Технология передачи сигналов Х10

2.3. Технология передачи сигналов Х10

Х10 - протокол взаимодействия передатчиков и приемников, путем передачи и приема сигналов по силовым линиям (бытовая сеть электропитания). Этими сигналами являются ВЧ - импульсы, которые кодируют цифровую информацию.

Импульсы представляют собой пакеты переменного напряжения амплитудой 5В, частотой 120 КГц и длительностью 1 мс, что определяет бинарную единицу (единичный бит); бинарный ноль - отсутствие импульса. Передача импульсов синхронизирована с переходом переменного тока через нулевой уровень в пределах 200мкс интервала.

Единичный бит передается в виде трех импульсов с интервалом 3,33 мс (для сети с частотой напряжения 50 Гц), которые соответствуют по времени, нулям трех фаз трехфазной электрической сети (рис.1).

Рис. 1.

Для передачи команды Х10 требуется одиннадцать циклов (периодов) силового напряжения. Первые два цикла передают стартовый код, cледующие четыре цикла представляют код дома (с А по Р) и последние пять циклов передают код прибора (с 1 по 16) или код функции (ВКЛ, ВЫКЛ и т.д.), т.е. ключевой код.

Этот полный код ( стартовый код + код дома + ключевой код) всегда передается дважды непрерывным блоком. Между блоками разных команд всегда должен быть перерыв в три цикла силового напряжения.

Исключением из этого правила являются блоки команд ЯРЧЕ/ТЕМНЕЕ, которые передаются последовательно (минимум два блока) без задержек (рис. 2).

Рис. 2.

Внутри каждого блока, код дома и ключевой код должны передаваться с дополняющими до единицы кодами в смежных полупериодах силового напряжения. Например, если единичный импульс передан в первой половине периода, то во второй не должно быть никакого сигнала (нулевой бит) (рис. 3).

Рис. 3.

Таблица (рис.4) показывает возможные значения кода дома и ключевого кода и их двоичные представления.

Рис. 4.

Стартовый код - это уникальный код, всегда равный 1110 и не имеющий дополняющих бит в смежных полупериодах, т.е. значащие биты передаются на каждый переход силового напряжения через нуль.

[1] HAIL запрос (запрос-приветствие) передается для нахождения передатчиков в зоне покрытия. Это позволяет выставить различные коды домов в случае получения ответа Hail Acknowledge.

[2] В коде функции Pre-Set Dim, бит D8 вместе с четырьмя битами кода дома составляет блок из 5 бит {D8H8H4H2H1}, определяющий абсолютный уровень диммера.

[3] Функция Extended Data (дополнительные данные) предшествует последовательности байт (8 бит) произвольной длины, которые представляют аналоговые данные после аналогово-цифрового преобразования.

Код функции и байты данных передаются непрерывно, без пауз. Первый байт данных может указывать на количество байт в последовательности. Если при передаче в последовательности байт допущены паузы, то модуль - приемник может выполнить ошибочную операцию.

Функция Extended Code эквивалентна Extended Data: последовательность байт (без пауз), которые представляют дополнительные коды. Это позволяет разработчикам использовать больше 256 имеющихся кодов.

Первые 16 из ключевых кодов определяют номер модуля, который в дальнейшем будет принимать и выполнять команды (ВКЛ, ВЫКЛ, ЯРЧЕ, ТЕМНЕЕ) до переопределения управляемого модуля.

Бит D16 называется «функциональным битом», если он равен 1, то передается функция, иначе код модуля.

2.4. Недостатки протокола Х10 и борьба с ними

Низкая скорость передачи информации

Передача импульсов синхронизирована с переходом через ноль напряжения электросети, например, команда «ВКЛ», содержащая 94 бита, займет 47 циклов силового напряжения или 0,94 сек. (почти секунда!). Но если после этого послать команду «ВЫКЛ» на этот же модуль, то она выполнится в два раза быстрее, т.к. не надо передавать код устройства.

Низкая помехозащищенность

X10 использует амплитудную модуляцию, поэтому помехи в электросети легко могут «забить» полезный сигнал.

Основные источники помех в электросети - электродвигатели (холодильник, стиральная машина, электродрель и т.п.) и приборы с тиристорными регуляторами (кроме устройств Х10).

Помехоподавляющие конденсаторы электробытовых приборов также могут фильтровать высокочастотный 120КГц сигнал X10.

Для преодоления проблем с помехозащищенностью необходимо соблюдать следующие рекомендации:

устанавливать фильтры (типа FD10) на вводе в объект;

все устройства, могущие создать помехи в электросети (электродвигатели; устройства, содержащие тиристорные регуляторы, кроме Х10) включать в сеть только через дополнительные фильтры (типа FM10);

по возможности избегать кратковременных (длительностью менее 20 сек) отключений напряжения электросети;

электросварочные и подобные работы производить от фаз, к которым не подключены устройства Х10.

Без выполнения этих рекомендаций сеть X10 тоже работать будет, но иногда возможны неожиданные неприятные эффекты.

Проблема ложного срабатывания

Ложные срабатывания от помех в электросети, вызванных бытовыми электроприборами маловероятны. Более вероятны ложные срабатывания, если, например, два устройства Х10 одновременно подают в электрическую сеть свои управляющие сигналы. Так как проблема «столкновений» в протоколе Х10 практически никак не решена, то такие ситуации возможны. Хотя вероятность таких коллизий и мала (длительность одной посылки управляющих сигналов порядка одной секунды), но ненулевая. Преодолеть эту проблему, не меняя сам протокол Х10, невозможно. Просто следует иметь в виду, что, когда в доме работают два или более передатчика управляющих сигналов Х10, такие ситуации возможны, и уменьшать их вероятность путем организационных, а не технических решений.

Отсутствие обратной связи приемника с передатчиком

В X10 нет сигналов квитирования (квитков), которые бы подтверждали принятие и исполнение приемниками команд от передатчиков. Хотя команды повторяются дважды, существует вероятность того, что если помехи электросети «съедят» сигнал, то ожидаемого действия не произойдет. В современных модулях существует возможность запрашивать статус модуля, тем самым контролировать выполнение команд.

Возможны конфликты устройств X10 разных производителей

Изначальное несовершенство протокола Х10 потребовало внесения в него различных дополнений. Одно из таких дополнений - extended codes (расширенные или дополнительные коды). В силу того, что каждый производитель разрабатывал эти коды самостоятельно, устройства разных фирм-изготовителей не всегда корректно ретранслируют и выполняют управляющие сигналы, передаваемые устройствами других фирм.

3. Система управления интеллектуальным зданием на примере трех типов зданий: многоквартирное, офисное здание и музей-усадьба Н.Е. Жуковского

Основываясь на предоставляемых сервисах, все аспекты управления инфраструктурой здания сводятся в единую систему, выполняющую многообразные целевые функции, в число которых входят:

пожарная сигнализация;

управление параметрами среды;

контроль доступа в здание;

сигнализация взлома;

управление лифтами;

телевизионное слежение;

регистрация времени пребывания;

управление освещением;

контроль использования электрической энергии;

отопление, вентиляция, поддержание микроклимата.

Кроме выполнения вышеперечисленных целевых функций на нее могут быть возложены и функции управления информационной инфрастуктурой:

контроль доступа к информации и управление безопасностью;

управление событиями;

отображение и поддержка бизнес-процессов;

автоматизированное управление хранением данных;

управление транспортом данных;

управление рассылкой отчетов;

управление проблемами;

управление сетью.

3.1. Система управления многоквартирным зданием

Такая система разделяется на автономные квартирные системы, которые обеспечивают минимальный набор возможностей ( контроль протечки воды, возгорания и проникновения). Описанная система представляет собой упрощенный вариант автономной внутриквартирной системы управления. Такой вариант предусматривает наличие человеческого фактора, то есть присутствие диспетчера, у которого имеется электронное табло, выдающее полную информацию о техническом состоянии каждой из квартир такого здания. Благодаря этому табло диспетчер всегда знает, дома ли хозяин квартиры, нет ли протечки воды, утечки газа, возгорания и пр. При возникновении внештатной ситуации внутриквартирная система управления:

1. Оповещает диспетчера.

2. Осуществляет дозвон по телефонным номерам, определенным хозяином для каждого случая.

3. Она может самостоятельно принять меры: при проникновении в квартиру включить сигнал тревоги, при протечке перекрыть подачу воды электромагнитными клапанами, при утечке газа – перекрыть его, включить вентиляцию и выключить электроэнергию.

Функции системы управления не ограничиваются контролем состояния квартир. В ее ведении находятся также общие помещения здания – холлы, лестницы, гараж и т.д. Она следит, чтобы в технологических помещениях не было протечек воды, контролирует загазованность в помещениях.

3.2. Система управления офисным зданием

Рассматривая систему управления для офиса, необходимо обеспечить в каждом из помещений (входная зона, переговорная комната, кабинет руководителя, зал секретарей, менеджеров и помещения бытового назначения) выполнение соответствующих функций системы управления.

Приведем пример конфигурации системы управления для офисного помещения на примере 2-х этажного торгового центра. Система управления в данной конфигурации обеспечивает выполнение следующих функций:

1. Контроль протечки воды.

2. Управление вентиляцией.

3. Управление освещением.

4. Управление с персонального компьютера.

Интересным образом решен вопрос освещения. Для всего пространства торгового зала достаточен один вид освещения, но при приближении покупателя к витрине включается дополнительная подсветка.

По желанию руководства торгового зала по датчикам движения будут включаться различные группы освещения. Управлять ими можно также с дистанционного пульта.

3.3. Система управления музеем-усадьбой Н.Е Жуковского

Рассмотрим минимальную конфигурацию системы, состоящую из датчиков движения, выключателей и диммеров, подключенных посредством стандартной электропроводки или радиоканала к контроллеру (блоку управления).

Данная система может функционировать как минимум в двух режимах:

1) Система безопасности (охранная система) в ночное время или в выходные дни.

2) Система контроля освещением в рабочее время

Рис.5. Радиус охвата датчика движения

Рис. 6.

Рис. 7.

Для корректного функционирования этой системы нам необходимо в каждом помещении разместить по датчику движения MS-13, имеющий следующую диаграмму направленности (рис. 5), так как этот датчик передает информацию по радиоканалу и имеет автономное питание, которого хватает на один год (используются стандартные алкалиновые батарейки). Он может быть установлен в любом месте помещения, в соответствии с требованиями охвата пространства.

Эти места показаны на схеме (рис. 6). При нарушении охраняемого контура датчик подает сигнал в систему. Может быть создано несколько сценариев дальнейших действий: от включения света в соседней комнате, что может отпугнуть потенциальных нарушителей, до включения тревоги (звуковая сирена PH7208 просто подключается к розетке).

В режиме же контроля освещения, тот же датчик движения может автоматически включать свет в этом помещении и после программируемого промежутка времени отключить его при отсутствии движения в заданном пространстве. Установленные выключатели AW-10 могут управляться не только автоматическими датчиками движения, но и переносными радиопультами, что повышает функциональность всей системы.

В дальнейшем данная конструкция системы может быть дополнена системой контроля отопления и влажности, которая, получив информацию с датчиков температуры, расположенных в разных частях дома, сможет оптимальным образом поддерживать нужный температурный режим. А это очень важно при работе с экспонатами.

Схема размещения датчиков температуры приведена на рис. 7. Как мы видим по схеме, нет необходимости установки датчиков в каждом отдельном помещении, так как комнаты сообщаются друг с другом, и, следовательно, температура в соседних помещениях будет приблизительно одинакова. Использование всего четырех датчиков ADI-000159 позволит контролировать температурный режим во всем доме.

В музее для отопления используется электрический котел, который может автоматически управляться выключателем HD245.

3.4. Экономические аспекты проекта.

Расчет экономии электричества в системе освещения и отопления

Для освещения первого и второго этажа усадьбы требуется 4.8 КВт/ч (сеть 220В). Допустим, что среднее потребление электроэнергии на одну комнату составляет 0,343 КВт/ч (всего 14 комнат). При проведении экскурсии люди, как правило, находятся в одной или двух комнатах, следовательно, освещение в других помещениях не требуется.

Если среднее время экскурсии занимает около двух часов, то экономия электроэнергии за период эксплуатации составит 8,23 КВт/ч или приблизительно 85%.

4,8КВт/ч *2ч – 0,343КВт/ч * 2комнаты * 2ч = 8,23КВт/ч

Использование дневной и ночной схемы отопления с разницей температур в 5 градусов дает возможность экономии до 30% в зависимости от установленного отопительного оборудования.

Заключение

Исходя из приведенного анализа различных интеллектуальных систем управления зданиями и учитывая ограничения при инсталляции таких систем в музее-усадьбе можно сделать вывод, что системы, базирующиеся на протоколе X10, являются оптимальными для проектов такого рода.

Принимая во внимание низкую стоимость оборудования, простоту инсталляции, большую расширяемость и высокую экономическую эффективность, системы управления на базе протокола X10 можно смело рекомендовать для использования в проектах по автоматизации музейных сооружений или в помещениях, не имеющих возможности проведения дорогостоящих реконструкций или прокладки новых коммуника