Anwendung von intelligenten Stromverteilungszählern der AEC und intelligenten Gebäudesystemen (BAS) zur Vernetzung

Zusammenfassung: Die intelligenten Stromverteilungszähler der AEC-Serie von American Energy Controls (AEC) zeichnen sich durch fortschrittliche Kommunikationsfunktionen aus und ermöglichen so die zuverlässige Anbindung an zahlreiche Gebäudeautomationssysteme weltweit. Zu den wichtigsten Anbindungsmethoden gehören OPC und Gateway.
I. Einleitung Das Niederspannungs-Elektrosystem eines intelligenten Gebäudes integriert Computertechnologie, Netzwerktechnologie, moderne Steuerungstechnik, Grafikdisplaytechnologie und Kommunikationstechnologie. Es ist eine entscheidende Komponente intelligenter Gebäude und überwacht sämtliche elektromechanischen Anlagen im gesamten Gebäude. Ein typisches Niederspannungs-Elektrosystem umfasst ein Gebäudeautomationssystem (BAS), eine Brandmeldeanlage (FAS), ein intelligentes Verteilsystem (AEC), ein Sicherheitssystem (SAS), ein Subsystem für Satellitenempfang und Kabelfernsehen (CATV), ein Parkraummanagementsystem (CPS) sowie eine Beschallungs- und Notfallwarnanlage (PAS). Die Integration des Niederspannungs-Elektrosystems beinhaltet die Zusammenführung dieser Subsysteme auf einer einheitlichen Plattform, um eine vernetzte Steuerung und den Informationsaustausch zu ermöglichen und somit das Management des gesamten Gebäudes zu vereinfachen.
Das Ziel intelligenter Gebäude ist es, durch Systemintegration eine umfassende gemeinsame Nutzung und integrierte Verwaltung von Informationen, Ressourcen und Aufgaben zu erreichen.
Als wichtiger Bestandteil von Gebäudeinformationssystemen (BAS) bestehen intelligente Stromverteilungssysteme in erster Linie aus intelligenten Stromverteilungszählern, wie beispielsweise den AEC-Zählern 6800 und 4620.
American Energy Controls (AEC), ein professioneller Hersteller im Bereich intelligenter Stromverteilung, bietet der Branche eine vollständige Palette fortschrittlicher intelligenter Stromverteilungsinstrumente an, wie folgt:
1. Intelligente Stromverteilungsinstrumente von AEC 2. Integrierte Schutz- und Steuereinheit von AEC 3. Intelligentes Stromverteilungssystem II von AEC. Fortschrittliche intelligente Stromverteilungsinstrumente von AEC, geeignet für Gebäudeautomationssysteme (BAS).
1. Moderne Gebäudeautomationssysteme zeichnen sich durch hohe Offenheit aus. Derzeit konzentrieren sich zahlreiche Anbieter von Gebäudeautomationssystemen (BAS) weltweit auf das chinesische Festland, insbesondere auf Shanghai. Zu den bekanntesten Unternehmen (und Produkten) zählen: Honeywell, Johnson Controls, Landis & Staefa, Satchwell, ST E&E, Caradon Trend, Andover, Siebel, CSI (Control Systems International), TA (Tour & Anderson AB), Auto-Matrix usw.
Die Untersuchung der Datenaustauschfähigkeiten bzw. der Offenheit dieser Gebäudeautomationssysteme und externen Geräte offenbart eine Vielzahl von Situationen. Durch Analyse und Synthese lassen sich die Datenaustauschfähigkeiten dieser Produkte und externen Geräte jedoch grob in folgende Kategorien einteilen:
① Das Produkt unterstützt ein bestimmtes Standard-Datenaustauschprotokoll und zeichnet sich durch hohe Offenheit aus. Beispielsweise unterstützt es die OPC-Funktionalität (OLE for Process Control) unter Microsoft Windows sowie die Dynamic Data Exchange (DDE)-Funktionalität, bei der der Datenaustausch softwareseitig erfolgt und keine Hardware-Schnittstelle benötigt. Detaillierte Spezifikationen und Beschreibungen der Schnittstellentechnologie sind öffentlich zugänglich, und die Schnittstellensoftware wird zusammen mit der Systemüberwachungssoftware an die Anwender verkauft. Dadurch entfallen zusätzliche Kosten für die Entwicklung von Kommunikationsfunktionen durch den Produkthersteller. Die gängigen Produkte der oben genannten namhaften Unternehmen erfüllen diese Anforderung vollständig, ebenso wie die Produkte von AEC.
② Das Produkt unterstützt ein bestimmtes Standard-Datenaustauschprotokoll und weist einen gewissen Grad an Offenheit auf. Beispielsweise kann es DDE-Funktionalität oder andere Software-Datenaustauschwerkzeuge wie API-Schnittstellen bieten, jedoch werden die detaillierten Spezifikationen und Beschreibungen der zugehörigen Softwaretechnologie nicht öffentlich zugänglich gemacht. Benutzer müssen zusätzliche Software erwerben, die diese Funktionalität unterstützt, um Datenkommunikationsfunktionen zu entwickeln, und einige Produkte benötigen möglicherweise auch zusätzliche Hardware. Derzeit fallen einige Produkte inländischer Unternehmen in diese Kategorie.
③ Es fehlt die Funktionalität zum Software-Datenaustausch, jedoch verfügt die Steuereinheit über eine serielle Kommunikationsschnittstelle. Benötigt der Käufer externe Kommunikation, kann der Lieferant ein serielles Kommunikationsprotokoll bereitstellen, verlangt hierfür aber in der Regel eine zusätzliche Gebühr und die Übernahme bestimmter Verantwortlichkeiten hinsichtlich der geistigen Eigentumsrechte. Einige ältere Produkte von Unternehmen fallen in diese Kategorie, und Nutzern wird empfohlen, den Kauf von Produkten aus dem 20. Jahrhundert im 21. Jahrhundert zu vermeiden.
④ Es fehlen Funktionen zum Software-Datenaustausch und es werden keine offenen Kommunikationsprotokolle bereitgestellt. Dies ist heutzutage selten; die ersten Gebäudeautomationssysteme fielen in diese Kategorie.
Bei Projekten, die eine Informationsintegration erfordern, sollten BAS-Produkte, die die Kriterien des ersten oben genannten Szenarios erfüllen, priorisiert werden. Die Methode des Datenaustauschs mit dem integrierten System hat einen erheblichen Einfluss auf den Softwareaufwand, was sich wiederum auf den gesamten Integrationsaufwand und die Kosten auswirkt. Dieses Beispiel bezieht sich ausschließlich auf Produkte für Gebäudeautomationssysteme; die gleichen Prinzipien gelten auch für andere Niederspannungsprodukte.
Aufgrund der Systeminformationsintegration müssen die integrierten Niederspannungsprodukte offene Systeme sein, die Daten mit externen Systemen austauschen können. Dies gilt für alle integrierten Niederspannungssystemprodukte. Die intelligenten Stromverteilungsprodukte von AEC sind solche offenen Systeme, die Daten mit externen Systemen austauschen können.
Bei Systemintegrationsprojekten tragen Systemintegratoren die volle Verantwortung. Sie müssen dem Bauherrn, dem Planungsbüro und dem Bauteam objektives Feedback zu allen verfügbaren Schnittstelleninformationen geben. Darüber hinaus müssen sie die technischen Anforderungen an die Datenkommunikation im Systemintegrationsplan für alle Subsystemlieferanten darlegen, wobei jeder Lieferant für die Bereitstellung der technischen Dokumentation zu den Kommunikationsschnittstellen verantwortlich ist. Der Aufbau harmonischer Kooperationsbeziehungen mit allen Subsystemlieferanten ist entscheidend, da die Entwicklung, das Design und die Fehlersuche des Gesamtsystems und seiner Kommunikationsschnittstellen von der erfolgreichen Inbetriebnahme jedes Subsystems sowie der Organisation und Programmierung der Felddatenadressen abhängen.
2. Gesamtlösung für die OPC-Integration: Angesichts der rasanten Entwicklung der Netzwerktechnologie geht der technologische Trend bei BMS-Integrationsprodukten hin zu wirklich offenen Standards und der Gleichstellung der Subsysteme. Daher wählt diese Arbeit die OPC-Technologie der oben genannten führenden Unternehmen für die Systemintegration aus und verwendet eine Browser/Server-Architektur (B/S) sowie Webtechnologien. Die logische Struktur ist in Abbildung 1 dargestellt.
Um die gemeinsame Nutzung von Daten zu ermöglichen und alle Subsysteme über eine einheitliche Schnittstelle zu überwachen und zu verwalten, ist es unerlässlich, die von allen Subsystemen benötigten Daten zu extrahieren. Das System erfasst Daten von jedem Subsystem mithilfe von Serviceprogrammen, die auf den Host-Rechnern der jeweiligen Subsysteme laufen, verarbeitet und übersetzt diese, speichert sie in der Datenbank und stellt sie gleichzeitig dem Überwachungssystem zur Verfügung. Dadurch können Clients den Betriebszustand der Subsysteme in Echtzeit auf ihren Rechnern überwachen. Jedes Subsystem interagiert über eine OPC-Client-Schnittstelle mit OPC-kompatiblen Feldgeräten, und auch die zentrale Überwachungsstation kommuniziert über eine OPC-Client-Schnittstelle mit jedem Subsystem. Durch standardisierte OPC-Client- und Server-Schnittstellen kann die zentrale Überwachungsstation somit mit jedem Subsystem kommunizieren, die Steuerungs- und Verwaltungsziele erreichen und die Systemintegration realisieren. Daher kann das System eine breite Palette von OPC-kompatibler Hardware und Anwendungssoftware verschiedener Hersteller nutzen; die Verwendung des OPC-Standards vereinfacht zudem Systemmodifikationen und -erweiterungen erheblich.
Aktuell ist dies die von den meisten Herstellern angewandte Lösung.



III. Anwendung des OPC-Protokolls zur Datenverbindung und zum Datenaustausch zwischen Gebäudeinformationssystemen und intelligenten Stromverteilungsgeräten 1. OPC-Protokoll Das OPC-Protokoll ist eine technische Spezifikation und ein Standard der Branche, der zur Lösung des Kommunikationsproblems zwischen Anwendungssoftware und verschiedenen Gerätetreibern entwickelt wurde. Es basiert auf einer Client/Server-Architektur und folgt der DCOM-Architektur von Microsoft. Über die COM-Schnittstelle kann ein OPC-Clientprogramm eine Verbindung zu einem oder mehreren OPC-Servern verschiedener Anbieter herstellen, während ein OPC-Server ebenfalls Verbindungen zu mehreren Clientprogrammen herstellen kann, wodurch eine Viele-zu-Viele-Beziehung entsteht. Jedes Produkt, das OPC unterstützt, kann nahtlos in das System integriert werden. Da die OPC-Technologie auf DCOM basiert, können Clientprogramme und Server auf verschiedene Hosts verteilt werden und so ein vernetztes Überwachungssystem bilden. Abbildung 2 veranschaulicht das Verbindungsmodell zwischen OPC-Clients und -Servern.




2. AEC Smart Distribution Meters Geeignet für OPC-Protokollschnittstelle: AEC Smart Distribution Meters bieten ein professionelles ModBUS-Protokoll.

Der ModBUS-Bus wurde von Modicon (später von Schneider Electric aus Frankreich übernommen) als RS485-basierter Bus weltweit eingeführt. ModBUS ist die Abkürzung für Modicons BUS.

Daher: Mod steht für Modicon.

BUS – Bus, ein Eigenname, kombiniert als: ModBUS.

ModBUS ist kein chinesischer nationaler Standard, wird aber im Inland standardisiert und wird in China zu einem empfohlenen nationalen Standard werden.

ModBUS verfügt über zwei Protokolle: ModBUS-ASCII und ModBUS-RTU.

Das Modbus-Protokoll erlaubt nur ein Master-Gerät pro Leitung. Die Kommunikation ist zwischen Master- und Slave-Geräten möglich, jedoch nicht zwischen den Slave-Geräten selbst.

Das Prinzip der bidirektionalen Kommunikation von Modbus: Das Modbus-Protokoll nutzt eine RS-485-Bestätigungsverbindung (Halbduplex) über eine einzige Kommunikationsleitung. Das bedeutet, dass Signale in entgegengesetzte Richtungen über diese Leitung übertragen werden. Zuerst adressiert der Host-Computer ein Endgerät (Slave), und anschließend sendet dieses Endgerät in umgekehrter Richtung ein Bestätigungssignal zurück an den Host.

Alle AEC-Produkte werden strengen Tests unterzogen und entsprechen dem ModBUS-Standard, der als Standardoption für das OPC-Protokoll zum Zugriff auf das BAS-System verwendet werden kann.

Die aktuelle AEC-Serie intelligenter Stromverteilungszähler umfasst:

Intelligenter Vollfunktions-Stromverteilungszähler AEC6800: VFD-Anzeige, U, I, P, Q, S, PF, F, kWh, cosφ, 4DI, 2DO

Intelligenter Stromverteilungszähler AEC4600: LED-Anzeige, 1 kWh, 2DI, 2DO

Intelligenter Stromverteilungszähler AEC4610: LED-Anzeige, 1, 2DI, 2DO

Intelligenter Stromverteilungszähler AEC4620: LED-Anzeige, U, I, P, Q, S, PF, F, kWh, cosφ, 2DI, 2DO

Intelligenter Stromverteilungszähler AEC4630: LED-Anzeige, U, I, 2DI, 2DO

AEC5100 Mehrschleifen-Überwachungseinheit: LED-Anzeige, SOE, Echtzeituhr, 16DI, 8DO

AEC5200 Mehrschleifen-Überwachungseinheit: LED-Anzeige, SOE, Echtzeituhr, 8DI, 4DO, 4AI, 2AO

AEC5300 Mehrschleifen-Überwachungseinheit: LED-Anzeige, SOE, Echtzeituhr, 8 AI, 8 DO

AEC5400 Mehrschleifen-Überwachungseinheit: LED-Anzeige, SOE, Echtzeituhr, 32DI

AEC5500 Mehrschleifen-Überwachungseinheit: LED-Anzeige, 9I, 3U

AEC4900 Niederspannungs-Motorschutzsteuerung: U, I, cosφ, P, F; Überlast-, Phasenausfall- und Spannungsschutz. AEControl Leistungsüberwachungssystem: Datenerfassung und -kommunikation, Betrieb und Aufzeichnung, SOE, PDR und Arbeitsplatzverwaltung.