Elektroautos, grüne Energie, Unterhaltungselektronik – diese drei Anwendungen (und viele andere) werden durch neue Technologien revolutioniert. Die gebaute Welt (Häuser, Fabriken, Büros, Geschäfte usw.) hinkt im Vergleich etwas hinterher. In diesem Artikel wird beschrieben, wie 10BASE-T1L-basierte Gebäudesteuerungen von Analog Devices Betreibern dabei helfen, neue Nachhaltigkeits- und Effizienzziele zu erreichen.
Gebäudebetreiber suchen nach Technologien, mit denen sie ihre Nachhaltigkeits- und Energieeffizienzziele erreichen können, indem sie Betriebsdaten nutzen, um Systeme wie Heizung, Lüftung und Klimatisierung (HLK) sowie die Beleuchtung zu optimieren. Um den Wert dieser Daten voll auszuschöpfen, sind fortschrittliche Konnektivitäts- und Steuerungssysteme unerlässlich. Dieser Artikel beleuchtet die Bedeutung der Verwendung von Ethernet Direct Digital Controllern (DDCs), auch Gebäudecontroller genannt, in Gebäudemanagementsystemen (BMSs) und erklärt, inwiefern das 10BASE-T1L-Protokoll für eine typische BMS-Architektur geeignet ist.
Mit seiner Datenrate von 10 Mbit/s, der Unterstützung verschiedener Topologien und der Stromversorgung über ein Single-Twisted-Pair-Kabel bietet der Standard 10BASE-T1L nahtlose Ethernet-Konnektivität zu DDC-Controllern und Edge-Knoten in Punkt-zu-Punkt-, Ring- und Liniennetzwerkkonfigurationen. Mit Echtzeitsteuerung werden die Einschränkungen früherer Protokolle überwunden, während er gleichzeitig eine praktisch unbegrenzte Anzahl von Edge-Knoten unterstützt. Seine Fähigkeit, Daten über große Entfernungen von bis zu 1 km zu übertragen, macht ihn zu einer idealen Nachrüstlösung für vorhandene BMS, da vorhandene Single-Twisted-Pair-Kabel wiederverwendet werden können. Durch seine Funktionen werden Gateways, die viel Leistung verbrauchen, überflüssig – für eine nahtlose Edge-to-Cloud-Konnektivität. Dies macht ihn zu einer wertvollen Ressource für alle, die sich für die neueste BMS-Technologie interessieren, neue Erkenntnisse über den Betrieb ihres Gebäudes gewinnen und das Potenzial zur Optimierung der Energieeffizienz erkennen möchten.
Systeme, intelligente Edge-Sensoren und Betätiger sorgen für Betriebseffizienz, die langfristig nachhaltige Verbesserungen im Gebäudemanagement bringen. Diese umsetzbaren Erkenntnisse senken den Energieverbrauch, schaffen sicherere Umgebungen und erhöhen den Komfort während des Aufenthalts im Gebäude – für mehr Produktivität und eine grünere Zukunft.
T1L-fähiger DDC
DDC-Systeme sind für das moderne Gebäudemanagement unverzichtbar, da sie eine Echtzeitüberwachung und -steuerung verschiedener Gebäudesysteme ermöglichen. Mit dem technologischen Fortschritt werden sich über Ethernet verbundene DDC-Systeme immer weiter verbreiten und so die Effizienz und Sicherheit von Gebäuden weiter verbessern. Der ADIN1100 PHY-, ADIN1110 MAC PHY. und der ADIN2111-Switch mit zwei Ports von Analog Devices sind ideale Lösungen zum Hinzufügen von 10BASE-T1L zu einem DDC-System. Diese Technologie ermöglicht die Übertragung von Prozesswerten, Konfigurationsinformationen, Software-Updates und Diagnosen und erleichtert so die Verwaltung und Wartung von Gebäudesystemen. 10BASE-T1L hat eine Kabellänge von bis zu 1 km und ist mit Diagnosefunktionen ausgestattet, die eine schnelle und effiziente Behebung eventueller Störungen im System ermöglichen.
Die Integration von 10BASE-T1L mit Software-Stacks wie Modbus IP und BACnet IP bietet eine umfassende Lösung für industrielle Automatisierungssysteme und ermöglicht eine effiziente Datenerfassung, Gerätesteuerung und Systemüberwachung. Abbildung 1 zeigt, wie 10BASE-T1L-Produkte in die HLK- und Raumsteuerungen integriert werden können, um mit mehreren Raum- oder Gebäudesteuerungen in einer Ring- oder Linientopologie zu kommunizieren.
Um ein umfassendes Verständnis der Ethernet-verbundenen Gebäudesteuerungen und der ADI-Technologie zu erlangen, empfehlen wir Ihnen dieses Schulungsvideo. Dieses Video bietet wertvolle Informationen und Einblicke in die neuesten Fortschritte und Entwicklungen auf diesem Gebiet.
Anwendung: T1L-fähiger VAV-Controller im HLK-System
VAV-Definition
Ein System mit variablem Luftvolumen (VAV) ist ein gängiges HLK-Gerät/-Regler, das in modernen Bürogebäuden verwendet wird. Dabei sind oft mehrere Systeme in unterschiedlichen Zonen/Bereichen installiert, um eine angenehme Temperatur aufrechtzuerhalten. Dadurch können verschiedene Zonen mit demselben Belüftungssystem bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden. Dadurch wird die zugeführte Luftmenge variiert, während die Temperatur konstant gehalten wird. Um eine ausreichende Belüftung zu gewährleisten, verwenden VAV-Systeme eine DDC-Programmierung, die die erforderlichen Klappeneinstellungen berechnet und steuert.
Moderne programmierbare VAV-Zonenregler verfügen über einen eingebauten Betätiger. Sie halten die Zonentemperatur aufrecht, indem sie den Endlüfter betreiben und den Zustrom konditionierter Luft in den Raum regulieren. Sie bieten dedizierte Steuerfunktionen für Einzelkanäle, parallele und serielle Lüfterkastenanschlüsse mit modulierender Wärme. Der Controller besteht aus zwei Hauptblöcken: dem Klappenantrieb und einem integrierten programmierbaren DDC. Darüber hinaus unterstützt er die Schnittstelle verschiedener Sensoren, die für die korrekte Lautstärkeregelung und Überwachung der Luftqualität in VAV-Anwendungen erforderlich sind. Der programmierbare VAV-Zonenregler kann die Zonentemperatur messen und anzeigen, die Belegung erkennen, die Kanaltemperatur, die Ablufttemperatur, die Zonenfeuchtigkeit und den Taupunkt messen, den CO2-Gehalt ermitteln und die Lüftergeschwindigkeit der AV-Box steuern. Die Implementierung von 10BASE-T1L-Controllern in großen Gebäuden wie Flughäfen kann für optimale Energieeffizienz und Raumluftqualität sorgen und gleichzeitig die Wartungs- und Betriebskosten senken.
Abbildung 1: Eine T1L-fähige Gebäudesteuerung.
Anwendungsbeispiel in großen Gebäuden
Für diese Anwendung konzentrieren wir uns auf eine bestimmte Zone in einem Flughafen, wie in Abbildung 2 dargestellt. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass das hier beschriebene VAV-System und die Steueralgorithmen auch auf andere große Gebäude angewendet werden können. Diese Zone verfügt über zwei Räume und das VAV-System verwendet fünf Sensoren und Betätiger, die an verschiedenen Stellen im Leitungssystem derselben Zone positioniert sind. Im ersten Raum werden zwei Betätiger (D1 und D2), ein Temperatursensor (S1) und ein Drucksensor (S2) verwendet. S1 und S2 befinden sich im Zuluftkanal in der Nähe des Terminals und verwenden D2 als Abluftklappe und D1 als Zuluftklappe, um den Luftstrom des Raums zu steuern.
Im zweiten Raum werden die gleiche Anzahl Sensoren und Betätiger (D3, D4, S3, S4) verwendet. Aufgrund der zusätzlichen Belastung des Raums werden dort jedoch ein CO2-Sensor (S5) und ein zusätzlicher Betätiger (D5) im Rückluftkanal hinzugefügt, um eine bessere Kontrolle des Luftstroms und der Luftqualität zu gewährleisten. Die VAV-Steuereinheit verwendet Regelkreisalgorithmen zur Überwachung und Steuerung der Sensoren und Betätiger. Sie moduliert die Klappenposition auf Grundlage der Messwerte der Temperatur- und Drucksensoren und reagiert dann entsprechend der Programmierung. Ändert sich beispielsweise die Temperatur in Raum 1, beginnt die VAV-Einheit, die Klappen D1 und D2 zu öffnen und zu schließen, wodurch eine Druckänderung im Zuluftkanal entsteht, die mit S2 erkannt werden kann. Wenn der Druck steigt, bemerkt die VAV-Einheit diese Änderung und verlangsamt den Ventilator in der Luftaufbereitungseinheit (AHU).
Alle Sensoren sind in einer Linientopologie verbunden und an verschiedenen Stellen des Kanalsystems positioniert. Jede Klappe ist über eine Punkt-zu-Punkt-Topologie direkt von der VAV-Einheit aus angeschlossen. Die vorhandene Infrastruktur ist aufgrund der Beschränkungen hinsichtlich Kabellänge, Impedanz, Dicke und – am wichtigsten – des Gleichstromschleifenwiderstands des Systems stark eingeschränkt. Um diese Probleme zu lösen, können 10BASE-T1L-DDC-Controller verwendet werden, um eine Echtzeitsteuerung von Sensor- und Betätigernetzwerken über 1 km mit nur einem einzigen Twisted-Pair-Kabel zu ermöglichen.
Darüber hinaus kann der Stellantrieb der 10BASE-T1L-Verstellvorrichtung aus der Ferne konfiguriert werden, um die Laufzeit und die Position der Klappe auf einen minimalen Sollwert einzustellen. Darüber hinaus kann er zur Beurteilung des Klappe im Fehlerfall herangezogen werden. Das VAV-System ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Aufrechterhaltung einer angenehmen Umgebung in großen Gebäuden wie Flughäfen. Durch den Einsatz von an verschiedenen Stellen positionierten Sensoren und Betätigern kann die VAV-Einheit den Luftstrom und die Luftqualität modulieren, um eine konstante Temperatur und einen konstanten Druck aufrechtzuerhalten. Mithilfe fortschrittlicher Technologien wie den 10BASE-T1L DDC-Controllern kann das HLK-System gesteuert und gewartet werden, während gleichzeitig wertvolle Energieeinsparungen für eine verbesserte Effizienz erzielt werden.
Abbildung 2: Ein T1L-fähiger VAV-Controller.
Fazit
Durch das Hinzufügen von 10BASE-T1L zur Gebäudesteuerung entfällt der Bedarf an komplexen Gateways mit hohem Stromverbrauch und das BMS wird verbessert, indem eine Echtzeitsteuerung von Sensoren und Betätigern über große Entfernungen mithilfe eines Single-Twisted-Pair-Kabels ermöglicht wird. Je nach Netzwerkleistung und -anforderungen können Gebäudesteuerungen mit einer nahezu unbegrenzten Anzahl von Edge-Geräten eine größere Reichweite erzielen. 10BASE-T1L-fähige Gebäudesteuerungen können außerdem Netzwerkausfälle überwachen und Verkabelungsprobleme mithilfe von Fehlererkennungs- und Kabeldiagnosefunktionen definieren.
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