Integração de Sistemas de Automação de Edifícios — KNX, BACnet, Modbus e Loxone

KNX

O KNX é uma norma de controlo de edifícios para iluminação, sombreamento, controlo de sala e alguns terminais de AVAC. Os dispositivos partilham um bus de par entrelaçado, com endereços organizados em linhas e áreas. A configuração reside nos dispositivos através de uma ferramenta de engenharia, e um gateway pode expor endereços de grupo a uma rede IP ou a outra plataforma. O KNX é forte onde as funções de sala exigem um bus estável e independente do fabricante. O trabalho de integração centra-se na nomenclatura dos endereços de grupo, nos tipos de pontos de dados e no comportamento quando um gateway ou um segmento de bus fica offline. Uma instalação KNX bem documentada é mais fácil de ampliar; uma sem nomenclatura de endereços de grupo torna-se uma caixa negra. O gateway deve ser testado com a carga real do bus, não apenas com um dispositivo de bancada. A alimentação do bus, a terminação e o número de dispositivos por linha também são importantes, porque uma linha KNX marginal produz falhas que parecem avarias dos dispositivos.

• Bus de dispositivos de par entrelaçado
• Endereços de grupo por linha e área
• Gateway para IP ou outra plataforma
• Testar o comportamento offline

BACnet

O BACnet é a linguagem comum das instalações técnicas e dos sistemas de gestão de edifícios. Define objetos, propriedades e serviços, para que um arrefecedor ou uma UTA possam expor o seu estado, pontos de consigna e alarmes de forma estruturada. O BACnet/IP funciona sobre Ethernet; o MS/TP funciona sobre um bus série. A integração exige o device instance, os identificadores de objeto, as unidades e as permissões de leitura/escrita. As subscrições change-of-value reduzem o polling, mas nem todos os dispositivos as implementam bem. O mapa de pontos deve registar quais os objetos só de leitura, quais são comandáveis e o que acontece quando se perde a comunicação. A lista de objetos deve ser exportada e revista antes de se construírem os sinóticos, e não descoberta durante o comissionamento. Os pontos de estado só de leitura e os pontos de consigna comandáveis devem ser separados nos sinóticos e nas permissões. Os números de device instance BACnet têm de ser únicos em toda a inter-rede, e a configuração de BBMD ou router deve ser documentada quando o tráfego atravessa sub-redes.

• Objetos, propriedades e serviços
• BACnet/IP sobre Ethernet
• MS/TP sobre bus série
• Direitos de leitura/escrita e comportamento de recurso

Modbus

O Modbus é simples, generalizado e implacável. Expõe registos e coils, e o integrador tem de conhecer o mapa de registos, o tipo de dados, o escalonamento e a ordem dos bytes. O Modbus RTU funciona sobre RS485; o Modbus TCP funciona sobre Ethernet. Contadores, inversores, fontes de alimentação, sensores e muitos PLC utilizam-no. Como o Modbus não tem um modelo de objetos normalizado, dois dispositivos de fabricantes diferentes podem usar o mesmo número de registo com significados diferentes. O mapa de registos e as unidades de engenharia pertencem ao documento de integração, não à memória de alguém. Um único fator de escala errado pode tornar um relatório de energia plausível mas falso, o que é pior do que uma falha evidente. Um polling demasiado agressivo pode saturar um bus série e provocar timeouts que parecem avarias dos dispositivos. Os segmentos série também exigem terminação, polarização e isolamento corretos, e um número de dispositivos que o bus consiga efetivamente suportar.

• Registos, coils e códigos de função
• RTU sobre RS485, TCP sobre Ethernet
• Escalonamento e ordem dos bytes
• Mapa de registos documentado

DALI e os buses Loxone

O DALI controla luminárias endereçáveis, com endereçamento individual, grupos, cenas e sinalização de falhas. É um bus de iluminação, não um bus geral de edifícios, e necessita de um gateway ou controlador para se juntar ao sistema global. A Loxone utiliza Tree para dispositivos com fios, Air para dispositivos sem fios e 1-Wire para sensores simples. Tree e Air transportam alimentação e dados nos dispositivos compatíveis; 1-Wire é um bus de sensores de baixa velocidade. A escolha entre eles segue o método construtivo, o tipo de dispositivo e a necessidade de manter a topologia do bus simples. Os buses DALI e Loxone devem ser mantidos dentro dos tamanhos de segmento e limites de potência previstos, com o projeto a mostrar onde cada segmento começa e termina. A escolha deve ser registada no projeto, incluindo o motivo, para que uma alteração posterior não misture tipos de bus de forma casual. Um plano de ensaios da iluminação de emergência DALI também tem de ser documentado, porque é uma rotina de segurança de pessoas, não uma cena.

• Endereçamento DALI, grupos e cenas
• Tree para dispositivos Loxone com fios
• Air para dispositivos sem fios
• 1-Wire para sensores simples

Gateways, mapeamento de pontos e testes

A seleção do gateway é uma decisão de projeto. O gateway tem de suportar a versão de protocolo necessária, o número de pontos, a taxa de polling e o sentido dos dados. O mapeamento de pontos atribui então a cada item de dados um nome, um endereço, um tipo, uma unidade e uma permissão. A nomenclatura deve corresponder aos desenhos e aos sinóticos do operador. Os testes começam em fábrica com uma verificação ponto a ponto, continuam no local com os dispositivos reais e terminam com testes de interbloqueio e de falha. O dossiê de entrega deve incluir a lista de endereços, a configuração dos gateways, os registos de ensaio e uma declaração clara do que é só de leitura. O documento de integração deve ser um registo vivo: quando um dispositivo é substituído, o seu endereço e mapeamento de pontos são atualizados no mesmo local. Os registos de ensaio devem indicar o dispositivo, o firmware, o ponto e o valor esperado, e não apenas aprovado ou reprovado. Um gateway que não está documentado é uma futura indisponibilidade com causa desconhecida.

• Versão de protocolo e número de pontos
• Nome, endereço, tipo e unidade
• Ensaios em fábrica e no local
• Lista de endereços e registos de ensaio

Projeto de rede, endereçamento e sincronização horária

A integração tem êxito ou falha na camada de rede. Comece por um plano de endereçamento: intervalos IP por sistema, VLANs para os serviços do edifício e uma regra que defina quais os dispositivos encaminhados e quais os isolados. O BACnet/IP exige atenção aos domínios de broadcast, aos números de device instance e à configuração BBMD quando o tráfego atravessa sub-redes. O Modbus TCP exige endereçamento estável e um plano de polling; o Modbus série exige terminação, polarização e isolamento corretos, além de um limite de dispositivos por segmento. Os gateways devem ficar próximos do equipamento que servem e ser alimentados por um circuito que não seja desligado para manutenção. A sincronização horária deve provir de uma única fonte, com todos os controladores e gateways a usar o mesmo serviço NTP; caso contrário, os carimbos temporais das tendências e a sequência dos alarmes não podem ser correlacionados. A documentação da rede deve fazer parte da entrega, e não ser um diagrama desenhado depois da primeira falha.

• Plano de endereçamento IP e VLAN
• Domínios de broadcast e BBMD
• Terminação e isolamento série
• Uma única fonte NTP para todos os dispositivos

Testes, documentação e modos de falha comuns

Os testes devem seguir a matriz de integração e não a confiança do integrador. Os testes em fábrica verificam a configuração do gateway, os nomes dos pontos e os direitos de leitura/escrita contra um dispositivo de bancada. Os testes no local repetem as verificações com o equipamento real e acrescentam testes de falha de comunicação: desligar um gateway, remover um segmento de bus, corromper um registo, reiniciar um controlador. Os alarmes e interbloqueios são depois testados de ponta a ponta, incluindo a confirmação pelo operador e o registo de auditoria. A documentação deve incluir a lista de endereços, o mapa de pontos, as definições dos gateways, o diagrama de rede, os registos de ensaio e uma declaração dos pontos só de leitura. As falhas comuns são previsíveis: um device instance BACnet duplicado, ordem de bytes Modbus errada, um gateway que faz polling mais depressa do que o dispositivo consegue responder, um serviço BACnet não suportado, um endereço de grupo KNX com o tipo de ponto de dados errado e uma incompatibilidade de firmware entre gateway e dispositivo. Cada uma tem um teste que a teria detetado.

• Verificações de pontos em bancada e no local
• Testes de falha de comunicação
• Testes de alarmes e interbloqueios de ponta a ponta
• Lista de endereços, mapa de pontos e registo de firmware

Integração do controlo de acesso

A integração do controlo de acesso liga os eventos de porta, as decisões dos leitores e os estados de alarme à plataforma do edifício, sem se tornar o fornecedor do controlo de acesso. O controlador de acesso continua a ser a autoridade para a validação de credenciais e a abertura da porta; a plataforma subscreve eventos, aplica lógica transversal e apresenta uma linha temporal única. As ligações típicas são eventos de porta mantida aberta, porta forçada, entrada válida e coação, além de respostas de vídeo e iluminação. O âmbito deve indicar qual o sistema responsável pela porta, qual detém o registo de eventos e o que acontece quando um dos lados está offline.