платформы нижнего уровня

Платформа UPB: протокол IPC и линейка GreenWorx

: общие сведения : : отличительные особенности : : архитектура сетей : : компоненты : : программное обеспечение : : заключительные замечания :

 

В головной статье Платформа UPB: общий обзор уже упоминался протокол IPC - Industrial Powerline Communication, а также линейка устройств GreenWorx на его основе. Данный протокол является модификацией базового протокола UPB и разработан для систем управления освещением масштабных объектов с трехфазным электропитанием - промышленных предприятий, офисных, торговых и развлекательных центров, автостоянок, стадионов, парков, улиц, прочих территорий и т.д. Такие объекты отличаются большим числом нагрузок, в т.ч. с большой потребляемой мощностью и, соответственно, высоким уровнем сетевых шумов и помех. Эти особенности требуют дополнительных мер прежде всего по обеспечению надежного, помехоустойчивого информационного обмена. Кроме того, для этих объектов необходимо расширенное адресное пространство, позволяющее существенно увеличить число устройств в сети, а также наличие эффективных средств проектирования, централизованного конфигурирования, контроля и диагностики.

 

Краткое описание протокола IPC в сравнении с базовым протоколом UPB приведено в документе Industrial Powerline Communication Technical Overview. В соответствии с данным документом главным достоинством протокола является еще более высокая, чем у базового, надежность информационного обмена в условиях шумов и помех. Архитектура и технические решения сети на базе протокола IPC определены патентом US-8294556. В соответствии с данным патентом функциональная схема UPB-устройства с протоколом IPC отличается только тем, что в передатчике триак зашунтирован диодом, обеспечивающим заряд конденсатора в положительном полупериоде независимо от состояния триака (см. рис.1), при этом импульсы формируются только в отрицательном полупериоде.

Рис.1 Схема UPB-передатчика с протоколом IPC

 

Как уже было сказано в головной статье, такое решение позволяет устранить проблемы, вызванные инверсией импульсов в положительном и отрицательном полупериодах. Кроме того, оно позволяет существенно увеличить энергию импульса, поскольку напряжение в сети в момент разряда складывается с его амплитудным значением на конденсаторе, а не вычитается из него, как это происходит в базовой версии.

Другим отличием протокола IPC является меньшее количество фреймов в полупериоде для передачи импульсов - два против четырех в базовой версии, что позволяет увеличить ширину фреймов и тем самым дополнительно уменьшить чувствительность к помехам и другим дестабилизирующим факторам. Т.о, протокол IPC обеспечивает передачу за один полный цикл напряжения сети одного информационного разряда против четырех в базовой версии. Это снижает пропускную способность канала, но при этом существенно повышает надежность доставки сообщений.

Формат пакет IPC отличается от базового увеличением разрядности адресов назначения (DID) и источника (SID) в полтора раза, т.е. до 12-ти бит, что обеспечивает расширение адресного пространства устройств в пределах виртуальных сетей с 256-ти до 4096-ти. Кроме того, в связи с сокращением числа фреймов и полупериодов изменен формат слова синхронизации, который для IPC имеет вид 1-0-0-1 в отличие от 2-1-1-2 в базовой версии (здесь числа означают позиции фреймов, в которых присутствуют импульсы).

Как и UPB-устройства, IPC-устройства имеют в своем составе блок регистров сетапа, из которых первые 64 отведены для идентификатора, отличающегося от UPB-идентификатора только размером идентификатора устройства (занимает два байта вместо одного) и идентификатора производителя (занимает один байт вместо двух). Число дополнительных регистров, предназначенных для конфигурирования устройства и сценариев, в которых оно участвует, увеличилось на 4 и равно 196.

Для собственных адресов устройств DID (Device ID) из адресного пространства выделено 3750 адресов. При этом каждому устройству IPC-сети может быть присвоено до 16-ти групповых адресов, используемых при одновременном обращением к группе устройств.

Более подробные сведения по протоколу разработчиком не приводятся. Соответственно, степень идентичности и отличия форматов управляющего слова, слова данных, способов адресации и процедур (сканирования сети, ретрансляции пакетов и др.) данной и базовой версий неизвестна.

 

Рис.2 Структурная схема IPC-сети

 

Сетевая архитектура GreenWorx предусматривает привязку каждой виртуальной IPC-сети к топологии электросети с соответствующим делением на сегменты, что иллюстрируется структурной схемой рис.2. Одна виртуальная сеть может содержать до 8-ми сегментов, каждый из которых обслуживается своим экстендером (ретранслятором-расширителем) GSX, подключаемым к соответствующему распределительному устройству (электрощиту). Все экстендеры виртуальной сети соединяются друг с другом в репитерную сеть через проводной интерфейс RS-485, по которому осуществляется их временнАя синхронизация. Для централизованного управления сетью к репитерной сети подключается системный контроллер GSC, к которому уже может быть подключен напрямую или удаленно (через локальную сеть или интернет) компьютер верхнего уровня.

Управление осветительными приборами (подача напряжения и сигналов регулирования яркости) осуществляется с помощью устройств управления нагрузками (прямоугольники синего цвета), которые могут устанавливаться в осветительную арматуру (Fixture Module) или конструктивно объединяться с выключателями (Wall Switch). Осветительные приборы могут объединяться в зоны путем объединения контроллеров нагрузок в группы с помощью групповых адресов. Групповое управление осветительными приборами зон с реализацией 4-х сценариев освещения осуществляется с помощью настенных контроллеров Zone Wall Controller, обслуживающих только одну зону, а также контроллеров Zone Lighting Controller, обслуживающих до 4-х зон. С контроллерами могут быть связаны интерфейсные модули, обеспечивающие подключение различных датчиков - освещенности, присутствия и пр.

 

 

 

 

На момент публикации данного обзора единственным производителем линейки GreenWorx является сама фирма - разработчик. Номенклатура устройств линейки представлена на странице GreenWorx Products сайта фирмы PCS Inc. Она включает следующие группы устройств:

Управление нагрузками (Load controls). В эту группу входят устройства двух типов - встраиваемые модули (Fixture modules), предназначенные для встраивания в арматуру осветительных приборов, и настенные выключатели (Wall Switch). Они могут выполнять как функции включить-выключить, так и подачу управляющего напряжения на балласты для диммирования, при этом включение - выключение осуществляется в искрогасящем режиме, т.е. в момент перехода напряжения через нуль. Устройства расчитаны на три типа осветительных приборов - люминисцентные газоразрядные, люминисцентные индукционные (бесконтактные) и светодиодные. На рис.3 показан внешний вид и схема включения встраиваемого модуля FCM1RD, обеспечивающего управление балластом блока люминисцентных ламп с регулированием освещенности путем диммирования, и модуля FCM2R с двумя каналами управления, обеспечивающего регулирование освещенности путем включения заданного количества ламп.

Рис.3 Встраиваемые модули управления нагрузкой FCM1RD и FCM2R

 

Интерфейсы (Interfaces). Группа включает модули, предназначенные для подключения к сети датчиков, в т.ч. с выходом типа «сухие контакты» и с потенциальным выходом. На рис.4 приведен внешний вид и схема подключения к датчикам освещенности и движения модуля VSM4 с 4-мя потенциальными входами.

Рис.4 Интерфейсный модуль VSM4

 

Контроллеры (Controllers). В эту группу входят зональные контролллеры для управления освещением в зонах, а также контроллеры репитерной сети. Зональные контроллеры включают две модификации - ZWC (Zone Wall Controller) для управления освещением одной зоны и ZLC (Zone Lighting Controller) на 4 зоны (рис.5). Для каждой зоны может быть настроено до 4-х сценариев, вызываемых нажатием одной кнопки.

Рис.5 Зональные контроллеры ZWC и ZLC.

 

Системный контроллер GSC и системные экстендеры GSX конструктивно идентичны и отличаются только интерфейсами и функционалом. Внешний вид системного контроллера и экстендеров и схема их соединения приведены на рис.6.

Рис.6 Системный контроллер GSC и системные экстендеры GSX.

 

Системный контроллер в автономном режиме поддерживает следующие функции:

• часы астрономического времени и календарь на 20 лет;
• автоматическое управление по 4-м ежедневным графикам;
• автоматическое управление по 250 событиям для каждого графика;
• автоматическое управление по уровню естественного освещения;
• автоматическое управление по 8-ми условиям.

 

Линейка GreenWorx комплектуется одноименным программным пакетом, поддерживающим следующие функции:

• проектирование топологии IPC-сетей с размещением компонентов, а также создание зон и сценариев управления освещением с визуализацией на планах помещений;
• автоматическое программирование устройств сети в соответствии с разработанной конфигурацией;
• тестирование функционирования компонентов и информационного обмена между ними;
• контроль и визуализацию текущего состояния компонентов сети;
• измерение и оптимизацию энергопотребления, в т.ч. по зонам.

Скрин программного пакета GreenWorx в одноим из режимов при разработке инсталляции сети приведен на рис.7

Рис.7 Скрин программного пакета GreenWorx в режиме разработки инсталляции.

 

Пакет поддерживает стандарт штата Калифорния по энергосбережению Title 24, который будет рассмотрен отдельно при обзоре систем управления освещением.

 

Протокол IPC позиционируется его разработчиком как более совершенный по сравнению с базовым протоколом UPB, несмотря на существенно меньшую скорость информационного обмена. Его главным достоинством заявляется повышенная надежность информационного обмена в условиях негативных факторов (повышенные шумы и помехи, поглощение сигнала и др.) присущих трехфазным сетям крупных объектов. Преимущество данного протокола также подтверждаются тем фактом. что фирма PCS Inc. использовала его и в новейшей линейке устройств для домашней автоматизации SimpleWorx (см. головную статью).

Информация, представленная по данному протоколу в открытом доступе, существенно ограничена по сравнению с информацией по базовому протоколу, что свидетельствует о том, что фирма - разработчик делает на него большую ставку и предпринимает меры для защиты от недобросовестного использования его конкурентами, как это произошло с протоколом UPB, физический уровень которого был скопирован фирмой ATS Ltd при разработке протокола PLC-BUS.

 

Другие статьи проекта «Умный Дом в разрезе», имеющие отношение к теме «платформа UPB»:

# платформа UPB: общий обзор

# платформа UPB: описание протокола

* * * * *

 

 

Опубликовано 23.10.2015. Последнее изменение - нет.

© Janto 2015 Все права защищены