Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2008 №11

LonWorks — сеть, сберегающая энергию

Хапп Ханс


«Двадцать лет назад я учредил компанию Echelon, движимый одной очень простой идеей: если установить повсеместно сверхминиатюрные компьютеры, которые бы отслеживали окружающую обстановку и обменивались друг с другом собранными данными, это могло бы изменить целые отрасли, — сказал г-н Марккула (A. C. 'Mike' Markkula), учредитель компании Echelon и соучредитель корпорации Apple, Inc., в своем выступлении 14 мая 2008 г. на конференции, посвященной 20-летнему юбилею компании Echelon. — Мы представляли себе мир, полный интеллектуальных зданий, заводов, жилищ и электростанций, использующих наши технологии для наращивания эффективности работы, снижения цен и повышения качества, производительности труда и комфорта. Для воплощения этого замысла требовались невероятная изобретательность и готовность к новаторству, но действительность на голову превзошла самые смелые фантазии. Сегодня благодаря нашим технологиям мы имеем устройства, объединенные в глобальные сети, которые позволяют наделить инфраструктуру интеллектом и открывают возможности для прогресса во множестве различных отраслей».

Эффективное энергосбережение

Повышение производительности труда и рентабельности для конечного пользователя, снижение затрат на обслуживание — всего этого, безусловно, можно добиться при помощи технологии Echelon, но сегодня самой привлекательной ее чертой является мощнейший потенциал энергосбережения. Ввиду того, что стоимость энергоносителей для европейских потребителей всегда была выше, чем в США, здесь, в Европе, традиционно сильнее стимул к использованию данной технологии в целях экономии энергии.

Поэтому неудивительно, что львиная доля суммарного оборота компании Echelon приходится на Европу. Более того, под влиянием европейских тенденций компания Echelon вышла на этот сегмент рынка еще до начала волны «экологичного проектирования» в США. В то же время продукты Echelon активно продвигаются на рынке США как средства энергосбережения в рамках этой кампании за экологичное проектирование. Для дальнейшей популяризации идеи энергосбережения и ознакомления с громадным потенциалом этой технологии около полугода назад головной офис компании в Сан-Хосе, штат Калифорния, посетили генеральный секретарь ООН Пан Ги Мун и губернатор штата Калифорния Арнольд Шварценеггер.

Основной принцип экономии энергии

Достаточно быстро снизить энергозатраты может кто угодно, если знать, где и как расходуется энергия. Все начинается с наших собственных жилищ, но кто из нас на самом деле знает, где непроизводительно «сжигается» энергия? Поэтому неудивительно, что аудио- и видеосистемы в режиме ожидания за год расходуют больше энергии, чем современный кухонный морозильник. Даже маленький замковый трансформатор, потребляющий считанные ватты, дает заметный вклад в годовой энергетический баланс за счет круглосуточной работы.

Уличное освещение: более чем 50%-ное сокращение энергозатрат

В качестве примера приведем простой факт: до 38% энергопотребления в больших городах приходится на уличное освещение! Это невероятно большое количество энергии. С помощью технологии LonWorks компании Echelon городу Осло удалось снизить энергозатраты, связанные с уличным освещением, на 62%.

Ранее уличное освещение включалось при помощи технологии пульсационного управления, не предусматривавшей канала обратной связи: из диспетчерской подавалась команда на включение освещения, и ответственным лицам оставалось только надеяться, что эта команда достигла соответствующих осветительных приборов. Во избежание недовольства со стороны местного населения уличные фонари включались относительно рано и выключались довольно поздно по обычной системе — путем многократной подачи команд включения или выключения.

Технология LonWorks делает возможным весьма узконаправленное и надежное управление. Более того, с ее помощью освещение можно приглушать. Например, в отсутствие луны освещение можно приглушить на 15–20%, поскольку в этих условиях свет субъективно воспринимается как более яркий. Яркость свечения каждого конкретного фонаря можно устанавливать с учетом допусков на параметры датчиков освещенности и погоды, а также интенсивности дорожного движения и множества других данных.

Вдобавок появляется возможность снизить затраты на обслуживание, так как срок службы каждого фонаря или лампы можно точно зафиксировать, а информация об отказе мгновенно передается в диспетчерскую. Как следствие, гораздо точнее определяется фактическая наработка на отказ, что позволяет надлежащим образом скорректировать периодичность замены и, следовательно, обеспечить максимальный срок службы ламп.

В Германии серьезным препятствием к внедрению новинок стало то обстоятельство, что бюджеты на инвестиции и эксплуатационные расходы, как правило, совершенно независимы. Поэтому, даже если новые технологии внедряются предельно быстро, осуществить требуемые инвестиции зачастую не удается по причинам структурного или политического характера. Но это препятствие можно обойти, применяя специальные модели лизинга у оператора или другие пути финансирования. Кроме того, у поставщиков оборудования имеются соответствующие модели финансирования для модернизации систем автоматизации зданий.

Но не только в норвежских городах осознали громадную экономию, которую обеспечивает технология i.LON (LonWorks). В столице одной из федеральных земель Германии уличное освещение переводится под управление системы на базе той же технологии.

Энергосбережение в частных домах и офисах

Возможности для энергосбережения есть практически в каждом уголке частного дома. Например, специалисты из Института Фраунгофера, работающие по проекту InHaus в г. Дуйсбурге, подсчитали, что каждый частный дом мог бы ежегодно экономить от 1000 до 2500 евро за счет энергосбереженияи все это без малейшей потери комфорта.

Автоматизация зданий также позволяет сократить затраты на энергоснабжение в крупных офисных зданиях на 25-50%.

Реализовать весь этот потенциал можно только за счет рационально организованной сетевой инфраструктуры. Так, например, можно поднимать или опускать жалюзи по сохраненным данным о положении солнца, определенном в географических координатах. С помощью детекторов присутствия можно отключать различные устройства, такие как кофеварки, фотокопировальные аппараты и нагреватели, если в течение заданного периода времени поблизости не окажется ни одного человека. Эти устройства можно использовать и в других системах, например в охранной системе.

Огромный потенциал частных домов

Менее 1% всех жилищ имеют «зачатки» автоматизации зданий; в настоящий момент самым популярным устройством автоматизации является термостат системы отопления. Несколько лет назад, когда компания Echelon пыталась реализовывать проекты в сфере автоматизации домов, но отклик был весьма неактивным, поскольку цены на энергоносители были в то время гораздо ниже. Ситуация изменилась, и энергосбережение при помощи сетевых систем, некогда считавшееся уделом технарей-энтузиастов, вошло в моду, а технология Echelon предоставляет идеальную техническую платформу для экономии энергии.

Для частного дома минимальная сумма вложений в LON-сеть составляет около 2500 евро. При нынешних ценах на электроэнергию эти вложения окупятся в большинстве случаев уже через три года.

Уникальность технологии Echelon

Есть несколько различных способов организации сети, но почему именно технологии Echelon имеет смысл использовать для построения решений на базе энергосберегающих сетей? Компания Echelon непрерывно развивает и совершенствует свои системы, особенно базирующиеся на технологии PowerLine, и является единственным поставщиком, предлагающим законченное решение на одном кристалле, в котором реализованы все необходимые протоколы. Эта микросхема охватывает все уровни коммуникации, обеспечивая при этом соответствие европейскому стандарту CENELEC. Изделия Echelon PowerLine отвечают всем важнейшим мировым стандартам. Благодаря этому сбыт конечной продукции во все страны организуется без какихлибо затруднений. Более того, стандарт LON известен и признан во всем мире, так что и в этом отношении обеспечивается совместимость. В результате огромные препятствия, с которыми обычно связывается стандартизация, исчезают; на данный момент устройство прошло предварительную сертификацию даже в Китае.

Тем временем технология LON развилась настолько, что превратилась в общемировой стандарт. Если источник питания сконструирован правильно, то LON-устройство будет работать по всему миру во всех LON-узлах. Стандарт LON используется не только в автоматизации зданий, но и в управлении дорожным движением. Сегодня LON-узлы имеются почти во всех новых железнодорожных вагонах — дальнего следования, местного сообщения, метрополитена.

Компания Echelon/LonMark предоставляет своим клиентам базу данных LonMark-совместимых устройств, что избавляет от необходимости обращаться к паспортам изделий.

Консорциум LonMark

Пользователи технологии LON объединились в консорциум LonMark в целях стандартизации. Как правило, когда речь идет о системе шин, усилия сосредотачиваются на стандартизации протокола, но при использовании LON протокол был зафиксирован с самого начала. Устройства первого поколения, увидевшие свет в 1992 г., до сих пор совместимы с новыми, только что разработанными устройствами.

Благодаря этому разработчики систем смогли сфокусироваться на стандартизации приложений и, как следствие, на создании прикладных профилей для насосов, солнце защиты, управления помещениями и т. д. Поэтому профили LonMark — самые передовые и охватывают самый широкий спектр областей.

Компания Echelon встроила эти профили в свою среду разработки. Например, если разработчикам требуются «профиль коммутатора», «профиль солнцезащиты» и «отдельный механизм управления помещением», они могут несколькими щелчками мыши в средстве планирования конфигурации LON на экране монитора объединить эти три профиля в одну конфигурацию и получить сертифицируемый исходный код. Внешний вид и поведение устройства можно, разумеется, задавать индивидуально, чтобы оно отличалось от продукции конкурентов.

Сертификация осуществляется простым и экономически эффективным образом — путем подключения вновь разработанного устройства к сертифицированному образцовому устройству и автоматического тестирования функциональности каждого профиля.

Практическое энергосбережение с помощью LON

В LON-сети все технические средства здания объединены друг с другом, так что между отоплением, контрольно-измерительными приборами и автоматикой (КИПИА), устройствами солнцезащиты и т. п. имеется логическая связь.

Например, прежде в гостиницах была распространена ситуация, когда три отдельных термостата работали параллельно. Поскольку каждый из термостатов обладал гистерезисом, в переходный период затраты на энергоснабжение стремительно росли, так как системы работали друг против друга: для компенсации воздушного кондиционирования включалось отопление, и наоборот. В конце концов, поставщики технических средств для зданий попытались в большей или меньшей степени избавиться от этой досадной проблемы, используя реле.

В отличие от этого, в зданиях с сетевой инфраструктурой для идеальной регулировки температуры достаточно одного термостата. Более того, теперь в одной комнате устанавливается несколько датчиков — температуры, присутствия, освещения и т. д.

Например, системы солнцезащиты позволяют устанавливать верхние планки жалюзи так, чтобы комната достаточно хорошо освещалась отраженным от потолка дневным светом. Соответственно, на освещение не нужно тратить энергию, а, кроме того, отсутствуют потери тепла от электрического освещения. Ситуацией полностью управляет LON-сеть.

Конечно же, эту функцию можно использовать и для противоположных целей. Если комната не используется, и температура в ней падает на несколько градусов ниже заданного уровня, в обычной системе включается отопление. Но в интеллектуальной системе на базе LON при наличии надлежащей программы можно сначала поднять створки жалюзи и воспользоваться солнечным теплом для нагрева помещения, если солнцезащита не нужна.

Интеллектуальная сеть

В крупных зданиях объединением технических средств здания в сеть занимается системный интегратор; интеграция осуществляется через ПК, поскольку в системе LON отсутствует аппаратная в классическом понимании этого термина. Понятно, что в сети всегда будет техническая аппаратная, из которой, например, можно будет отключить все устройства. Но эта аппаратная предназначена лишь для простых операций, а с точки зрения LON-сети она представляет собой лишь один из множества пунктов управления, поскольку само управление осуществляется внутри интеллектуальной сети.

Например, фонари оборудуются веб-серверами i.LON. С одной стороны, они подключены к LON-сети через интерфейс PowerLine или витую пару, двухпроводную линию с экранированием или без такового; с другой стороны, у них имеется Ethernet-соединение. Каждый веб-сервер i.LON имеет собственный URL-адрес: вместо того чтобы вводить, например, www.ebv.com, пользователь вводит URL-адрес конкретного веб-сервера с любого ПК, имеющего выход в Интернет, для подключения к устройству после успешного входа в систему. В этом устройстве с веб-интерфейсом i.LON хранятся различные данные, например кривые положения солнца.

Узел сети i.LON представляет собой законченное устройство, готовое к непосредственному монтажу на рейке DIN. В сравнении с мощностью потребительской нагрузки, которой управляет сеть i.LON, энергопотребление самой сети пренебрежимо мало.

Веб-интерфейс проектируется при помощи простого конструктора. Эти конструкторы, в частности, используются компаниями, не имеющими LON-сетей, например для организации подключения по шине M-bus через веб-сервер.

Дополнительные преимущества

Использование i.LON позволяет сократить затраты на обслуживание, поскольку во многих случаях для устранения сбоев не требуется направлять инженера-эксплуатационника в место установки сети. Очень часто дистанционной диагностики или управления оказывается достаточно, поскольку веб-интерфейс предоставляет те же самые диагностические возможности, которые были бы доступны на местах.

Кроме того, предусматривается возможность загрузки в устройство новых параметров и даже целых приложений; таким образом, можно загрузить практически весь комплект программного обеспечения нового приложения или обновления для уже установленного программного обеспечения.

Энергосбережение в холодильной технике и солнечной энергетике

В сети ресторанов быстрого питания McDonald's дистанционное обслуживание холодильных и морозильных камер и уход за ними полностью осуществляются по LON-сети. Тем самым можно избежать пиковых нагрузок, например, за счет понижения температуры в холодильных камерах рано утром на три градуса ниже рекомендуемой температуры, чтобы дать отдых компрессору при включении всех варочных аппаратов в начале смены. Аналогичным образом можно избежать пиковых нагрузок в середине дня.

Еще один пример применения технологий энергосбережения — крупные солнечные энергосистемы. Установленные в них инверторы для подачи энергии в сеть имеют наибольший КПД при нагрузке, составляющей 90% от максимальной. Когда же, например, солнце закрывают облака, инвертор обычно работает только при пониженной нагрузке (скажем, 30%) ввиду меньшей энергетической экспозиции (мера энергии солнечного излучения, падающей на единицу площади в единицу времени). Но если такие инверторы работают не в оптимальном диапазоне, их КПД стремительно падает, зачастую до 30%. Соответственно, большая часть энергии, вырабатываемой солнечными батареями, не поступает в сеть, а полностью теряется в инверторе — и это в случае, когда выработанной энергии и без того мало.

Используя инверторы меньшего размера, можно подключать солнечные панели к инвертору в зависимости от энергетической экспозиции солнечного излучения, чтобы инвертор всегда работал с максимально возможным КПД. Соответствующую коммутацию можно с относительно малыми затратами усилий организовать по сети Echelon, чтобы всегда достигался наибольший КПД. Это благоприятно сказывается как на окружающей среде, так и на рентабельности бизнеса. Вдобавок соответствующие данные можно без особых затруднений отобразить в графическом виде, обеспечив тем самым непрерывный визуальный контроль эффективности выработки электроэнергии или передачи ее в сеть.

EBV и Echelon — успешное сотрудничество

Компания Echelon существует уже 20 лет, а компания EBV Elektronik реализует продукцию Echelon на протяжении более чем 17 лет. Теперь EBV Elektronik является эксклюзивным дистрибьютором Echelon в Европе, на Ближнем Востоке и в Африке. За эти годы компания EBV Elektronik выстроила широко разветвленную сеть из обученных специалистов по технологиям Echelon в самых разных точках этого географического региона. Кроме того, компания активно представлена в различных европейских организациях консорциума LonMark.

На конференции Echelon, упомянутой в начале этой статьи, председатель совета директоров и главный исполнительный директор компании Echelon Кен Ошман (Ken Oshman) так подытожил обсуждение темы дня: «Цены на энергоносители продолжают расти, и последствия глобального потепления и выбро- са углекислого газа в атмосферу становятся все очевиднее. Потребители, бизнес и государства все чаще задаются вопросом, что они могут сделать в этой связи — и теперь они знают, что одной из составных частей решения этих проблем является продукция компании Echelon и ее партнеров. Сегодняшние высокие энергетические потребности демонстрируют, что организовать более рациональное расходование энергии легче и дешевле, чем внедрять всевозможные альтернативные виды топлива. Мы убеждены, что компания Echelon играет роль первопроходца в выводе на рынок технологий, позволяющих сделать мир экономнее, чище и лучше».

Дополнительная информация доступна в Интернете на сайте www.ebv.com/lonworks.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Сообщить об ошибке