III. A rendszer felépítéséről és működéséről

3.1 Felépítés

3.1.1 A központi egység

Szükség van egy olyan egységre, amely összegyűjti az érzékelők és beavatkozók jeleit, értelmezi azokat és szükség szerint utasításokat küld, tehát összehangolja és irányítja az összes eszköz és beavatkozó működését ez a központi egység. A vezérlő vezetékek ide futnak be.

A vezérlést ellátó intelligens eszközök önálló memóriával rendelkeznek, melyben az általunk meghatározott folyamatok vezérléséhez szükséges program és egyéb információk találhatók. Például GSM modul esetén itt találhatók a működéshez szükséges AT parancsok is. A jelenleg forgalomban lévő vezérlőegységek mindegyike kezeli a szabványos RS 232 felületet (COM – portot).

A vezérlés feladatát elláthatja:

Mikrokontrolleres vezérlőegység

PLC vezérlőegység

Számítógép (PC)

Ipari számítógép (IPC)

A vezérlés történhet:

IP címmel
Relével
Vezetékelléses módszerrel (Például csillag vagy busz topológia segítségével).

A vezérlés történhet:

1. Központilag (centralizáltan): Amikor minden egyes érzékelő jelvezetékkel kapcsolódik az irányítórendszerhez. Ekkor a jelvezetékek párhuzamosan futnak. Nagy információátviteli sebesség jellemzi, valamint az egyes vezetékek jelei nem befolyásolják egymást. Ugyanakkor hátránya a magas kábelezési költség valamint a hosszú vezetékellés esetén a jeltorzulás veszélye jelentősen nő.

2. Decentralizáltan: Amikor a folyamatjelek egyes csoportjait előre összegyűjti, esetleg előfeldolgozza egy úgynevezett folyamat közeli vezérlőegység (front-end processzor). Nagyon sok ilyen összefogott jelcsoport és vezérlőegység lehet egy rendszerben. Ezek a folyamat közeli egységek ezután kapcsolódhatnak magasabb hierarchia szinten lévő irányítóegységhez.

3.1.2 A kommunikációs csatorna

A kommunikációs csatorna biztosítja a kapcsolatot, a rendszer különböző részegységei között, valamint azok és a központi egység (vezérlőegység) között.

Hagyományos rendszereknél minden funkcióhoz, eszközhöz külön vezeték tartozik, és külön hálózatra van szükség minden vezérlési rendszerhez. Ehhez rengeteg vezeték kell. Az újabb rendszerek azonban már jóval gazdaságosabbak, köszönhetően a kétvezetékes buszvezetékeknek.

Összekapcsolódás módja szerint a kommunikációs csatorna elrendezés lehet:

- Csillag topológia

- Busz topológia

- Vezeték nélküli rendszerű

Vezeték nélküli rendszer esetén a kommunikáció történhet:

Rádiófrekvencián (Rádió frekvenciás és Bluetooth átvitel) vagy
A 230 voltos meglévő hálózaton keresztül (Power House).
Interneten keresztül

Bluetooth: Olyan vezeték nélküli technológia (szabvány), amely rövidtávú vezeték nélküli hálózatok kiépítését teszi lehetővé. A svédek fejlesztették ki,
és 2,45 GHz –es rádióhullámokkal működik. Ezen hullámok még a falon is áthatolnak,
csak a fém áll az útjukba.

A Power House rendszer a lakásban már egyébként is meglévő 230 voltos erősáramú
hálózatra 120 KHz –es kódolt jeleket ültet. A programozásra, a modulálásra, ki és becsatolású külön eszközöket, valamint egy 256 kódból álló szabványkészletet (16 lakáskód A - tól P ig és 16 egységkód 1 – től16 ig ) fejlesztettek ki. Előnye, hogy utólag is beépíthető.

Interneten keresztüli vezérlés esetén a házban található összes berendezés kap egy 32 bites IP címet (IPv4 szabvány). Az IP címe alapján bármely gép kiválasztható és vezérelhető.

Az átviteli közeg lehet:

Koax kábel
Csavart érpár
Optikai kábel
Rádiós vagy infravörös átvitel esetén a levegő

3.1.3 Érzékelők és beavatkozók

Az érzékelők és a beavatkozók olyan építőelemek, melyek segítségével az eszközöket vezérelni lehet és információk szerezhetők az épület különböző állapotairól.
Ezek a szenzorok és aktorok egy megfelelő interfészen keresztül kapcsolódnak a teljes rendszerhez, vagyis a kommunikációs csatornához

3.1.4 A folyamatperifériák

Számítógépes vezérlés esetén a folyamatperifériák feladata a folyamat érzékelői,
távadói, jelzőműszerei által szolgáltatott analóg és digitális információk bevitele a számítógépbe, illetve a számítógép által szolgáltatott analóg és digitális információ
kivitele a számítógéppel kapcsolatban lévő beavatkozó és jelzőrendszer számára

A folyamatperifériák csoportosítása

Analóg bemeneti perifériák

Digitális bemeneti perifériák

Analóg kimeneti perifériák

Digiális kimeneti perifériák

3.2 Működésről

3.2.1 A jelkapcsolat

A jelkapcsolat történhet:

- Hagyományos módon közvetlen jelvezetékekkel
-Buszrendszerekkel, intelligens érzékelők és beavatkozók számára

A folyamat jelek

A kommunikációs csatornák folyamatjeleket továbbítanak, ezek hasznos információt hordoznak, melyeket a folyamatműszerek szolgáltatnak, vagy igényelnek.

Analóg jel: Olyan fizikai mennyiség, amelynek adott értéktartományon belül minden értékéhez információt rendelünk. Információtartalma végtelen.

Digitális jel: Az a fizikai mennyiség, amelynek egymástól elkülönített értéktartományaihoz rendelünk információt.

A folyamatjelek csoportosítása

- Analóg bemeneti jelek

- Digitális bemeneti jelek

- Analóg kimeneti jelek

- Digitális kimeneti jelek

3.2.2 Az adatátvitel elve

Az adatok átvitele két különböző módszer szerint lehetséges: a soros és a párhuzamos átvitellel. Eszerint megkülönböztetünk párhuzamos és soros buszt.

A busz maga egy átviteli médium, amely számtalan résztvevő között lehetővé teszi az adatcserét.

Párhuzamos busz: Több párhuzamosan futó vezetékből áll. A vezetékek mindegyike egy adott funkcióhoz van hozzárendelve. A vezetékek egy-egy csoportjához vannak rendelve a
–címadatok, -hasznos adatok, -vezérlő adatok. Sok vezeték jellemzi. Rövid távolságokon
igen gyors adatátvitelre alkalmas, így elterjedt az elektronikus adatfeldolgozásban.
Lényege, hogy ha az információ rajta van a cím és az adat buszon, akkor a vezérlő busz
jele utasítja a buszrésztvevőket a megfelelő feladat végrehajtására.

Soros busz: Minden információ, tehát egy üzenet bitjei időben egymás után mennek át az adatvezetéken, így egyaránt az adat-, cím-, és vezérlőadatok is. Az értelmezés végett előre meg kell állapodni a jelsorozatok formátumában. A zavarvédelem érdekében általában két adatvezetéket alkalmaznak, különbségi jel gyanánt. Gazdaságosan alkalmazható nagyobb távolságokban, ugyanakkor kisebb átviteli sebesség jellemzi.

3.2.3 Az adatátvitel típusai

Az adatátvitelt a következők szerint csoportosíthatjuk:

Multiplex eljárás szerint (átviteli mód)

Szinkron – aszinkron átvitel szerint

Buszhozzáférés szerint

A multiplex eljárás szerint két átviteli mód használatos:

az alapsávú átvitel

és a szélessávú átvitel

Az alapsávú átvitel (idő multiplex): Az adatok közvetlenül a közegre kerülnek. Az alapsávú jel egy impulzussorozat. A jelek időben egymás után kerülnek átvitelre, nem vihető át egyidejűleg több információ.

A szélessávú átvitel (frekvencia multiplex): Itt különböző vivőfrekvenciára modulálják rá az átviendő jelet. Így egymástól függetlenül több adat vihető át. A vevőnek az adó órajelével szinkronban kell működnie az adatátvitelnél, és egy előre meghatározott kódolást, dekódolást kell használniuk. Ez azért fontos, mert a vevő csak így tudja az adó bitsorozatát rekonstruálni, az információ cseréhez.

Aszinkron–szinkron adatátvitel szerint:

Szinkron adatátvitel: Egy úgynevezett szinkronszóval történik az adatátvitel szinkronizálása, mely tulajdonképpen egy bitsorozat. A vevő ez alapján tudja felismerni az adatblokk kezdetét. Az adó meghatározott időközönként állandóan küldi ezeket a jeleket,
még akkor is, ha nincs adatátvitel. Így a vevő folyamatosan az adóra van szinkronizálva.
Nagy átviteli sebesség jellemzi, hátránya, hogy az adó és a vevő között a kapcsolat nem szakadhat meg.

Aszinkron adatátvitel: Ebben az esetben csak rövid adatblokkok vihetők át, mivel az adó és vevő órajele csak körülbelül három százalékos pontossággal vannak azonos frekvenciára beállítva. Itt ha nincs átviendő adat, akkor a buszon nincs adattovábbítás.

Két típust különböztetünk meg:

Start – stop bittel történő szinkronizálás: Általában 8 bites ASCII kóddal történik. A már paritás bittel rendelkező blokkot start és stop bitekkel keretbe foglalják.

Szinkronizálás minden jelváltozásnál: Minden logikai jelváltozásnál megtörténik a szinkronizálás. De hosszú logikai nulla és egyes sorozat esetén a szinkronizálás elveszhet. Ennek kiküszöbölésére külön áramköröket alkalmaznak.

Buszhozzáférés szerint:

Közös átviteli médium (soros buszrendszerek) esetén szabályozni kell azt,
hogy a különböző résztvevők milyen sorrendben férhetnek a buszhoz, ha adatot akarnak adni.

A buszhozzáférés lehet:

irányított és

véletlenszerű

1. Véletlenszerű buszhozzáférés lehet:

Ütközéses hozzáférés (CSMA / CD) eljárás: A résztvevők mindegyike
(melyek adók és vevők is lehetnek) folyamatosan figyelik és lehallgatják a buszt,
és csak akkor kezdenek adni, ha az éppen szabad, tehát éppen senki nem ad
(Carrier Sense). Ha valamelyik résztvevő üzenetadást észlel, azonnal abbahagyja a kísérletet. Ha üres a vonal bárki adhat (Multiple Access). Hátránya, hogy sok résztvevő esetén jelentősen lecsökkenhet az átviteli sebesség.
Ezt az eljárást használja például az Ethernet.

Ütközésmentes hozzáférési (CSMA / CA) eljárás: Amikor ütközés történik, a magasabb prioritású adó késlekedés nélkül folytatja az adást (Collision Avoidance), míg az alacsonyabb prioritású megszakítja és egy későbbi időpontban, kísérli meg újra a hozzáférést. Tehát az ütközés nemcsak észlelésre kerül, hanem az fel is oldódik. Ez az eljárás azért előnyös, mert nem csökken nagymértékben a busz átviteli sebessége sok résztvevő esetén sem. Ezt az eljárást használja például az EIB.

2. Irányított buszhozzáférés lehet:

Központi buszelérési eljárás: Itt megkülönböztetünk egy intelligens központot ez a Master. A többi buszrésztvevő kiszolgáló, vagyis Slave. E rendszereknél a
kommunikáció a Master és a Slave között lehetséges.
Ezt az eljárást használja a legtöbb DDC, azaz hagyományos épület-felügyeleti rendszer, ezt használja még például a Profibus rendszer.

Decentralizált buszelérési eljárás: Egyenrangú résztvevők jellemzik, melyek képesek egymással kommunikálni és önálló döntéseket hozni. A gyűrű topológiát (Token Ringet) használja, például az Archnet.