Σύστηµα διαχείρισης ενέργειας σε κτήρια µε χρήση του ρωτοκόλλου ΚΝΧ/ΕΙΒ και αλγόριθµο ροβλε τικού ελέγχου

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ ΤΜΗΜΑ Η.Μ.Μ.Υ. ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗΣ Η/Υ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ Σύστηµα διαχείρισης ενέργειας σε κτήρια µε χρήση του ρωτοκόλλου ΚΝΧ/ΕΙΒ και αλγόριθµο ροβλε τικού ελέγχου Λάζος Χρήστος Εξεταστική ε ιτρο ή: Καθηγητής Σταυρακάκης Γεώργιος (ε ιβλέ ων) Καθηγητής Πουλιέζος Αναστάσιος (Μ.Π..) Καθηγητής Καλαϊτζάκης Κωνσταντίνος Χανιά 28

2

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Εισαγωγή και σκο ός της εργασίας 6 Κεφάλαιο 1: ιαχείριση και εξοικονόµηση ενέργειας σε κτήρια 8 1.1 Εξοικονόµηση ενέργειας..8 1.1.1 Γενικά...8 1.1.2 Κατανάλωση ενέργειας.8 1.1.3 Κοινοτική οδηγία...9 1.2 Έξυ να κτήρια και διαχείριση ενέργειας....1 1.2.1 Η ανά τυξη των BEMS 1 1.2.2 Τα κατανεµηµένα συστήµατα δικτύων ελέγχου..13 1.3 Τα κυριότερα ρωτόκολλα ε ικοινωνίας...15 1.3.1 EIBUS.....15 1.3.2 PROFIBUS (PROcess Field BUS) 18 1.3.3 CANbus.....19 1.3.4 LonWorks......21 1.3.5 BACnet (Building Automation and Control net).24 1.3.6 BitBus.24 1.3.7 Σύγκριση 26 Κεφάλαιο 2: Το ρότυ ο KNX/EIB 28 2.1 Γενικά 28 2.2 Τρό οι µετάδοσης... 29 2.2.1 Μετάδοση µέσω συνεστραµµένου ζεύγους..29 2.2.2 Ασύρµατη µετάδοση 32 2.2.3 Μετάδοση µε χρήση γραµµής ισχύος 32 2.2.4 Μετάδοση µέσω Ethernet 33 2.3 Το ολογία και οργάνωση διαύλου..33 2.4 Μετάδοση ληροφορίας τηλεγραφήµατα 35 3

2.5 Συνδροµητές διαύλου.37 Κεφάλαιο 3: Εγκατάσταση KNX/EIB στο εργαστήριο ελέγχου βιοµηχανικών συστηµάτων του Πολυτεχνείου Κρήτης 39 3.1 Αισθητήρες..41 3.2 Συσκευές ελέγχου ενεργο οιητών 47 3.3 Άλλες συσκευές 54 3.4 Κόστος εγκατάστασης.57 3.5 Εργαλεία λογισµικού..59 3.5.1 Το λογισµικό ETS (EIB Toolbox software)...59 3.5.2 EIB OPC Server.64 3.5.3 Matlab 65 Κεφάλαιο 4: Αλγόριθµος ροβλε τικού ελέγχου 67 4.1 Περιγραφή του συστήµατος..67 4.2 Κατασκευή υ οδείγµατος και ταυτο οίηση 68 4.2.1 Υ όδειγµα..68 4.2.2 Ταυτο οίηση.72 4.3 Έλεγχος.79 4.4 Παράµετροι σχεδιασµού 8 4.4.1 Ε ιθυµητές τιµές...8 4.4.2 Ορίζοντας ρόβλεψης.82 4.4.3 Πίνακες βαρών.82 4.4.4 Χρόνος δειγµατοληψίας..84 Κεφάλαιο 5: Το γραφικό εριβάλλον 86 5.1 Εκκίνηση, τερµατισµός...87 5.2 Αισθητήρες... 87 5.3 Ενεργο οιητές..87 5.4 Ε ιθυµητές τιµές..88 5.5 Γραφήµατα... 88 4

Κεφάλαιο 6: Α οτελέσµατα 93 6.1 Γενική εριγραφή..93 6.2 Γραφήµατα τελικού συστήµατος.94 6.2.1 Α οτελέσµατα α ό 12 έως 14-2-28 94 6.2.2 Α οτελέσµατα α ό 8 έως 9-1-28.97 6.3 Γραφήµατα µε χρόνο δειγµατοληψίας 2 min... 1 6.3.1 Α οτελέσµατα α ό 13 έως 14-12-27.1 Κεφάλαιο 7: Συµ εράσµατα Μελλοντικές ε εκτάσεις 14 7.1 Συµ εράσµατα...14 7.2 Μελλοντικές ε εκτάσεις 15 Βιβλιογραφία 16 5

Εισαγωγή και σκο ός της εργασίας Τα ζητήµατα της ενέργειας έχουν γίνει τα τελευταία χρόνια ιο ε ίκαιρα α ό οτέ. Η ανεξέλεγκτη ρύ ανση και οι αγκόσµιες κλιµατολογικές αλλαγές ε ιβάλλουν την άµεση εφαρµογή λύσεων ό ως η αραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας α ό ανανεώσιµες ηγές, η αύξηση της α οδοτικότητας των διαδικασιών αραγωγής και η εξοικονόµηση ενέργειας. Η αρούσα εργασία έχει ως αντικείµενο την τη δηµιουργία ενός συστήµατος αυτοµάτου ελέγχου του µικροκλίµατος ενός εσωτερικού χώρου. Με τον όρο µικροκλίµα εννοούµε µια σειρά α ό αράγοντες ό ως η θερµοκρασία, η υγρασία, η οιότητα του αέρα και τα ε ί εδα του φωτισµού. Με την κατάλληλη ρύθµιση των αραγόντων αυτών δηµιουργούνται άνετες συνθήκες αραµονής και διαβίωσης. Το σύστηµα αυτό κάνει χρήση της τεχνολογίας των διαύλων δικτύωσης κτηρίων και συγκεκριµένα του ρωτοκόλλου KNX/EIB. Πρόκειται για ένα δίκτυο τριών ειδών συσκευών, αισθητήρων, ενεργο οιητών και ενός ελεγκτή. Ο ελεγκτής, ο ο οίος είναι ένας ηλεκτρονικός υ ολογιστής λαµβάνει γνώση των τιµών ου στέλνουν οι αισθητήρες και στέλνει τιµές στους ενεργο οιητές. Ο σκο ός της εργασίας είναι η αρουσίαση ενός αλγορίθµου ελέγχου τέτοιου ώστε να ε ιτυγχάνονται δύο στόχοι, οι καλλίτερες δυνατές συνθήκες και η κατά το δυνατό λιγότερη κατανάλωση ενέργειας. Προφανώς ρόκειται για δύο στόχους αντικρουόµενους, αλλά εξίσου σηµαντικούς. Προτείνεται η εφαρµογή ενός αλγορίθµου ροβλε τικού ελέγχου, ο ο οίος έχοντας γνώση της αρούσας κατάστασης ροβλέ ει τη συµ εριφορά του συστήµατος σε όλα τα δυνατά σενάρια λειτουργίας των ενεργο οιητών και ε ιλέγει το καλλίτερο α ό αυτά. Το «υλικό» του συστήµατος α οτελείται α ό 9 αισθητήρες, 4 ενεργο οιητές και ένα ελεγκτή. Υ άρχουν 4 εσωτερικοί αισθητήρες, θερµοκρασίας, σχετικής υγρασίας, συγκέντρωσης CO2 και φωτεινότητας, ενώ οι 5 εξωτερικοί είναι θερµοκρασίας, σχετικής υγρασίας, φωτεινότητας και βροχής. Ο ελεγκτής, ό ως ήδη αναφέρθηκε, είναι ένας υ ολογιστής. 6

Το «υλικό» είναι εύκολα ε εκτάσιµο, καθώς το δίκτυο ΕΙΒ ε ιτρέ ει ελεύθερη το ολογία των κόµβων. Έτσι ανά άσα στιγµή µ ορεί να ροστεθεί ή να αναιρεθεί ένας κόµβος, µε τις α αραίτητες αλλαγές και στο λογισµικό. 7

1. ιαχείριση και εξοικονόµηση ενέργειας σε κτήρια 1.1 Εξοικονόµηση ενέργειας 1.1.1 Γενικά Τα τελευταία χρόνια υ άρχει µια αγκόσµια κρίση στον τοµέα της ενέργειας. Το µεγαλύτερο µέρος της ενέργειας αράγεται α ό ορυκτούς όρους ( ετρέλαιο, φυσικό αέριο, λιγνίτης) και δυστυχώς αυτοί οι όροι µειώνονται συνεχώς. Ταυτόχρονα υ άρχει µια αγκόσµια αύξηση στην κατανάλωση ενέργειας. Αυτά έχουν ως α οτέλεσµα την συνεχή αύξηση του κόστους αγοράς της ενέργειας σήµερα. Παράλληλα, η αραγωγή ενέργειας µέσω της καύσης των ορυκτών καυσίµων συνε άγεται την έκλυση διοξειδίου του άνθρακα (CO2) το ο οίο οφείλεται για το φαινόµενο του θερµοκη ίου µε τις γνωστές σε όλους µας συνέ ειες τόσο για εµάς όσο και για το εριβάλλον. Υ άρχουν δύο µέθοδοι ου µ ορούν να εφαρµοστούν αράλληλα για την κατα ολέµηση αυτού του φαινοµένου. Ο ρώτος είναι να στραφούµε στην αραγωγή ενέργειας α ό ΑΠΕ (Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας) ό ως η αιολική και η ηλιακή ενώ ο άλλος τρό ος είναι να εριορίσουµε την εριττή κατανάλωση ενέργειας. 1.1.2 Κατανάλωση ενέργειας Η κατανοµή της κατανάλωσης ενέργειας στην Ευρω αϊκή Ένωση είναι: Κτήρια : 4% Βιοµηχανία : 28% Μεταφορές : 32% Σχήµα 1.1 Κατανάλωση ενέργειας στην Ευρω αϊκή Ένωση Στην κατηγορία των κτηρίων τα 2/3 της ενέργειας οφείλεται στις οικίες (26% ε ί του συνόλου) και το υ όλοι ο 1/3 οφείλεται στα γραφεία (14% ε ί του συνόλου)[1]. Ενδεικτικά όσον αφορά τις οικίες, το 77% της ενέργειας 8

καταναλώνεται για θέρµανση, ψύξη και φωτισµό[2] ενώ κάτι αντίστοιχο ισχύει και για τα γραφεία. εδοµένου ότι δεν είναι όλα τα κτήρια φτιαγµένα µε τον ενεργειακά βέλτιστο τρό ο (σωστή µόνωση κ.λ..) και δεδοµένου ότι οι ερισσότεροι χρήστες των κτηρίων δεν κάνουν σωστή διαχείριση της ενέργειας (ανοίγουν αράθυρα και κλιµατιστικό ταυτόχρονα, αφήνουν ανοικτά τα φώτα και φεύγουν κ.α.), είναι φανερό ως υ άρχει εριττή σ ατάλη ενέργειας. 1.1.3 Κοινοτική οδηγία Η Ευρω αϊκή Ένωση θέλοντας να τηρήσει το ρωτόκολλο του Κιότο[3], το ο οίο αναφέρεται στην µείωση των εκ οµ ών CO2 κατά 5% (σε σχέση µε τις εκ οµ ές του 199) µέχρι το 21, θέσ ισε το 26 µια νέα κοινοτική οδηγία ρος τα κράτη µέλη[4]. Αυτή η οδηγία αναφέρεται στην α όδοση ενεργειακής ταυτότητας σε όλα τα κτήρια. Η βαθµολογία ου θα αίρνει το κάθε κτήριο θα α οδίδεται µετά α ό ενεργειακή µελέτη και θα εξαρτάται α ό την ενέργεια ου καταναλώνει, α ό την έκταση του σε τετραγωνικά µέτρα, α ό το αν αξιο οιεί σωστά την ενέργεια, α ό το αν χρησιµο οιεί ΑΠΕ, α ό το αν µολύνει το εριβάλλον κ.α. Σχήµα 1.2 Μορφή ιστο οιητικού ενεργειακής α όδοσης κτηρίου κατηγορίας C [1] 9

1.2 Έξυ να κτήρια και διαχείριση ενέργειας Η νοηµοσύνη είναι µια λέξη ου χρησιµο οιείται για να υ ονοήσει ότι ένας µικροε εξεργαστής έχει ενσωµατωθεί στην «ευφυή» συσκευή. Εντούτοις, εφαρµόζεται ε ίσης στα κτήρια, ό ου δεν υ άρχει κά οιος α λός ορισµός. Ένας ορισµός είναι ένα κτήριο ου αρέχει ένα αραγωγικό και οικονοµικώς α οδοτικό εριβάλλον µέσω της βελτιστο οίησης τεσσάρων βασικών στοιχείων του: δοµή, υ ηρεσίες, διαχείριση και τις µεταξύ τους αλληλεξαρτήσεις. Η νοηµοσύνη ενός κτηρίου εξαρτάται α ό την αλληλε ίδραση των, ελεγχόµενων α ό µικροε εξεργαστές, συστηµάτων ου µ ορούν να υ άρξουν σε αυτό, ό ως ένα δίκτυο υ ολογιστών µε τον κεντρικό υ ολογιστή του (server), ή το σύστηµα ασφάλειας µε τον ε ικεφαλής ηλεκτρονικό υ ολογιστή του. Όσο µεγαλύτερη γίνεται αυτή η αλληλε ίδραση, για αράδειγµα η διανοµή των συστηµάτων διαύλων και των ε ικοινωνιών, τόσο ευφυέστερο γίνεται το κτήριο. 1.2.1 Η ανά τυξη των BEMS. Τα συστήµατα διαχείρισης της ενέργειας κτηρίων έχουν ανα τυχθεί αράλληλα µε την ε ανάσταση της µικροηλεκτρονικής και της ε ιστήµης υ ολογιστών των ρόσφατων ετών. Αυτό συµβαίνει ε ειδή τα BEMSs είναι στην ουσία συστήµατα µικροϋ ολογιστών ου χρησιµο οιούνται για τις εγκαταστάσεις ελέγχου των κτιριακών λειτουργιών. Ο ρώτος ρόγονος των BEMS ήταν το «σκληρά-καλωδιωµένο» κεντρικό σύστηµα. Πρωτοεµφανίστηκε στη δεκαετία του '6 και υιοθετήθηκε στα µεγάλα κτήρια. Το σύστηµα ήταν βασικά µια ε έκταση των συµβατικών καλωδίων ελέγχου σε µια κεντρική κονσόλα, µε ίνακες, φώτα δεικτών και ένα όργανο καταγραφής διαγραµµάτων, ου ε έτρε ε σε έναν χειριστή στην κονσόλα να αρακολουθεί τις α οµακρυσµένες εγκαταστάσεις και να βλέ ει τις θερµοκρασίες ου εµφανίζονταν. Κανένας υ ολογιστής ή µικροηλεκτρονική δεν εριλήφθηκε, και στηρίχθηκε στο χειριστή για να αλλάζει τις ρυθµίσεις και τους χρόνους ελέγχου. 1

Αυτά τα «σκληρά-καλωδιωµένα» συστήµατα βελτιώθηκαν στη συνέχεια µε την τηλεφωνική τεχνολογία της ε οχής, ου ε έτρεψε στα µεµονωµένα στοιχεία των εγκαταστάσεων να συνδεθούν, µέσω άνελ συλλογής δεδοµένων το ικών στις εγκαταστάσεις, σε ένα κεντρικό καλώδιο-κορµό ου ερνά γύρω α ό το κτήριο και α ό την κεντρική κονσόλα. Αυτή η ολυ λεξία, ελάττωσε την καλωδίωση µε τη χρησιµο οίηση του ίδιου καλωδίου-κορµό για διάφορα άνελ συλλογής δεδοµένων. Με τις ταχείες ροόδους της µικροηλεκτρονικής, και τις εκατοντάδες τρανζίστορ ου ενσωµατώνονται σε ένα υψηλής κλίµακας ολοκλήρωσης (Large Scale Integration - LSI) τσι υριτίου, µε ε ιφάνεια ερί ου 5 mm 2, ροέκυψαν τα ρώτα βασισµένα σε υ ολογιστή συστήµατα ελέγχου. Αυτά τα ρώτα BEMS ήταν συγκεντρωτικά συστήµατα διαχείρισης της ενέργειας και εµφανίστηκαν αρχικά στη δεκαετία του '7, ανα τυσσόµενα στις Ηνωµένες Πολιτείες. Ο κεντρικός σταθµός βασιζόταν σε έναν µίνιυ ολογιστή, ο ο οίος εριείχε όλη την υ ολογιστική ισχύ ή νοηµοσύνη στο σύστηµα, µε τους χωρίς-νοηµοσύνη α οµακρυσµένους σταθµούς, οι ο οίοι ήταν κουτιά για ρελέ και συνδέσεις µε αισθητήρες και ενεργο οιητές, αρόµοια µε τα ροηγούµενα άνελ συλλογής δεδοµένων. Ο όρος ευφυής χρησιµο οιείται ε ειδή ο κεντρικός σταθµός (ο µινι-υ ολογιστής) είχε τη δυνατότητα να υ ολογίζει και να λαµβάνει τις α οφάσεις χρησιµο οιώντας τα δεδοµένα ου λάµβανε α ό τους α οµακρυσµένους σταθµούς. Τα συστήµατα αυτά ήταν ολύ ακριβά, και έτσι ήταν ροσιτά µόνο για τα µεγάλα κτήρια. Αν και αφορούσαν αρχικά τον έλεγχο και την αρακολούθηση των εγκαταστάσεων κλιµατισµού-εξαερισµού (HVAC) και ήταν ε οµένως συστήµατα διαχείρισης της ενέργειας, ήταν ε ίσης σε θέση να ελέγχουν το φωτισµό, τους ανελκυστήρες και τους συναγερµούς ασφάλειας και υρκαγιάς. Στην ραγµατικότητα, τα συστήµατα αυτά χρησιµο οιήθηκαν ως συστήµατα διαχείρισης κτηρίων για να βοηθήσουν στη διαχείριση των µεγάλων και σύνθετων κτηρίων, χωρίς α αραίτητα να εξοικονοµούν ενέργεια. Αυτά τα ρώτα συστήµατα διαχείρισης της ενέργειας κτηρίων εµφανίστηκαν ριν α ό την ενεργειακή κρίση του 1973/74. 11

Αν και αυτά τα ρώτα BEMS ήταν σε θέση να αρακολουθούν και να ελέγχουν τα συστήµατα υρκαγιάς και ασφάλειας, σ άνια εφαρµόζονταν για αυτό το σκο ό. Ακόµη και σήµερα υ άρχουν ροβλήµατα στην ενσωµάτωση συστηµάτων ό ως τα συστήµατα συναγερµών υρκαγιάς και ασφάλειας σε BEMS, συνήθως λόγω των διαφορετικών ροτύ ων ου χρησιµο οιούνται και των διαφορετικών εµ λεκόµενων κατασκευαστών. Η γρήγορη ανά τυξη της LSI και της VLSI (Very Large Scale Integration - ολύ µεγάλης κλίµακας ολοκλήρωση), ερί ου το 198, οδήγησε σε χιλιάδες τρανζίστορ το οθετηµένα σε ένα τσι (στο τσι του Pentium υ άρχουν σήµερα εκατοµµύρια τρανζίστορ). Ως εκ τούτου οι µικροϋ ολογιστές, ή οι ροσω ικοί υ ολογιστές (PCs), έγιναν ολύ ιο ισχυροί. Και οι α οµακρυσµένοι σταθµοί, µικροί µικροϋ ολογιστές οι ίδιοι, αφού εριέχουν τσι µικροελεγκτή, κέρδισαν αρκετά σε δύναµη ε εξεργασίας, α οκτώντας νοηµοσύνη. Αυτό τους ε έτρεψε να λειτουργούν α ό µόνοι τους, ή να γίνουν αυτόνοµοι α οµακρυσµένοι σταθµοί, εξαρτώµενοι α ό τον κεντρικό σταθµό µόνο για ένα µικρό οσοστό του χρόνου της λειτουργίας τους. Αυτοί οι α οµακρυσµένοι σταθµοί έχουν αρκετά ερισσότερες λειτουργίες ελέγχου σε σχέση µε τους αλαιότερους, µη ευφυείς σταθµούς, οι ο οίοι έτειναν να έχουν ερισσότερο ένα ρόλο αρακολούθησης αρά ελέγχου. Πράγµατι, κάθε ευφυής α οµακρυσµένος σταθµός µ ορεί να ελέγξει ένα µικρό κτήριο α ό µόνος του, και η εγκατάσταση αυτών των ευφυών α οµακρυσµένων σταθµών είναι οικονοµική για τα µικρού και µεσαίου µεγέθους κτήρια. Ο κεντρικός σταθµός µ ορεί να ε ικοινωνήσει µε ολλούς α οµακρυσµένους σταθµούς όταν χρειάζεται, είτε σε ένα το ικό δίκτυο ε ικοινωνιών είτε µέσω άλλων δικτύων ό ως το ιαδίκτυο. εδοµένου ότι οι µικροε εξεργαστές έχουν γίνει ισχυρότεροι και λιγότερο ακριβοί, οι α οµακρυσµένοι σταθµοί γίνονται ε ίσης ολύ µικρότεροι και φτηνότεροι, έτσι ώστε να µ ορούν τώρα να ελέγξουν µεµονωµένα στοιχεία των εγκαταστάσεων. Οι εγκαταστάσεις γίνονται ευφυείς. Οι κατασκευαστές των BEMS αρέχουν αυτούς τους µικρούς α οµακρυσµένους σταθµούς στους κατασκευαστές εξο λισµού, έτσι ώστε οι εγκαταστάσεις τους να µ ορούν να 12

ανατεθούν στο εργοστάσιο και να συνδεθούν α λά µε το σύστηµα ε ικοινωνιών BEMS όταν αυτό αραδίδεται. Τα δίκτυα ε ικοινωνίας και τα συστήµατα διαύλων έχουν ανα τυχθεί για να ε ιτρέψουν στον εξο λισµό του κτηρίου να ε ικοινωνήσει, ακόµη και µε τους διακό τες φωτισµού. 1.2.2 Τα κατανεµηµένα συστήµατα δικτύων ελέγχου Η βιοµηχανική ρόοδος στην ανά τυξη ηµιαγωγών και οι αυξανόµενες α αιτήσεις α ό τον τελικό χρήστη,.χ. καλύτερη α όδοση ελέγχου, έχει οδηγήσει στα ροηγµένα συστήµατα ελέγχου, γνωστά ως, σειριακά συστήµατα δικτύων ελέγχου, σχ. 1.3(a). Τα χαρακτηριστικά γνωρίσµατα αυτών των συστηµάτων ελέγχου είναι: Κατανεµηµένη νοηµοσύνη, µε τη χρήση µικροελεγκτών. υνατότητα λειτουργιών σε ραγµατικό χρόνο Ισότιµη (peer-to-peer) αρχιτεκτονική. Η µνήµη και τα ρογράµµατα λογισµικού αρέχονται σε ε ί εδο κόµβων. Το λογισµικό εφαρµόζεται σε ε ί εδα ρωτοκόλλου (protocol layers). Οι εριορισµοί των σειριακών συστηµάτων δικτύων ελέγχου συναντιόνται κυρίως στην ε εκτασιµότητα των δικτύων, καθώς υ οστηρίζουν µια εριορισµένη οικιλία το ολογιών και µέσων µετάδοσης. Αυτοί οι εριορισµοί υ ερνικώνται α ό τη νέα γενεά των κατανεµηµένων συστηµάτων δικτύων ελέγχου, σχ. 1.3(b), ου συµ εριλαµβάνουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: Μίξη των µέσων ε ικοινωνιών (συνεστραµµένο ζεύγος, γραµµές ισχύος, ραδιοσυχνότητες, υ έρυθρες ακτίνες, ο τικές ίνες, οµοαξονικό καλώδιο). 13

Μια καλύτερη, ή ληρέστερη, εφαρµογή του ροτύ ου της OSI, η ο οία συµβάλλει στην υψηλότερη αξιο ιστία του (ανα τυσσόµενου) δικτύου. Ελεύθερη το ολογία. Φιλικό ρος το χρήστη λογισµικό και διαθέσιµα εργαλεία ανά τυξης. Μονάδες διε ικοινωνίας, ύλες, γέφυρες, δροµολογητές και ε αναλή τες. Σχήµα 1.3 οµές καλωδίωσης συστηµάτων δικτύων ελέγχου Η κατανοµή νοηµοσύνης και η αροχή λειτουργιών δικτύων, σηµαίνουν αξιο ιστία µέσων και καλύτερη α όδοση των συστηµάτων ελέγχου. Κατά συνέ εια, η ενσωµατωµένη τεχνολογία αυτοµατο οίησης εισήχθη ό ου ε ιδιώχτηκε ολύ,.χ. αυτοµατισµοί κτηρίων. Με τα κατανεµηµένα συστήµατα δικτύων ελέγχου έχει γίνει ένα σηµαντικό βήµα ρος τα ευφυή συστήµατα αυτοµατο οίησης κτηρίων, µε συνέ εια: Χαµηλότερες λειτουργικές δα άνες Βελτίωση του ανθρώ ινου εριβάλλοντος, ειδικά του χώρου εργασίας Μεγαλύτερη κτιριακή λειτουργικότητα και οικονοµία 14

Παρόµοια µε τις εγκαταστάσεις εργοστασίων, ένα δηµόσιο κτήριο εριλαµβάνει διάφορους τύ ους συστηµάτων δικτύων, ό ως: Συστήµατα αυτοµατο οίησης κτηρίου: έλεγχος του εσωτερικού εριβάλλοντος ή ενεργο οίηση των συναγερµών. Συστήµατα διαχείρισης κτηρίου: έλεγχος, διαχείριση και α οθήκευση των δεδοµένων ελέγχου. Συστήµατα LAN : διαχειριζόµενη ανταλλαγή ληροφοριών µέσα σε µια ε ιχείρηση. Συστήµατα ε ικοινωνιών: αροχή των συνδέσεων για αγκόσµια ε ικοινωνία και ανταλλαγή δεδοµένων. Τα συστήµατα αυτοµατο οίησης κτηρίου χρησιµο οιούνται για τις ακόλουθες υ ηρεσίες αυτοµατισµού και λειτουργίες ελέγχου: Θέρµανση, ψύξη, αερισµός, κλιµατισµός (HVAC) Φωτισµός και φωτισµός έκτακτης ανάγκης ιαχείριση ενέργειας Ασφάλεια και ροστασία Μεταφορά (ανελκυστήρες) Αυτές οι υ ηρεσίες αυτοµατο οίησης υ οστηρίζονται σήµερα α ό τα ρωτόκολλα ε ικοινωνίας ό ως: BACNET, ARCNET, BitBus, CAN, EIBUS, LonWorks, PROFIBUS, και ολλά άλλα συστήµατα βασισµένα στα ρότυ α ε ικοινωνίας, RS- 232, RS- 422, ή RS- 485. 1.3 Τα κυριότερα ρωτόκολλα ε ικοινωνίας 1.3.1 EIBUS Η European Installation Bus (EIB) Association ιδρύεται το 199 α ό 15 εταιρίες, και τώρα είναι µια ένωση σχεδόν 1 εταιριών ηλεκτρικών 15

εγκαταστάσεων ου έχουν συνενωθεί για το σκο ό της ροώθησης στην αγορά κοινών ροτύ ων για τις εγκαταστάσεις διαύλων. Ο στόχος τους για ένα οµοιόµορφο σύστηµα διαχείρισης κτηρίων σε όλη την Ευρώ η ε ιτυγχάνεται : Καθορίζοντας τις τεχνικές οδηγίες για τα συστήµατα και τα ροϊόντα. Ε ινοώντας τους οιοτικούς κανόνες. Καθορίζοντας τις διαδικασίες δοκιµής. Καθιστώντας την τεχνογνωσία των συστηµάτων διαθέσιµη στα µέλη, τα υ οκαταστήµατα και τους κατόχους άδειας. εσµεύοντας τα ινστιτούτα δοκιµών να εκτελούν τις οιοτικές ε ιθεωρήσεις. Χορηγώντας σε τρίτους ου ερνούν τις δοκιµές τη χρήση του σήµατος "ΕΙΒ". Συµµετέχοντας ενεργά στην τυ ο οίηση. Χρήση Η εγκατάσταση διαύλου ΕΙΒ είναι ιδανική για ο οιοδή οτε κτήριο, είτε ρόκειται για ένα συγκρότηµα γραφείων, ξενοδοχείο, σχολείο ή αυτόνοµο σ ίτι. Έχει βρει εµ ορική ε ιτυχία στην η ειρωτική Ευρώ η, ιδιαίτερα στη Γερµανία ό ου έχει σηµειωθεί ένας αριθµός ερί ου 1 µε 15 χιλιάδες εγκαταστάσεων (21). Η γραµµή του διαύλου Η εγκατάσταση διαύλου ΕΙΒ είναι ένα συνεστραµµένο ζεύγος ου είναι το οθετηµένο αράλληλα στο κεντρικό δίκτυο αροχής ηλεκτρικού ρεύµατος. Η γραµµή του διαύλου διασυνδέει όλους τους αισθητήρες και τους ενεργο οιητές µιας εγκατάστασης. Οι αισθητήρες µ ορεί να είναι συσκευές εντολής ό ως οι διακό τες. Άλλοι τύ οι αισθητήρων εριλαµβάνουν τους 16

αισθητήρες θερµοκρασίας, αισθητήρες φωτεινότητας κ.λ. Οι ενεργο οιητές είναι δέκτες εντολής ό ως ηγές φωτισµού, θέρµανση, άνοιγµα ορτών κ.λ. Σε κάθε γραµµή διαύλου µ ορούν να λειτουργήσουν µέχρι 64 συσκευές. Μέχρι 12 τέτοιες γραµµές µ ορούν να ενωθούν µαζί σε έναν συζευκτήρα γραµµών για να διαµορφώσουν µια εριοχή διαύλου. Μέχρι 15 τέτοιες εριοχές διαύλου µ ορούν στη συνέχεια να συνδεθούν µε τη βοήθεια ενός συζευκτήρα εριοχής. Το ολογία Η το ολογία της εγκατάστασης µ ορεί να καθορίσει ελεύθερα το δίαυλο ΕΙΒ. Η καλωδίωση µ ορεί να εφαρµοστεί αράλληλα µε την αροχή κεντρικών αγωγών σε ένα σχηµατισµό γραµµής, αστέρα ή δέντρου. Μετάδοση Οι συσκευές στο δίαυλο ε ικοινωνούν µε ρυθµό 96 bits ανά δευτερόλε το. Οι ληροφορίες ου µεταδίδονται στο δίαυλο εριγράφονται ως τηλεγραφήµατα. Κάθε τηλεγράφηµα υ οδιαιρείται στους ακόλουθους τοµείς: Πεδίο ελέγχου Πεδίο διεύθυνσης Πεδίο δεδοµένων Πεδίο ε αλήθευσης Τα δεδοµένα στα εδία ελέγχου και ε αλήθευσης εξασφαλίζουν την χωρίς λάθη ε ικοινωνία. Τα δεδοµένα στο εδίο διεύθυνσης διευκρινίζουν σε οια εριοχή, σε οια γραµµή διαύλου, και σε οια συσκευή α ευθύνεται το τηλεγράφηµα. Προκειµένου να εξασφαλιστεί η ασφαλής ε ικοινωνία στο δίαυλο έχει υιοθετηθεί ένας µηχανισµός διαιτησίας ου ε ιτρέ ει σε µια µόνο συσκευή να ε ικοινωνεί στο δίαυλο σε κάθε χρονική στιγµή. 17

1.3.2 PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) Το PROFIBUS είναι το κύριο ανοικτό σύστηµα fieldbus στην Ευρώ η και α ολαµβάνει αγκόσµια α οδοχή. Η εφαρµογή εριλαµβάνει τους τοµείς της κατασκευής και αυτοµατο οίησης κτηρίων. Το PROFIBUS είναι ένα διεθνές, ανοικτό fieldbus ρότυ ο ου τυ ο οιήθηκε στο ευρω αϊκό EN 5 17 fieldbus ρότυ ο. Αυτό αρέχει τη βέλτιστη ροστασία των ροµηθευτών και χρηστών. Σήµερα, όλοι οι κύριοι κατασκευαστές της τεχνολογίας αυτοµατο οίησης ροσφέρουν διε αφές PROFIBUS για τις συσκευές τους. Η οικιλία των ροϊόντων εριλαµβάνει ερισσότερες α ό 1.5 διαφορετικές συσκευές και υ ηρεσίες, ερί ου 4 εκ των ο οίων είναι ε ικυρωµένες συσκευές, εξασφαλίζοντας εύκολη λειτουργία ακόµη και σε δίκτυα ολλα λών ροµηθευτών. Το PROFIBUS έχει χρησιµο οιηθεί ε ιτυχώς σε άνω α ό 2. ραγµατικές εφαρµογές σε όλο τον κόσµο και ερισσότερες α ό 2.. συσκευές έχουν εγκατασταθεί. Η τεχνολογία PROFIBUS ανα τύσσεται και διαχειρίζεται α ό την οργάνωση χρηστών PROFIBUS User Organization. Η ιδιότητα µέλους σε αυτήν την οργάνωση ροσφέρει αυξηµένες ληροφορίες και ανταγωνιστικότητα στην αγορά. Στα µέλη εριλαµβάνονται κατασκευαστές, χρήστες και ερευνητικά ιδρύµατα. Οι εριφερειακές οµάδες χρηστών σε 2 σηµαντικές βιοµηχανικές χώρες ροσφέρουν υ οστήριξη µητρικής γλώσσας σε όλο τον κόσµο. Όλες οι εριφερειακές οµάδες χρηστών είναι ενωµένες κάτω α ό την οργάνωσηοµ ρέλα PROFIBUS International (PI) ου, µε ερισσότερα α ό 75 µέλη, είναι η µεγαλύτερη οργάνωση fieldbus στον κόσµο. Βασικές Ιδιότητες Το PROFIBUS καθορίζει τα τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά ενός σειριακού fieldbus ου διασυνδέει τις κατανεµηµένες ψηφιακές συσκευές α ό 18

χαµηλό (ε ί εδο αισθητήρα / ενεργο οιητή) µέχρι το µεσαίο (ε ί εδο κυττάρων) ε ί εδο α όδοσης. Το σύστηµα εριέχει master και slave συσκευές. Μια master συσκευή είναι σε θέση να ελέγξει το δίαυλο,.χ. µ ορεί να µεταφέρει µηνύµατα χωρίς µακρινό αίτηµα όταν έχει δικαίωµα ρόσβασης στο δίαυλο. Οι master συσκευές καλούνται ενεργοί σταθµοί στο ρωτόκολλο PROFIBUS. Χαρακτηριστικές master συσκευές είναι τα PLC (Programmable Logic Controller), CNC (Compare Numerical Controller) και ελεγκτές κυττάρων. Οι slave συσκευές είναι α λές α οµακρυσµένες συσκευές. Χαρακτηριστικές slave συσκευές είναι οι αισθητήρες, οι ενεργο οιητές και συσκευές α οστολής σηµάτων. εν έχουν κανένα δικαίωµα ρόσβασης στους διαύλους,.χ. µ ορούν µόνο να αναγνωρίσουν τα λαµβανόµενα µηνύµατα, ή κατά α αίτηση µιας master συσκευής, να µεταδώσουν µηνύµατα σε αυτή τη συσκευή. Οι slave συσκευές καλούνται ε ίσης ως αθητικοί σταθµοί στο ρωτόκολλο PROFIBUS. Οι slave συσκευές χρειάζονται µόνο ένα µικρό µέρος του ρωτοκόλλου και ε οµένως το ρωτόκολλο είναι ιδιαίτερα α λό να εφαρµοστεί. Εύκολη Συντήρηση Λόγω του ότι το PROFIBUS µ ορεί να χρησιµο οιηθεί α ό το ε ί εδο τοµέων µέχρι το ε ί εδο κυττάρων µε οµοιόµορφο ρωτόκολλο και τεχνικές µετάδοσης, το κόστος για την εγκατάσταση, συντήρηση και κατάρτιση ελαχιστο οιούνται. 1.3.3 CANbus (Controller Area Network) Το ρωτόκολλο CAN ανα τύχθηκε στην Ευρώ η το 1988 α ό την Intel και τη Bosch. Αρχικά στόχευσαν στη χρήση σε αυτοκίνητα αλλά α οδείχτηκε ε ίσης ολύ καλό για χρήση σε βιοµηχανικά συστήµατα ελέγχου µηχανών ραγµατικού χρόνου. Μέσω της ε ιτυχούς χρήσης του ρωτοκόλλου CAN στα αυτοκίνητα και σε βιοµηχανικές εφαρµογές ό ως οι συσκευές ελέγχου, 19

αισθητήρες και ενεργο οιητές, το CAN καθιερώθηκε στις ΗΠΑ και σε άλλα µέρη του κόσµου. Είναι διεθνώς τυ ο οιηµένο κάτω α ό το ρότυ ο ISO 11898. Μεταξύ των χαρακτηριστικών γνωρισµάτων του είναι: Γρήγορη µεταφορά δεδοµένων 1 ΜΒ/s εάν το µήκος διαύλου είναι λιγότερο α ό 4 µέτρα. Τα µηνύµατα έχουν έναν ροβλέψιµο µέγιστο χρόνο α όκρισης. Ένα µήνυµα ώθησης χωρίς δεδοµένα και µε την ιο υψηλή ροτεραιότητα µ ορεί να έχει έναν µέγιστο χρόνο α όκρισης 54 µs στο δίαυλο εάν χρησιµο οιείται ρυθµός µεταφοράς 1 ΜΒ/s. Τα µηνύµατα µ ορεί να σταλούν α ό σηµείο σε σηµείο ή να είναι ευρείας ή ολλα λής διανοµής. Υ οστηρίζονται α οµακρυσµένα µηνύµατα. Μια Λειτουργική Μονάδα µ ορεί άντα να ροετοιµαστεί για να διαβιβάσει αµέσως τα ιο ρόσφατα διαθέσιµα δεδοµένα κατό ιν αιτήσεως α ό ο οιαδή οτε άλλη µονάδα. 232 (Standard CAN) ή 536.87.912 (Extended CAN) διαφορετικά µηνύµατα είναι διαθέσιµα, κάθε ένα α ό τα ο οία εριέχει - 8 bytes δεδοµένων. Ισχυρή ανίχνευση και χειρισµός σφάλµατος. Εάν υ άρχει ένα αλλοιωµένο µήνυµα σε 1 µεταδόσεις η συνολική ιθανότητα σφάλµατος στα υ όλοι α µηνύµατα ανέρχεται σε 8.5 1-14. Προγραµµατίσιµος ρυθµός µεταφοράς. Προγραµµατίσιµη διαµόρφωση οδηγών εξόδου. Χαµηλού κόστους CAN ελεγκτές και µικροτσί µε ενσωµατωµένους CAN ελεγκτές είναι εµ ορικά διαθέσιµα α ό τις εταιρίες Intel, Motorola, Philips, Siemens, NEC και National. 2

Ε ισκό ηση Τα δίκτυα CAN µ ορούν να χρησιµο οιηθούν ως ενσωµατωµένο σύστηµα ε ικοινωνιών για µικροελεγκτές καθώς ε ίσης και ως ανοικτό σύστηµα ε ικοινωνιών για ευφυείς συσκευές. Το σειριακό σύστηµα διαύλου CAN, αρχικά ανα τυγµένο για χρήση στα αυτοκίνητα, χρησιµο οιείται όλο και ερισσότερο στη βιοµηχανία καθώς ε ίσης και στην αυτοµατο οίηση κτηρίων και σε ιατρικούς εξο λισµούς. Α όδοση Το ολογία: ιαµόρφωση µε µόνο µια λογική γραµµή διαύλου. Μέσο µετάδοσης: Καλυµµένο χάλκινο καλώδιο, καθώς ε ίσης και ο τικές ίνες. Μήκος διαύλου: Α ό 4 µέτρα για 1 Mbps ως 5 µέτρα για 125 Kbps. Ρυθµός µετάδοσης: Α ό 1 Kbps έως 1 Mbps. Ποσότητα δεδοµένων: έως 8 bytes ανά µήνυµα. Αριθµός ροσδιοριστικών: µέχρι 232. Μήκος µηνυµάτων: µέχρι 13 bits. Πλεονεκτήµατα Υψηλή αξιο ιστία, α οδοτική χρήση του εύρους ζώνης δικτύων και της διαθέσιµης ενέργειας στο δίκτυο. Μειονεκτήµατα Περιορισµένη α οδοχή εκτός Ευρώ ης. Το ρωτόκολλο είναι αρκετά ερί λοκο ως ρος την ανά τυξή του. 1.3.4 LonWorks Το LonWorks είναι µια τεχνολογία ου ανα τύχθηκε για κατανεµηµένα δίκτυα ελέγχου ό ου διάφορα συστήµατα µ ορούν να χρησιµο οιήσουν το ίδιο καλώδιο για τη µετάδοση σηµάτων. Η τεχνολογία ανα τύσσεται α ό την εταιρία Echelon Corporation. Η τεχνολογία µ ορεί να χρησιµο οιηθεί για να 21

ελέγξει ολλές α ό τις λειτουργίες σε κτήρια και βιοµηχανίες. Σε ένα ευφυές σ ίτι ο έλεγχος της θέρµανσης, του εξαερισµού, ο έλεγχος ρόσβασης και ο φωτισµός είναι λίγο ολύ αυτοµατο οιηµένα. Αυτές οι λειτουργίες α αιτούν συνήθως χωριστά καλώδια για την τροφοδοσία και τη σηµατοδότηση. Ένα ρόσθετο ρόβληµα είναι τα ολλά διαφορετικά ρότυ α ου χρησιµο οιούνται. Με τη χρησιµο οίηση του LonWorks όλες οι λειτουργίες µ ορούν να διαβιβάσουν τα σήµατα και να τροφοδοτηθούν α ό το ίδιο καλώδιο και σε µερικές ερι τώσεις µ ορεί ακόµη και να χρησιµο οιηθεί η υ άρχουσα γραµµή τροφοδοσίας. Το µεγαλύτερο λεονέκτηµα του LonWorks είναι ότι διαφορετικά συστήµατα µ ορούν να ε ικοινωνήσουν, να ανταλλάξουν ληροφορίες και να αλληλε ιδράσουν µε έναν τυ ο οιηµένο τρό ο. Το α οτέλεσµα είναι ένα α οδοτικότερο και ιο εύκολο στη χρήση σύστηµα. Neurons Το βασικό κοµµάτι ενός ροϊόντος LonWorks είναι ένα ολοκληρωµένο κύκλωµα α οκαλούµενο Neuron. Ένα Neuron chip χειρίζεται και το δίκτυο (µετάδοση σηµάτων) και την λειτουργία Ι/Ο (εισόδου/εξόδου) µέσω ενός λειτουργικού συστήµατος. Το µόνο ράγµα ου α αιτείται µεταξύ του Neuron chip και του φυσικού δικτύου είναι ένας οµ οδέκτης (transceiver). Κάθε µονάδα ου εριέχει ένα Neuron chip, ένα οµ οδέκτη και µονάδα Ι/Ο καλείται κόµβος. Το δίκτυο α οτελείται α ό κόµβους ου ε ηρεάζουν το εριβάλλον τους. Οι κόµβοι µ ορούν να ε ικοινωνήσουν µεταξύ τους µε λήθος διαφορετικών µέσων µε τη χρήση ενός κοινού ρωτοκόλλου µηνυµάτων (LonTalk). Ε εκτασιµότητα Στην ράξη δεν υ άρχει κανένα όριο στον αριθµό σηµείων ελέγχου (κόµβοι) στο δίκτυο. Πρόσθετες λειτουργίες µ ορούν εύκολα να ροστεθούν αργότερα χωρίς τρο ο οιήσεις στο υ άρχον σύστηµα. Η δοµή του δικτύου α οθηκεύεται στον κόµβο και στη βάση δεδοµένων του συστήµατος. Ο ε ανασχηµατισµός δεν α αιτεί ο οιαδή οτε αλλαγή στα υ άρχοντα καλώδια ή τα εγκατεστηµένα ροϊόντα. Όλα µ ορούν να γίνουν 22

µε ένα PC. Το LonWorks χρησιµο οιεί ένα κοινό εργαλείο ρωτοκόλλου και εγκατάστασης για τις διάφορες εφαρµογές. Αυτό καθιστά εφικτό τον εύκολο συνδυασµό λειτουργιών και διε αφών για διαφορετικά υ οσυστήµατα σε ένα κτήριο. Αξιό ιστη Λειτουργία Το LonWorks είναι λήρως κατανεµηµένο και δεν χρειάζεται κανένα κεντρικό ελεγκτή. Σε ερί τωση δυσλειτουργίας κά οιων µονάδων το υ όλοι ο σύστηµα θα συνεχίσει να λειτουργεί κανονικά. Το ρωτόκολλο LonTalk φτιάχτηκε για τη µέγιστη αξιο ιστία σε διάφορες λειτουργίες ό ως ε ιβεβαίωση µηνύµατος, ανίχνευση λάθους, ε αναµετάδοση, ροτεραιότητες, ροσδιορισµός α οστολέα κ.λ. LonTalk Η καρδιά της τεχνολογίας LonWorks είναι το ρωτόκολλο ε ικοινωνίας LonTalk. Αυτό το ρωτόκολλο σχεδιάστηκε ειδικά για δίκτυα συστηµάτων ελέγχου και καθορίζει τις peer-to-peer ε ικοινωνίες µεταξύ των συσκευών. Το ρωτόκολλο είναι βασισµένο σε έναν ενισχυµένο CSMA (Carrier Sense Media Access) αλγόριθµο ρόσβασης στο δίκτυο, ο ό οιος ροβλέ ει ένα σχέδιο α οφυγής σύγκρουσης. Το α οτελέσµατα είναι η συνε ής α όδοση του δικτύου, χωρίς υ οβάθµιση λόγω αυξηµένης κυκλοφορίας στο δίκτυο. Τα χαρακτηριστικά του ρωτοκόλλου είναι: Εφαρµόζεται στο Neuron chip. Ακολουθεί το ρότυ ο αναφοράς 7- Layer OSI (Open Systems Interconnection model). Είναι βελτιστο οιηµένο για τα δίκτυα ελέγχου. Υ οστηρίζει σύντοµα µηνύµατα. Είναι ανεξάρτητο του µέσου. Εξασφαλίζει κόµβους χαµηλότερου κόστους. Παρέχει υψηλή αξιο ιστία. 23

1.3.5 BACnet (Building Automation and Control net) Το BACnet είναι ένα ρωτόκολλο ε ικοινωνίας για τον αυτοµατισµό κτηρίων και τα δίκτυα ελέγχου ειδικά σχεδιασµένο για τις ανάγκες του αυτοµατισµού κτηρίων και τον έλεγχο του εξο λισµού. Το BACnet ανα τύχθηκε α ό µια ε ιτρο ή ου διαµορφώθηκε α ό την Αµερικάνικη Ε ιτρο ή Μηχανικών Θέρµανσης, Ψύξης και Κλιµατισµού (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers - ASHRAE). Ο κύριος στόχος της ε ιτρο ής ήταν να δηµιουργήσει ένα ρωτόκολλο ου θα ε έτρε ε σε κτιριακά συστήµατα α ό διαφορετικούς κατασκευαστές να ε ικοινωνήσουν και να συνεργαστούν µε έναν αρµονικό τρό ο. Για να ε ιτύχει τη διαλειτουργικότητα ενός ευρέος φάσµατος του εξο λισµού, η ροδιαγραφή BACnet α οτελείται α ό τρία κύρια µέρη. Το ρώτο µέρος εριγράφει µια µέθοδο α εικόνισης για ο οιουδή οτε τύ ου εξο λισµό αυτοµατισµού κτηρίου µε έναν τυ ο οιηµένο τρό ο. Το δεύτερο µέρος καθορίζει τα µηνύµατα ου µ ορούν να σταλούν µέσω ενός δικτύου υ ολογιστών για να ε ιτηρήσουν και να ελέγξουν τέτοιο εξο λισµό. Και το τρίτο µέρος καθορίζει ένα σύνολο α οδεκτών LANs ου µ ορούν να χρησιµο οιηθούν για τις ε ικοινωνίες BACnet. 1.3.6 BitBus Το BitBus είναι ένα fieldbus ου χρησιµο οιείται για να διασυνδέσει αυτόνοµες µονάδες ελέγχου, τερµατικά κ.λ. Ταιριάζει ιδιαίτερα στα µεσαίου µεγέθους τηλεγραφήµατα ανταλλαγής δεδοµένων (1..25 bytes) ακόµη και για µεγάλες α οστάσεις (αρκετά χιλιόµετρα). Το BitBus είναι βασισµένο σε δύο ρότυ α: Το RS485, ως ηλεκτρική ροδιαγραφή για την αξιό ιστη ε ικοινωνία. 24

Το SDLC, ως ρωτόκολλο λογισµικού για συµ αγή, σύγχρονη µεταφορά µηνυµάτων. Υψηλής ταχύτητας δικτυωµένο Ι/Ο (δίαυλοι αισθητήρα-ενεργο οιητή) είναι α αραίτητο για λυθεί ένα ρόβληµα µε τους συµβατικούς ρογραµµατίσιµους ελεγκτές (PLC/SPS). Με τη χρησιµο οίηση ραγµατικών γλωσσών ρογραµµατισµού, είναι ολύ α λούστερο - και ολύ ασφαλέστερο - να α οµονώσει κανείς το ρόβληµα και να βάλει τη λύση του εκεί ό ου το ρόβληµα είναι,.χ. να βάλει το ρυθµιστή κοντά στη µονάδα ου ρέ ει να ελεγχθεί. Το BitBus είναι βελτιστο οιηµένο για κατανεµηµένο έλεγχο και ο υρήνας mcat υ οστηρίζει αυτήν την ιδέα µε την αφιέρωσή του στη διάβαση µηνυµάτων. Χαρακτηριστικά Το BitBus µ ορεί να καλύψει µεγάλες εριοχές: 1.2km µε ρυθµό µετάδοσης 62.5 Kbit/s. Το BitBus µ ορεί να χρησιµο οιήσει ε αναλή τες για να ολλα λασιάσει τα µήκη των καλωδίων. Το BitBus χρησιµο οιεί το SDLC, ένα ρωτόκολλο βασισµένο στην ανταλλαγή µηνυµάτων µε αυτόµατη ανίχνευση λάθους. Τυ ο οιηµένοι σειριακοί ελεγκτές, ό ως ο 85C3, ραγµατο οιούν το χειρισµό του ρωτοκόλλου SDLC στο υλικό ενώ τα βασισµένα σε ανταλλαγή χαρακτήρων ρωτόκολλα (α λή ασύγχρονη µετάδοση) είναι "ε ισφαλή σε ο οιαδή οτε ταχύτητα". Το BitBus χρησιµο οιεί ένα ενιαίο συνεστραµµένο ζεύγος συν τη γείωση για µέσο µετάδοσης. Το ρότυ ο RS485 αναγνωρίζεται ευρέως για την α ουσία θορύβου του. Το BitBus χρησιµο οιεί κωδικο οίηση NRZI : το ρολόι διαβιβάζεται µε τα δεδοµένα και µια ολικότητα δεν χρειάζεται να υ ακούει στο ζευγάρι καλωδίων του BitBus. Ένας ελαττωµατικός σταθµός ή ένας σταθµός χωρίς ενέργεια δεν µ λοκάρει το δίαυλο. 25

Μειονεκτήµατα Το BitBus δεν εφαρµόζεται καλά ως δίαυλος Ι/Ο,.χ. για να συνδεθούν α λοί αισθητήρες ή βαλβίδες. 1.3.7 Σύγκριση Οι ακόλουθοι ίνακες αρουσιάζουν τις βασικές ιδιότητες και τις διαφορές µεταξύ των ρωτοκόλλων ου αρουσιάστηκαν στην ροηγούµενη ενότητα. Πρωτόκολλο EIBus Οργανισµός Που Ανα τύσσει Την τεχνολογία European Installation Bus Association ΒΑΣΙΚΕΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ Έτος Παρουσίασης Ακολουθούµενα Πρότυ α 199 ENV 13154-2 and ANSI/EIA 776 PROFIBUS DP/PA Siemens/PTO DP-1994, PA-1995 EN517 CANBus Intel and Bosch 1988 ISO11898 ISO11519 LonWorks Echelon Corp. 1991 ANSI BACnet ASHRAE 1995 ANSI/ASHRAE BitBus Intel 1984 IEEE1118 Πίνακας 1.1 26

Πρωτόκολλο Το ολογία ικτύου ΦΥΣΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ Φυσικό Μέσο EIBus ίαυλος Συνεστραµµένο ζεύγος, RF, Γραµµή Ισχύος PROFIBUS DP/PA Γραµµή, Αστέρας ή ακτύλιος Συνεστραµµένο ζεύγος, Ο τική Ίνα CANBus ίαυλος Συνεστραµµένο ζεύγος, LonWorks Πίνακας 1.2 Μέγιστος Αριθµός Συσκευών (Κόµβοι) 256 ανά γραµµή 65,536 συνολικά Με ε αναλή τες: 127 Χωρίς Ε αναλή τες: 32 ίαυλος, Συνεστραµµένο 32,/domain ακτύλιος, ζεύγος,, Βρόχος, Αστέρας Ο τική Ίνα, Γραµµή Ισχύος BACnet ίκτυο Συνεστραµµένο ζεύγος,, Ο τική Ίνα, Οµοαξονικό Καλώδιο 2^48 BitBus ίαυλος Συνεστραµµένο ζεύγος, Μέγιστη Α όσταση 7m µεταξύ των συσκευών 35m µεταξύ µιας µονάδας τροφοδοσίας και µιας συσκευής Με Ε αναλή τες: 8m Χωρίς Ε αναλή τες: 2m Για Ο τική Ίνα: 24Km 4 4m-1Mb/s, 1km- 2 Kb/s Με ε αναλή τες: 25 Χωρίς ε αναλή τες: 32 2m @ 78 kbps Εξαρτάται α ό ολλούς αράγοντες Με ε αναλή τες: 13.2 Km Χωρίς ε αναλή τες: 1.2 Km 27

2. Το ρότυ ο KNX/EIB 2.1 Γενικά Το KNX/EIB (European Installation Bus) α οτελεί ένα ρότυ ο δικτύωσης κτηρίων βασισµένο σε ένα ή ερισσότερους διαύλους (buses)[1]. Πρόκειται για ένα βιοµηχανικό ρότυ ο, το ο οίο ροτάθηκε α ό ένα σύνολο εταιριών ηλεκτρολογικών εγκαταστάσεων, οι ο οίες συνέστησαν τον ανεξάρτητο ε ιστηµονικό φορέα ΕΙΒΑ (ΕΙΒ Association, www.eiba.org). Στην συνέχεια, το 1999 δηµιουργήθηκε η Konnex Association (www.konnex.org) ως συνένωση τριών αυτόνοµων ενώσεων δικτύων διαχείρισης κτηρίων, της ΕΙΒΑ, της BCI και της EHSA. Έδρα της έγινε το Βέλγιο και τα αντίστοιχα δίκτυα των ενώσεων αυτών ήταν τα ΕΙΒ, Βatibus και EHS. Σήµερα η Konnex Association α οτελείται α ό ερισσότερες α ό 11 ευρω αϊκές εταιρίες ου ασχολούνται µε την ηλεκτρονική, τους αυτοµατισµούς, τις ηλεκτρολογικές εγκαταστάσεις, τον κλιµατισµό, τις λευκές ηλεκτρικές οικιακές συσκευές κ.α. Ε ίσης υ οστηρίζεται α ό ολλά ανε ιστήµια και τεχνικά εκ αιδευτήρια σε όλη την Ευρώ η (το Πολυτεχνείο Κρήτης είναι το µοναδικό ελληνικό ανε ιστηµιακό ίδρυµα ου ε ισήµως θεωρείται ως ε ιστηµονικός συνεργάτης της Konnex Association). Το αλιό ρωτόκολλο ΕΙΒ και το νέο ΚΝΧ είναι αµφίδροµα συµβατά γι αυτό και αναφέρονται µε το κοινό όνοµα KNX/EIB (στην ραγµατικότητα το KNX/EIB είναι στην ουσία το ΕΙΒ µε την δυνατότητα ε ικοινωνίας µε όλες τις KNX συσκευές). Το KNX/EIB λοι όν, είναι µία σύγχρονη µέθοδος ηλεκτρικών εγκαταστάσεων για κτιριακό αυτοµατισµό. Πολλοί αναφέρουν τον όρο έξυ νο σ ίτι για να εριγράψουν τέτοια συστήµατα. Η αρχή λειτουργίας είναι η εξής: υ άρχουν σε όλο το κτήριο διάφοροι αισθητήρες (θερµοκρασίας, φωτισµού, αρουσίας ανθρώ ων), ένας ή ερισσότεροι ελεγκτές (PLC, PC) και διάφοροι ενεργο οιητές (φώτα, ηλεκτρικά ρολά, συστήµατα θέρµανσης/ψύξης). Όλα αυτά διαθέτουν κά οιον ενσωµατωµένο µικροε εξεργαστή και όταν συνδέονται σε κά οιο δίκτυο KNX/EIB µ ορούν να ε ικοινωνήσουν µεταξύ τους µε σκο ό να δηµιουργηθεί ένα έξυ νο 28

σύστηµα κτιριακού αυτοµατισµού το ο οίο θα µετατρέ ει ένα α λό σ ίτι σε ένα έξυ νο σ ίτι. 2.2 Τρό οι µετάδοσης Οι κυριότερες υλο οιήσεις εγκατάστασης µε το ρότυ ο KNX/EIB γίνονται µε τη χρήση τεσσάρων αρκετά διαδεδοµένων φυσικών µέσων : Συνεστραµµένο ζεύγος καλωδίων (twisted pair) Ασύρµατη µετάδοση (Radio Transmission) Γραµµής ισχύος (Power Line Transmission) Ethernet (KNX over IP) Η ρώτη υλο οίηση θα εριγραφεί αναλυτικά, εφόσον είναι αυτή ου χρησιµο οιείται ευρέως (ε ίσης χρησιµο οιείται και στην αρούσα εργασία), ενώ οι άλλες τρεις συνο τικά. 2.2.1 Μετάδοση µέσω συνεστραµµένου ζεύγους Η µέθοδος αυτή είναι η ιο διαδεδοµένη για την υλο οίηση εγκαταστάσεων βασισµένων στο ρότυ ο KNX/EIB. Το κόστος χρήσης συνεστραµµένου ζεύγους είναι αρκετά χαµηλό και ληρεί όλες τις ροδιαγραφές για ανά τυξη κτιριακών εγκαταστάσεων. Προσφέρει αναισθησία στο θόρυβο και στις ηλεκτροµαγνητικές αρεµβολές και δεν ε ηρεάζει την γραµµή µεταφοράς ηλεκτρικού ρεύµατος του κτηρίου, εφόσον το οθετείται αράλληλα µε αυτήν. Τέλος, υ άρχει η δυνατότητα της α ευθείας τροφοδοσίας των συσκευών α ό το bus µε την ροϋ όθεση ότι καταναλώνουν λιγότερο α ό 1mW. Για τους αρα άνω λόγους, το συνεστραµµένο ζεύγος ροτιµάται για καλωδίωση κτηρίων µεγάλου µήκους όταν η εγκατάσταση γίνεται κατά την διάρκεια κατασκευής του κτηρίου. Στο αρακάτω σχήµα, φαίνεται ένα αράδειγµα εγκατάστασης µε συνεστραµµένο ζεύγος. 29

Σχήµα 2.1 KNX/EIB µε συνεστραµµένο ζεύγος Οι συσκευές ου είναι συµβατές µε το ρότυ ο KNX/EIB, ε ικοινωνούν µέσω του διαύλου και ονοµάζονται συνδροµητές. Το KNX/EIB εξασφαλίζει στον σχεδιαστή, αλλά και στον τελικό καταναλωτή, το λεονέκτηµα της συµβατότητας των αρερχοµένων ροϊόντων, τώρα, αλλά και στο µέλλον. Μ ορούν να το οθετηθούν σε ράγα ηλεκτρολογικού ίνακα ή χωνευτές στον τοίχο, εφόσον ε ιτρέ εται. Οι συνδροµητές µ ορούν να έχουν αµφίδροµη ε ικοινωνία µεταξύ τους µέσω µηνυµάτων. Οι ροδιαγραφές του διαύλου ορίζουν ένα ανοιχτό σύστηµα, στο ο οίο κάθε συνδροµητής µ ορεί να ε ικοινωνήσει µε ο οιοδή οτε άλλο, δίνοντας έτσι τη δυνατότητα ο έλεγχος της εγκατάστασης να είναι α οκεντρωµένος και µοιρασµένος στους συνδροµητές ου την α οτελούν, ή κεντρικός µε την ύ αρξη ενός κεντρικού συνδροµητή-ελεγκτή. Στην ερί τωση κεντρικού ελέγχου, ο κύριος συνδροµητής αναλαµβάνει τον έλεγχο της εγκατάστασης και συχνά είναι ένας ηλεκτρονικός υ ολογιστής ή ένα PLC. Στο ε όµενο σχήµα, δίνεται ένα αράδειγµα κεντρικού ελέγχου, ό ου κύριος συνδροµητής είναι ένας ηλεκτρονικός υ ολογιστής, στον ο οίο είναι συνδεδεµένα τα αισθητήρια και οι ενεργο οιητές (actuators) µέσω του KNX/EIB διαύλου. Αυτή η δοµηµένη ροσέγγιση χρησιµο οιείται για την το ολογία της εγκατάστασης, κάνοντας εύκολη τη διαχείριση των συνδεδεµένων στον δίαυλο συσκευών. 3

Σχήµα 2.2 Κεντρικός έλεγχος α ό PC Υ άρχουν δύο είδη συνεστραµµένων ζευγών στο ΚΝΧ, το ΤP- το ο οίο έχει ρυθµό µετάδοσης 48bits/s και είναι κατάλοι ο του αλιού Batibus και το TP-1 το ο οίο έχει ρυθµό µετάδοσης 96bits/s. Το TP-1 χρησιµο οιείται ευρέως και στην ουσία είναι το αλιό EIB συνεστραµµένου ζεύγους. Το ΤP- και το TP-1 είναι ασύµβατα µεταξύ τους και για ενωθούν χρειάζονται συγκεκριµένη συνδεσµολογία. Για τους ερισσότερους ηλεκτρολόγους εγκαταστάτες και µελετητές το TP-1 είναι συνώνυµο του KNX/EIB. Μέσω της τεχνολογίας KNX/EIB γίνεται δυνατός ο έλεγχος µίας συσκευής α ό ολλα λά σηµεία της εγκατάστασης ενώ αράλληλα, δεν υφίσταται ρόβληµα στη λειτουργία της εγκατάστασης αν ένας κόµβος αρουσιάσει βλάβη. Είναι εύκολος ο εντο ισµός βλαβών, εφόσον υ άρχει η δυνατότητα δυναµικής ε έµβασης στην εγκατάσταση µε τη χρήση διαφόρων εργαλείων, αλλά και η ρόσθεση, αφαίρεση ή αλλαγή ενός συνδροµητή. Με τη χρήση του λογισµικού ΕΤS είναι εύκολος ο ε ανα ρογραµµατισµός και η αλλαγή της το ολογίας της εγκατάστασης, αν αυτό είναι α αραίτητο να γίνει. Το ETS είναι ένα εργαλείο λογισµικού, ου λειτουργεί τόσο σε ε ί εδο ρογραµµατισµού και οργάνωσης της εγκατάστασης, όσο και σε ε ί εδο διαχείρισης έργου (Project Management). Βασικό χαρακτηριστικό του ρογράµµατος είναι ότι µ ορεί να δεχθεί την βάση δεδοµένων συνδροµητών ο οιουδή οτε συµβατού κατασκευαστή µε το ρότυ ο ΕΙΒ. Αυτό ε ιτρέ ει στο σχεδιαστή να χρησιµο οιήσει συσκευές (συνδροµητές) διαφορετικών κατασκευαστών στον σχεδιασµό της εγκατάστασης του. 31

2.2.2 Ασύρµατη Μετάδοση Είναι γνωστή σαν τεχνολογία ΕΙΒ-RF και σύµφωνα µε αυτή δεν είναι α αραίτητη η εγκατάσταση καινούργιων γραµµών Bus. Χρησιµο οιείται ραδιοκανάλι (868 Μhz), ώστε να µεταδοθούν τα δεδοµένα µε ασύρµατο τρό ο και τόσο τα αισθητήρια, όσο και οι τελικοί α οδέκτες, µ ορούν να λειτουργούν µε µ αταρίες. Ο ρυθµός µετάδοσης είναι 38,4kbits/s και η κάθε συσκευή µ ορεί να α έχει ερί ου 3m ελευθέρου χώρου. Εάν α αιτείται µεγαλύτερη α όσταση, τότε ε αναλή τες αναλαµβάνουν την ε ανάληψη των ράδιο-τηλεγραφηµάτων. Η τεχνική αυτή είναι εξαιρετικά κατάλληλη για ε έκταση ήδη υ αρχόντων εγκαταστάσεων ου έχουν υλο οιηθεί µε διαφορετική τεχνολογία. Ε ίσης µήκος καλωδίων είναι µικρό έως µηδαµινό. Το κύριο µειονέκτηµα της είναι η ανάγκη χρήσης µ αταριών καθώς και η έλλειψη τέτοιων συσκευών στην αγορά. 2.2.3 Μετάδοση µε χρήση γραµµής ισχύος Είναι µία τεχνική στην ο οία η µεταφορά δεδοµένων, αλλά και η τροφοδοσία γίνεται, χρησιµο οιώντας µία διαθέσιµη τροφοδοσία 23/4V (Γραµµή ισχύος). Με αυτή την τεχνολογία δεν είναι λέον α αραίτητο να α λώνονται αράλληλα οι γραµµές του Bus µε τις γραµµές ισχύος και είναι η ιο κατάλληλη για την αναβάθµιση ηλεκτρολογικών εγκαταστάσεων αλαιού τύ ου χωρίς να χρειάζονται νέα καλώδια. Υ άρχουν δύο είδη αυτής της τεχνικής στο ΚΝΧ, το PL-11 και το PL-132kHz. Το ρώτο µε ρυθµό µετάδοσης 12bits/s χρησιµο οιεί µετάδοση στα 11kHz και είναι στην ουσία το ΕΙΒ Powerline. Το δεύτερο µε ρυθµό µετάδοσης 24bits/s χρησιµο οιεί µετάδοση στα 132kHz και είναι στην ουσία το ρωτόκολλο EHS. Το PL-11 και το PL-132 είναι ασύµβατα µεταξύ τους και για ενωθούν χρειάζονται συγκεκριµένη συνδεσµολογία. Το κύριο µειονέκτηµα και της τεχνικής αυτής είναι η έλλειψη τέτοιων συσκευών στην αγορά καθώς κάθε χώρα ενδέχεται να έχει διαφορετικής µορφής και αξιο ιστίας αροχή ηλεκτρικής ενέργειας 32

2.2.4 Μετάδοση µέσω Ethernet Αυτή η τεχνική, γνωστή και ως ΚΝΧ-over-IP, είναι η ιο ρόσφατη ροσθήκη. Ο ρυθµός µετάδοσης είναι ο ρυθµός µετάδοσης του Ethernet ο ο οίος συνήθως είναι της τάξης του Mbit. Το κύριο µειονέκτηµα αυτής της τεχνικής είναι το υψηλό της κόστος αφού ένας ροσαρµοστής δικτύου Ethernet.χ. στα 1Mbit/s είναι ακριβότερος α ό έναν α λό ροσαρµοστή για συνεστραµµένο ζεύγος στα 9,6Κbit/s. Γι αυτό δεν µ ορεί να χρησιµο οιηθεί για κάθε αισθητήρα και ενεργο οιητή αλλά κυρίως µόνο για την ε ικοινωνία µιας συµβατικής KNX/EIB εγκατάστασης µε υ ολογιστές ενός δικτύου Ethernet (ίσως και Internet) ή για την ε ικοινωνία µεταξύ συµβατικών KNX/EIB εγκαταστάσεων µε σκο ό να δηµιουργηθεί µια µεγαλύτερη εγκατάσταση. 2.3 Το ολογία και οργάνωση διαύλου Σηµαντική αράµετρος στη σχεδίαση και δηµιουργία εγκαταστάσεων ου βασίζονται σε τεχνολογία KNX/EIB, είναι η ιεράρχηση και η οργάνωση της το ολογίας της. Αυτό ου έχει ροταθεί για το σχεδιασµό της καλωδίωσης είναι µία ιεραρχική δενδροειδής δοµή. Η γραµµή (line) α οτελεί τη µικρότερη και α λούστερη µονάδα διαύλου σε όλο το σύστηµα KNX/EIB. Ο µέγιστος αριθµός συνδροµητών διαύλου ου µ ορούν να εγκατασταθούν σε µία γραµµή είναι 64. Σε ερί τωσή ου α αιτείται εγκατάσταση ερισσοτέρων α ό 64, τότε θα ρέ ει να γίνει η χρήση ε αναλη τών (repeaters), τότε ο µέγιστος αριθµός των συνδροµητών γίνεται 255. Η µέγιστη α όσταση συσκευών σε γραµµής µε χρήση συνεστραµµένου ζεύγους είναι 7 µέτρα µε ταχύτητα 96bps. Η αµέσως µεγαλύτερη δοµική µονάδα στην ιεραρχία είναι εριοχή (area). Σε µία εριοχή µε τη χρήση ειδικών συσκευών, ου λέγονται ροσαρµοστές γραµµής (line couplers), µ ορούν να συνδεθούν έως 15 γραµµές. Ο συνολικός αριθµός συνδροµητών ου µ ορούν να φιλοξενηθούν χωρίς ε αναλή τες φτάνει τους 96. Για τη λειτουργία κάθε γραµµής 33

α αιτείται ένα ιστο οιηµένο KNX/EIB τροφοδοτικό. Το κάθε τροφοδοτικό αναλαµβάνει την τροφοδοσία των συνδροµητών, ου είναι συνδεδεµένοι στην εν λόγω γραµµή. Τέλος, µε τη χρήση ροσαρµοστών εριοχών (area couplers) µ ορούν να συνδεθούν µέχρι και 15 εριοχές µαζί. Έτσι ο συνολικός αριθµός συνδροµητών ου µ ορούν να φιλοξενηθούν είναι 144. Κάθε γραµµή λειτουργεί ανεξάρτητα α ό τις άλλες, έτσι αν συµβεί ο οιοδή οτε ρόβληµα σε µια γραµµή (δυσλειτουργία τροφοδοτικού ή συσκευής, βραχυκύκλωµα, ροσθήκη νέων συσκευών) τότε δεν θα ε ηρεαστούν οι υ όλοι ες. Ε ίσης ο διαχωρισµός του διαύλου σε εριοχές και γραµµές, αρέχει το λεονέκτηµα ότι η κίνηση δεδοµένων, σε µία γραµµή ή εριοχή, είναι α οµονωµένη και δεν ε ηρεάζει τη ροή των ληροφοριών στις υ όλοι ες γραµµές και εριοχές, έτσι αυξάνεται η φαινοµενική ταχύτητα του δικτύου. Γι αυτό, όταν οι συσκευές είναι ερισσότερες α ό 64, είναι ροτιµότερο να το οθετούνται σε ολλές γραµµές και όχι σε µόνο µία µε την χρήση ε αναλη τών. Ακολουθούν δύο σχήµατα ου ανα αριστούν την αρα άνω το ολογία του KNX/EIB. Σχήµα 2.3 Μία εριοχή µε 15 γραµµές 34

Σχήµα 2.4 Ένα σύστηµα µε 15 εριοχές 2.4 Μετάδοση ληροφορίας τηλεγραφήµατα Οι ληροφορίες ανταλλάσσονται µεταξύ των συνδροµητών του διαύλου µε τη µορφή τηλεγραφηµάτων. Οι ληροφορίες µεταδίδονται συµµετρικά στη γραµµή του Bus µε ρυθµό µετάδοσης 96bits/sec καθορίζοντας έτσι το µέσο χρόνο µετάδοσης ενός τηλεγραφήµατος στα 25 msec. Για λόγους ηλεκτροµαγνητικής θωράκισης χρησιµο οιείται, για τη µετάδοση, διαφορά δυναµικού µεταξύ των δύο γραµµών και όχι διαφορά δυναµικού σε σχέση µε το δυναµικό της γης. Το ρωτόκολλο KNX/EIB ε ιβάλει τα ξεχωριστά µηνύµατα ληροφορίας να µεταδίδονται στη γραµµή του διαύλου ακολουθώντας συγκεκριµένη σειρά. Ε ι λέον, ε ιβάλλεται κάθε χρονική στιγµή, ο δίαυλος να χρησιµο οιείται για εκ οµ ή ληροφορίας α ό ένα µόνο συνδροµητή. Ο µηχανισµός ελέγχου ρόσβασης ου χρησιµο οιείται, είναι ο CSMA/CA, µία αραλλαγή του CSMA/CD του Ethernet. Υ άρχει 35

βέβαια ρόβλεψη για τα ε είγοντα τηλεγραφήµατα, σύµφωνα µε την ο οία δίνεται υψηλή ροτεραιότητα σε αυτά έναντι άλλων συµβατικών. Σχήµα 2.5 οµή τηλεγραφήµατος Α οτελείται α ό µία σειρά α ό χαρακτήρες, οργανωµένους σε εδία. Η χρήσιµη ληροφορία βρίσκεται στο εδίο των δεδοµένων. Το τηλεγράφηµα ελέγχεται για την ορθότητα του µέσω του εδίου Check byte (checksum). Τα εδία διεύθυνσης εριλαµβάνουν την διευθύνσεις του α οστολέα (source address) και την διεύθυνση των αραλη τών (target address). Η διεύθυνση της ηγής είναι άντα η φυσική διεύθυνση (physical address), η ο οία είναι µοναδική για κάθε συνδροµητή. Αυτή καθορίζει την εριοχή και τη γραµµή ου βρίσκεται ο κάθε συνδροµητής. Η διεύθυνση ροορισµού καθορίζει τη συσκευή ή τις συσκευές, οι ο οίες είναι δέκτες του τηλεγραφήµατος. Για τη διεύθυνση ροορισµού χρησιµο οιούνται διευθύνσεις οµάδας (group address), οι ο οίες ε ιτρέ ουν µία η ερισσότερες συσκευές, να αίρνουν µέρος στην ίδια λήψη, ανεξαρτήτως της το οθεσίας τους στο δίαυλο. Οι συνδροµητές διαύλου χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: τους αισθητήρες, τους ελεγκτές και τους ενεργο οιητές. Οι αισθητήρες δίνουν εντολές ή ληροφορίες στο σύστηµα (µ ορεί να είναι και α λά button), οι ελεγκτές αξιο οιώντας τις ληροφορίες δίνουν εντολές (PC, PLC, θερµοστάτες, χρονοδιακό τες κτλ.) ενώ οι ενεργο οιητές (ηλ. κινητήρες, καλοριφέρ, κλιµατιστικά) τις εκτελούν. Η διασύνδεση αυτών γίνεται µε την αντιστοίχηση 36

της ίδιας διεύθυνσης οµάδας στα αντικείµενα ε ικοινωνίας τους κάνοντας έτσι δυνατή την α οκατάσταση της µεταξύ τους ε ικοινωνίας. 2.5 Συνδροµητές διαύλου Ο κάθε συνδροµητής διαύλου α οτελείται α ό το υ οσύστηµα ροσαρµογής διαύλου (BCU bus coupling unit) το ο οίο αναλαµβάνει την α οστολή και την λήψη των τηλεγραφηµάτων στον δίαυλο και το υ οσύστηµα εφαρµογής. Το υ οσύστηµα εφαρµογής διαθέτει ε εξεργαστή και αξιο οιεί την ε ικοινωνία µε τις άλλες συσκευές µέσω του δικτύου για να κάνει κάτι χρήσιµο. Αν η συσκευή είναι τύ ου αισθητήρα αναλαµβάνει να δειγµατολη τεί τον αναλογικό αισθητήρα ου διαθέτει και να στέλνει το σήµα του εριοδικά (ή όχι) στο δίκτυο. Αν είναι συσκευή τύ ου ενεργο οιητή τότε για αράδειγµα αναλαµβάνει να ανοίγει και να κλείνει τα ρελέ ου διαθέτει µε βάση τα µηνύµατα ου δέχεται και ένα ρόγραµµα ου τρέχει στον ε εξεργαστή του. Ένας ροσω ικός υ ολογιστής µ ορεί να γίνει ελεγκτής ή α λά ε ό της του δικτύου µε την ροσθήκη ειδικής συσκευής σε θύρα RS-232 ή USB και µε την χρήση λογισµικού ό ως OPC server και Etec Falcon. Στην εργασία αυτή χρησιµο οιείται PC και το λογισµικό ΕΙΒ-OPC server συνεργασία µε το MATLAB µε σκο ό να αρθούν ειραµατικές µετρήσεις α ό την λειτουργία του συστήµατος ου υλο οιήθηκε. Σχήµα 2.6 Συνδροµητής διαύλου 37

Κάθε συσκευή KNX/EIB µ ορεί να ρογραµµατιστεί µε σκο ό να αλλάζουν οι ε ιµέρους αράµετροι της ( όσο συχνά να στέλνει µηνύµατα, τι τύ ο δεδοµένων να χρησιµο οιεί για την α οστολή, ου να στέλνει τα µηνύµατα κτλ.). Αυτό γίνεται µε το λογισµικό ETS µε το ο οίο µ ορεί να ρυθµιστεί µια ο οιαδή οτε µεγάλη εγκατάσταση KNX/EIB. 38

3. Εγκατάσταση KNX/EIB στο εργαστήριο ελέγχου βιοµηχανικών συστηµάτων του Πολυτεχνείο Κρήτης Η εγκατάσταση αυτή υ άρχει α ό το 27 και έγινε στα λαίσια της αρούσας διατριβής. Όλες οι συσκευές συνδέθηκαν σε µία γραµµή του δικτύου KNX/EIB, έτσι το όλο δίκτυο εκφυλίστηκε σε α λό δίαυλο (bus). Η εγκατάσταση εριλαµβάνει συνολικά 9 αισθητήρες και 6 ενεργο οιητές. Ο αριθµός των συσκευών KNX/EIB είναι όµως διαφορετικός ε ειδή υ άρχουν συσκευές οι ο οίες για αράδειγµα ελέγχουν ταυτόχρονα δύο ενεργο οιητές ή είναι συνδεδεµένες µε ερισσότερους α ό έναν αισθητήρες. Η συνολική εγκατάσταση φαίνεται στο σχήµα 3.1. Με κίτρινο χρώµα φαίνονται οι συσκευές ΕΙΒ, µε ράσινο οι αισθητήρες και µε ορτοκαλί οι ενεργο οιητές. Ο χώρος του εργαστηρίου στον ο οίο έγινε η εγκατάσταση είναι ερί ου 125 τετραγωνικά µέτρα και το ύψος είναι ερί ου 3,5 µέτρα, άρα ο όγκος είναι ερί ου 437,5 κυβικά µέτρα. Εικόνα 3.1 Πανοραµική ά οψη του εργαστηρίου Ελέγχου Βιοµηχανικών Συστηµάτων 39

Outdoor Humidity Sensor QFA3 16 PC RS 232 Indoor Humidity Sensor QFA2 Indoor Co2 Sensor QPA6 3.2 RS 485 to RS 232 RS 485 Παράθυρο Παράθυρο Μετρητής Κατανάλωσης Electrex Kilo Σκίαστρο Σκίαστρο Κλιµατιστικό Energy and Power Meter 5KT1 1 65 Τριφασική Παροχή Universal I/O Module 5WG1 67-1AB 3 EIB Power Supply 5WG1 125-1AB21 RS 232 Interface 5W G1 148-1AB4 Universal I/O Module 5WG1 67-1AB3 Motor Control Relay 5WG1 524-1AB1 Binary Outputs 5WG1 561-1AB1 Συσκευές Το οθετηµένες σε Ράγα Πίνακα BUS Τροφοδοτικό 24V DC 4A max. AC 23 V Indoor Temperature Sensor 5WG1 256-4AB 1 Indoor Brightness Sensor 5WG1 253-4AB1 Rain Detector 5W G1 258-3AB41 Weather Station 5WG1 257-3AB1 1 Temperature sensor 5WG1 258-3AB2 1 EIB-Gateway DALI 5WG1 141-4AB 1 Brightness Sensor 5WG1 258-3AB3 1 Wind speed Sensor 5WG1 258-7AB12 Electronic Ballast DALI TRIDON IC 2/58 EXCELL 1 2 51 Electronic Ballast DALI TRIDON IC 2/58 EXCELL Electronic Ballast DALI TRIDON IC 2/58 EX CELL Λαµ τήρας Λαµ τήρας Λαµ τήρας Λαµ τήρας Λαµ τήρας Λαµ τήρας Σχήµα 3.1 Το «υλικό» του συστήµατος και οι συνδεσµολογίες 4

3.1 Αισθητήρες Εσωτερικός αισθητήρας φωτεινότητας Ο αισθητήρας αυτός (Siemens 5WG1 252-4AB2) συνδέεται α ευθείας στο δίκτυο KNX/EIB, έχει εύρος µέτρησης 2-19 lux και ανάλυση 7,68 lux. Το οθετήθηκε ψηλά στο κέντρο του εργαστηρίου µε κατεύθυνση ρος τα κάτω έτσι ώστε να µετράει σωστά την εσωτερική φωτεινότητα του εργαστηρίου. Η συσκευή αυτή τροφοδοτείται α ό το bus[5]. Εικόνα 3.2 Εσωτερικός αισθητήρας φωτεινότητας Εσωτερικός αισθητήρας θερµοκρασίας Για την µέτρηση της θερµοκρασίας χρησιµο οιήθηκε µια συσκευή KNX/EIB η ο οία λέγεται Combined Fire Alarm. Αυτή η συσκευή (Siemens 5WG1 256-4AB1) ειδικεύεται στην µέτρηση της θερµοκρασίας και του κα νού µε σκο ό την αναγνώριση ύ αρξης φωτιάς. Οι έξοδοι της (οι ο οίες είναι είσοδοι στο σύστηµα µας) µ ορεί να είναι η τιµή της θερµοκρασίας, µε εύρος τιµών -25 εώς 7 ºC και ανάλυση.5 ºC, και η τιµή της µέτρησης του κα νού. Αν και η µέτρηση της θερµοκρασίας δεν είναι καθόλου ακριβής, µ ορεί να µας οδηγήσει σε ένα σύστηµα ου δουλεύει χρησιµο οιώντας λογική τύ ου θερµοστάτη ό ως στις συµβατικές. Η µέτρηση του κα νού γίνεται µετρώντας την ο τική καθαρότητα του αέρα και για αυτό δεν µ ορεί να χρησιµο οιηθεί για την µέτρηση της συγκέντρωσης του CO2 (το CO2 είναι διάφανο). Η µέτρηση του κα νού µ ορεί να χρησιµο οιηθεί για την αναγνώριση φωτιάς ως ένα ε ι λέον χαρακτηριστικό του συστήµατος µας. Ε ίσης η συσκευή αυτή διαθέτει για είσοδο µία σειρήνα η ο οία ενεργο οιείται α ό µόνη της όταν 41

αναγνωριστεί φωτιά αλλά µ ορεί να ενεργο οιηθεί και α ό ο οιαδή οτε άλλη συσκευή µέσω του δικτύου. Μια καλή ιδέα είναι να ενεργο οιείται για λίγο όταν ο χρήστης έχει ρυθµίσει το σύστηµα στο χειροκίνητο και κάνει ο οιαδή οτε ενέργεια η ο οία θα έχει ως α οτέλεσµα σ ατάλη ενέργειας.χ. να ανοίγει αράθυρο ενώ δουλεύει το κλιµατιστικό. Η συσκευή αυτή τροφοδοτείται α ό το bus[5]. Εικόνα 3.3 Combined fire alarm Αισθητήρας συγκέντρωσης CO2 Ο αισθητήρας αυτός (Siemens QPA63.2) µ ορεί να µετράει δύο µεγέθη, την συγκέντρωση του CO2 µε εύρος µέτρησης - 2 ppm και ανάλυση 2 ppm, και την συγκέντρωση VOC σε κά οιο σχετικό σύστηµα µέτρησης (το VOC είναι η µέτρηση ολλών τητικών ουσιών και γι αυτό δεν υ άρχει α όλυτη µονάδα µέτρησης). Αυτός ο αισθητήρας δεν συνδέεται α ευθείας στο δίκτυο, αλλά έχει ως έξοδο δύο καλώδια (ένα για το CO2 και ένα για το VOC) µε τιµές -1V για την ανα αράσταση των τιµών ου µετράει. Ε ίσης τροφοδοτείται α ό το τροφοδοτικό LOGO! Power. Εικόνα 3.4 Αισθητήρας CO2 42

Σχήµα 3.2 Η έξοδος του αισθητήρα CO2 Εσωτερικός αισθητήρας σχετικής υγρασίας Ο αισθητήρας αυτός (Siemens QFA2) µ ορεί να µετράει τη σχετική υγρασία εσωτερικού χώρου µε εύρος µέτρησης 1% και ανάλυση 1%. Αυτός ο αισθητήρας δεν συνδέεται α ευθείας στο δίκτυο, αλλά έχει ως έξοδο ένα καλώδιο µε τιµές -1V για την ανα αράσταση των τιµών ου µετράει. Ε ίσης τροφοδοτείται α ό το τροφοδοτικό LOGO! Power. Εικόνα 3.5 Εσωτερικός αισθητήρας σχετικής υγρασίας Universal I/O module Για να σταλούν η τιµή του CO2 και της σχετικής υγρασίας στο δίκτυο ρέ ει να χρησιµο οιηθεί µια συσκευή η ο οία θα έχει δύο αναλογικές εισόδους τάσης DC -1V και η ο οία θα συνδέεται στο δίκτυο KNX/EIB µε σκο ό να στέλνει την τιµή αυτή στις υ όλοι ες συσκευές. Για τον σκο ό αυτό χρησιµο οιήθηκε το Universal I/O Module N67 (Siemens 5WG1 67-1AB3) το ο οίο διαθέτει 2 θύρες ου µ ορούν να ρογραµµατιστούν ως είσοδοι ή ως έξοδοι (είτε αναλογικές είτε ψηφιακές), 2 εισόδους για αισθητήρες τύ ου Pt1 και 2 εξόδους τύ ου ρελέ. Η συσκευή αυτή τροφοδοτείται α ό το bus. 43

Σχήµα 3.3 Τρό οι λειτουργίας του Universal I/O Module Οι έξοδοι του αισθητήρων CO2 και σχετικής υγρασίας συνδέονται ως είσοδοι στις θύρες Ι/Ο Α και Β ου φαίνονται στο σχήµα 3.6[5]. Εξωτερικοί αισθητήρες του weather station Το weather station (Siemens 5WG1 257-3AB11) είναι µια KNX/EIB συσκευή η ο οία µ ορεί να συνδεθεί µε ολλούς και διαφορετικούς αισθητήρες µε σκο ό να µετρηθούν διάφορες εριβαλλοντικές µεταβλητές. Έχει εγκατασταθεί στην ταράτσα ακριβώς άνω α ό το εργαστήριο µε σκο ό να αρθούν µετρήσεις για το εξωτερικό εριβάλλον του εργαστηρίου. Η συγκεκριµένη συσκευή διαθέτει 4 εισόδους, στις εισόδους αυτές έχουν συνδεθεί ένας αισθητήρας βροχής, ένας φωτεινότητας, ένας θερµοκρασίας και ένας ταχύτητας του αέρα. Η συσκευή αυτή τροφοδοτείται α ό την συµβατική αροχή ηλ. ενέργειας (23V AC, 5 hertz) και η ο οία στην συνέχεια µετασχηµατίζεται και τροφοδοτεί τους αισθητήρες. 44

Σχήµα 3.4 Το weather station χωρίς και µε τους αισθητήρες Εικόνα 3.6 Αισθητήρες ου συνδέονται στο weather station (βροχής, φωτεινότητας, θερµοκρασίας, ταχύτητας του αέρα) Εικόνα 3.7 Οι αισθητήρες του weather station το οθετηµένοι στην ταράτσα του εργαστηρίου 45

Ο αισθητήρας βροχής (Siemens 5WG1 258-3AB41) µ ορεί να δώσει µόνο δύο τιµές 1 όταν βρέχει και όταν δεν βρέχει, έτσι είναι µια ψηφιακή είσοδος στο σύστηµα µας. Ο αισθητήρας φωτεινότητας (Siemens 5WG1 258-3AB31) έχει εύρος µέτρησης - 4. lux µε ανάλυση 156,24 lux και είναι ιδανικός για µέτρηση της εξωτερικής φωτεινότητας. Ο αισθητήρας θερµοκρασίας (Siemens 5WG1 258-3AB21) έχει εύρος µέτρησης -2 έως +4 βαθµούς κελσίου και ανάλυση,24 ºC. Τέλος ο αισθητήρας ταχύτητας ανέµου (Siemens 5WG1 258-7AB12) έχει εύρος µέτρησης 35 m/s και ανάλυση,27m/s[5]. Εξωτερικός αισθητήρας σχετικής υγρασίας Ο αισθητήρας αυτός (Siemens QFA316) µ ορεί να µετράει τη σχετική υγρασία υ µε εύρος µέτρησης 1% και ανάλυση 1%. Αυτός ο αισθητήρας δεν συνδέεται α ευθείας στο δίκτυο, αλλά έχει ως έξοδο ένα καλώδιο µε τιµές -1V για την ανα αράσταση των τιµών ου µετράει. Ε ίσης τροφοδοτείται α ό το τροφοδοτικό LOGO! Power. Για να σταλεί η τιµή της εξωτερικής σχετικής υγρασίας στο δίκτυο χρησιµο οιείται ένα Universal I/O Module ίδιο µε αυτό αναφέρθηκε και για τη σύνδεση των εσωτερικών αισθητήρων CO2 και σχετικής υγρασίας. Εικόνα 3.8 Εξωτερικός αισθητήρας σχετικής υγρασίας 46

3.2 Συσκευές ελέγχου ενεργο οιητών Οι συσκευές ελέγχου ενεργο οιητών είναι 3 και ελέγχουν τα φώτα, το σύστηµα θέρµανσης ψύξης, τα αράθυρα και τα σκίαστρα. Ενεργο οιητής φωτισµού: Η συσκευή αυτή µε όνοµα ΕΙΒ DALI Interface (Siemens 5WG1 141-4AB1) είναι στην ουσία µια γέφυρα ε ικοινωνίας µεταξύ ενός δικτύου ΕΙΒ µε ένα σύστηµα DALI (Digital Addressable Lighting Interface ψηφιακή διευθυνσιοδοτούµενη διε αφή φωτισµού). Το DALI είναι ένα σύστηµα το ο οίο µ ορεί να ελέγξει µέχρι 64 διαφορετικές οµάδες φωτιστικών σωµάτων. Στην ουσία τα φωτιστικά σώµατα του εργαστηρίου (51 συνολικά χωρισµένα σε 1 οµάδες) είναι συνδεδεµένα σε ένα σύστηµα DALI και µέσω της συσκευής DALI Interface µ ορούν να ελεγχθούν µέσω του δικτύου KNX/EIB. Τα φώτα ελέγχονται µέσω του KNX/EIB α ό κοινού ως µία οµάδα και µ ορούν είτε α λά να ανοίγουν και να κλείνουν (έλεγχος on/off) είτε να ρυθµίζεται η φωτεινότητα τους σε 256 διακριτές στάθµες. Στην ερί τωση ου είναι νύκτα (άρα ο φυσικός/εξωτερικός φωτισµός είναι ) και αν όλα τα φώτα είναι ανοικτά τότε ο εσωτερικός φωτισµός µ ορεί να φτάσει µέχρι 4 lux. Η συσκευή αυτή τροφοδοτείται α ό την συµβατική αροχή ηλεκτρικής ενέργειας. Σχήµα 3.5 ΕΙΒ DALI Interface Στο εργαστήριο υ άρχουν συνολικά 12 λαµ τήρες φθορισµού τύ ου Τ8, οι 94 είναι ονοµαστικής ισχύος 58W και οι 8 ονοµαστικής ισχύος 18W. Ανά 2 συνδέονται σε µια συσκευή electronic ballast DALI. Συνολικά 47

εγκαταστάθηκαν 47 συσκευές TRIDONIC pca excel one4all 2 58 W και 4 συσκευές TRIDONIC pca excel one4all 2 18 W. Εικόνα 3.9 Electonic ballast DALI, Tridonic pca excel one4all Ενεργο οιητές αραθύρων και σκιάστρων: Η συσκευή Shutter switch N524 N561 (Siemens 5WG1 524-1AB1) συνδέεται µε τους ηλεκτρικούς κινητήρες ου είναι εγκατεστηµένοι σε δύο αράθυρα και σε δύο ηλεκτρικά σκίαστρα στο εργαστήριο[5]. Η συσκευή αυτή ροορίζεται για τον έλεγχο ηλεκτρικών κινητήρων για σκίαστρα. Η κίνηση του κάθε αραθύρου και του κάθε σκιάστρου γίνεται µε έναν DC ηλ. κινητήρα ενώ η ολικότητα της DC τάσης είναι αυτή ου καθορίζει το αν θα γίνει άνοιγµα ή κλείσιµο. Ε ίσης το όσο θα ανοίξει ή το όσο θα κλείσει εξαρτώνται α ό το όσο χρόνο εφαρµόζεται τάση στον κινητήρα. Η συσκευή αυτή µε την κατάλληλη συνδεσµολογία µ ορεί να δέχεται ως είσοδο α ό το KNX/EIB µια τιµή για την θέση των σκιάστρων και αυτόµατα να ανοίγει και να κλείνει τα κατάλληλα ρελέ για τον χρόνο ου χρειάζεται µε σκο ό τα σκίαστρα να έρθουν στην ε ιθυµητή θέση. Με αρόµοιο τρό ο µ ορεί να ελέγχεται ακόµα και η θέση των ερσίδων. Ακόµα, σε αυτήν την συσκευή µ ορεί να συνδεθεί ακόµα και κινητήρας για άνοιγµα και για κλείσιµο αραθύρων (αν και το όνοµα της συσκευής εριγράφει ότι ροορίζεται µόνο για σκίαστρα) αφού τα αράθυρα ελέγχονται µε τον ίδιο τρό ο ου ελέγχονται τα σκίαστρα. Η συσκευή Shutter switch µ ορεί να ελέγξει µέχρι 4 ηλεκτρικούς κινητήρες, έτσι σε αυτήν έχουν συνδεθεί οι κινητήρες α ό δύο αράθυρα και α ό δύο σκίαστρα. Η συσκευή 48

αυτή τροφοδοτείται α ό την συµβατική αροχή ηλ. ενέργειας για να λειτουργήσει και α ό το τροφοδοτικό LOGO! Power για λειτουργήσουν οι κινητήρες. Σχήµα 3.6 Shutter switch Παράθυρα Τα δύο υ ό έλεγχο αράθυρα είναι διαστάσεων 8 3 cm το καθένα. Σε κάθε αράθυρο το οθετήθηκε ο ηλεκτρικός µηχανισµός ανοίγµατος, Turning Sash Drive SHD 5/45 της εταιρίας D+H. Οι κινητήρες λειτουργούν µε τάση 24V DC και έχουν µέγιστη ένταση ρεύµατος 1Α. Εικόνα 3.1 Ο µηχανισµός ου το οθετήθηκε στα αράθυρα 49

Εικόνα 3.11 Παράθυρο µε µηχανισµό ανοίγµατος στο εργαστήριο Σκίαστρα Υ άρχουν δυο υ ό έλεγχο σκίαστρα. Το ένα καλύ τει αράθυρο διαστάσεων 175 125 cm και το άλλο αράθυρο διαστάσεων 175 85 cm. Τα σκίαστρα ου το οθετήθηκαν (Somfy Concept 25) λειτουργούν µε τάση 24V DC και έχουν µέγιστη ένταση ρεύµατος,5α. Εικόνα 3.12 Τα ηλεκτρικά σκίαστρα ου το οθετήθηκαν 5

Εικόνα 3.13 Ηλεκτρικό σκίαστρο εγκατεστηµένο στο εργαστήριο Το σύστηµα θέρµανσης/ψύξης: To κλιµατιστικό Fyrogenis MFS D12 ήταν ήδη εγκατεστηµένο στο χώρο του εργαστηρίου. εν είναι διαθέσιµα τα λήρη και ακριβή χαρακτηριστικά του συγκεκριµένου συστήµατος (BTU κτλ.). Αυτά τα ο οία γνωρίζουµε είναι τα εξής: λειτουργεί µε τριφασική αροχή ηλεκτρικής ενέργειας και καταναλώνει συνολικά ερί ου 3KW όταν λειτουργεί. Σύµφωνα µε τον κατασκευαστή η δυνατότητα ψύξης ου έχει είναι 384 kcal/h (η δυνατότητα θέρµανσης δεν είναι γνωστή). Ο χώρος του εργαστηρίου στον ο οίο και είναι εγκατεστηµένο είναι ερί ου 125 τετραγωνικά µέτρα και το ύψος είναι ερί ου 3,5 µέτρα, άρα ο όγκος είναι ερί ου 437,5 κυβικά µέτρα[5]. Το συγκεκριµένο σύστηµα θέρµανσης/ψύξης είχε και ένα χειριστήριο/ελεγκτή α ό το ο οίο ο χρήστης µ ορούσε να ενεργο οιήσει το όλο σύστηµα στο ζεστό ή στο κρύο καθώς και να ενεργο οιήσει την ανακύκλωση του αέρα για να έχει 51

όλος ο χώρος οµοιόµορφη θερµοκρασία. εν υ ήρχε η δυνατότητα ε ιλογής της ε ιθυµητής θερµοκρασίας (καθώς το σύστηµα είναι αλιό, 1995) ούτε η δυνατότητα να ρυθµιστεί η ισχύς θέρµανσης/ψύξης (.χ. το λήθος των αντιστάσεων σε ερί τωση θέρµανσης ή οι στροφές του κινητήρα του συµ ιεστή σε ερί τωση ψύξης). Για τις ανάγκες της αρούσας εργασίας α οσυνδέθηκε το αρα άνω χειριστήριο και στην θέση του συνδέθηκε η ΚΝΧ/ΕΙΒ συσκευή όνοµα Binary Output N561 η ο οία εριγράφεται αρακάτω. Το σύστηµα θέρµανσης/ψύξης ελέγχεται µε 4 καλώδια, την φάση (23V 5hertz), το on/off, το heat/cool και το out. Βραχυκυκλώνοντας κά οιο α ό τα καλώδια on/off, heat/cool ή out µε την φάση τότε αίρνει την λογική τιµή 1, αλλιώς αίρνει την τιµή. Όταν το on/off είναι τότε δεν λειτουργεί τί οτα, όταν είναι 1 τότε λειτουργεί ο κινητήρας ανακύκλωσης του αέρα, όταν είναι και το out ανοικτό τότε το σύστηµα µ αίνει σε λειτουργία θέρµανσης ή ψύξης ανάλογα µε την τιµή του heat/cool. Η ανακύκλωση του αέρα είναι αναγκαία µετά α ό την λειτουργία στο κρύο για να µην βγει εκτός λειτουργίας το σύστηµα θέρµανσης/ψύξης λόγω δηµιουργίας άγου σύµφωνα µε τον κατασκευαστή. on / off Heat / cool out λειτουργία εκτός λειτουργίας 1 εκτός λειτουργίας 1 εκτός λειτουργίας 1 1 εκτός λειτουργίας 1 ανακύκλωση αέρα 1 1 λειτουργία στο κρύο 1 1 ανακύκλωση αέρα 1 1 1 λειτουργία στο ζεστό Πίνακας 3.1. Λειτουργία του συστήµατος θέρµανσης/ψύξης σε σχέση µε τις λογικές τιµές των καλωδίων ελέγχου 52

Εικόνα 3.14 Το κλιµατιστικό ου χρησιµο οιήθηκε Σχήµα 3.7 Συνδεσµολογία του Binary Output N561 µε το σύστηµα θέρµανσης/ψύξης 53

Ενεργο οιητής συστήµατος θέρµανσης/ψύξης: Στον χώρο του εργαστηρίου υ άρχει εγκατεστηµένο ένα σύστηµα θέρµανσης/ψύξης. Αυτό όταν αγοράστηκε ήταν συνδεδεµένο µε έναν α λό ελεγκτή τύ ου θερµοστάτη ο ο οίος α οσυνδέθηκε και την θέση του ήρε η συσκευή KNX/EIB µε όνοµα Binary Output N561 (Siemens 5WG1 561-1AB1). Αυτή η συσκευή είναι στην ουσία 4 έξοδοι τύ ου ρελέ οι ο οίες µ ορούν να ελεγχθούν µέσω του δικτύου KNX/EIB και τροφοδοτείται α ό το bus. Σχήµα 3.8 Binary Output N561 Ανοίγοντας και κλείνοντας αυτά τα ρελέ µ ορεί να ελεγχθεί το σύστηµα θέρµανσης/ψύξης ρυθµίζοντας έτσι αν και για όσο θα λειτουργεί ή αν θα λειτουργεί στην κατάσταση θέρµανση ή στην κατάσταση ψύξη. 3.3 Άλλες συσκευές ιασύνδεση µε PC : Η συσκευή αυτή (Siemens 5WG1 148-1AB4) είναι η διε αφή µεταξύ του KNX/EIB και ενός PC µέσω της σειριακής θύρας RS-232. Αυτή η συσκευή χρησιµο οιείται για την ρύθµιση του δικτύου (δηλαδή για τον ρογραµµατισµό των συσκευών) µέσω του λογισµικού ETS και για την αρακολούθηση του. Ε ίσης το PC µ ορεί µέσω αυτής της συσκευής και του λογισµικού OPC server ή Etec Falcon ή άλλου να µετατρα εί σε ελεγκτή του δικτύου. Η συσκευή αυτή τροφοδοτείται α ό bus. 54

Τροφοδοτικά : Εκτός α ό την τροφοδοσία των συσκευών ισχύος µέσω της συµβατικής αροχής ηλεκτρισµού χρησιµο οιήθηκαν 3 διαφορετικά τροφοδοτικά για τις συσκευές χαµηλής ισχύος. Μέσω της συµβατικής αροχής τροφοδοτούνται τα φώτα, το σύστηµα θέρµανσης/ψύξης κά οιες KNX/EIB συσκευές και ροφανώς τα υ όλοι α τροφοδοτικά καθώς και ο υ ολογιστής. Χρησιµο οιήθηκε το ιστο οιηµένο KNX/EIB τροφοδοτικό ΕΙΒ power supply (Siemens 5WG1 125-1AB21) για να τροφοδοτήσει µε συνεχή τάση 24V ( ρακτικά 29V) τον δίαυλο. Το µέγιστο ρεύµα του τροφοδοτικού αυτού είναι 64mA και είναι υ εραρκετό για το σύστηµα αυτό. Ε ίσης χρησιµο οιήθηκε το τροφοδοτικό LOGO! Power για την τροφοδοσία των κινητήρων στα αράθυρα και στα σκίαστρα, καθώς και για τους αισθητήρες CO2 και υγρασίας. Η τάση αυτού του τροφοδοτικού είναι 24V DC και το µέγιστο ρεύµα είναι 4Αmp. Τριφασικοί µετρητές ισχύος και κατανάλωσης ενέργειας: ύο τέτοιοι µετρητές το οθετήθηκαν, ένας για το κλιµατιστικό και ένας για την υ όλοι η εγκατάσταση. Για την καταγραφή της κατανάλωσης του κλιµατιστικού χρησιµο οιήθηκε η συσκευή Energy and Power Meter N165 (Siemens 7KT1 165). Ο µετρητής αυτός είναι Συσκευή ΕΙΒ. Καταγράφει την συνολική κατανάλωση σε Wh ή VAh και την τιµή της ισχύος σε W σε κάθε φάση. Η συνδεσµολογία γίνεται µε τη χρήση µετασχηµατιστών έντασης ρεύµατος. Συγκεκριµένα χρησιµο οιήθηκαν 3 µετασχηµατιστές 1/5 Α. Εικόνα 3.15 Energy and Power Meter 7KT1 165 55

Σχήµα 3.9 Συνδεσµολογία του Energy and Power Meter 7KT1 165 Για την καταγραφή της κατανάλωσης στο υ όλοι ο σύστηµα χρησιµο οιήθηκε η συσκευή Electrex Kilo. Καταγράφει την κατανάλωση σε Wh ή VAh και την τιµή της ισχύος σε W για κάθε φάση χωριστά ή για τις τρεις φάσεις συνολικά. Η συνδεσµολογία γίνεται µε τη χρήση µετασχηµατιστών έντασης ρεύµατος. Συγκεκριµένα χρησιµο οιήθηκαν 3 µετασχηµατιστές 5/5 Α. Ο µετρητής αυτός συνδέεται µε τον υ ολογιστή του συστήµατος µέσω σειριακής θύρας RS 485, η ο οία µετατρέ εται σε RS 232, µε τη χρήση κατάλληλου µετατρο έα. Εικόνα 3.16 Electrex Kilo power and energy meter 56

Σχήµα 3.1 Η συνδεσµολογία του Electrex Kilo Στην αρούσα εργασία δεν αναφέρονται καταγραφές α ό τους εν λόγω µετρητές, καθώς η εγκατάστασή τους έγινε ρόσφατα. 3.4 Κόστος εγκατάστασης Είδος Ποσ. Τιµή ( ) Αισθητήρας Φωτεινότητας 5WG1 152-4AB2 1 143,17 Binary output 5WG1 561-1AB1 1 129,12 Motor Control Relay 5WG1 524-1AB1 1 198,65 Universal I/O Module 5WG1 67-1AB3 2 344,96 EIB Gateway DALI 5WG1 141-4AB1 1 319,97 Μετρητής Ενέργειας και Ισχύος 7ΚΤ1 165 1 422,97 El. Ballast TRIDONIC PCA one4all 2 58W 47 2726, El. Ballast TRIDONIC PCA one4all 2 18W 4 232, Τροφοδοτικό LOGO! Power 24V DC/4A 1 71,14 Αισθητήριο CO2 QPA63.2 1 261,82 Αισθητήριο Θερµοκρασίας 5WG1 256-3AB1 1 124,42 Μηχανισµός αραθύρων SHD 5/45-V 2 1241,1 Ηλεκτρικά στόρια Somfy (Concept 25) 2 1134,45 Αισθητήρας Υγρασίας QFA316 + kit το οθέτ. 1 326,29 Αισθητήρας Υγρασίας QFA2 1 138,9 Μετασχηµατιστής Έντασης Ρεύµατος 5/5 Α 3 23,59 Τροφοδοτικό ΕΙΒ 5WG1 125-1AB21 1 226,8 57

Interface RS 232 5WG1 148-1AB4 1 173,52 Data Rail 5WG1 19-8AB52 1 19,73 Weather Station 5WG1 257-3AB11 1 398,88 Αισθητήρας ταχύτητας ανέµου 5WG1 258-7AB2 1 236,16 Αισθητήρας θερµοκρασίας 5WG1 258-3AB21 1 7,13 Αισθητήρας φωτεινότητας 5WG1 258-3AB31 1 66,46 Αισθητήρας βροχής 5WG1 258-3AB41 1 146,88 Hating Transformer for W. St. 5WG1 258-8AB1 1 41,4 Mast Mounting for W. St. 5WG1 258-8AB21 1 31,38 Ηλεκτρολογικό Υλικό (εκτίµηση) 1 15, Λοι ά έξοδα (εκτίµηση) 1 1, Μερικό Σύνολο 928,72 Φ.Π.Α. (19%) 1749,66 Σύνολο 1958,38 Πίνακας 3.2 Το κόστος της εγκατάστασης 58

3.5 Εργαλεία λογισµικού 3.5.1 Το λογισµικό ETS (EIB Tool Software) Εικόνα 3.17 Ο ρογραµµατισµός του συστήµατος στο ETS Για τον σχεδιασµό και την ανά τυξη της εγκατάστασης χρησιµο οιήθηκε το εργαλείο λογισµικού ETS (EIB Tool Software), το ο οίο λειτουργεί τόσο σε ε ί εδο ρογραµµατισµού και οργάνωσης αυτής όσο και σε ε ί εδο διαχείρισης έργου. Το ETS (EIB Tool Software) είναι ένα ρόγραµµα το ο οίο έχει σχεδιαστεί µε γνώµονα την ευελιξία και την ε εκτασιµότητα, έχοντας τέτοια δοµή ώστε υ οστηρίζει µελλοντικές υλο οιήσεις στην τεχνολογία EIB. Βασικό χαρακτηριστικό του ρογράµµατος είναι ότι µ ορεί να δεχτεί την βάση δεδοµένων συνδροµητών ο οιουδή οτε κατασκευαστή ε ιτρέ οντας στο σχεδιαστή να χρησιµο οιήσει σε µια εγκατάσταση συσκευές διαφορετικών κατασκευαστών συµβατές µε το ρότυ ο ΕΙΒ, οι ο οίες θα διαχειρίζονται µε ενιαία διε αφή (interface). Για να µ ορεί να ε ικοινωνήσει το ρόγραµµα µε την εγκατάσταση ρέ ει να υ άρχει φυσική διασύνδεση του Η/Υ ου έχει εγκατεστηµένο το ETS µε το Ν- 59

148 Interface του Bus µε µια RS-232 θύρα του υ ολογιστή, µέσω σειριακού καλωδίου [2]. Ένα α ό τα σ ουδαιότερα τµήµατα του ETS είναι η ε ιλογή σχεδιασµού έργου (project design). Α ό εκεί ξεκινά η δηµιουργία κάθε νέου έργου και µ ορούν να γίνουν όλες οι αλλαγές και οι τρο ο οιήσεις ενός υ άρχοντος. Ε ι λέον στο τµήµα αυτό δηµιουργούνται οι διευθύνσεις οµάδας ό ως ε ίσης δηλώνεται η το ολογία των συσκευών και ορίζονται οι σχέσεις των αντικειµένων ε ικοινωνίας µε τις διευθύνσεις οµάδας. Παράλληλα, µ ορεί κανείς να δει σε ιο σηµείο του κτιρίου βρίσκεται κά οια συσκευή και να του αρουσιαστούν οι σχέσεις στοιχείων ε ικοινωνίας µε διευθύνσεις οµάδας. Στο σηµείο αυτό ρέ ει να αναφερθεί ότι δεν είναι αναγκαίο να γίνει η όλη σχεδίαση στον υ ολογιστή όταν αυτός είναι συνδεδεµένος στην εγκατάσταση, αλλά κά ου αλλού και στο τέλος να γίνει η µεταφορά του ρογράµµατος σε κάθε µια συσκευή µεταφέροντας τον φορητό υ ολογιστή στο χώρο εγκατάστασης[2]. Πρέ ει να τονιστεί ότι το ETS χρησιµο οιείται µόνο κατά την εγκατάσταση ή την αναβάθµιση του συστήµατος και δεν είναι α αραίτητο και τη λειτουργία του συστήµατος σε ραγµατικό χρόνο. Ο ρογραµµατισµός στο ETS συνολικά συνίσταται σε: Προσδιορισµό των συσκευών, Καθορισµό της το ολογίας, ιευθυνσιοδότηση των συσκευών, Καθορισµό των αραµέτρων λειτουργίας των συσκευών Καθορισµό των διευθύνσεων οµάδας(group addresses) και της ιεραρχίας τους. Για κάθε συσκευή ΕΙΒ αντλούµε το ρόγραµµά της α ό µια βάση δεδοµένων, καθορίζουµε τις αραµέτρους, δίνουµε διεύθυνση και ροσδιορίζουµε την το ολογία, ό ως φαίνεται στις εικόνες 3.18 και 3.19. 6

Εικόνα 3.18 Προσδιορισµός των συσκευών και καθορισµός των φυσικών διευθύνσεων τους. 61

Εικόνα 3.19 Καθορισµός της το ολογίας. Το ε όµενο βήµα είναι ο καθορισµός των αραµέτρων για κάθε συσκευή, ό ως φαίνεται στην εικόνα 3.2 για την ερί τωση weather station. Στη συνέχεια γίνεται ο καθορισµός των διευθύνσεων οµάδας και της ιεραρχίας τους, ό ως φαίνεται στην εικόνα 3.21. Ακολουθεί ο ρογραµµατισµός του µικροελεγκτή κάθε συσκευής, ό ως φαίνεται στην εικόνα 3.22 για την ερί τωση του Universal I/O Unit. Τέλος εξάγεται ένα αρχείο µε τις διευθύνσεις οµάδας το ο οίο εν συνεχεία «φορτώνεται» στον EIB OPC server. 62

Εικόνα 3.2 Καθορισµός των αραµέτρων του weather station Εικόνα 3.21 Καθορισµός των διευθύνσεων οµάδας 63

Εικόνα 3.22 Προγραµµατισµός της συσκευής Universal I/O Module 3.5.2 EIB OPC Server O EIB OPC Server, είναι µια 32-bit εφαρµογή για λειτουργικά συστήµατα Windows η ο οία κάνει χρήση της τεχνολογίας OLE for Process Control και αρέχει στις εφαρµογές Windows ου την υ οστηρίζουν, ρόσβαση στον δίαυλο για ε ικοινωνία εισόδου/ εξόδου. Μέσω του OPC server και των σχετικών clients ο χρήστης α οκτά ρόσβαση στους συνδροµητές µέσω µεταβλητών α ό τις ο οίες διαβάζει και στις ο οίες γράφει τιµές οι ο οίες µ ορούν να µεταφερθούν σε άλλους α οδέκτες στον δίαυλο. Μέσω του OPC server η διαδικασία ε ικοινωνίας µε το δίαυλο και η ανά τυξη δοκιµαστικών εφαρµογών είναι αρκετά γρήγορη και εύκολη διαδικασία. Ο χρήσης δεν ενδιαφέρεται για την το ολογία και την λειτουργία του διαύλου. Αντίθετα, έχει ως ρογραµµατιστική διε αφή τις µεταβλητές ου αρέχονται α ό τον server. Το αρχείο µε τις διευθύνσεις οµάδας ου αράχθηκε στο ETS, εισάγεται στον ΕΙΒ OPC server. Αυτές οι διευθύνσεις οµάδας α οτελούν τις µεταβλητές στις ο οίες α οκτά ρόσβαση ο OPC client, ου θα δούµε στη συνέχεια. Χρησιµο οιήθηκε η έκδοση 2. του EIB OPC server. 64

Εικόνα 3.23 Ο EIB OPC server µε τις διευθύνσεις οµάδας του συστήµατος 3.5.3 Matlab Η ανά τυξη του υ όλοι ου λογισµικού έγινε σε εριβάλλον Matlab, κάνοντας χρήση των εργαλείων ου αρέχει το ακέτο Matlab R26b. Το OPC toolbox του ακέτου Matlab αρέχει τη δυνατότητα δηµιουργίας clients για την ε ικοινωνία µε τους OPC servers ου είναι ήδη εγκατεστηµένοι στο υ ολογιστή. Χρησιµο οιήθηκε η έκδοση 2..3 του εν λόγω toolbox ου υ άρχει στην έκδοση R26b της Matlab. To ρόγραµµα ου ανα τύχθηκε εκτελεί διαδοχικά τις εξής λειτουργίες: δηµιουργεί, µε εντολή του χρήστη, έναν OPC client, µέσω του OPC toolbox, συνδέεται µε τον ΕΙΒ OPC server, και ανά 1 λε τά: διαβάζει τις τιµές των αισθητήρων, εκτελεί τον αλγόριθµο ελέγχου ου αρουσιάζεται αναλυτικά στο ε όµενο κεφάλαιο 65

στέλνει τιµές στου ενεργο οιητές. Για τον εύκολο χειρισµό του συστήµατος ανα τύχθηκε ένα γραφικό εριβάλλον µε τη χρήση του εργαλείου GUIDE (graphical user interface development environment ) της Matlab και το ο οίο αρουσιάζεται αναλυτικά σε ε όµενο κεφάλαιο. BUS EIB RS 232 Interface RS 232 PC EIB OPC Server Cache Write Read Matlab OPC Client Read/Write Matlab Variable Σχήµα 3.11 Το «λογισµικό» του συστήµατος 66

4. Αλγόριθµος ροβλε τικού ελέγχου 4.1 Περιγραφή του συστήµατος Ad( k) ax s Ay( k) Au( k) Ελεγκτής A P -1 Ax( k) Af ( x( k ),u( k ),d( k)) Ax( k+1) Ax( k) An( k) Ay( k) Σχήµα 4.1 Το δοµικό διάγραµµα ελέγχου Στο σχήµα 4.1 φαίνεται το δοµικό διάγραµµα ελέγχου του συστήµατος, το ο οίο ανα αρίσταται α ό τις εξισώσεις: Μη γραµµική εξίσωση κατάστασης: x(k+1) = f(x(k), u(k), d(k)) Μετρήσεις µε θόρυβο: y(k) = x(k)+ n(k) Ελεγκτής: u(k) = g(xs, y(k)) Το διάνυσµα κατάστασης είναι, x( k) = = ό ου, [ CO 2 ( k) Hum ( k) T ( k) Ill ( k) CO 2 ( k) Hum ( k) T ( k) Ill ( k) ] T T [ x ( k) x ( k) ] T in in out in in in out out out out T CO2,in(k) η εσωτερική συγκέντρωση CO2 (ppm) Humin(k) η εσωτερική σχετική υγρασία (%) Tin(k) Illin(k) CO2,out(k) η εσωτερική θερµοκρασία (ºC) η εσωτερική φωτεινότητα (lux) η εξωτερική συγκέντρωση CO2 (ppm) Humout(k) η εξωτερική σχετική υγρασία (%) Tout(k) Illout(k) η εξωτερική θερµοκρασία (ºC) η εξωτερική φωτεινότητα (lux) Το διάνυσµα µετρήσεων είναι, 67

y(k)= x(k)+ n(k) ό ου n(k) είναι ο άγνωστος θόρυβος στις µετρήσεις. Το διάνυσµα ελέγχου είναι, ό ου, [ W( k) L( k) S( k) AC( )] T u ( k) = k S άνοιγµα σκιάστρων : τελείως κλειστά, 1: τελείως ανοικτά W άνοιγµα αραθύρων : τελείως κλειστά, 1: τελείως ανοικτά AC ε ί εδο κλιµατισµού ( οσοστό του χρόνου δειγµατοληψίας) -1: ψύξη καθ όλη την ερίοδο, +1: θέρµανση καθ όλη την ερίοδο L ε ί εδο τεχνητού φωτισµού (%) : τα φώτα κλείνουν, 1: τα φώτα ανοίγουν λήρως Το διάνυσµα των ε ιθυµητών τιµών είναι: ό ου, CO2,sp Humsp Tsp Illsp xs=[co2,sp Humsp Tsp Illsp ] Τ η ε ιθυµητή τιµή για τη συγκέντρωση CO2 η ε ιθυµητή τιµή για τη σχετική υγρασία η ε ιθυµητή τιµή για τη θερµοκρασία η ε ιθυµητή τιµή για τη φωτεινότητα Τέλος, k είναι η χρονική στιγµή δειγµατοληψίας, d(k) είναι οι µη µετρήσιµες διαταραχές, ό ως η ανθρώ ινη αρουσία, το άνοιγµα της όρτας, το κά νισµα ή κά οια ηγή θερµότητας, Α είναι οι ενεργο οιητές και P η συνολική εγκατάσταση. 4.2 Κατασκευή υ οδείγµατος και ταυτο οίηση 4.2.1 Υ όδειγµα Για την κατασκευή του υ οδείγµατος του συστήµατος ε ιλέχθηκε ένα γραµµικό ως ρος τις αραµέτρους υ όδειγµα της µορφής, x p(k+1)= x p(k)+λ 1 f 1(u(k), x p(k), d(k))+ + λ m f m(u(k), x p(k), d(k)) (4.1) ό ου λi οι τιµές των συντελεστών ρος εκτίµηση[6]. Να σηµειωθεί ότι η (4.1) είναι διαφορετική για κάθε αισθητήρα. 68

Πιο αναλυτικά, για κάθε εσωτερικό αισθητήρα ε ιλέχθηκαν τα ακόλουθα υ οδείγµατα. A. CO2 CO2,in (k+1)=co2,in (k)+α1 W(k)[CO2,out(k)-CO2,in(k)] (4.2) Η εξίσωση αυτή σηµαίνει ότι υ οθέτουµε ότι η συγκέντρωση CO2 την χρονική στιγµή k+1 είναι γραµµική συνάρτηση της συγκέντρωσης την χρονική στιγµή k, του ανοίγµατος των αραθύρων W και της εξωτερικής συγκέντρωσης. Β. Σχετική υγρασία Humin (k+1)=humin (k)+β1 W(k)[Humo ut(k)-humin (k)]+β2 AC(k) (4.3) Η εξίσωση αυτή σηµαίνει ότι υ οθέτουµε ότι η σχετική υγρασία την χρονική στιγµή k+1 είναι γραµµική συνάρτηση της σχετικής υγρασίας την χρονική στιγµή k, του ανοίγµατος των αραθύρων W, του ε ι έδου κλιµατισµού AC και της εξωτερικής υγρασίας Humout. Γ. Εσωτερική θερµοκρασία Tin(k+1)=Ti n(k)+γ1 W(k)[Tout(k)-Tin(k)]+γ2 AC(k)+ γ 3 [Tout(k)-Tin(k)] (4.4) Η εξίσωση αυτή σηµαίνει ότι υ οθέτουµε ότι η εσωτερική θερµοκρασία την χρονική στιγµή k+1 είναι γραµµική συνάρτηση της εσωτερικής θερµοκρασίας την χρονική στιγµή k, του ανοίγµατος των αραθύρων W και του ε ι έδου κλιµατισµού AC. Η συνεισφορά της θερµοκρασίας µέσω του ανοίγµατος είναι συνάρτηση της διαφοράς θερµοκρασιακού δυναµικού [Tout(k)- Tin(k)].. Φωτισµός Illin (k+1)=δ1 S(k) Illout(k)+δ2 L(k)+ δ3 Illout(k) (4.5) 69

Η εξίσωση αυτή σηµαίνει ότι υ οθέτουµε ότι ο φωτισµός την χρονική στιγµή k +1 είναι γραµµική συνάρτηση του ανοίγµατος των σκιάστρων S, του ε ι έδου τεχνητού φωτισµού L και της εξωγενούς συνεισφοράς σε φωτισµό (ήλιος) λόγω διάχυσης. Συνολικά, και µε βάση τις εξισώσεις (4.2)-(4.5), το σύστηµα εκφράζεται ως, 4 x(k+1)=ax(k)+ G jx( k) u j( k) +Bu(k) j= 1 (4.6) ή 7

71 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 1 1 1 1) ( 4 3 2 1 3 3 3 k x k k k k k x = + φ φ φ φ δ γ γ ) ( ) ( 2 2 1 1 1 1 k W k x + γ γ β β α α ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 1 k AC k x k L k x k S k x + + + δ ) ( 2 1 2 k u + δ γ β (4.7)

Για τις µεταβλητές εξωτερικού χώρου (µετρήσιµες ή θεωρούµενες σταθερές, ό ως της συγκέντρωσης CO2) υ οθέσει µια άγνωστη χρονικά µεταβαλλόµενη σχέση, xi+4(k+1)=φi(k) xi+4(k) για i=1..4 Έχοντας έτοιµο το υ όδειγµα ροχωράµε µε την ταυτο οίηση του συστήµατος. 4.2.2 Ταυτο οίηση Για κάθε εσωτερικό αισθητήρα η µέθοδος εκτίµησης των αραµέτρων λi, ου αναφέρονται στη γενική εξίσωση (4.1), είναι αυτή των ελαχίστων τετραγώνων, ου ροκύ τει α ό τις σχέσεις, ή xp(2) xp(1) x p(3) xp(2) M = xp( n 1) xp( n 2) f xp( n) xp( n 1) f 1 f f ( u(1), xp(1) ) L fm( u(1), xp(1) ) ( u(2), x (2)) L f ( u(2), x (2)) M p ( u( n 2), xp( n 2) ) L fm( u( n 2), xp( n 2) ) ( u( n 1), x ( n 1) ) L f ( u( n 1), x ( n 1) ) 1 1 1 p O m m M p p λ1 M λ m x=fλ Η εκτιµήτρια ελαχίστων τετραγώνων δίνεται α ό την, ˆ Τ 1 Τ λ = ( F F) F x (4.8) Με βάση την (4.8) η ρόβλεψη της xp(k+1) δοθέντων των xp(k), u(k) είναι, xp(k+1)= xp(k)+λˆ 1 f1(u(k), xp(k))+ + λˆ m f m(u(k), xp(k)) (4.9) Η εκτίµηση των αραµέτρων έγινε ξεχωριστά για κάθε ενεργο οιητή, θέτοντας το σύστηµα σε λειτουργία ε ί 48 ώρες. Κάθε 2 λε τά αίρνουµε µετρήσεις α όλους τους αισθητήρες και τις καταγράφουµε µαζί µε την

ώρα/ηµεροµηνία και τη τιµή του ενεργο οιητή σε αρχείο. Οι τιµές του ενεργο οιητή µεταβάλλονται σταδιακά α ό το ελάχιστο ως το µέγιστο σε διάστηµα 24 ωρών κατά 1% τη φορά, έτσι ώστε να ικανο οιείται η α αίτηση να διεγείρεται το σύστηµα α ό όλο το φάσµα των τιµών των εισόδων. Το δεύτερο 24ωρο θα ε αναλαµβάνεται το µοτίβο αυτό. Στο τέλος θα έχουµε 4 αρχεία, ένα για κάθε ενεργο οιητή. Εφαρµόζοντας την εκτιµήτρια ελαχίστων τετραγώνων ροκύ τουν τα υ οδείγµατα. Στα γραφήµατα ου τα συνοδεύουν φαίνονται οι ραγµατικές και οι ροβλε όµενες τιµές των αισθητήρων και οι τιµές των ενεργο οιητών. Για τους αισθητήρες ου ε ηρεάζονται α ό δύο ενεργο οιητές αρουσιάζουµε δύο γραφήµατα. Α. CO2 Καθώς δεν διαθέτουµε εξωτερικό αισθητήρα CO2 το οθετήσαµε για ερί ου 66 ώρες τον εσωτερικό αισθητήρα ως εξωτερικό και καταγράψαµε τις µετρήσεις ου φαίνονται στο γράφηµα, 52 CO2 mean = 497.2479 51 5 CO2 out (ppm) 49 48 47 46 5 1 15 2 25 samples Σχήµα 4.2 Μετρήσεις του εξωτερικού CO2 για ερί ου 66 ώρες Ό ως βλέ ουµε η συγκέντρωση του CO2 στον εξωτερικό χώρο κυµαίνεται σε ένα σχετικά µικρό ένα εύρος τιµών (475.. 52 ppm) µε µέση τιµή 497,2479 ppm. Για να δηµιουργήσουµε το υ όδειγµα θα την θεωρήσουµε σταθερή στο χρόνο και ίση µε τη µέση τιµή της. Το υ όδειγµα ου ροκύ τει είναι, 73

CO2,in(k+1)=CO2,in(k)+,215 W(k)[497,2479-CO2,in(k)] Το αντίστοιχο γράφηµα είναι, 52 51 real predicted CO2 (ppm) 5 49 48 47 5 1 15 samples 1.8 windows.6.4.2 5 1 15 samples Σχήµα 4.3 Υ όδειγµα CO2 Β. Φωτισµός Illin(k+1)=,33 S(k) Illout(k)+4,5 L(k-1)+,8 Illout(k) Τα αντίστοιχα γραφήµατα είναι, 74

Ill in (lux) 1 5 real predicted 5 1 15 samples 1 L(%) 5 5 1 15 samples 1 S -1 5 1 15 samples 2 x 14 Ill out (lux) 1 5 1 15 samples Σχήµα 4.4 Υ όδειγµα φωτισµού µε κλειστά σκίαστρα Ill (lux) 1 5 real predicted 5 1 15 1 samples L(%) -1 5 1 15 1 samples S.5 Ill out (lux) 5 1 15 samples 2 x 14 1 5 1 15 samples Σχήµα 4.5 Υ όδειγµα φωτισµού µε κλειστά φώτα 75

Γ. Εσωτερική θερµοκρασία Tin(k+1)=Tin(k)+,29 W(k)[Tout(k)-Tin(k)]+,756 AC(k) )+,39 [Tout(k)-Tin(k)] Τα αντίστοιχα γραφήµατα είναι, T in (C) 5 4 3 real pred 2 5 1 15 samples 1 a/c -1 5 1 15 samples 1 W -1 5 1 15 samples 4 T out (C) 3 2 5 1 15 samples Σχήµα 4.6 Υ όδειγµα θερµοκρασίας µε κλειστά αράθυρα 76

3 T in (C) 25 real predicted 2 5 1 15 samples 1 a/c -1 5 1 15 samples 1 windows.5 5 1 15 samples 4 T out (C) 3 2 1 5 1 15 samples Σχήµα 4.7 Υ όδειγµα θερµοκρασίας µε κλειστό air condition. Σχετική υγρασία Humin(k+1)=Humin(k)+,77 W(k)[Humout(k)-Humin(k)]+,747 AC(k) Ακολουθούν τα αντίστοιχα γραφήµατα. Στο σχήµα 4.8 δεν υ άρχει γράφηµα για την εξωτερική υγρασία, γιατί όταν καταγράφηκαν οι µετρήσεις δεν υ ήρχε εξωτερικός αισθητήρας σχετικής υγρασίας στην εγκατάσταση. 77

Hum in (%) 5 4 3 real predicted 2 2 4 6 8 1 12 samples 1.5 a/c -.5-1 2 4 6 8 1 12 samples Σχήµα 4.8 Υ όδειγµα σχετικής υγρασίας µε κλειστά αράθυρα 6 Hum in (%) 5 4 real predicted 3 5 1 15 samples 1 W.5 5 1 15 samples 7 Hum out (%) 6 5 4 3 5 1 15 samples Σχήµα 4.9 Υ όδειγµα σχετικής υγρασίας µε κλειστό air condition 78

4.3 Έλεγχος Έχοντας έτοιµο το υ όδειγµα, συνεχίζουµε µε τον ελεγκτή. Οι α αιτήσεις του σχεδιασµού είναι να κρατηθούν οι εσωτερικές καταστάσεις κοντά στις ε ιθυµητές τιµές (set-points) xs µε τo ελάχιστο δυνατό κόστος σε κατανάλωση ενέργειας. Ένας κατάλληλος δείκτης α όδοσης θα µ ορούσε έτσι να είναι 1, 2 2 ( k) = xin( k+ 1) xs u( k) Q R J + ό ου οι Q, R είναι ίνακες βαρών[7]. Αυτός ο δείκτης µ ορεί να υ ολογιστεί στο τέλος ενός κατάλληλου ορίζοντα, Ν χρονικά δείγµατα α ό την αρούσα στιγµή. Στο υ όδειγµά µας τα χρονικά δείγµατα α έχουν µεταξύ τους 2 min. Ε οµένως το ρόβληµά µας µ ορεί να οριστεί ως, min J = x ( k+ N) x + u U in s 2 Q u( k) 2 R (4.1) Εδώ κάνουµε τις ακόλουθες αραδοχές για χάρη α λο οίησης: Οι τιµές ελέγχου αραµένουν σταθερές κατά τη διάρκεια του ορίζοντα ρόβλεψης, u(k)=u(k+1)= = u(k+n). Οι µελλοντικές τιµές των εξωτερικών διαταραχών υ οτίθενται ε ίσης σταθερές και ίσες µε την τελευταία µετρηµένη τιµή x ( k) = x ( k+ 1) = L = x ( k+ N) ~ x ( k). out out out = Ε ι λέον, για να εκτελέσουµε την ελαχιστο οίηση στην (4.1) µ ορούµε να δεχτούµε τα εξής: Οι έλεγχοι για τα σκίαστρα (S) και το άνοιγµα αραθύρων (W) δεν έχουν κανένα «κόστος», εκτός α ό την ενεργο οίηση των αντίστοιχων µοτέρ ( αθητικό κόστος). Κατά συνέ εια µ ορούν να µην εισαχθούν στον όρο ελέγχου της (4.1). Ο ενεργο οιητής φωτισµού (L) έχει ε ι τώσεις µόνο σε µια κατάσταση (φωτισµός), και ε οµένως µ ορεί να ελαχιστο οιηθεί ανεξάρτητα. out 1 Χρησιµοποιείται η παράσταση y 2 Q = y T Qy 79

Κατά συνέ εια οι ίνακες βαρών διαµορφώνονται ως εξής: Q= a diag [ q q q q ], R= (1 a) diag[ r r ] 1 2 3 4 1 ό ου τα qi, ri, α ε ιλέγονται έτσι ώστε να α εικονιστούν οι διαφορές στις κλίµακες των µεταβλητών, καθώς και η ισορρο ία µεταξύ της ρύθµισης της τιµής µιας µεταβλητής και του αντίστοιχου κόστους του ελέγχου (οι σωστές τιµές ροκύ τουν µετά α ό µια σειρά δοκιµών). 2 Ε ίσης αρόλο ου η ελαχιστο οίηση της (4.1) µ ορεί να γίνει αναλυτικά ([7]), ε ιλέξαµε για χάρη α λότητας να διακριτο οιήσουµε το σύνολο U, έτσι ώστε η ελαχιστο οίηση να είναι µια α λή αναζήτηση. Το διακριτό σύνολο ε ιλέχθηκε ως: Για το άνοιγµα των αραθύρων: Ud,W={,.1,, 1} Για τα φώτα: Ud,L={, 1,, 1} Για τα σκίαστρα: Ud,S={,.1,, 1} Για το κλιµατιστικό: Ud,AC={-1, -.9,,,,.9, 1} 4.4 Παράµετροι σχεδιασµού Για την ικανο οιητική λειτουργία του συστήµατος ε ιλέχθηκαν οι ακόλουθοι αράµετροι. 4.4.1 Ε ιθυµητές τιµές Η ε ιλογή των κατάλληλων ε ιθυµητών τιµών είναι µια ολύ σηµαντική σχεδιαστική αράµετρος, αφού α ό αυτήν εξαρτώνται σε µεγάλο βαθµό οι κλιµατικές συνθήκες στον χώρο ό ου λειτουργεί το σύστηµα. 8

Α. CO2 Η µέτρηση των ε ι έδων ppm του CO2 (CDPL) είναι ένας αξιό ιστος τρό ος για τη µέτρηση των εσωτερικών ρύ ων ενός κτηρίου, οι ο οίοι µ ορούν να ροκαλέσουν στους ανθρώ ους συµ τώµατα ό ως νύστα, ονοκέφαλους, ή υ οτονική δραστηριότητα. Για να εξαλειφθούν οι ερι τώσεις τέτοιων συµ τωµάτων λόγω της κακής οιότητας αέρα, η συγκέντρωση CDPL ρέ ει να συντηρείται στα ε ί εδα των 6 ppm και κάτω. Το «εθνικό ίδρυµα για την ε αγγελµατική ασφάλεια και υγεία» των Η.Π.Α. (N.I.O.S.H.) θεωρεί ότι οι συγκεντρώσεις CO2 ου υ ερβαίνουν τα 1. ppm είναι ένας δείκτης για τον ανε αρκή εξαερισµό[8]. Ε ίσης ο «αµερικανικός σύλλογος των µηχανικών θέρµανσης, κατάψυξης και κλιµατισµού» (ASHRAE) συστήνει να µην υ ερβαίνει τα 1. ppm σε εσωτερικούς χώρους[8]. Έχοντας αυτά τα δεδοµένα ε ιλέξαµε να ορίσουµε την ε ιθυµητή τιµή στα 6 ppm, ε ειδή το όριο αυτό θεωρείται ασφαλές και ο αερισµός γίνεται µε το άνοιγµα των αραθύρων χωρίς σηµαντικό κόστος σε ενέργεια. Β. Σχετική υγρασία Η σχετική υγρασία σε εσωτερικούς χώρους ρέ ει να κυµαίνεται µεταξύ 3% και 6% σύµφωνα µε το ρότυ ο 55-1992 «θερµικές εριβαλλοντικές συνθήκες για την ανθρώ ινη κατοικία» του ASHRAE[9][1]. Η υψηλή υγρασία κατά τους θερµούς καλοκαιρινούς µήνες ροκαλεί στον άνθρω ο ιδρώτα και κάνει την ατµόσφαιρα α ο νικτική, ενώ κατά τους χειµερινούς µήνες κάνει το κρύο δια εραστικό. Η χαµηλή υγρασία κάτω α ό 3%, οδηγεί ροκαλεί στον άνθρω ο ταλαι ωρία, ό ως ξηρό δέρµα και υ ερβολική δίψα. Έτσι ε ιλέξαµε να ορίσουµε την ε ιθυµητή τιµή στο 5% και να ορίσουµε ένα «αράθυρο» ±1%, στο ο οίο θα θεωρούµε τη σχετική υγρασία ικανο οιητική, αφού θα κυµαίνεται µεταξύ 4 και 6 %. Γ. Θερµοκρασία Για την θερµοκρασία δεν ε ιλέξαµε µια συγκεκριµένη ε ιθυµητή τιµή, καθώς η ε ιθυµητή θερµοκρασία εξαρτάται κάθε φορά α ό αράγοντες ό ως η ε οχή, ο ρουχισµός κ.α. Η ε ιθυµητή τιµή ροκύ τει λοι όν α ό ένα αλγόριθµο, µε βάση την εσωτερική και την εξωτερική θερµοκρασία, ό ως φαίνεται στον ίνακα 4.1. Να σηµειώσουµε ότι όταν η εσωτερική θερµοκρασία κυµαίνεται µεταξύ 21 και 26 ºC δεν ε ιδιώκουµε να την αλλάξουµε. 81

Tin(ºC) Tout(ºC) Tsp(ºC) 26 >36 Tout -1 36 26 21 and <26 ο οιαδή οτε Tin <21 ο οιαδή οτε 21 Πίνακας 4.1 Αλγόριθµος για την ε ιθυµητή τιµή της θερµοκρασίας. Φωτισµός Ο φωτισµός σε γραφεία, σύµφωνα µε το ρότυ ο 1926.56 της «διοίκησης ε αγγελµατικής ασφάλειας & υγείας» του υ ουργείου εργασίας των Η.Π.Α., ρέ ει να είναι τουλάχιστον 3 lux [11]. Για την ερί τωσή µας ε ιλέξαµε ε ιθυµητή τιµή 35 lux. Ε οµένως το διάνυσµα των ε ιθυµητών τιµών γίνεται xs=[6 5 Τsp 35] 4.4.2 Ορίζοντας ρόβλεψης Για τον ορίζοντα ρόβλεψης α οφασίσαµε να µην ε ιλέξουµε ολύ µεγάλη τιµή, ώστε να µην α οµακρυνθούµε ολύ α ό την ραγµατικότητα ως ρος τις εξωτερικές διαταραχές. Α ό την άλλη, µια ολύ µικρή τιµή θα εριόριζε τα εριθώρια ρόβλεψης. Για τους λόγους αυτούς και µετά α ό δοκιµές καταλήξαµε στην τιµή N=5. 4.4.3 Πίνακες βαρών Ο ίνακας Q αφορά την εγγύτητα στις ε ιθυµητές τιµές. Ε ιλέγουµε τιµές τέτοιες στα βάρη, ώστε να γίνει µια σχετική κανονικο οίηση. Για να γίνει η κανονικο οίηση διαιρούµε τη µεγαλύτερη τιµή α ό το διάνυσµα των ε ιθυµητών τιµών µε την ε ιθυµητή τιµή για κάθε ερί τωση. Στην ερί τωση της θερµοκρασίας η ε ιθυµητή τιµή είναι τουλάχιστον 21 ºC και µ ορεί να φτάσει τους καλοκαιρινούς µήνες άνω α ό 3 ºC. Έτσι διαιρούµε µε το 25 σαν µια µέση τιµή. Ο ότε για τις εσωτερικές διαταραχές, 82

wco2 =6/6=1, whum=6/5=12, wtin=6/25=24 Ο φωτισµός ελαχιστο οιείται ανεξάρτητα, ο ότε δεν α αραίτητη η κανονικο οίηση και ε ιλέγουµε, will=1 Για τις εξωτερικές διαταραχές, wco2 =, whum=, wt=, will= Τα βάρη δεν έχουν την ίδια τιµή σε όλες τις ερι τώσεις, αλλά ε ηρεάζονται και α ό τις ε ιθυµητές τιµές. Πιο συγκεκριµένα, Α. CO2 To ε ιθυµητή τιµή (6 ppm) σε αυτή την ερί τωση έχει την έννοια ότι οι ε ιθυµητές τιµές συγκέντρωσης CO2 είναι 6 ppm και κάτω. ηλαδή θα ήταν λάθος να θέλουµε να ροσεγγίσουµε την ε ιθυµητή τιµή όταν είµαστε κάτω α ό αυτή. Όταν η συγκέντρωση του CO2 µικρότερη α ό 6 ppm θέλουµε τα αράθυρα να αραµένουν κλειστά, εκτός και αν άλλοι λόγοι, ό ως η θερµοκρασία ή η υγρασία, ε ιβάλλουν το άνοιγµά τους. Για να το εκφράσουµε αυτό, το βάρος για το CO2 θα γίνει για αυτές τις τιµές wco2=. CO2in (ppm) wco2 >6 1 6 Πίνακας 4.2 Το βάρος για το CO2 Β. Σχετική υγρασία Οµοίως για τη σχετική υγρασία το βάρος θα είναι όταν είµαστε µέσα στο «αράθυρο» ε ιθυµητών τιµών ου έχουµε ορίσει (4% - 6%). Humin (%) whum 4 and 6 <4 or >6 1 Πίνακας 4.3 Το βάρος για τη σχετική υγρασία 83

Γ. Θερµοκρασία Όταν η εσωτερική θερµοκρασία κυµαίνεται µεταξύ 21 και 26 ºC δεν ε ιθυµούµε να την αλλάξουµε έτσι το βάρος σε αυτές τις ερι τώσεις θα είναι. Τin (ºC) WTin 21 and <26 <21 or 26 2 Πίνακας 4.4 Το βάρος για την εσωτερική θερµοκρασία. Φωτισµός Για το φωτισµό το βάρος είναι άντα 1. Συνολικά είναι, Q= a [ w w w 1] diag CO2 Hum Tin Ο ίνακας R αφορά το κόστος σε ηλεκτρική ενέργεια για τους ενεργο οιητές. Ό ως έχουµε ήδη αναφέρει θεωρούµε το κόστος για τα αράθυρα και τα σκίαστρα. Για το κλιµατιστικό ορίζουµε βάρος 8 για να το «τιµωρήσουµε» σε σχέση µε το άνοιγµα των αραθύρων, µε τέτοιο τρό ο ώστε να χρησιµο οιείται µόνο όταν είναι α αραίτητο, γιατί έχει µεγάλη κατανάλωση σε ηλεκτρική ενέργεια. Το νούµερο αυτό ροέκυψε µε δοκιµές. Αντίστοιχα για τα φώτα ορίζουµε βάρος 1. R = ( 1 a) diag [ 1 8] Τέλος ε ιλέγουµε συντελεστή α=.5 γιατί δίνουµε την ίδια βαρύτητα στους δύο όρους της ελαχιστο οίησης. 4.4.4 Χρόνος δειγµατοληψίας Η αρχική ρόθεση ήταν να ορίσουµε ως χρόνο δειγµατοληψίας 2 min, να «τρέχει» δηλαδή ο ελεγκτής κάθε 2 min, για να ροσαρµόζεται το σύστηµα 84

γρήγορα στις µεταβολές λόγω διαταραχών. Τελικά ο χρόνος δειγµατοληψίας ου ε ιλέχθηκε είναι 1 min. Αυτό συνέβη λόγω του κλιµατιστικού: Το συγκεκριµένο κλιµατιστικό δεν έχει διαβαθµίσεις ως ρος την α όδοσή του. Ό ως έχουµε ήδη αναφέρει οι µόνες εντολές ου του δίνουµε είναι «άνοιξε/κλείσε» και «κρύο/ζεστό». Οι ενδιάµεσες καταστάσεις, εκτός α ό το λήρως κρύο (-1) ή το λήρως ζεστό (1), ε ιτυγχάνονται µε οσοστό ε ί του χρόνου λειτουργίας. Αν.χ. του δώσουµε την εντολή -,8 θα λειτουργήσει για (,8 χρόνος δειγµατοληψίας) min στο «κρύο». Για να α οφύγουµε λοι όν τις συχνές εκκινήσεις του κλιµατιστικού, οι ο οίες θα είχαν ως συνέ εια αφενός την κατα όνηση της συσκευής και αφετέρου την µεγαλύτερη κατανάλωση ενέργειας, ορίσαµε εν τέλει τον χρόνο δειγµατοληψίας στα 1 min. 85

5. Το γραφικό εριβάλλον Για την εύκολη αρακολούθηση και χειρισµό του συστήµατος ανα τύχθηκε ένα γραφικό εριβάλλον, στο ο οίο α εικονίζονται οι τιµές των αισθητήρων, οι τιµές ου α οστέλλονται στους ενεργο οιητές, καθορίζονται οι ε ιθυµητές τιµές, γίνεται έναρξη ή τερµατισµός του συστήµατος και κατ ε ιλογή εµφανίζονται γραφήµατα µε το ιστορικό κατά το τελευταίο 24ωρο. Έτσι ένας α λός χειριστής µ ορεί να λειτουργήσει το σύστηµα, χωρίς να γνωρίζει ερισσότερες λε τοµέρειες για τα χαµηλότερα ε ί εδα υλο οίησης. Εικόνα 5.1 Το γραφικό εριβάλλον Στην εικόνα 5.1 φαίνεται ένα στιγµιότυ ο του γραφικού εριβάλλοντος κατά τη διάρκεια λειτουργίας. ιακρίνονται έξι εριοχές: Κουµ ί start/stop Εσωτερικοί αισθητήρες Εξωτερικοί αισθητήρες 86

Ενεργο οιητές Ε ιθυµητές τιµές Γραφήµατα 5.1 Εκκίνηση, τερµατισµός Υ άρχει το κουµ ί «start/stop». Πατώντας το «start», το σύστηµα ξεκινάει και το κουµ ί µετατρέ εται σε «stop». Πατώντας το «stop», το σύστηµα σταµατάει, σε όλους τους ενεργο οιητές α οστέλλεται η τιµή και το κουµ ί µετατρέ εται σε «start». Εικόνα 5.2 Το κουµ ί «start/ stop» 5.2 Αισθητήρες Υ άρχουν δύο εριοχές για την α εικόνιση των τιµών των αισθητήρων, µια για τους εσωτερικούς και µια για τους εξωτερικούς. Οι τιµές ανανεώνονται κάθε 1 λε τά, όταν γίνεται και ο έλεγχος. Εικόνα 5.3 Α εικόνιση των τιµών των αισθητήρων 5.3 Ενεργο οιητές Υ άρχει µια εριοχή για την α εικόνιση των τιµών ου α οστέλλονται στους ενεργο οιητές µετά α ό κάθε έλεγχο, δηλαδή ανά 1 min. 87

Εικόνα 5.4 Α εικόνιση των τιµών των ενεργο οιητών 5.4 Ε ιθυµητές τιµές Σε αυτή την εριοχή ο χειριστής του συστήµατος µ ορεί να καθορίζει τις ε ιθυµητές τιµές για τη φωτεινότητα, την υγρασία και τη συγκέντρωση του CO2 µετακινώντας τις αντίστοιχες µ άρες ή εισάγοντας την τιµή στο αντίστοιχο λαίσιο. Το set-point της θερµοκρασίας ροκύ τει αυτόµατα α ό τον αλγόριθµο ου έχει αναφερθεί και δεν έχουµε τη δυνατότητα ε έµβασης. Εικόνα 5.5 Περιοχή α εικόνισης και καθορισµού των set-points 5.5 Γραφήµατα Σε αυτή την εριοχή µ ορούµε να δούµε γραφήµατα για το ιστορικό του συστήµατος. Ε ιλεγούµε α ό το σχετικό µενού φωτεινότητα, θερµοκρασία, υγρασία ή CO2 και ανοίγει ένα νέο αράθυρο µε τα κατάλληλα γραφήµατα. 88

Στο ρώτο γράφηµα το ράσινο χρώµα αντι ροσω εύει τις ραγµατικές τιµές, το κόκκινο τις τιµές ου υ ολογίζει ο ροβλε τικός αλγόριθµος και το µ λε τα set-points. Εικόνα 5.6 Το µενού ε ιλογής των γραφηµάτων Εικόνα 5.7 Το αράθυρο µε τα γραφήµατα για το φωτισµό 89

Εικόνα 5.8 Το αράθυρο µε τα γραφήµατα για τη θερµοκρασία 9

Εικόνα 5.9 Το αράθυρο µε τα γραφήµατα για τη σχετική υγρασία 91

Εικόνα 5.1 Το αράθυρο µε τα γραφήµατα για τη συγκέντρωση CO2 Για τα αρα άνω γραφήµατα να σηµειώσουµε το σύστηµα για το χρονικό διάστηµα έως 53 min αρέµεινε κλειστό, γιατί είχε οριστεί χρονοδιακό της ου το α ενεργο οιούσε κατά τις νυχτερινές ώρες. Ο αλγόριθµος ελέγχου βέβαια εκτελούταν κανονικά, αλλά οι ενεργο οιητές λάµβαναν την τιµή. 92