Utvikler skalerbar styresentral for bygningsautomatisering

En datamaskinmodul (Computer- on-Module – COM) fra congatec og Niagara Framework – dette er maskinvare/programvareduoen i hjertet av en kompakt og skalerbar styresentral for bygningsautomatisering, utviklet av det spanske elektronikkselskapet Matrix.

Fra isolerte øyer til integrert system
Mange store bygninger som sykehus, togstasjoner, kontorer eller boligkomplekser er i dag utstyrt med bygningsautomatiseringssystemer. Men alt for ofte fungerer de som frittstående enheter. IoT-basert styring med datainnsamling og analyse på høyere nivå er sjeldent. Likevel øker kompleksiteten i bygningsadministrasjon – utover standard systemovervåking og kontroll, er det nå også behov for å overvåke, nettverkskoble og forbedre funksjonaliteten til systemene for å levere mer komfort og bærekraftige reduksjoner av karbonfotavtrykk – for eksempel ved å optimalisere blandingen av egengenerert solenergi og ekstern strømforsyning i et nettverkstilkoblet energisystem. IoT-baserte HVAC-systemer (oppvarming, ventilasjon og klimaanlegg) finner den rette balansen mellom oppvarming, ventilasjon og fuktighet for å sikre et behagelig inneklima, uavhengig av regn eller solskinn eller årstid.

Dataanalyse i nettverkskanten
Uansett hvor nettverksbaserte bygningsautomatiseringssystemer (BAS) er utplassert, bruker de i økende grad eksterne skyer som kontrollstasjoner og administrasjonsinstanser som er koblet til de lokale systemene. Dette gjør det mulig å konfigurere og kontrollere systemene via nettbrett, smarttelefon eller datamaskin. Når det gjelder generell styring og kontroll av HVAC-systemer, er ruten via skyen både enkel og ekstremt praktisk; alt kan implementeres fra skyen og enhver instans kan gis tilgang til svært spesifikke data. Uansett hvor du er i verden. Det er imidlertid ikke bare å flense en Ethernet-tilkobling til et eksisterende system. I mange tilfeller må et nytt kantlag legges til for å utføre høyst individuelle lokale oppgaver.

Sikkerhetskritisk
Eksempler kan være situasjoner der raske beslutninger er viktig; dette gjelder spesielt sikkerhetskritiske systemer. Skybaserte kontrollstasjoner opplever alltid en viss forsinkelse og kan til og med svikte fullstendig hvis det er nettverksproblemer. Dette er grunnen til at dataanalyse og BAS-omsluttende beslutningstaking i kanten blir stadig viktigere. Lokale DIN-skinne-PCer behandler ikke bare data i sanntid; de kan også umiddelbart sette i gang beskyttelsestiltak i tilfelle flom, haglstormer eller branner, og automatisk varsle beboere eller brannvesen. Sommeren 2021 har som aldri før vist at ekstremvær kan sette menneskeliv i fare, i tillegg til store skader på kjellere, tak eller bygningsteknologi i løpet av minutter. Tidligvarslingssystemer kan bruke sanntids værdata for raskt å oppdage tordenvær som nærmer seg, og sette i gang tiltak for å stormsikre bygningene: trekke inn markiser og persienner, lukke vinduer og garasjeporter, slå av strømforsyningen, aktivere alarmer og advare beboerne.

DIN-skinne-PC for smartbygg
Det spanske elektronikkselskapet Matrix pakker slike programvareintegrerte kantprosesserings-løsninger for bygningsstyring inn i flate DIN-skinne-PCer som passer inn i et hvilket som helst standard styreskap. Faktisk er den totale dybden bare 64 mm. Med hovedkontor i Madrid og som en del av Flexitron Group, har selskapet bygget seg et internasjonalt navn innen blant annet bygningsautomatisering. Den siste nyskapningen fra Matrix, MTX-StarBMS (Building Management System), er en kompakt DIN-skinne-PC som er perfekt for BMS- kontrollsentraler. MTX- StarBMS kan kommunisere med skykontrollrom og andre sentrale administrasjonsinstanser, og har et stort antall grensesnitt for å tillate tilkobling av ethvert lokalt system. Basert på en modulær prosessorarkitektur kan Matrix-løsningen programmeres individuelt.

Innvevd datasystem
Det innvevde datasystemet, som er basert på åpne standarder, kombinerer gateway-funksjoner og I/O-grensesnitt og bruker primært 4G mobilradiostandard eller Ethernet for skykommunikasjon. Det har seks universelle, seks digitale og åtte analoge innganger, fire digitale utganger, samt USB for å samle inn og analysere BAS-data direkte i kanten.

Denne forhåndskonfigurerte løsningen forenkler utplasseringen og er, takket være dens kompakte konstruksjon, egnet for installasjon i de fleste brannstyreskap eller HVAC-systemer.

Leveres med Niagara-lisens
Det programmerbare midtpunktet i MTX-StarBMS er Niagara Framework-programvaren fra det amerikanske IT-selskapet Tridium. Utviklet spesifikt for bruk i bygningsautomatisering, gir Niagara kritisk, cybersikker enhetstilkobling mot skyen og de nødvendige datanormaliseringsfunksjonene. I tillegg til å tillate brukere å fange opp og overvåke datastrømmer, lar den dem også lage prosesskjeder og tilpassede sluttbrukergrensesnitt. Dette gjør det mulig å automatisk behandle og visualisere målinger og statusinformasjon fra sensorer, aktuatorer og systemer lokalt og i sanntid.

Visning på sluttenheter
Det nettbaserte HTML5- brukergrensesnittet kan vises på forskjellige sluttenheter – til og med eksternt og via skyen. Det kan enkelt tilpasses ved å dra funksjoner fra standardiserte biblioteker og slippe dem inn i det objektorienterte programmeringsmiljøet. I prinsippet er det åpne og JAVA-baserte UX (User Experience) rammeverket egnet for alle typer automatiseringsoppgaver samt overvåking, styring og vedlikehold av bygningsfunksjoner. Produsenter av bygningstekniske applikasjoner kan også bruke drivermoduler for å integrere systemene sine i den åpne plattformen, noe som setter fart på utviklingen av nye applikasjoner og nettverksbygging med eksisterende BMS. Siden Niagara er fullt skalerbart, kan rammeverket distribueres på tvers av forskjellige maskinvareplattformer – fra store bedriftsservere til innvevde datasystemer.

Prosessorens hjerteslag i en COM
Når det gjelder maskinvaren, har Matrix supplert sin egen utviklingskompetanse med etablerte innvevde systemer: MTX-StarBMS består av et egenutviklet bærerkort og en datamaskinmodul (COM) basert på Qseven-standarden, som vedlikeholdes og kontinuerlig videreutvikles av den leverandøruavhengige SGeT (Standardization Group for Embedded Technologies). Modulen er produsert av congatec, en ledende leverandør av innvevde og avanserte databehandlingsteknologier, og som er basert i Deggendorf, en tysk Silicon Valley for datamoduler. Matrix valgte Qseven COM fordi den, basert på en NXP iMX6-prosessor, er spesielt designet for laveffektapplikasjoner innen bygningsadministrasjon og kommer i forskjellige varianter og konfigurasjoner. En annen viktig faktor var at modulene enkelt kan oppgraderes med de nyeste COM-ene, for eksempel en Qseven basert på NXP i.MX 8M Plus 14nm-prosessorserien som tilbyr firekjerners ARM Cortex-A53 / M7-prosessorer samt en integrert nevralprosesseringsenhet (NPU) for kunstig intelligens, etter behov. Dette gir ikke bare DIN-skinne-PCen stor designfleksibilitet; den garanterer også lang tilgjengelighet, og gir oppgraderingsalternativer for fremtidige BMS-krav som integrering av kunstig intelligens (AI).

Fra Sahara til Antarktis
Den første systemvarianten tilbyr opptil fire ARM Cortex A9-kjerner, med et strømforbruk på to til fire watt. Støtte for det utvidede temperaturområdet på -40 °C til 85 °C gjør den egnet for bruk i mange BMS-scenarier over hele verden – fra Sahara til Antarktis. Som en av de to mest solgte formfaktorene i verden, har Qseven-standarden en langsiktig fremtid. I likhet med SMARC COM-standarden, er den ivaretatt av SGeT på en leverandøruavhengig basis og passer perfekt for bygningsautomasjon ettersom industrielle, kommunale eller private bygninger generelt er designet for å vare i flere tiår.

Fremtidssikker
Ved å velge kombinasjonen av Niagara Framework og Qseven COM, har Matrix utviklet MTX StarBMS til en kompakt DIN-skinne-PC som gjør det mulig å posisjonere seg langsiktig i det skytilkoblede BMS-markedet. Det raske tempoet IoT-baserte sensorer, aktuatorer og kontroller utvikler seg med gjør slike skalerbare løsninger avgjørende. COM kan erstattes av kommende generasjoner, og som en åpen integrasjonsplattform er Niagara Framework fremtidssikker. Og fremtidige konfigurasjoner med NXP i.MX 8M Plus-prosessoren med integrert NPU (Neural Processing Unit) gjør det mulig å tenke seg DIN-skinne-PCer som støtter AI-applikasjoner med dyp læring og maskinlæring. Kort sagt, det perfekte grunnlaget for løsninger som utnytter prediktivt vedlikehold så vel som lokal beslutningstaking basert på havet av Big Data som daglig fylles med endeløs informasjon fra hver eneste automatiserte bygning.