تكامل نظام أتمتة المباني — KNX وBACnet وModbus وLoxone

KNX

KNX معيار للتحكم في المباني يشمل الإضاءة والتظليل والتحكم في الغرف وبعض أطراف HVAC. وتتشارك الأجهزة ناقلا مجدول الزوجين، مع عناوين منظمة في خطوط ومناطق. ويتم حفظ التكوين في الأجهزة عبر أداة هندسية، ويمكن للبوابة عرض عناوين المجموعات على شبكة IP أو منصة أخرى. ويتميز KNX حيث تحتاج وظائف الغرف إلى ناقل مستقر ومستقل عن المورد. ويركز عمل التكامل على تسمية عناوين المجموعات وأنواع نقاط البيانات والسلوك عند انقطاع بوابة أو جزء من الناقل. ويسهل توسيع تركيب KNX الموثق جيدا؛ أما التركيب الذي يفتقر إلى تسمية عناوين المجموعات فيصبح صندوقا أسود. وينبغي اختبار البوابة مع حمل الناقل الحقيقي، لا مع جهاز اختبار فقط. كما تهم تغذية الناقل والإنهاء وعدد الأجهزة لكل خط، لأن خط KNX الحدي ينتج أعطالا تشبه أعطال الأجهزة.

• ناقل أجهزة بزوج مجدول
• عناوين المجموعات حسب الخط والمنطقة
• بوابة إلى IP أو منصة أخرى
• اختبار السلوك عند انقطاع الاتصال

BACnet

BACnet هو اللغة المشتركة لأنظمة إدارة المعدات والمباني. فهو يحدد الكائنات والخصائص والخدمات، بحيث يمكن للمبرد أو وحدة AHU عرض الحالة ونقاط الضبط والإنذارات بطريقة منظمة. ويعمل BACnet/IP عبر Ethernet، بينما يعمل MS/TP عبر ناقل تسلسلي. ويتطلب التكامل معرف الجهاز ومعرفات الكائنات والوحدات وأذونات القراءة والكتابة. وتقلل اشتراكات التغيير عند تغير القيمة من الاستقصاء، لكن ليس كل جهاز ينفذها جيدا. وينبغي أن تسجل خريطة النقاط أي الكائنات للقراءة فقط، وأيها قابل للأمر، وما يحدث عند فقد الاتصال. وينبغي تصدير قائمة الكائنات ومراجعتها قبل بناء الرسوم، لا اكتشافها أثناء التشغيل التجريبي. وينبغي فصل نقاط الحالة للقراءة فقط ونقاط الضبط القابلة للأمر في الرسوم والأذونات. ويجب أن تكون أرقام معرف جهاز BACnet فريدة عبر الشبكة المترابطة، ويجب توثيق إعداد BBMD أو الموجه عندما يعبر الاتصال الشبكات الفرعية.

• الكائنات والخصائص والخدمات
• BACnet/IP عبر Ethernet
• MS/TP عبر ناقل تسلسلي
• حقوق القراءة والكتابة والسلوك الاحتياطي

Modbus

Modbus بسيط ومنتشر ولا يتسامح مع الأخطاء. فهو يعرض السجلات والملفات، وعلى منفذ التكامل معرفة خريطة السجلات ونوع البيانات والمعايرة وترتيب البايتات. ويعمل Modbus RTU عبر RS485، بينما يعمل Modbus TCP عبر Ethernet. وتستخدمه العدادات والعواكس ومصادر التغذية والمستشعرات وكثير من وحدات PLC. ولأن Modbus لا يملك نموذج كائنات قياسيا، فقد يستخدم جهازان من موردين مختلفين رقم السجل نفسه لمعان مختلفة. وتنتمي خريطة السجلات والوحدات الهندسية إلى وثيقة التكامل، لا إلى ذاكرة أحد. ويمكن لعامل معايرة خاطئ واحد أن يجعل تقرير الطاقة معقولا لكنه زائف، وهو أسوأ من فشل واضح. وقد يؤدي الاستقصاء المفرط إلى إشباع الناقل التسلسلي وإحداث مهل انتظار تشبه أعطال الأجهزة. وتحتاج المقاطع التسلسلية أيضا إلى إنهاء وانحياز وعزل صحيحة، وإلى عدد أجهزة يستطيع الناقل دعمه فعلا.

• السجلات والملفات ورموز الوظائف
• RTU عبر RS485 وTCP عبر Ethernet
• المعايرة وترتيب البايتات
• خريطة سجلات موثقة

DALI ونواقل Loxone

يتحكم DALI في وحدات الإضاءة القابلة للعنونة، مع عنونة فردية ومجموعات ومشاهد وتغذية راجعة للأعطال. وهو ناقل للإضاءة، لا ناقل عام للمبنى، ويحتاج إلى بوابة أو وحدة تحكم للانضمام إلى النظام الأوسع. وتستخدم Loxone ناقل Tree للأجهزة السلكية، وAir للأجهزة اللاسلكية، و1-Wire للمستشعرات البسيطة. وينقل Tree وAir الطاقة والبيانات معا للأجهزة المتوافقة؛ أما 1-Wire فهو ناقل منخفض السرعة للمستشعرات. ويتبع الاختيار بينها طريقة الإنشاء ونوع الجهاز والحاجة إلى إبقاء طوبولوجيا الناقل بسيطة. وينبغي إبقاء نواقل DALI وLoxone ضمن أحجام المقاطع وحدود الطاقة المقصودة لها، مع بيان التصميم لمكان بداية كل مقطع ونهايته. وينبغي تسجيل الاختيار في التصميم، مع السبب، حتى لا يخلط تغيير لاحق بين أنواع النواقل بلا مبرر. كما يجب توثيق جدول اختبار إضاءة الطوارئ في DALI، لأنه إجراء دوري لسلامة الأرواح وليس مشهدا.

• عنونة DALI والمجموعات والمشاهد
• Tree لأجهزة Loxone السلكية
• Air للأجهزة اللاسلكية
• 1-Wire للمستشعرات البسيطة

البوابات وربط النقاط والاختبار

اختيار البوابة قرار تصميمي. فيجب أن تدعم البوابة إصدار البروتوكول المطلوب وعدد النقاط ومعدل الاستقصاء واتجاه البيانات. ثم يمنح ربط النقاط كل عنصر بيانات اسما وعنوانا ونوعا ووحدة وإذنا. وينبغي أن تتطابق التسمية مع الرسومات ورسوم المشغل. ويبدأ الاختبار في المصنع بفحص من نقطة إلى نقطة، ويستمر في الموقع مع أجهزة حية، وينتهي باختبارات الترابط والفشل. وينبغي أن تتضمن حزمة التسليم قائمة العناوين وتكوين البوابة وسجلات الاختبار وبيانا واضحا بما هو للقراءة فقط. وينبغي أن تكون وثيقة التكامل سجلا حيا: فعند استبدال جهاز، يتم تحديث عنوانه وربط نقاطه في المكان نفسه. وينبغي أن تذكر سجلات الاختبار الجهاز والبرنامج الثابت والنقطة والقيمة المتوقعة، لا النجاح أو الفشل فقط. والبوابة غير الموثقة هي انقطاع مستقبلي بسبب مجهول.

• إصدار البروتوكول وعدد النقاط
• الاسم والعنوان والنوع والوحدة
• الاختبار في المصنع والموقع
• قائمة العناوين وسجلات الاختبار

تصميم الشبكة والعنونة ومزامنة الوقت

ينجح التكامل أو يفشل على مستوى طبقة الشبكة. ابدأ بخطة عنونة: نطاقات IP لكل نظام، وشبكات VLAN لخدمات المباني، وقاعدة تحدد الأجهزة التي يتم توجيهها والأجهزة التي يتم عزلها. ويحتاج BACnet/IP إلى عناية بنطاقات البث وأرقام معرف الجهاز وإعداد BBMD عندما يعبر الاتصال الشبكات الفرعية. ويحتاج Modbus TCP إلى عنونة مستقرة وخطة استقصاء؛ ويحتاج Modbus التسلسلي إلى إنهاء وانحياز وعزل صحيحة، وإلى حد لعدد الأجهزة في المقطع. وينبغي أن تقع البوابات قريبة من المعدات التي تخدمها وأن تغذى من دائرة لا تطفأ لأعمال الصيانة. وينبغي أن تأتي مزامنة الوقت من مصدر واحد، بحيث تستخدم جميع وحدات التحكم والبوابات خدمة NTP نفسها؛ وإلا تعذر ربط الطوابع الزمنية للاتجاهات وتسجيلات الإنذارات. وينبغي أن تكون وثائق الشبكة جزءا من التسليم، لا مخططا يرسم بعد أول عطل.

• خطة عنونة IP وVLAN
• نطاقات البث وBBMD
• إنهاء الخط التسلسلي والعزل
• مصدر NTP واحد لجميع الأجهزة

الاختبار والوثائق وأنماط الأعطال الشائعة

ينبغي أن يتبع الاختبار مصفوفة التكامل، لا ثقة منفذ التكامل. فالاختبار في المصنع يتحقق من تكوين البوابة وأسماء النقاط وحقوق القراءة والكتابة مقابل جهاز اختبار. ويعيد الاختبار في الموقع الفحوص مقابل معدات حية ويضيف اختبارات فشل الاتصال: فصل بوابة، أو إزالة مقطع من الناقل، أو إفساد سجل، أو إعادة تشغيل وحدة تحكم. ثم تختبر الإنذارات والترابطات من طرف إلى طرف، بما في ذلك إقرار المشغل وسجل التدقيق. وينبغي أن تتضمن الوثائق قائمة العناوين وخريطة النقاط وإعدادات البوابة ومخطط الشبكة وسجلات الاختبار وبيانا بنقاط القراءة فقط. والأعطال الشائعة متوقعة: معرف جهاز BACnet مكرر، أو ترتيب بايتات Modbus خاطئ، أو بوابة تستقصي أسرع مما يستطيع الجهاز الإجابة، أو خدمة BACnet غير مدعومة، أو عنوان مجموعة KNX بنوع نقطة بيانات خاطئ، أو عدم تطابق البرنامج الثابت بين البوابة والجهاز. ولكل منها اختبار كان سيكشفه.

• فحوص النقاط على منصة الاختبار وفي الموقع
• اختبارات فشل الاتصال
• اختبارات الإنذار والترابط من طرف إلى طرف
• قائمة العناوين وخريطة النقاط وسجل البرنامج الثابت

تكامل التحكم في الوصول

يربط تكامل التحكم في الوصول أحداث الأبواب وقرارات القارئ وحالات الإنذار بمنصة المبنى دون أن يصبح مورد التحكم في الوصول. فتبقى وحدة تحكم الوصول هي المرجع للتحقق من بيانات الاعتماد وفتح الباب؛ وتشترك المنصة في الأحداث وتطبق منطقا عابرا للأنظمة وتعرض خطا زمنيا واحدا. والروابط النموذجية هي أحداث الباب المفتوح طويلا والفتح القسري والدخول الصحيح والإكراه، إضافة إلى استجابات الفيديو والإضاءة. وينبغي أن يوضح النطاق أي نظام يملك الباب، وأيها يملك سجل الأحداث، وما يحدث عندما يكون أي من الطرفين غير متصل.