automatizacija objekata · dizajn industrijskih iot sistema univerzitet u novom sadu fakultet...
TRANSCRIPT
![Page 1: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/1.jpg)
Dizajn industrijskih IoT sistema
Univerzitet u Novom SaduFakultet tehničkih naukaDepartman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije
Katedra za telekomunikacije i obradu signala
Doc. dr Živko Bojović[email protected]
Automatizacija objekata
![Page 2: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/2.jpg)
Sadržaj
• Pojam inteligentnog objekta
• BAS komunikacioni standardi
• Upravljanje u pametnim zgradama
• Aplikacije pametnih objekata Pametne električne instalacije
Pametan sistem za klimatizaciju prostora
Pametna rasveta
Protivpožarna zaštita
Kontrola pristupa
![Page 3: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/3.jpg)
Pojam inteligentnog objekta
![Page 4: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/4.jpg)
Izgradnja objekata
• Cilj izgradnje svakog objekta je da se obezbede prihvatljivi uslovi za život i rad sa ekonomskog aspekta i uz potpunu harmoniju sa prirodom.
Osnovna ideja izgradnje objekata – primeniti napredne ICT tehnologije iautomatizovati procese u zgradi da bi se smanjilo njeno koštanje tokomeksploatacije i zgrada učinila vrednijom za korisnike.
![Page 5: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/5.jpg)
Šta su to inteligentni objekti?
• Glavna intencija u izgradnji objekata danas, vezana je za pronalaženje štoefikasnije integracije strukture zgrade sa okruženjem primenominformacionih tehnologija kako bi se obezbedila dugoročna održivostinvesticije i ostvario minimalan uticaj na čovekovu okolinu.
• Visok stepen inteligencije objekata postiže se automatizacijompodsistema koja za cilj ima efikasno upravljalo resursima i obezbeđenje:
Većeg komfor
Bezbednijeg okruženja za rad i život
Bolje energetske efikasnosti
Visoka isplativost objekta.
![Page 6: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/6.jpg)
Šta čini upravljanje objektima?
• Stepen inteligencije objekta zavisi od efikasnosti sistema upravljanja koji je čine tri međusobno povezane celine:
Komercijalno upravljanje objektom - aktivnosti vezane za isplativost objekta i obezbeđenje maksimalnog korišćenja kapaciteta objekta.
Infrastrukturno upravljanje objektom - upravljanje servisima npr. čišćenja i obezbeđenja objekta, kao i svim pratećim servisima u objektu.
Tehničko održavanje objekta - upravljanje svim tehničkim sistemima u okviru
objekta koji se mogu grupisati usisteme koji se bave: Sigurnošću objekta
Automatizacijom mašinskih i električnih instalacija u objektu.
![Page 7: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/7.jpg)
Kako definisati inteligentne zgrade?
• Tokom poslednje dve decenije desile su se promene u građevinskoj industriji i informacionim tehnologijama, pa su zato predlagane različite definicije pojma inteligentne zgrade.
• One se danas mogu svrstati u tri kategorije:
Definicija na osnovu karakteristika zgrade - bazira se na zahtevima korisnika koje inteligentna zgrada treba da ispuni
Servisno bazirana definicija - opisuje inteligentne zgrade na osnovu usluga i/ili kvaliteta usluga koje zgrada pruža
Sistemski bazirana definicija - opisuju inteligentnu zgradu na osnovu tehnologije i tehnoloških sistema koje bi trebalo da ona sadrži.
![Page 8: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/8.jpg)
Standardi za inteligentne zgrade!
• Kineski standard za inteligentne zgrade: „Inteligentna zgrada obezbeđuje automatizaciju zgrade, automatizaciju kancelarija i sistem za komunikaciju, kao i optimalan sastav, objedinjujući strukture, sisteme, usluge i upravljanje, da bi se dobila zgrada sa visokom efikasnošću, udobnošću i sigurnošću korisnika".
• Japanski institut za inteligentne zgrade: „Inteligentna zgrada je objekat sa uslužnim funkcijama komunikacije, automatizacije kancelarije i automatizacije zgrade".
• EIGB (European Intelligent Building Group): „Inteligentna zgrada je objekat koji svojim korisnicima obezbeđuje najefikasnije okruženje, u kome se koristi i upravlja resursima efikasno i minimiziraju troškovi eksploatacije uređaja i objekta".
![Page 9: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/9.jpg)
Šta čini elemente
kućne automatike?• Elementi kućne automatike u najširem smislu mogu se podeliti na:
Senzore i aktuatore
Kontrolere (hardverske ili softverske)
Komunikacione interfejse
Interfejse za čovek-mašina ili mašina-mašina komunikaciju.
![Page 10: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/10.jpg)
Arhitektura inteligentne zgrade
• Arhitektura inteligentne zgrade je slojevita i čine je:
Fizički sloj - mreža senzora i aktuatora
Kontrolni sloj - mreža kontrolera koji očitavaju određene vrednosti i prenose ih nadležnim organima
Upravljački sloj - integrisan sistem koji upravlja mrežom kontrolera
Servisni sloj - skup servisa koji obezbeđuju inteligenciju zgrade.
Senzor
Klaster u određenom kontekstu
Aktuator
![Page 11: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/11.jpg)
Koji tipovi arhitekture
inteligentne zgrade postoje?
• Način na koji je inteligencija kuće raspodeljena između elemenata kućne automatike određuje jednu od tri vrste arhitekture:
Centralizovana arhitektura - centralni kontroler prihvata i obrađuje informacije dobijene od senzora i na osnovu toga generiše upravljačke aktivnosti (izdaje komande) za aktuatore
Distribuirana arhitektura - ne postoji centralni hardverski kontroler, a inteligencija je raspodeljena između senzora i aktuatora koji komuniciraju preko magistrale (bus-a) i
Hibridna arhitektura - kombinacija centralizovane i distribuirane arhitekture.
![Page 12: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/12.jpg)
Evolucija inteligentnih zgrada
pre 1980. godine
1980-1985
1985-1990
1990-1995
1995-2002
posle 2002. godine
Integrisani sistem umreženih preduzeća
Integrisani sistem umreženih preduzeća
Udaljeni pristup preko Interneta
Sistem integrisan na nivou zgrade
Računarski integrisanazgrada
Integrisan višefunkcijskisistem
Pojedinačnefunkcije
Integrisani sistemi
upravljana u zgradi
Integrisani sistemi
komunikacije
glas slikaTekst
ipodaci
HVAC idrugi
sistemi
Kontrola bezbednosti
i pristupa
Kontrola bezbednosti
Kontrola pristupa
HVACkontrola
Kontrolarasvete, lifta i dr.
Elektronska obrada iprenos
podataka
Prenosglasa
Prenosslike
Komunikacija putem mejla
![Page 13: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/13.jpg)
Sistem za upravljanje zgradom
• Sistem za upravljanje zgradom (Building Automation System) je sastavljen od većeg broja podsistema (upravljačkih jedinica) koji upravljaju pojedinim celinama u zgradi (grejanje, klimatizacija i ventilacija, sistem rasvete, protivpožarni sistem, sigurnosni sistem i dr.).
Kompletan sistem upravljanja objektom se formira različitim načinima povezivanja pojedinih upraljačkih stanica.
![Page 14: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/14.jpg)
• BAS sistem se može tretirati kao dvoslojna arhitektura u kojoj se većina upravljačkih odluka može doneti lokalno, dok se menadžment i optimizacija mogu obavljajati centralizovano.
Najniži nivo obuhvata širok spektar zadataka - pikupljanje mernih podataka,puštanje u rad i zaustavljanje uređaja, izvršavaju se lokalne upravljačke petlje isekvencijalno upravljanje.
Viši nivo obavlja superviziju (nadzor) i upravljanje procesima.
Displej
Mrežni portovi
Priključci zaprogramiranje
Priključci za napajanjeUlazi
Izlazi
Mrežni portovi
Arhitektura BAS sistema
![Page 15: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/15.jpg)
Razlozi za uvođenje BAS sistema
• Osnovni razlozi za uvođenje BAS su:
Povećanje pouzdanosti postrojenja i usluga - kontinualno praćenje i preventivno održavanje komponenti sa ciljem da se obezbedi da postrojenje radi pravilno i bez kavarova.
Smanjenje operativnih troškova - grejanje, klimatizacija, rasveta i osoblje
Povećanje produktivnosti zaposlenih - poboljšanja uslova za rad.
Bezbednost ljudi i opreme - BAS komunikaciona mreža se može iskoristiti za slanje upozorenja operateru ili službi bezbednosti u slučaju dima, vatre, provale ili eventualnog oštećenja neke opreme.
![Page 16: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/16.jpg)
BAS komunikacioni standardi
![Page 17: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/17.jpg)
RS 232 Standard za komunikaciju
• RS232 standard definiše asinhronu, serijsku half-duplex komunikaciju, u kojoj poruka može krenuti u bilo kom vremenskom trenutku i gde su definisani:
Tip komunikacije - veza od tačke do tačke (point to point ili peer to peer)
Struktura komunikacije:
Detekcija starta i kraja poruke i sinhronizovano čitanje poslate poruke od strane prijemnika
Fizički nivoi prenosa poruke tj. naponski nivoi na liniji u toku prenosa poruke (logička 1 - 12V i logička 0 + 12V), kao i hardver potreban za predaju i prijem poruke
Brzina prenosa informacija:
Informacija se šalje na fizičku liniju veze u vidu digitalne reči promenljive dužine tj. niza bitova (od 5-8 bitova) koja mora biti ista i na prijemniku i na predajniku
Predefinisana je frekvencija prenosa (broj bita poslatih u sekundi) tj. baud rate koji je isti u prijemniku i predajniku kako ne bi došlo do greške.
![Page 18: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/18.jpg)
Struktura RS 232 prenosa
podataka
Kada se podaci ne prenose preko voda (idle stanje), na vodu je logička jedinica (negativan napon).
Prenos poruke počinje skokom napona na liniji na pozitivan napon (start bit, koji je logička nula).
Prvi bit koji se prenosi je LSB (bit najmanje pozicione vrednosti podatka) koji logička jedinica (negativni napon),a zatim slede ostali biti do MSB.
Na kraju dolazi Stop-bit koji je logička jedinica (negativan napon).
Po završetku prenosa podatka, vod ostaje u idle stanju – negativan napon
Nedostaci RS 232 standarda su:- malo rastojanje na kome se podaci mogu razmenjivati (do 15 m) - relativno mala brzina prenosa (do 20 kb/s).
![Page 19: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/19.jpg)
RS 422 standard za komunikaciju
• RS 422 standard je asinhrona komunikacija koja je od RS-232 standarda preuzela princip pakovanja u ramove, a karakteriše je
Promenjen fizički nivo (naponi koji se koriste su između 2V i 10V, a standard dozvoljava do 12V)
Veza se ostvaruje preko balansiranih vodova maksimalne dužine 1.2km, a maksimalna bitska brzina iznosi 10 Mb/s na rastojanjima do 12m
Prenos podataka se realizuje simplex vezom.
Poboljšanja u odnosu na RS 232 standard su:- Prenos podataka uz korišćenje ovog standarda je manje osetljiv na šumove i smetnje u prisustvu snažnih, energetskih izvora smetnji- Standard podržava multi-drop vezu „jedan predajnik – više prijemnika“, pri čemu je broj prijemnika ograničen na maksimalno 10.
![Page 20: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/20.jpg)
RS 485 standard za komunikaciju
• RS 485 standard predstavlja prirodni nastavak RS-422, ali postoje dve osnovne razlike:
RS-485 je magistrala na koju je vezano do 32 uređaja koji su ravnopravni i svaki može da bude bilo predajnik, bilo prijemnik
Standard RS-422 je simpleks veza preko jedne upredene parice (dva voda) dok se po standardu RS-485 preko jedne upredene parice može ostvariti polu-dupleks veza.
Nedostaci RS 485 standard su:- nedostatak galvanske izolovanosti i mala robusnost u odnosu na PWM šum- problemi u povezivanju više komunikacionih čvorova paralelno na istu liniju i neusaglašenost protokola za razmenu informacija - nedovoljne brzine prenosa i odsustvo hardverskih automata za korekciju greške.
![Page 21: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/21.jpg)
Kakvo je trenutno stanje?• Korišćenje različitih protokola, sa aspekta interoperabilnosti, predstavlja
problem za integraciju različitih sistema čak i kada su komponente koje se koriste, proizvedene od strane istog proizvođača.
• Rešenje su hijerarhijske BAS mreže sa naprednim ICT tehnologijama koje se sastoje iz tri sloja:
Sloj menadžmenta (nadzor i upravljanje),
Sloj hardvera (inteligentnih uređaja-senzora i aktuatora) i
Sloj automatizacije.
Čvor-Hub Softver za upravljanje Stanica StanicaTCP/IP
GatewayKamera
Gateway
GatewayVideo trake
Kontroler sigurnosti
Kontroler
Kontrolerpožara
Upravljanje HVAC sistemom
Protivpožarni sistem
Sigurnosni sistem i kontrola pristupa
Upravljanje sistemom rasvete i napajanja
Primenjuju se otvoreni protokoli za sva tri sloja
(npr. LonWorks ili BACnet)
Integracija i problem interoperabilnosti se rešavaju protokolima
višeg nivoa i time izbegavaju razlike u rukovanju na nižim
nivoima.
![Page 22: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/22.jpg)
Modbus
![Page 23: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/23.jpg)
Modbus
• Modbus je serijski komunikacioni protokol namenjen za komunikaciju između PLC kontrolera, ali i raznih inteligentnih senzora.
Karakteriše ga jednostavnost, robusnost i besplatan je za upotrebu
Radi po principu master/slave protokola sa half-duplex prenosom i podržava
jedan master i do 247 slave uređaja u jednoj Modbus mreži.
Slave uređaji - elektronski (RTU) uređaji kojiprikupljaju podatke sa senzora ili direktno sa uređaja iz okruženja i prosleđuju ih master uređaju
Master uređaj – SCADA mikroprocesor ili PC rečunar koji kontrolišu industrijske procese kroz koje se prikupljaju podazi iz fizičkog okruženja.
Prosleđivanje izmerenih podataka semože vršiti preko:- RS232 protokola- RS485 protokola (da bi se uvećala daljina prenosa i omogućila multidrop struktura).- Modbus/TCP - verzija Modbus koja koristi Ethernet kao bazični sloj i podržava internet okruženje
![Page 24: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/24.jpg)
Modbus komunikacija
• Modbus komunikacija započinje tako što master uređaj šalje queryodređenoj slave jedinici ili broadcast poruku koju sve slave jedinice moraju da izvrše. Slave uređaji konstantno nadziru
mrežnu sabirnicu i čekaju znak za početak poruke
Prozvani Slave uređaj se prepoznaje na osnovu adresnog dela poruke
Prozvani Slave uređaj može da pošaje odgovor ili samo potvrdu prijema poruke.
Svaki Slave može da poseduje 1-bajtnu adresu od 1-247, dok je broadcast adresa 0.
![Page 25: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/25.jpg)
Modbus modovi prenosa
• Modbus protokol poseduje tri komunikaciona moda koji definišu kako će informacije biti pakovane na predajnoj strani i raspakivane na prijemu:
ASCII - poruke šalje se u formi dva ASCII karaktera (heksadecimalne vrednosti)
RTU (Remote Terminal Unit) - poruke šalje u binarnom formatu
Modbus/TCP ( modbus poruka se ugrađuje u standardni okvir TCP/IP poruke).
Struktura poruka koje se razmenjuju je identična (sastavljena od 4 osnovna elementa) bilo da je poruka poslata ili primljena.
Početak i kraj poruka se prepoznaju preko Frame start i Frame end karaktera koji zavise od tipa prenosa.
![Page 26: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/26.jpg)
Modbus naredbe
• Ako je slave prozvan, on mora da zna (informaciju nosi function codepolje) šta se od njega traži da uradi ili da pošalje master-u.
![Page 27: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/27.jpg)
Modbus/ASCII prenos podataka
• Svaka modbus poruka odnosno frejm, predstavlja paket podataka koji se kod Modbus/ASCII moda pakuje u reč na sledeći način:
Start poruka je 1 bit - ‘:’ karakter
Kraj poruke - 1 ili 2 stop bita, zavisno od toga da li je kraj poruke označen karakterima CR/LF što označava kraj jedne poruke i početak čitanja druge.
7 bitova podataka poređanih po rastućoj bitnosti (LSB)
1 paritetni bit (ako je pri inicijalizaciji odabrana opcija provere pariteta).
![Page 28: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/28.jpg)
Modbus/RTU prenos podataka
• Modbus/RTU šalje podatke u binarnom formatu bez konverzije u ASCII kod, bajtove koji mogu primiti vrednost od 0-255.
Npr. ako master zove slave na adresi 26, on salje jednobajtno polje Device address = 0x1A = 00011010
• Modbus/RTU šalje duplo manje bajtova ali ima dodatan utrošak vremena radi sinhronizacije starta poruke.
Izostanak komunikacije, takozvana “tišina” ili “idle mod” označavaju početak i kraj svake poruke.
Dužina tišine je definisana na minimalno 3.5 karaktera za početak i kraj poruke.
Ukoliko uređaj detektuje tišinu u dužini od 1.5 karaktera, on automatski očekuje da pristiže nova poruka i zbog ovog svojstva, RTU kodirane poruke moraju biti poslate bez prekida.
![Page 29: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/29.jpg)
Modbus – provera ispravnosti
• Provera ispravnosti poruke se vrši nezavisno od toga da li je postavljen bit za proveru pariteta i to primenom:
LRC algoritma za Modbus/ASCII prenos podataka
CRC algoritma za Modbus/RTU prenos podataka
• Proračun pri slanju poruke vrši master jedinica koja upisuje rezultat ispred znaka koji označava kraj poruke, dok Slave jedinica tokom prijema poruke ponovo vrši proračun i rezultat upoređuje sa onim koji je poslao master.
Ako se rezultati razlikuju, znači da je došlo do greške tokom prenosa, ali slave neće reagovati i odgovoriti masteru (master vidi timeout) čime ga indiretkno obaveštava o grešci.
![Page 30: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/30.jpg)
LRC algoritam provere greške
• U ASCII modu jedan bajt poruke je rezervisan za proveru greške i on nosi Longitudinal Redundancy Check (LRC) kod koji se:
Računa na predaji na osnovu poslatih bajtova, ali bez start bajta ‘:’ i bez završnih CR/LF karaktera i utiskuje u poruku
Po prijemu poruke, isto se računa ali na osnovu primljenih bajtova
Prijemnik poredi ove dve LRC vrednosti i ako se slažu poruka je bez greške.
![Page 31: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/31.jpg)
CRC algoritam provere greške
• Provera se sprovodi na prijemu i predaji i porede se rezlutati (ovog puta 16 bitne reči.
• Procedura za CRC proveru greške glasi :
1. 16 -bitni registar se napuni jedinicama, crc=0xFFFF
2. Vrši se logička XOR operacija nad crc registrom i bajtom poruke
3. Ukoliko je LSB = 1, sadržaj crcr egistra se pomera za jedno mesto udesno, a nad sadržajem crc registra se opet vrši XOR ali sa nekim unapred definisanim brojem (na primer 0xA001)
4. Ukoliko je LSB = 0, sadržaj crc registra se pomera za jedno mesto udesno 1, a u najviši bit (MSB) se upisuje nula
5. Operacije 2-4 se ponavljaju 8 puta, za svih 8 bitova jednog bajta, a zatim se sve to ponavlja 2-6 puta, za sve bajtove poruke i konačna se u crc registar upisuje u 16-bitno polje.
![Page 32: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/32.jpg)
Modbus TCP• Modbus TCP je internet protokol koji se koristi za razmenu podataka između
dva uređaja bilo gde na svetu, tako što Master (client) šalje poruku do specificirane IP adrese slave uređaja (server) i koristi za komunikaciju Ethernet port 502 kao standard (mada Modbus/TCP protokol kao aplikacija može da koristi bilo koji port).
Modbus TCP/IP prosto uzima Modbus poruku i okružuje je sa TCP/IP okvirom (zaglavlje i kraj) koji omogućuje prolaz poruke do destinacije kroz internet.
![Page 33: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/33.jpg)
BACnet protokol
![Page 34: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/34.jpg)
BACnet standard
• BACnet je ASHRAE standard (eng. American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers) koji omogućava komunikaciju između sistema različitih proizvođača u zgradi.
Vlasnik zgrade dobija mogućnost izbora različite opreme i njenu integraciju u celokupni sistem zgrade u svakom momentu.
BACnet standardom su definisane specifičnosti komunikacionog protokola: BACnet objekti - fizički uređaji, temperaturni ulazi, regulacija releja i dr.
Servisi - informacije koje se razmenjuju između različitih objekata da bi se izvršio upis ili čitanje iz memorije
Svojstva objekata - informacije o objektu tipa: object_identifier, object_name
i object_type. BACnet umrežavanja - fleksibilno i jeftino umrežavanje.
![Page 35: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/35.jpg)
BACnet specifikacija
• BACnet je protokol koji treba da obezbedi "interoperabilnost" između uređaja koji mogu međusobno da komuniciraju koristeći zajedničku komunikacijsku mrežu u svrhu deljenja funkcionalnosti i odgovornosti za različite kontrolne funkcije.
• Osnovni elementi BACnet specifikacije su:
BIBBs (eng. BACnet Interoperability Building Blocks) - definišu set servisa kojima se realizuje neka funkcija iz 7 mogućih „oblasti“ inetroperabilnosti
PICS (eng. Protocol Implementation Conformance Statement) - tabelarni opis funkcionalnost BACnet uređaja i podrška za BBIBs
Profili (eng. Profiles) - daju pregled servisa nekog uređaja u pogledu standardnog funkcionisanja i pregled servisa koji su podrška interoperabilnosti.
![Page 36: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/36.jpg)
BACnet protokol• BACnet protokol razdvaja dva aspekta svake komunikacije:
Transport - koriste se različiti transportni mehanizmi (mrežni protokoli) zavisno od tipa medijuma kako bi se optimizovali troškovi
Poruke – ostaju iste bez obzira koji se transportni mehanizam koristi.
BACnet protokol koristi transportne mehanizme da bi izvršio optimizaciju između efikasnosti komunikacije i troškova:
Ethernet 8802-3 i BACnet/IP za velike brzine, ali i velike troškove
Zigbee za bežičnu mesh mrežu
Master Slave/Token Pasing (MS/TP)
![Page 37: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/37.jpg)
Transportne karakteristika
![Page 38: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/38.jpg)
Povezivanje različitih mreža
• BACnet standard ima zadatak da omogući povezivanje različitih LAN mreža i kotrolu saobraćaja u jedinstvenoj BACnet mreži i u tu svrhu se koriste:
Ruteri - kada treba povezati iste ili različite LAN tehnologije i proslediti poruke bez modifikacije
Gateway - specijalni tipovi uređaja koji se koriste da bi se na BACnet mrežu povezale ne-BACnet mreže ili proprietary mreže u objektima.
![Page 39: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/39.jpg)
Aplikacioni sloj
• BACnet standard na aplikacionom sloju definiše profile koji sadrže:
Klase servisa - alarmi, događaji, pristup fajlu ili objektu, udaljeno upravljanje uređajima i virtuene terminala
Objekte - standardne objekte, ne-standardne objekte i objekte uređaje
Svojstva objekata - trenutne vrednosti, alarmne limite, ime, status i druga sojstva obavezne ili opcione primene.
BACnet klijent inicira servis
BACnet server obezbeđuje odgovor
![Page 40: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/40.jpg)
BACnet objekat
• BACnet je objektno orijentisan protokol u kojem se termin objekat koristi da se standardizuje organizacija podataka i olakša njihova razmena između različitih celina unutar sistema:
Objekat mogu biti fizički ulazi i izlazi sa uređaja, ali i softverski procesi
Objekat daje standardnu prezentaciju informacija odnosno ima skup svojstava (ime objekta, tip i sadašnja vrednost), koja opisuju njegovo ponašanje ili upravljaju njegovim radom.
![Page 41: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/41.jpg)
Tipovi BACnet objekata• BACnet standardom su definisani sledeći tipovi objekata:
BACnet standard objects su oni objekti čije su osobine i ponašanje definisani u BACnet standardu.
BACnet device object je kontejner sastavljen od različitih tipova BACnet objekata koji se nazivaju instancama, imaju svoj jedinstveni ID i predstavljaju funkcije i I/O prisutne u stvarnom uređaju.
![Page 42: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/42.jpg)
Svojstva BACnet objekata
• Svaki BACnet objekat ima sledeća svojstva:
Standardna - trenutna vrednost temperature u prostoru, jedinica u kojoj je izražena, status komunikacije
Opciona - implementiraju se samo kada je potrebno (npr. temperatura u pojedinačnoj prostoriji kao što je konferencijska sala)
Sopstvena (eng. proprietary) - koja definiše proizvođač opreme i koja se moraju dokumentovati.
![Page 43: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/43.jpg)
BACnet device objekti
• Svaki BACnet kontroler je zadužen za jedan device object što predstavlja opterećenje za konfiguraciju mreže pa se zato mora voditi računa o sledećem:
Broj instance uređaja (eng. Device Object Instance Number) - jedinstveno identifikuje uređaj u mreži i može imati vrednost između 0 – 4.194.303
Broj instance uređaja koristi i ruter da bi prosleđivao poruke između uređaja u BACnet mreži.
Da bi ruter povezao IP mrežu sa MS/TP mrežom broj instance uređaja mora biti isti na oba kontrolera.
![Page 44: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/44.jpg)
BACnet mreža
![Page 45: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/45.jpg)
Fizički sloj
• Na fizičkom sloju BACnet mreže se definišu:
Način slanja podataka preko žice ili bežičnim putem
Električne i fizičke karakteristike:
Tip konektora
Dodela pinova
Specifikacija kablova
Naponski niovi
Kontrola toka i izbegavanje kolizije
Modulacija podataka.
![Page 46: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/46.jpg)
BACnet LAN
• BACnet je standard koji definieš pet tipova LAN-ova za sistemske komunikacije:
Ethernet
ARCNET
Master Slave/Token Pasing (MS/TP)
Point-to-Point (PTP)
LonTalk.
![Page 47: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/47.jpg)
BACnet MS/TP arhitektura
![Page 48: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/48.jpg)
BACnet MS/TP komunikacija
• BACnet MS/TP predstavlja peer-to-peer, multiple-master protokol koji karakteriše:
Deljenje propusnog opsega između master-a prosleđivanjem tokena koji autorizuje uređaj koji inicira komunikaciju na bus-u
Uređaj koji je slanjem tokena uspostavio komunikaciju sa drugim uređajem (master ili slave) i završio svoj zahtev, zatvara komunikacioni kanal i prenosi token na sledeći master uređaj
Token se šalje u vidu kratke poruke od jednog do drugog masteruređaja u skladu sa MAC adresom prema rastućem redosledu (master pooling)
Master uređaj može da šalje i prima token, a slave odgovara samo na zahteve i nikada ne može da pokrene komunikaciju ili da zadrži token i ne odgovara na broadcast poruke.
Brzina prenosa od 9,6-76,8 Kbps
![Page 49: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/49.jpg)
Adresiranje uređaja
• Svaki uređaj povezan na BACnet MS/TP sabirnicu podataka identifikuje se sa.
MAC adresom - jedinstveno identifikuje uređaj na segmentu (master u opsegu od 0-127, a slave u opsegu od 0 - 254
Instancom uređaja - jedinstveno identifikuje uređaj u BACnet mreži i može imati vrednost od 0 – 4.194.303
Mrežnim brojem - jedinstveno identifikuje segment sa više uređaja i može imati vrednosti od 0-65534.
![Page 50: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/50.jpg)
BACnet IP preko Etherneta
• BACnet IP se razlikuje od Ethernet-a po tome što svaki BACnet /lP uređaj zna kako da napravi sopstvenu UDP poruku i pošalje je preko IP adrese na željeni uređaj - "unicast" poruke.
IP ruteri koji su već prisutni u zgradi sa IT infrastrukturom mogu se koristiti za komunikaciju unicast poruka.
• BACnet Ethernet koristi istu mrežu, ali saobraćaj usmerava na osnovu MAC adresa.
![Page 51: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/51.jpg)
LonTalk komunikacioni model
• Neuron čipovi hardverski implementiraju jedan sloj koji je jednak slojevima od drugog do šestog OSI referentnog modela, što olakšava razvoj novih aplikacija za upravljačke mreže koje koriste LonWorks tehnologiju
Primopredajnik
Neuron čip
Primopredajnik
Neuron čip
Mikrokontroler
LON Uređaj sa
implementiranom
aplikacijom
LON uređaj
![Page 52: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/52.jpg)
Arhitektura Lon Talk mreža
• Arhitektura protokola zasniva se na peer to peer komunikaciji, što znači da dva uređaja komuniciraju između sebe direktno i sa jednakim prioritetima.
• Brzina komunikacije između pojedinih uređaja varira zavisno od medija.
![Page 53: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/53.jpg)
Adresiranje uređaja u LanTalk
mreži
• Paketi se mogu uputiti na jedan uređaj, grupu uređaja ili sve uređaje.
• LonTalk tip adrese uključuje:
Fizičku adresu - 48-bitni identifikator (Neuron ID) koji se uglavnom dodeljuje uređaju prilikom proizvodnje i ne menja se tokom veka trajanja uređaja
Adresu uređaja - dodeljuje se uređaju kada se instalira u neku konkretnu mrežu i koristi se umesto fizičke adrese jer podržava efikasnije usmeravanje poruka i pojednostavljuje zamenu u slučaju kvara uređaja
Grupnu adresu - dodeljuje se logički grupisanim uređajima
Broadcast address - identifikuje sve uređeje podmreže ili iz nekog domena.
![Page 54: Automatizacija objekata · Dizajn industrijskih IoT sistema Univerzitet u Novom Sadu Fakultet tehničkih nauka Departman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije Katedra za telekomunikacije](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022041600/5e3060deef177d510d318252/html5/thumbnails/54.jpg)
Hvala na pažnji!
54
Univerzitet u Novom SaduFakultet tehničkih naukaDepartman za energetiku, elektroniku i telekomunikacije
Katedra za telekomunikacije i obradu signala