Akıllı bina otomasyon sistemlerinde seri iletişim-Ethernet entegrasyonu

Abstract

Anahtar Kelimeler: Akıllı Bina, Bina Otomasyonu, Sistem Entegrasyonu, Anahtarlanmış Ethernet, Gerçek Zamanlı Uygulamalar, Determinizm, Seri İletişim.Bu tez çalışmasında mevcut yerel alan ağı ve Ethernet protokolü kullanılarak Akıllı Bina otomasyon sistemlerinin daha esnek ve maliyet etken bir yapıya kavuşturulması önerilmektedir. Tezin amacı bina otomasyonunda işletim sürecinin akıllı bina uygulamalarındaki hazır çözümler yerine açık kontrol ve iletişim standartları kullanılarak yönetilmesi yönünde bir yaklaşım sunmaktır. Bu süreç; ortam değişkeni değerlerinin ve binada yer alan sistemlere ait verilerin elde edilmesi, bilgiye dönüştürülmesi ve binadaki sistemlerin kontrol edilmesi işlemlerini içermektedir. Akıllı Bina teknolojisinde hazır çözümler kapalı teknoloji, firma bağımlılığı, farklı sistemler arası uyumsuzluk gibi dezavantajlara sahiptirler. Bu nedenle; teknik performans, düşük yatırım ve işletim maliyetleri ve yönetim kolaylığı gibi özellikler belirli bina örnekleri ile sınırlı kalmaktadır. Bu durum akıllı binaların gelişmesini ve yaygınlaşmasını engellemektedir. Ayrıca kontrol ve iletişim teknolojisindeki hızlı gelişme otomasyon teknolojisine de bir ivme kazandırmakta ve akıllı binada kullanılan ürünlerin ömürleri aym oranda kısalmaktadır. Akıllı binadaki sistemlerin kullanılma süresi diğer teknoloji ürünlerinden daha fazladır. Bu nedenle, tezde sunulan yaklaşımda amaç; uzun ömürlü, yeni teknolojiye uyarlanabilir ve maliyet etkin sistemler elde etmek için sistemler arasında optimum uyumun bulunduğu standart bir altyapı sağlamaktır. Önerilen yaklaşımda; bilgisayarlar ve çevre birimleri arasında çoklu haberleşme ihtiyacım karşılamak üzere geliştirilmiş olan Ethernet protokolü ve yerel alan ağlarının, sözü edilen yapıyı sağlayacağı varsayılmaktadır. Akıllı Bina uygulamasında kontrol ve haberleşme için Ethernet'in seçilmesi beraberinde bazı problemleri de getirir. Bunun nedeni Ethernet'in gerçek zamanlı ve deterministik uygulamalar için uygun olmamasıdır. Bu problemleri aşmak için anahtarlanmış Ethernet ve Ethernet'te önceliklendirme gibi gelişmiş tekniklerin kullanılması hedeflenmiştir. Önerilen çözümün uygulanmasına örnek olarak; gömülü ağ mikroişlemcisinin kullanıldığı ve dış dünya ile tek haberleşme yolu seri iletişim olan aygıtları Ethernet ağma entegre etmeyi amaçlayan bir uygulama gerçekleştirilmiştir. Son olarak gerçek zamanlı ve deterministik bir yapı sağlamak amacıyla protokolün uygulamada sahip olduğu iyileştirmeler test edilmiştir.

Keywords: Intelligent Building, Building Automation, Systems Integration, Switched Ethernet, Real-Time Applications, Determinism, Serial Communication.ABSTRACT: This thesis proposes to make intelligent building automation systems more flexible and cost effective by using existing local area network and Ethernet protocol. Its aim is to present an approach for managing the operating process of building automation using open control and communication standarts instead of end user solutions for intelligent building applications. This process includes the acquisition of environment variable values and data that belongs to control systems placed in building, the conversion of them to information and the control of the systems located in building. End user solutions in the intelligent building technology have some disadvantages, such as closed technology, company dependency, incompatibility with different systems. Therefore, the facilities like technical performance, the low cost in investment and operation and ease of management are limited to specific building samples. Consequently this prevents the idea of intelligent building development and its widespread deployment. In addition, rapid development in the control and communication technology gives an acceleration to automation technology, shorting the life-span of the products implemented in intelligent buildings. The life period of the systems in an intelligent building usually exceeds that of any other technology products. For this reason, the approach presented here in this thesis aims at providing an standardized infrastructure with optimal compatibility between systems in order to achieve systems having long life-span, adoptable to emerging technology and cost effective features. In the proposed approach, the Ethernet protocol, developed to meet the needs of communication between computers and its peripherals, and local area network are assumed to provide the infrastructure mentioned above. Prefering Ethernet for control and communication in intelligent building application brings about a few important drawbacks as it is not appropriate for real-time and deterministic applications. To overcome these problems, improved techniques such as switched Ethernet and prioritisation are employed. Implementation of the proposed solution, using an embedded network microprocessor has been realized to integrate the devices which have only serial interface to communicate with outside world. Finally, improvements in protocol applicaton have been also tested to see if real-time and deterministic needs of the system has been achieved.