цифровые технологии в управлении электрооборудованием

[samsony1]

Переход к топологии «звезда» в Z-Wave LR

Для того, чтобы решить проблемы, характерные для предыдущих вариантов протокола, организация Z-Wave Alliance разработала принципиально новый протокол Z-Wave LR. В нем LR является сокращением от Long Range, что переводится с английского как «большая дальность». Протокол Z-Wave LR был официально представлен в декабре 2020 г., а в марте 2021 г. начата сертификация оборудования на предмет совместимости с ним.

Главное отличие Z-Wave LR от Z-Wave Plus — топология сети «звезда» вместо mеsh. В сети типа «звезда» каждое устройство соединяется с центральным контроллером напрямую. Построение сети по принципу «звезда» в Z-Wave LR позволило минимизировать задержку сигнала, а также упростить конструкцию сетевого оборудования, встроенного в датчики и исполнительные устройства. Настройка беспроводной сети становится не сложнее настройки подключения компьютера к сети Wi-Fi (где, к слову, используется также топология «звезда»).

Применение mesh-топологии позволило в свое время уменьшить выходную мощность передатчика до 0,7 мВт. На заре существования Z-Wave это было критично, поскольку полупроводниковые приборы СВЧ-диапазона стоили дорого и имели низкий КПД. В настоящее время этих проблем уже нет.

Номинальная выходная мощность передатчика в Z-Wave LR повышена до 25 мВт. В условиях отсутствия препятствий для распространения радиоволн дальность связи достигает 1,6 км. При работе внутри здания — это расстояние сокращается из-за ослабления сигнала внутренними стенами. В том случае, если на пути радиоволн обнаружено препятствие, то вместо гибкой маршрутизации для его преодоления применяется технология динамического управления мощностью. В моменты, когда контроллер «общается» с устройством, до которого радиоволны доходят с большим ослаблением, выходные мощности передатчиков в обоих точках увеличиваются (вплоть до 1 Вт).

Количество устройств, подключаемых к беспроводной сети, в новом протоколе увеличено до 4000 благодаря переходу на квадратурную фазовую модуляцию. Это позволяет реализовать единую беспроводную сеть управления освещением в крупном офисном здании.

источник - здесь

[samsony1]

Совместимость Z-Wave LR и Z-Wave Plus
В Z-Wave LR предусмотрены прямая, а также обратная совместимость с Z-Wave Plus и даже еще более ранними версиями протокола. Устройство, поддерживающее Z-Wave LR, может быть подключено к контроллеру или узлу с маршрутизацией Z-Wave прежнего стандарта и работать в этом стандарте. С другой стороны, к контроллеру Z-Wave LR можно подключить и устройства, поддерживающие более старые версии протокола. Возможно создание узлов сети Z-Wave LR с функцией маршрутизации, но они будут ретранслировать сигнал только узлам Z-Wave предыдущих стандартов.

Проблема частотного диапазона
Для того, чтобы устройства Z-Wave LR и Z-Wave Plus могли работать вместе, не мешая друг другу, разработчики немного разнесли их по частоте. Если старые версии Z-Wave используют частоты 908 и 916 МГц, то Z-Wave LR работает на частотах 912 и 920 МГц. В США указанные частоты свободны для использования в таком качестве. Но в остальных странах мира для Z-Wave LR придется искать другие частоты, и эта проблема еще не решена. Поэтому по состоянию на март 2021 г. протокол Z-Wave LR разрешен к использованию только на территории США.

Также может встать проблема максимальной разрешенной мощности. Например, в России для диапазона 869 МГц без специальной лицензии, выдаваемой на конкретный передатчик, излучаемая мощность не должна превышать 100 мВт.

Выводы
Новый протокол, предложенный Z-Wave Alliance, делает установку и настройку системы «умного света» столь же простым делом, как развертывание домашней Wi-Fi-сети. Помимо освещения, через Z-Wave LR можно управлять и другими системами автоматизации, в том числе домашними роботами. Если вся беспроводная сеть построена только на протоколе Z-Wave LR, можно сэкономить на оборудовании из-за отсутствия необходимости в функции ретрансляции.

Перспективы нового протокола в мировом мас-штабе зависят от позиции местных администраций связи по вопросу выделения новых частот для него. Тем не менее в любом случае появление Z-Wave LR — это определенный вызов рынку систем беспроводного управления освещением, ранее ориентированному в основном на mesh-сети. И уже в обозримом будущем мы, возможно, увидим топологию «звезда» в новых версиях других протоколов.

источник - здесь

[samsony1]

см. так же - RDM-протокол и ArtNet - здесь

[samsony1]

Помимо управления освещением, как задумывалось вначале, многие цифровые технологии успешно применяются в дистанционном управлении различного оборудования на воздушных линиях (реклоузеров), подстанций и дистанционным снятием данных с устройств АСУ ТП электроснабжением предприятий, систем АСКУЭ для учета энергоресурсов (электроэнергии, воды, газа, тепла, холода, медицинских газов и пр.) в разных участках сетей электроснабжения.
Благодаря этим технологиям реально существуют и строятся цифровые подстанции.
И для связи между узлами высоковольтные провода на воздушных ЛЭП внутри имеют волоконные оптические линии.
Цифровизация отрасли переживает всемирный бум, этому способствует так же масштабное внедрение BIM-технологий не только в проектировании, но и строительстве, монтаже, эксплуатации.
(подробнее по BIM-технологиям - здесь)
Все это - цифровая Россия - и целенаправленная политика правительства по наращиванию автоматизации и повышению производительности труда и роста ВВП страны.
Оставаться в стороне от всего этого - значит остаться на задворках истории передового мирового опыта.
Компьютеры и смартфоны сегодня это не только ворота в другой мир знаний, но и путь к совершенствованию производства и рычаги управления многочисленным оборудованием.

[samsony1]

Область применения ВОЛС

Как уже было сказано выше, волоконно-оптические кабели (ВОК) используются для передачи сигналов вокруг (между) зданий и внутри объектов. При построении вешних коммуникационных магистралей предпочтение отдаётся оптическим кабелям, а внутри зданий (внутренние подсистемы) наравне с ними используется традиционная витая пара. Таким образом, различают ВОК для внешней (outdoor cables) и внутренней (indoor cables) прокладки.

К отдельному виду относятся соединительные кабели: внутри помещений они используются в качестве соединительных шнуров и коммуникаций горизонтальной разводки – для оснащения отдельных рабочих мест, а снаружи – для объединения зданий.

Монтаж волоконно-оптического кабеля осуществляется с помощью специальных инструментов и приборов.

ВОЛС широко применяют для диспетчерских систем электроснабжения, управления и настройкой РЗА и связи между диспетчерскими пунктами

источник - здесь

[samsony1]

Zigbee Direct — новая жизнь знаменитого протокола Zigbee

Для беспроводного управления освещением вот уже почти 20 лет широко применяется протокол Zigbee. Поначалу периодически выходили все новые и новые его варианты, но в 2019 г. организация, занимающаяся развитием протокола, объявила о том, что будет заниматься новым стандартом Matter, а затем вообще убрала слово Zigbee из своего названия. Пошли слухи, что Zigbee больше не будет развиваться. Но в этом году, неожиданно для многих, появилась новая версия протокола, которая позволяет при очень малых дополнительных затратах добавить к системе полноценный функционал «Интернета вещей».

При решении задач беспроводного управления освещением и некоторыми другими элементами «умного дома» приходится, как правило, использовать нелицензируемый диапазон 2,4 ГГц, отличающийся высоким уровнем помех. Кроме этого, внутри помещения радиосигнал может сталкиваться с самыми разными препятствиями, некоторые из которых трудно предугадать. Поэтому было предложено использовать для таких применений ячеистые (mesh) сети, узлы которых являются одновременно приемниками и ретрансляторами.

Система маршрутизации выбирает оптимальный маршрут для сигнала. Применительно к управлению освещением характерная для подобных решений переменная величина времени задержки не является серьезной проблемой.

Для разработки протокола, основанного на принципе mesh-сетей, в 2002 г. был создан альянс компаний, получивший название Zigbee Alliance. В результате работы этой организации в 2004 г. на свет появилась первая спецификация протокола Zigbee 1.0.

Строго говоря, Zigbee — это семейство протоколов, охватывающих, согласно модели OSI, уровни от канального до прикладного. Тот факт, что Zigbee регламентирует способ передачи данных на канальном уровне, является значительным преимуществом при-менительно к системам освещения. Для таких систем скорость не более 250 Кбит/с оказывается приемлемой, но зато в обмен мы имеем высокую устойчивость к действию помех и наличию препятствий. Это важно, поскольку светильники в интерьере могут находиться в труднодоступных местах.

...

В новой версии протокола к уже известным типам устройств добавлены ZVD (Zigbee Virtual Device — виртуальное устройство Zigbee) и ZDD (Zigbee Direct Device — устройство, непосредственно реализующее функции Zigbee Direct). ZVD обычно реализуется программным способом, в виде приложения на мобильном устройстве. Но теоретически стандарт допускает реализацию данного типа устройств и аппаратным способом, например, в виде отдельного контроллера. Другой вопрос, что пока не ясно, зачем нужна такая возможность.

Для передачи данных между ZVD к ZDD используется технология Bluetooth LE (Low Energy). Эта технология поддерживается всеми мобильными устройствами с Bluetooth версии 4.1 и выше. То есть всеми более-менее современными мобильными устройствами.

Технология Zigbee Direct включает в себя три основные службы:

 - Служба безопасности: установление безопасного соединения Bluetooth LE между ZVD и ZDD;
 - Служба передачи обязанностей (Comission): позволяет ZVD управлять определенными действиями ZDD;
 - Служба прямого туннелирования: позволяет ZVD отправлять и получать сетевые пакеты Zigbee в ZDD и обратно.

подробнее - здесь