پروتکل به مجموعه قوانینی اطلاق می‌گردد که نحوه ارتباطات تجهیزات هوشمند را قانونمند می‌نماید. نقش پروتکل در شبکه های هوشمند نظیر نقش زبان برای انسان است. برای مطالعه یک کتاب نوشته شده به فارسی می‌بایست خواننده شناخت مناسبی از زبان فارسی داشته باشد.
به منظور ارتباط موفقیت آمیز دو دستگاه در شبکه نیز باید هر دو دستگاه از یک پروتکل مشابه استفاده کنند. پروتکل های بسیار متعددی برای هوشمندسازی ساختمان وجود دارد. غالب این پروتکل ها در ابتدا منحصر به یک یا چند شرکت بوده و به تدریج بصورت باز و استاندارد در آمده اند.
سه نمونه از پروتکل های هوشمند سازی به شرح زیر اند:
1-پروتکل KNX:
پروتکل KNX ( مخفف Konnex) پروتکل متن باز برای ارتباط قطعات هوشمند خانگی و تجاری است. این پروتکل قابلیت کنترل روشنایی، پرده، سیستم امنیتی، سیستم صوتی تصویری، تهویه مطبوع، ریموت کنترل و سایر اجزا برقی ساختمان دارا می باشد.
اساس پروتکل بر مبنای OSI بوده و براساس EIB با لایه های فیزیکی و بهره جستن از تجارب دو پروتکل باس و EHS توسعه یافته است. بدین ترتیب این پروتکل به یکی از محبوبترین پروتکل های هوشمند در مقایسه با Baitbus ، EIB و EHS تبدیل شده است.
این پروتکل مورد تایئد استانداردهای بین المللی ISO/IEC 14543-3 ، استاندارد اروپا EN 50090 and CEN EN 13321-1 ، استاندارد ANSI/ASHRAE و استاندارد چین GB/T 20965 می باشد.
در حال حاضر ۱۶۰ کشور دنیا از سیستم KNX بهره برده اند.
قطعات KNX معمولا توسط کابل زوج Bus به یکدیگر ارتباط برقرار می کند که توسط یک کنترلر هدایت می شوند. سیستم ارتباطی Bus همراه با سیم برق به تمامی وسایل برقی متصل می شود. بدین ترتیب ارتباط بین سنسورها(حرکتی،مگنت،دما و رطوبت) سیستم روشنایی و سیستم گرمایشی(از طریق شیرهای برقی و ترموسات) برقرار می شود.
نرم افزار کنترلی توسط اجزا رابط بر روی تمامی قطعات بارگذاری می شود. دسترسی به سیستم نصب شده توسط LAN و یا شبکه تلفنی و یا نقطه به نقطه امکان پذیر می شود. دستگاه های KNX توسط کامپییوتر، تپلت، تاچ اسکرین و یا تلفن های هوشمند قابلیت کنترل دارند.
روشهای انتقال داده
TP1
سیم زوج Tp1 باس سینگال های خانه هوشمند با سرعت ۹۶۰۰ بیت بر ثانیه منتقل می کند.
پاورلاین PL 110
روش انتقال پاورلاین PL بر پایه کدگذاری تغییر فرکانسی بنا شده است. این روش از فرکانس میانگین ۱۱۰ کیلوهرتز (CENELEC B band) با سرعت انتقال داده ۱۲۰۰ بیت بر ثانیه استفاده می کند.
RFرادیو فرکانسی
امواج بی سیم RF بر روی فرکانس 868.3 مگاهرتز با استفاده از سیستم کد گذاری منسجر قرار داده میشود.
IP
این روش وظیفه انتقال داده دستگاه دارای IP بر روی بستر Ethernet ( IEEE 802.2) بلوتوث، وای فای و Lan می باشد.
چرا KNX شناخته شده ترین پروتکل خانه و ساختمان هوشمند است؟
راحتی، امنیت و انعطاف پذیری بیشتر و نیز استفاده بهینه از انرژی نیاز روز افزون ساختمان های مدرن می باشدکه تکنولوژی های نوین پاسخ های گوناگون به این نیاز ارائه می کنند.اماانتظارات رو به گسترش مشتریان موجب شده که دست اندرکاران صنعت ساختمان بخصوص در صنایع برق و IT را به عرضه راهکارها و تکنولوژی های پیشرفته جهت بر آوردن این خواسته ها وا داشته است.
تکنولوژی باس KNX
تکنولوژی KNX جهت استفاده در تجهیزات برقی برای پیاده سازی فرایندها و کارکردهای اتوماتیک ساختمان طراحی گردیده است. وقتی یک دستگاه، داده ای را به دستگاه دیگری می فرستد، ابتدا اطلاعات به صورت فریم داده ای تبدیل شده و سپس بصورت دیجیتال بر روی فیلد باس انتقال داده می شود. رسانه های مختلفی چون سیم زوج تابیده (KNX.TP)، مدار قدرت (KNX.PL)، فرکانس رادیویی (KNX.RF) ، فیبر نوری و همچنین شبکه کامپیوتری (KNX.IP) می توانند برای انتقال داده مورد استفاده قرار گیرند. دستگاه هایی که در اجرای یک فرمان دخیل هستند، اطلاعات را بطور مستقیم با یکدیگر رد و بدل می کنند.
مزایای KNX
- استاندارد جهانی
- کمترین حجم سیم کشی (به دلیل استفاده از کابل استاندارد و زوج سیم با بهره گیری از تکنولوژی Power on Bus Transmit به معنای انتقال همزمان برق و دیتا روی باس) و در نتیجه کاهش پیچیدگی نصب
- تنها استاندارد جهانی دارای سیستم آموزشی یکپارچه بین المللی و معتبر
- استفاده از آخرین تکنولوژی در هوشمندسازی ساختمان (High Tech)
- کنترل تمامی سیستم های الکتریکی ساختمان ( روشنایی ، پرده برقی ، تهویه مطبوع ، صوت و درب بازکن های تصویری و … )
- امکان استفاده در هرگونه مصارف ساختمانی (مسکونی، اداری، ویلایی ، تجاری ، هتلی و …)
- بهینه سازی مصرف انرژی همراه با صرفه جویی، بازده اقتصادی
- افزایش کارایی، راندمان بالا
- امکان کنترل سیستم به صورت یکپارچه
- تعریف انواع سناریو های کاربردی و منطق های کنترلی
- استفاده از بستر های شبکه IP
- سرعت بالای ارسال و دریافت دیتا
- قابلیت کنترل از راه دور به وسیله تلفن و اینترنت
- سهولت ارتقاء سیستم (تبدیلات و تغییرات ساده ) نسبت به پروتکل های مشابه
- ایمنی و امنیت بالا ( جدا بودن سیستم فرمان از سیستم قدرت )
- افزایش عمر تجهیزات
- قابلیت ترکیب برند های مختلف با پروتکل KNX
- زیبایی و تنوع محصولات ضمن تطبیق با هرنوع دکوراسیون
- قابلیت ارتباط با پروتکل های دیگر (IP، BACnet، DALI و … )
2-پروتکل دالی (DALI):
پروتکل دالی بهترین پروتکل برای کنترل و مدیریت سیستم های روشنایی و یک روش استاندارد جهانی برای تنظیم نور دیجیتال محسوب می گردد. پروتکل دالی (DALI) این امکان را فراهم می سازد که تک تک تجهیزات آدرس گرفته و یا به صورت گروهی تحت فرامین منتشر شده، قرار گیرند.
استاندارد IEC 60929 مربوط به دالی می باشد و این توانایی را بیان می دارد که ادوات متفاوت از تولیدکنندگان مختلف می توانند در یک مجموعه کنار هم قرار گرفته و به درستی عمل نمایند.
دالی یک پروتکل دیجیتال استاندارد است که می تواند از طریق کلیه بالاست های دالی (بدون در نظر گرفتن برند سازنده) اطلاعات را دریافت و منتشر نماید. و علاوه بر فرامین کنترل و تنظیم نور می تواند بالاستها و تجهیزاتی را که دچار اختلال شده اند شناسایی نماید. پروتکل دالی (DALI) این قابلیت را دارد که از سایر تجهیزات نظیر سنسورها و کنترلرهای محلی نیز اطلاعات گرفته و فرامین متناظر را در شبکه اجرا نماید. این کنترل های محلی شامل دیتکتورهای حضور و غیاب، مولتی سنسورها، کلیدها، پنل های تنظیم برنامه، رله های دالی و تجهیزات اضطراری است که توسط سیستم مرکزی قابل مانیتور و مدیریت می باشد.
سیستم های متداول مدیریت روشنایی شامل شبکه های کامپیوتری، سنسورها، سوئیچ ها، روترهای هوشمند و سایر تجهیزات کنترل روشنایی. در این سیستم هر تجهیز (از قبیل بالاست، درایور یا …) می تواند یک آدرس مستقل در محدوده 0 تا 63 را داشته باشد و تا 255 سطح روشنایی را تعریف نمود. در سیستم های StandAlone این امکان وجود دارد که تعداد تجهیزات از 64 عدد بیشتر باشد یا از طریق لینک شدن با پروتکل های پر سرعت از قبیل Lon یا BACnet. دالی یک پروتکل باز محسوب می گردد.
نکاتی که در طراحی باید در نظر گرفته شود:
حداکثر تعداد مجاز تجهیزات در یک شبکه، 64 عدد می باشد. (هر تجهیز آدرس 0 تا 63 را به خود اختصاص می دهد)
در یک شبکه حداکثر 16 گره قابل تعریف می باشد.
کابل مورد استفاده دو رشته و سایز آن وابسته به طول مسیر می باشد
0.5 mm: فواصل کمتر از 100 متر
0.75 mm: فواصل بین 100 تا 150 متر
1.5 mm: فواصل بیشتر از 150 متر
توجه: طول مسیر نباید از 300 متر تجاوز کند.
شبکه دالی با ولتاژ 24 ولت و جریان 250 میلی آمپر تغذیه می گردد.
مزایای سیستم دالی:
هرگونه تغییر در گروه بندی یا فرامین مستقل از نوع مداربندی می باشد
آگاهی از وضعیت ایرادات تجهیزات از قبیل بالاست ها و درایورها
صرفه جویی در میزان مصرف انرژی به میزان قابل توجه
امکان روشن سازی لامپ ها در سطوح مختلف روشنایی
امکان کنترل و تغییر برنامه سیستم از راه دور
3-پروتکل modbus:
پروتکل modbus یکی از بنیادی ترین و اصلی ترین پروتکل های شبکه است که در اکثر برنامه های کاربردی صنعتی واتوماسیون امروز استفاده می شود.
یک پروتکل جهانی است و استفاده از این پروتکل بسیار ساده میباشد. modbus
حدود 30 سال هست که در صنعت حضور دارد اما باز هم تقریبا استاندارد غالب در تمام ابزار های کنترل صنعتی ،ابزاردقیق واتوماسیون در بازار امروز می باشد.
دلایلی که در محیط های صنعتی کاربرد فراوانی دارد:
جهت کاربردهای صنعتی توسعه و گسترش یافته است
به صورت رایگان منتشر شده است
گسترش پذیری و نگهداری ساده ای دارد
اجازه انتقال بیت ها و بایت ها را بدون محدودیت خاصی به تولید کننده دستگاه می دهد
این پروتکل جهت برقراری ارتباط بین تعداد زیادی (تا ۲۴۰) دستگاه متصل به یک شبکه استفاده می شود، به عنوان مثال دما و رطوبت اندازه گیری شده توسط سنسورها از طریق این پروتکل توسط کنترل کنندهmasterقرائت می شود.
بیشتر در سیستم های سرمایش و گرمایش مانند اتوماسیون هواساز، موتورخانه و ترموستات های اتاقی مورد استفاده قرار می گیرد
این پروتکل بصورت Master/Slave کار می کند
یعنی همواره یک وسیله بعنوانMaster (فرمانده) و بقیه وسیله ها به عنوان Slave (فرمانبر) لحاظ می شوند. بدین صورت که هرگاه Master به یک دستگاه Slave با آدرس مخصوص خودش فرمانی ارسال می کند آن دستگاه جواب را به Master برمیگرداند.
این پروتکل داده ها را از سطح فیلد دریافت و ضمن پردازش، آنها را به سطح نظارت ارسال می کند تا دستورالعمل کنترلی مناسب بر اساس داده های دریافتی، آلارم ها و رویدادها اتخاذ گردد MODBUS سریال از سرعت بالایی برخوردار بوده و بدون هر گونه Internal به تبادل اطلاعات می پردازد.
نکته: مد RTU که بعضا به آن ModBus-B بعنوان ModBus Binary گفته می شود مد اصلی است، مد ASCII که بعضا ModBus-A نیز گفته می شود برای برخی پیغام ها به کار می رود که این پیغامها طول شان دو برابر پیغام های RTU می باشد.
پروتکل Modbus از لایه های ۲،۱ و ۷ مدل OSI استفاده می کند و در لایه فیزیکی RS232/RS485 را به کار می برد.