκόλλου προσπέλασης του μέσου μετάδοσης του δικτύου τον 8-bit Network Processor για την υλοποίηση των υπόλοιπων επιπέδων (από επίπεδο 2 έως και επίπεδο 7 κατά OSI) του πρωτοκόλλου LonWorks τον 8-bit Application Processor για την υλοποίηση των εφαρμογών ελέγχου του κόμβου και την διαχείριση των Ι/Ο’ς. Οι τρεις processors επικοινωνούν με εσωτερικούς διαύλους, 8-bit Data Bus και 16-bit Address Bus συν τα control σήματα Ακολουθεί δομή των πολυεπεξεργαστικών (multi-processing) συστημάτων με βασικό χαρακτηριστικό την «παράλληλη επεξεργασία» από CPU’s οι οποίες εργάζονται ταυτόχρονα και συμπληρωματικά Το πολυεπεξεργαστικό σύστημα είναι ποιο αποδοτικό και ισχυρό από ένα αντίστοιχο μονοεπεξεργαστικό σύστημα Κάθε LonWorks ελεγκτής (controller) διαθέτει επεξεργαστική ισχύ ισοδύναμη με «3 Χ 8-bit processors»

Η Δομή και Αρχιτεκτονική του Neuron Chip

Χαρακτηριστικά του Neuron Chip

Το πρωτόκολλο LonTalk

Το περιβάλλον προγραμματισμού με Neuron C #define SWITCH_ON 0   #include <control.h> // for watchdog_update #include <stdlib.h> // for muldiv #include <SNVT_lev.h> // SNVT_lev_disc #include "ADR11x_A.H" // used with ADR11x_A.LIB network output SNVT_lev_disc nvoSwitch[2]; network input SNVT_lev_disc nviRelayOut[2]; //----------------------------------------------------------------------- // User Definable I/O Declarations //------------------------------------------------------------------------ // digital/switch inputs are Active Low IO_4 input bit switch1; IO_5 input bit switch2; when (io_changes(switch1) ) { if (input_value == SWITCH_ON) nvoSwitch[0] = ST_ON; else nvoSwitch[0] = ST_OFF; } when (io_changes(switch2) ) { if (input_value == SWITCH_ON) nvoSwitch[1] = ST_ON; else nvoSwitch[1] = ST_OFF; } when (nv_update_occurs(nviRelayOut) ) switch(nv_array_index) case 0: io_out(relay1, nviRelayOut[0]); break; case 1: io_out(relay2, nviRelayOut[1]);

Χαρακτηριστικά της τεχνολογίας Lonworks Μη ύπαρξη μοναδιαίου σημείου βλάβης (no single point-of-failure) λόγω της υψηλά κατανεμημένης αρχιτεκτονικής   ·     Η υπολογιστική ισχύς του δικτύου αυξάνει εκθετικά όσο ο αριθμός των κόμβων αυξάνεται ενώ σε ένα κεντρικοποιημένο σύστημα η υπολογιστική ισχύς παραμένει σταθερή. ·     Υποστηρίζονται 32.000 κόμβοι ανά Domain ενός δικτύου ελέγχου, και μπορούν να υπάρξουν έως και 2 48 Domains. ·     Υψηλής αξιοπιστίας και αντοχής δίκτυο επικοινωνίας με πραγματική “ελεύθερη τοπολογία” στο φυσικό επίπεδο η οποία επιτρέπει τοπολογίες διαύλου (bus), δακτυλίου (ring, loop), αστέρα (star), δένδρου (tree) και οποιονδήποτε συνδυασμό αυτών. ·     Αξιόπιστη επικοινωνία μέσω είτε ενσύρματων μέσων μεταφοράς όπως, δισύρματο συνεστραμμένο ζεύγος (twisted pair - TP), ομοαξονικό (coax), γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας (power line - PL), οπτική ίνα (fiber optic - FO) είτε ασυρμάτων μέσων όπως, RF ζεύξεις και infrared - IR ζεύξεις. ·     Ταχύτητα μετάδοσης*Απόσταση : 5 kbps * 8 χλμ (τουλάχιστον) με τεχνολογία PL21 - 78 kbps * 2700 μέτρα με τεχνολογία FTT10 - 1.25 Mbps * 130 μέτρα με τεχνολογία FTT-BUS - 1.25 Mbps * 2000 μέτρα με τεχνολογία Fiber Optics (FO) χωρίς επαναλήπτη (repeater)

Χαρακτηριστικά της τεχνολογίας Lonworks Υποστήριξη πολλαπλών συσκευών διαδικτύωσης όπως επαναλήπτες (repeaters), δρομολογητές ή γέφυρες (routers / bridges) και θύρες (gateways).   ·     Υποστήριξη δικτυακών interfaces ·     Γρήγορη αξιόπιστη και προβλέψιμη επικοινωνία, με μηνύματα μικρού μεγέθους, κάτω από όλες τις συνθήκες δικτυακού φορτίου ·      Μία δικτυακή υποδομή - ΕΝΑ Δίκτυο - όπου νέοι κόμβοι μπορούν να προστεθούν όποτε είναι αναγκαίο ·      Ολοκλήρωση και Διαλειτουργικότητα ετερογενών συστημάτων ελέγχου - συμβατών με το πρότυπο Lonworks - πάνω από το ίδιο δίκτυο και προγραμματισμός ή παρατήρηση μέσα από το ίδιο PC. ·     Πραγματική διαλειτουργικότητα μεταξύ προϊόντων διαφορετικών κατασκευαστών (multivendor interoperability) τα οποία εφόσον είναι συμβατά με το πρότυπο Lonworks, μπορούν εύκολα να συνδιαστούν σε ένα σύστημα - δίκτυο ή μία εφαρμογή.  ·     Πιθανή επέκταση του συστήματος ελέγχου Lonworks δεν απαιτεί ούτε προσκόλληση σε συγκεκριμένο κατασκευαστή ούτε αντικατάσταση κάποιου ήδη εγκαταστημένου τμήματος έτσι ώστε η προσθήκη ενός νέου συστήματος να είναι δυνατή χρησιμοποιώντας το ίδιο δίκτυο.

Χαρακτηριστικά της τεχνολογίας Lonworks Στην αντίθετη περίπτωση δηλ στα κλειστά - κεντρικοποιημένα συστήματα απαιτείται είτε εξάρτηση από συγκεκριμένο κατασκευαστή (υπό την προϋπόθεση ότι αυτός παρέχει όλα τα παραπάνω συστήματα), ή ανάπτυξη εξειδικευμένου υλικού και λογισμικού επικοινωνίας των επιμέρους συστημάτων των διαφορετικών κατασκευαστών - gateways. Η πρώτη περίπτωση, εφόσον υπάρξει τέτοιος κατασκευαστής, είναι υψηλού κόστους και δεσμευτική ενώ η δεύτερη, υψηλού κόστους και τεχνολογικά ανεπαρκής.   ·     Μειωμένο κόστος καλωδίωσης λόγω των δυνατοτήτων της ελεύθερης τοπολογίας. ·     Όχι απαίτηση για εξ αρχής εγκατάσταση επιπλέον Ι/Ο με σκοπό την εκ των προτέρων κάλυψη πιθανών μελλοντικών μη προβλεπόμενων αναγκών σε Ι/Ο. ·     Άμεση επεκτασιμότητα : στη σχεδίαση ανοιχτής αρχιτεκτονικής η οποιαδήποτε προσθήκη νέου συστήματος αντιμετωπίζεται σαν απλή επέκταση του υπάρχοντος με σαφή εξοικονόμηση υλικού και λογισμικού (μειωμένο κόστος) και σαφή υπεροχή στον ενοποιημένο - ολοκληρωμένο (integrated) τρόπο ελέγχου και παρακολούθησης όλων των υποσυστημάτων. ·     Δυνατότητα εύκολης ολοκλήρωσης με standard enterprise-wide δίκτυα όπως Ethernet, Intranets, και Internet (WEB) μέσω TCP/IP. ·     Δυνατότητα επικοινωνίας απευθείας με το δίκτυο (χωρίς ενδιάμεσο PC), μέσω του Τηλεφωνικού Δικτύου - PSTN (dial in / out) και φωνητικής ειδοποίησης μέσω touch tone telephone interface. ·     Modularization των λειτουργιών ελέγχου - Object oriented Control distributed in Nodes

Εφαρμογές της τεχνολογίας Lonworks

· Έλεγχος προσπέλασης προσωπικού σε χώρους (access control) Αυτοματισμός Κτιρίων ·     Έλεγχος προσπέλασης προσωπικού σε χώρους (access control) ·     Σύστημα εποπτείας με κάμερες (surveillance) ·     Έλεγχος ανελκυστήρα (elevator control) ·     Πυρασφάλεια (fire - life safety) ·     Έξυπνος φωτισμός (Intelligent lighting) ·     Διαχείριση ηλεκτρικής ενέργειας - ισχύος (electrical power management) ·     Μέτρηση ηλεκτρικής κατανάλωσης κατοικιών - κτιρίων (electric sub-metering) ·     Απομακρυσμένη παρατήρηση (remote monitoring) ·     Έλεγχος θέρμανσης / ψύξης με ζώνες (zoned heating / cooling) Αυτοματισμός Κατοικιών ·     Έλεγχος οπτικοακουστικών συσκευών (audio / visual control) ·     Κλιματισμός (HVAC) ·     Σύστημα συναγερμού (Security) ·     Απομακρυσμένος έλεγχος (remote control) ·     Συνολικός έλεγχος κατοικίας (whole house automation) ·     Άρδευση (irrigation) ·     Έλεγχος καταναλώσεων (meter reading)

· Κατασκευή αυτοκινήτων (automotive manufacturing) Βιομηχανικός Αυτοματισμός ·     Κατασκευή αυτοκινήτων (automotive manufacturing) ·     Χημικά (chemicals processing) ·     Τρόφιμα (food processing) ·     Διαχείριση Υλικών (material handling) ·     Ολοκληρωμένα κυκλώματα (IC manufacturing) ·     Επεξεργασία μετάλλων (metals processing) ·     Πετροχημικά (Petrochemicals) ·     Πλαστικά (Plastics) ·     Χαρτοποιία (Pulp and paper) ·     Υφάσματα (Textiles) ·     Παρατήρηση / Έλεγχος μόλυνσης (pollution monitoring / control) ·     Βαφές (Paint booths) ·     Διαχείριση ύδατος / αποβλήτων (Water / wastewater treatment) ·     Αγροτικές εφαρμογές άρδευσης, άντλησης, λίπανσης (Agriculture)

Εφαρμογές σε μεταφορικά μέσα ·     Μικρά αεροσκάφη (small aircraft ) ·     Ηλεκτροπνευματική λειτουργία φρένων (electro- pneumatic braking) ·     Συλλογή τέλους διοδίων (toll collection) ·     Υποβρύχια οχήματα (underwater vehicles) Αυτοματισμοί Υπηρεσιών κοινής ωφέλειας ·     Αυτόματη ανάγνωση καταναλώσεων (automatic meter reading - monitoring) ·     Έλεγχος παραγωγής διανομής ενέργειας ( Power generation / distribution) ·     Διαχείριση απαίτησης ισχύος (demand - site management) Άλλοι Αυτοματισμοί ·     Αυτοματισμός πρατηρίου καυσίμων (Gas station automation) ·     Έλεγχος δωματίου Νοσοκομείου (Hospital room control) ·     Έλεγχος διάθεσης Liquor (Liquor dispensing) ·     Έλεγχος κερματοδέκτη (slot machine monitoring) ·     Στάθμευση οχημάτων (Parking)