스마트 빌딩을 위한 누락된 기술 기반

엔지니어링 관점에서 볼 때 이미 필요한 프로세서와 소프트웨어가 있으므로 건물을 더 스마트하게 만들 수 있습니다. 엔지니어는 모든 위치에 3달러의 작은 프로세서를 배치하고 네트워크로 연결할 수 있습니다. 이러한 위치에는 전등 스위치, 전등 소켓, 창문 위로 열 덮개를 이동시키는 모터, 열 저장 탱크에서 라디에이터 밸브로 물을 이동시키는 펌프가 포함됩니다.

그 다음에는 대형 가전제품, 온도 조절기, 온도 센서, 점유 센서, 화재 감지기가 있습니다. 이 장치는 각 방으로 흐르는 중앙 공기를 제어하고 중앙 HVAC 시스템으로 한 방에서 다른 방으로 공기를 이동하며 태양이 비치지 않을 때 사용하기 위해 태양열을 통해 축열수 탱크를 가열하거나 냉각할 수 있습니다. 또한 지하 60°F의 물을 히트 펌프로 옮기고, 필요에 따라 미끄러지는 벽에 내장된 전동식 열 창 덮개를 제어하고, 각 전구의 조명을 조정할 수 있습니다.

그래서 무엇이 문제입니까?

위와 같은 상황이 발생하지 않는 데에는 몇 가지 이유가 있습니다.

• 99.999% 이상의 신뢰성과 저렴한 비용으로 프로세서를 연결할 수 있는 건물에 승인된 표준 통신 시스템이 없습니다. "9초 5"는 연간 평균 10분 미만으로 시스템이 실패함을 의미합니다.
• 건물의 모든 기기에서 작동하는 승인된 표준 운영 체제(OS)는 없습니다. 컴퓨터용 Windows, iPhone용 iOS, 기타 스마트폰용 Android가 있습니다. 이를 통해 이러한 컴퓨팅 장치는 다양한 소프트웨어 패키지를 조정하고 연결할 수 있습니다. 그러나 스마트 빌딩 기기용으로 승인된 OS가 없기 때문에 여러 스마트 기기를 한 건물에 플러그 앤 플레이 방식으로 통합하기가 어렵습니다.

신뢰성을 보장하는 방법

실제 벽 조명 스위치를 켜면 스위치와 천장 전구 간의 통신이 99.999% 이상 작동합니다. 거의 주목받지 못하는 미묘한 포인트지만 중요합니다. 입주자와 건축업자는 일반적인 건물 인프라의 안정성이 떨어지는 것을 용납하지 않습니다.

무선 및 전력선 통신은 1%에서 10% 정도의 오류율로 신뢰성이 현저히 떨어집니다. 이는 사각 지대, 혼잡한 스펙트럼, 낮은 신호 대 잡음비, 너무 작은 안테나 및 차단된 신호 때문입니다. 전력선 통신에는 전력선에 데이터 신호를 배치하는 것이 포함되지만 신호는 퓨즈 박스로 라우팅된 다음 외부로 라우팅되어야 합니다. 그것은 전원 케이블을 따라 엄청난 동적 전압 강하와 혼합되어 빈번한 오류로 이어집니다.

여기서 엔지니어가 저비용 MCU를 사용하여 건물을 네트워크로 연결하려면 자동차에서 센서와 액추에이터를 상호 연결하는 데 사용하는 네트워킹 시스템인 CAN 버스를 지원하는 와이어가 필요합니다. 실수로 전원선에 연결했을 때 데이터선이 손상되지 않도록 보호합니다.

하나의 케이블이 여러 장치에 연결되고 분기 분기가 있음을 의미하는 "트리"라는 배선 토폴로지 유형이 있습니다. 전원 케이블과 건물 구조가 나무의 가지처럼 구성되어 있기 때문에 이를 지원하는 데이터 와이어 시스템이 필요합니다. 두 장치 사이에 단일 와이어가 있는 이더넷과 분기 없이 하나의 와이어를 따라 여러 장치가 있는 데이지 체인과는 다릅니다.

가벼운 응용 프로그램과 무거운 응용 프로그램

스마트 빌딩의 소비자를 가볍고 무거운 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 라이트 카테고리는 20W 미만을 소비하는 반면 헤비 사용자는 더 많이 소비합니다. 조명 카테고리에는 LED 전구, 조명 스위치, 온도 조절기, 온도 센서, 점유 센서, 화재 감지기, 창문 열 덮개용 모터, 커튼 및 블라인드용 모터, 덕트/환기용 댐퍼용 모터, 라디에이터 밸브가 포함됩니다. 헤비 카테고리는 110/220 V_AC를 포함합니다. 전원 콘센트, HVAC, 대형 가전 제품 및 팬.

예를 들어 10W LED 전구는 110V_AC에서 0.1A를 소비합니다. , 그리고 1/200 입니다. 20A 퓨즈. 건물에 있는 대부분의 장치는 조명 범주에 속합니다. 비용을 절약하기 위해 엔지니어는 전원 전압이 낮고 부피가 덜 큰 전원 케이블을 사용하여 조명 장치를 연결할 수 있습니다. 예를 들어, 빛은 48V_DC를 라우팅할 수 있습니다. 18awg 전선의 전원을 켜고 무거운 애플리케이션은 기존의 110/220V_AC를 사용할 수 있습니다. 14-awg 전선의 전원을 켭니다.

48V_DC 전력에는 저렴한 전자 제품 및 데이터 와이어 보호가 포함됩니다. 또한 48V_DC 배선 제한이 적은 빌딩 코드를 수반합니다. 따라서 대부분의 장치가 보다 저렴한 48V_DC로 전원을 공급받는 경우 , 엔지니어는 잠재적으로 모든 위치에서 네트워크로 연결된 스마트 장치를 통합하기 위해 절약된 비용을 리디렉션할 수 있습니다.

자동화 네트워크는 건물 전체의 중앙 위치에서 연결됩니다. 출처:맨해튼 2

모든 기기의 공통 소프트웨어

엔지니어가 저렴한 비용과 높은 신뢰성의 스마트 장치를 원할 경우 이를 수행하는 유일한 방법은 모든 장치에 동일한 소프트웨어를 배치하는 것입니다. 또한 전 세계가 이를 무료로 개방하는 데 동의할 수 있는 유일한 방법이기도 합니다. 즉, 누구나 무료로 사용하고 변경할 수 있습니다. 요구 사항이 하나 더 있습니다. 품질입니다. 시스템이 버그가 있고 문서화가 잘 되어 있지 않으면 좋은 평가를 받지 못합니다.

장치가 상호 작용하는 방식을 정의하는 기존 네트워킹 프로토콜이 있지만 완전한 스마트 시스템을 용이하게 하는 소프트웨어는 포함되어 있지 않습니다. 따라서 공학도 학생들은 UMass Amherst 및 BuildingBus라는 다른 학교에서 무료 개방형 스마트 장치 운영 체제를 개발하고 있습니다.

모든 장치는 다른 장치에 메시지를 보낼 수 있습니다. 다른 장치 내의 모든 포트를 읽거나 쓸 수 있습니다. 다른 장치에 대한 정보가 포함된 라이브러리를 수신할 수 있습니다. 의사 실시간으로 다른 장치의 센서를 모니터링할 수 있습니다. 다른 장치에 명령을 보낼 수 있습니다. 각 장치는 다른 모든 장치에서 실행 중인 소프트웨어를 알고 있으므로 내결함성, 높은 안정성 및 플러그 앤 플레이를 특징으로 하는 동시에 활동을 쉽게 조정할 수 있습니다.

모든 장치에서 동일한 운영 체제와 안정적인 통신 시스템을 사용하면 건물을 더 똑똑하고 저렴한 비용으로 더 효율적으로 만들 수 있습니다. 연구원들은 이미 이에 대해 연구하고 있습니다. 그러나 다양한 이니셔티브 중 어떤 것이 최상의 솔루션을 생산할지는 확실하지 않으며 앞으로 몇 년 동안 건물을 더 똑똑하게 만드는 몇 가지 솔루션이 등장하게 될 것입니다.

>> 이 기사는 원래 자매 사이트인 EDN에 게시되었습니다. .