JP2014512757A - インテリジェントビルディング自動化ノード - Google Patents

Abstract

ビルディング自動化システム（ＢＡＳ）に関連して使用するための装置および方法を本明細書で開示する。一実施形態では、本発明は、インターネットプロトコル通信をブロードキャストするようにシームレスなオープンプロトコルおよび集約点を提供するＪＡＶＡ（登録商標）対応のデバイスおよびシリアル通信ケーブルを備える、インテリジェント電力ノードを備える。別の実施形態では、本発明は、個々のポートおよび出力部のエネルギー監視および制御を可能にする。さらに別の実施形態では、本発明は、フィールドバスデバイスを構成および動作する方法である。

Description

本発明は、インテリジェントビルディング自動化ノードに関する。

現代のビルディング自動化システム（ＢＡＳ）は通常、普通のオープンシリアル通信プロトコルを使用して指定され、設計されている。最も使用されているシリアル通信プロトコルのうちの２つは、ローカルオペレーティングネットワーク（ＬＯＮ）およびビルディング自動化及び制御ネットワーク構築（ＢＡＣｎｅｔ）である。本発明は、インターネットプロトコル通信をブロードキャストするように完璧なオープンプロトコルおよび集約点を提供するＪＡＶＡ（登録商標）対応のデバイスおよびシリアル通信ケーブルを備える、インテリジェント電力ノードを備える。加えて、本発明は、個々のポートおよび出力部のエネルギー監視および制御を可能にし、有線／無線汎用の統合された入力および出力、ならびに障害検出診断と、サージ／ノイズ高調波抑制と、ＵＳＢポートと、ＲＳ−４８５／２３２ポートと、拡張可能メモリと、ＩＰアドレス指定能力と、パワーオーバーイーサネット（登録商標）能力とを備える。

以下の用語が本発明の実施形態を理解するのに有用である。
ＪＡＶＡ（登録商標）：Ｊａｖａ（登録商標）は、１９９５年にＳｕｎ Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓによって最初に発表されたプログラミング言語かつコンピューティングプラットフォームである。これは、公共水道光熱設備、ゲーム、ビジネス、ビルディング自動化制御、およびゲートウェイアプリケーションを含む最新のプログラムに動力を供給する基盤技術である。
ゲートウェイ：本発明のいくつかの実施形態では、ゲートウェイは、Ｊａｖａ（登録商標）ソフトウェアを使用し、他のシステムで使用されるデータを統合するようにＩＰおよびシリアル通信データの両方を正規化する。正規化されたデータ点は、リード／ライトコマンドをそれぞれの点に提供するための能力を備えて、相関され、記録され、動向または履歴報告に取り込まれ、かつ警報を発せられることができる。本発明のいくつかの実施形態では、このゲートウェイは、拡張可能な内部メモリを有し、シン（ｔｈｉｎ）クライアントアクセスを使用してＩＰアドレス指定可能である。
統合：統合は、より大きなシステムの一部となるようにＨＶＡＣ、照明、エネルギー、カードアクセス、および火災／生命／安全性システム等の異なるソフトウェアシステムを結びつけるプロセスである。ミドルウェアを使用して異なる通信プロトコルとこれらの異なるシステムを統合することによって、これらのシステムからまたはそれらの間のデータ交換を可能にする。

ＢＡＳシステムは通常、１つのシリアル通信プロトコル（例えば、ＬＯＮまたはＢＡＣｎｅｔ）を使用して構築され、設計される。ＬＯＮおよびＢＡＣｎｅｔがＢＡＳシステムに共存するべきである場合、これは、ＢＡＳデータを正規化するようにゲートウェイの使用を必要とする。ＬＯＮまたはＢＡＣｎｅｔシリアル通信のいずれかで通信するためにＢＡＳシステムを制限することは、システムがプロプライエタリソフトウェアおよびサービスとともに拡大縮小し、かつそれらから離れられない、エンドユーザー／所有者問題を引き起こす可能性があり、所有権の総費用の増加という結果になる。

［ＢＡＣｎｅｔ］
ＢＡＣｎｅｔの説明
ＢＡＣｎｅｔは、ビルディング自動化制御ネットワーク構築のためのデータ通信プロトコルである。ＢＡＣｎｅｔは、ＩＳＯ／ＡＮＳＩ／ＡＳＨＲＡＥ１３５−１９９５標準である。ＬｏｎＷｏｒｋｓプロトコルのように、これは、ＲＳ−４８５、イーサネット（登録商標）、ＡＲＣＮＥＴ、ＲＳ−２３２、ＩＰ、およびＬｏｎＴａｌｋを含む多くの物理／データリンク層を有する。ＢＡＣｎｅｔ（ビルディング自動化及び制御ネットワーク構築）標準プロトコルは、米国暖房冷凍空調学会（ＡＳＨＲＡＥ）と提携する業界関係者の共同事業体によって考え出され、開発され、かつ維持された。ＢＡＣＮｅｔは、層状の通信のネットワークトポロジーを使用する。

ＢａｃＮｅｔネットワークは、相互運用性を高めるようにヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）統合に集中するトップダウン型解決法である。ＢＡＣｎｅｔは、ＨＶＡＣ、セキュリティ、火災／生命安全性、照明などの様々な業界で受け入れられている。

［ＬＯＮ］
ＬｏｎＷｏｒｋｓの説明
ローカルオペレーティングネットワーク（ＬＯＮ）Ｗｏｒｋｓは、プロトコル仕様としてＡＮＳＩ／ＥＩＡ７０９．１−Ａ−１９９９を、場合によっては電気設備仕様としてＲＳ−４８５を使用する。ＬｏｎＴａｌｋプロトコルは、ツイストペア、電力線（電力を供給される、また電力を供給されない）、無線周波数、同軸ケーブル、光ファイバーにわたって用いられる場合がある。

異なるインターフェースを使用する速度は、
１４００メートルまで７８ｋｂｐｓで結合される変圧器と、
１３０メートルまで１．２５Ｍｂｐｓで結合される変圧器と、
５００メートルまで７８Ｋｂｐｓでのフリートポロジーと、
６０００メートルまで１０ｋｂｐｓでの電力線と、
１５Ｋでの無線、見通し線［４００〜４７０ＭＨｚおよび９００ＭＨｚ］と、を含む。

ＬＯＮ（ローカルオペレーティングネットワーク）プロトコルは、Ｅｃｈｅｌｏｎ社によって開発された。ＬＯＮは、Ｅｃｈｅｌｏｎによって設計され、Ｃｙｐｒｅｓｓ ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒおよびＴｏｓｈｉｂａによって製造される、ニューロンチップに埋め込まれる。あらゆるＬｏｎＴａｌｋベースのデバイスが、ＬｏｎＷｏｒｋｓデバイスである。すべてのＬｏｎＷｏｒｋｓデバイスが、ニューロンチップを使用する。ＬＯＮは、通信のためのピアツーピア（Ｐ２Ｐ）トポロジーを使用する。

ＬＯＮとＢＡＣｎｅｔの相違点
ＬＯＮおよびＢＡＣｎｅｔは、非常に異なり、多くの点でそのまま比較できない。例えば、ＢＡＣｎｅｔは、監視システム相互運用性の仕様である。ＢＡＣｎｅｔ仕様は、デバイスではなく、コンピュータ間の相互運用性のために設計される。ＢＡＣｎｅｔは、コンピュータが異なるビルディングサブシステムをつなぎ合わせるゲートウェイ解決法として実施される。

それに対して、ＬＯＮ認証は、デバイスに関する。しかし、ＬｏｎＭａｒｋ製品を利用するＬｏｎＷｏｒｋｓプラットフォームを基礎としたシステムが、世界中のアプリケーションの監視およびデバイスレベルの両方で使用される。さらに、ＬｏｎＭａｒｋデバイスは、ネットワーク上のノードが「ピア」である、分散型アーキテクチャのデバイスレベルで相互運用するように認証される。したがって、ＬｏｎＭａｒｋデバイスを使用するシステムは、様々なサブシステム間のネットワークトラフィックのゲートウェイ、ルーティング、またはアービトレーションを必要とせず、またＨＶＡＣシステムのみにも限定されない。

［シリアル通信］
電子デバイス間のシリアル通信は、速度、距離、および電気的ノイズの多い環境で動作する能力の３つの課題に直面している。複数のデバイスが同一の通信チャネルを共有する能力もまた、望ましい特徴である。エレクトロニクス産業の要件および能力が発展するにつれて、それらを満たすように新しい標準が導入された。

ＲＳ−４８５は、複数の電子ユニットが単一の通信チャネルに接続されることを可能にするように設計された。ＲＳ−４８５トランスミッタは、データが伝送されなければならないとき、ハイインピーダンス状態に置かれ、このチャネルにのみ有効になることができる。同時伝送は、メッセージが失われるという結果になり、ドライバの破壊をもたらす場合がある。

チャネルを「全二重」または「半二重」動作に対して構成することができる。全二重では、伝送デバイスは、送信と同時でのデータ受信に対応することができる。これを達成するために、ＲＳ−４８５は、一方が送信用で、他方が受信用である、２つのデータペア線を必要とする。半二重動作では、トランスミッタは、最初にそのデータを送信し、次いでそのドライバを無効にし、応答を待つ。これによって、双方向通信の単一のデータペアの使用を可能にする。

ＲＳ−４８５仕様によって、チャネルに置かれる最高３２単位負荷も可能にする。これはまた、「マルチドロップ／フィールドバスドロップ」構成として既知である。これは通常、それぞれのモジュールに「アドレス指定する」何らかのメソッドを必要とするが、再びそのプロトコルのレベルは、ＲＳ−４８５の範囲外である。「単位負荷」は、電話標準的負荷に多少類似している。これは、チャネル上で通信することができるデバイスの数に制限を設ける。デバイスが単一の単位負荷を超えてチャネルをロードする場合、「ドロップ」の数が減少される。最高１２８ドロップを可能にする単位負荷の４分の１を示すデバイスがあるが、最高通信速度は減少される。

一実施形態では、本発明は、ビルディング自動化システム（ＢＡＳ）で使用するための装置であり、前記装置は、電子デバイスを備え、前記電子デバイスが、シリアル通信手段およびインターネットプロトコル（ＩＰ）通信手段を含み、前記電子デバイスが、前記シリアル通信手段と前記ＩＰ通信手段との間の収束および統合を容易にする。

別の実施形態では、本発明は、ＢＡＳで使用するための装置であり、前記装置は、統合された汎用入力部および統合された汎用出力部と、ＲＳ−４８５シリアル通信ポートと、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポートと、拡張可能メモリと、電力出力部と、パワーオーバーイーサネット（登録商標）（ＰｏＥ）インジェクタと、電力フィルタリング手段と、サージ抑制手段と、ノイズ抑制手段と、高調波抑制手段とを備える。

さらに別の実施形態では、本発明は、フィールドバスデバイスを構成または動作するための方法であり、前記方法は、オペレーティングシステム、シリアル通信手段、およびインターネットプロトコル（ＩＰ）通信手段を含み、かつ前記シリアル通信手段と前記ＩＰ通信手段との間の収束および統合を容易にする、電子デバイスを提供することと、前記シリアル通信手段によって、フィールドバスデバイスプロファイルを有する少なくとも１つのフィールドバスデバイスを前記電子デバイスに接続することと、前記フィールドバスデバイスプロファイルを前記オペレーティングシステムに同期させることと、前記フィールドバスデバイスと前記電子デバイスとの間で電子構成または動作データを伝送することとを含む。

本発明の一実施形態による電力ノードを示す。 本発明の別の実施形態による電力ノードを示す。 本発明のさらに別の実施形態による電力ノードを示す。 本発明の一実施形態による電力ノード電力出力ユニットを有する電力ノードスイッチハブのアーキテクチャを示す。 フィールドバスデバイスの構成のための電力ノード内に存在する、本発明の一実施形態によるソフトウェアメニューにより駆動形式の構成を示す。 本発明の一実施形態による複数の電力ノードと様々なフィールドバスノードとの間の通信経路図を示す。

図１は、シリアル通信とインターネットプロトコル（ＩＰ）間のイーサネット（登録商標）スイッチ、または電力ノード１０を示す。電力ノード１０は、「電力ノードスイッチ」または「ゲートウェイ」どちらか一方で見なされてもよい。電力ノードスイッチ１０は、他の異なるＢＡＳシステムによって活用され得るＩＰへのシリアル通信の収束および統合を可能にする、埋め込み型ＪＡＶＡ（登録商標）ゲートウェイ１２を有する。好ましくは、ＪＡＶＡ（登録商標）ゲートウェイ１２は、電力ノードスイッチ１０に統合され、通信データを正規化するために使用される。シリアル通信トランクＩＰトランクは、シリアル通信またはＩＰ通信プロトコルのいずれかで活用されるすべてのデータ点を正規化する、電力ノードスイッチ１０で物理的に収束する。

正規化されたデータ点は、相関され、記録され、動向または履歴報告に集約され、かつ警報を発せられることができる。電力ノードからデバイス出力まで命令を提供することでき、その結果、電力ノード１０内に提供されるソフトウェアによる入力データの処理に基づいて対処することができる。いくつかの実施形態では、電力ノードは、拡張可能な内部メモリを有し、シンクライアントアクセスを使用してＩＰアドレス指定可能である。

加えて、電力ノードゲートウェイ／スイッチ１０は、有線または無線にかかわらず、統合された汎用入力部および出力部を備えてもよい。

電力ノードスイッチ１０は、現在のＢＡＳシステムに対するエッジレベル可視性および拡張性を有する新しい既存のＢＡＳシステムを提供する。加えて、電力ノードスイッチ１０は、強化されたネットワークセキュリティを提供し、保守性を向上させる。

次に図２を参照すると、現在のシステムでは、ＢＡＣｎｅｔおよびＬＯＮは、通信遷移アーキテクチャおよびＢＡＳデータを正規化するゲートウェイの要件により同一のＲＳ−４８５通信ケーブル上に少しも共存しないことが留意されるべきである。ＢＡＣｎｅｔは、クライアントサーバーモデルに基づいている。ＢＡＣｎｅｔメッセージは、サービス要求と呼ばれる。クライアントマシンは、次にサービスを実行し、クライアントに送信された結果とともに報告する、サービス要求をサーバマシンに送信する。

ＬｏｎＴａｌｋは、システム設計者にシステム間のメッセージを転送するためのいくつかの基本的機構を提供する非常に単純なメーリングシステムのようなものである。ＬｏｎＴａｌｋはそれ自体が、これらのメッセージが含まれるものを規定しない。米国郵便制度のように、ＬｏｎＴａｌｋは、「メッセージ」を別の受取人に送信する方法を提供するだけである。送信するための様々な選択肢が使用されてもよい。

所定のアプリケーションに有用であるＬｏｎＴａｌｋのメッセージシステムの場合、送信者および受信者は、これらのメッセージの内容に同意する必要がある。Ｅｃｈｅｌｏｎの設計者は、ＮｅｕｒｏｎおよびＬｏｎＴａｌｋが使用されてもよいアプリケーションのうちのいくつかのかなり良い考えを有し、アプリケーションメッセージの内容を規定するために使用され得る第２のプロトコルを開発することができた。この「万能サイズ」プロトコルは、ＬｏｎＴａｌｋのセッション、プレゼンテーション、およびアプリケーション層を表し、ＬｏｎＷｏｒｋｓと呼ばれることが多い。

図２は、電力ノードスマートスイッチ／ハブを使用して、Ｌｏｎ、ＢＡＣｎｅｔ、ＭＯＤｂｕｓ、または他のシリアル通信アプリケーションのいずれかに使用されることができる特定の抵抗およびインピーダンスでサイズ決めされる汎用通信シリアルケーブルを示す。

電力ノード１０と結合されると、汎用ケーブルは、ネットワーク上に可視である可能性がある１つの物理的シリアル通信ソースパスを提供する。これによって、同一の物理的シリアル通信トランク上に活用される多くのシリアル通信デバイスの収束を可能にする。

図３の品目１４に示される電力ノードスイッチの別の実施形態は、統合された汎用入力部／出力部（有線または無線）と、ＲＳ−４８５シリアル通信接続と、ＵＳＢポートと、拡張可能メモリと、個々の出力部電力監視（ｋＷｈ消費量、ｋＷ有効電力、ｋＶＡＲ無効電力、ｋＶＡ皮相電力、力率、平均有効電力、最小有効電力、最大有効電力、電圧、ライン間電圧、ラインと中性線間の電圧、アンペア、平均電流、ｋＷ、および有効電力相Ａ、Ｂ、Ｃを含む）と、パワーオーバーイーサネット（登録商標）（ＰｏＥ）インジェクタと、電力フィルタリングと、サージ抑制と、ノイズ／高調波抑制能力と、の機能のうちの１つ以上を備える統合された電力出力ユニットを含む。

図４は、電力ノード電力出力ユニットを有する電力ノードスイッチハブのアーキテクチャを示す。

一実施形態では、電力ノードスマートハブ／スイッチ解決法は、マイクロフィールドバスデバイスレベルの機能性を提供するＪＡＶＡ（登録商標）埋め込み型ゲートウェイを使用して設計され得る。

一実施形態では、図５に示されるように、電力ノードハードウェア内に存在するソフトウェアメニューによる駆動形式の構成によって、サーモスタット、センサ、制御アクチュエータ、制御弁、カードアクセスリーダー、ビデオ監視カメラ、電力計、およびリレーを含むが限定されない有線および無線のフィールドバスデバイスの単純な構成を可能にする（互換性のプロトコルが、Ｌｏｎ、ＢＡＣｎｅｔ、ＭＯＤＢＵＳ、およびＺｉｇＢＥＥ、Ｚ−Ｗａｖｅを含むが限定されないものとする）。

フィールドバスデバイスは、デバイスプロファイルを電力ノードハードウェア上に存在するオペレーティングシステムに同期させることによって認識され、発見される。この機能は、新しいフィールドバス構成要素をシステムに追加し、かつ少しも技術的分析または手動構成をせずに自動的にそれを動かせる能力を提供する。

電力ノードが予め構成された／互換性の有線または無線の周辺デバイスを認識した時点で、これは適切な内部設定を調整する。これは、ＭＡＣアドレス、Ｉ／Ｏアドレス、デバイスインスタンス番号、発見および自己記述性、デバイスレベル、製造業者およびアプリケーションＩＤ、関数レベル、チャネル符号、接続符号、オブジェクトの種類、ならびにデータ点のチャネルセットを構成することを含むことができる。電力ノードは、入力の種類および自動構成を認識し、その認識に基づいてデバイスから受信した入力情報を受け入れ、処理することができる。

新しいフィールドバスデバイスは、自動発見され、フィールドバスデバイスへの即時通信のための電力ノードグラフィカルユーザーインターフェースに自動構成される。電力ノード機能によって、警報を発すること、記録すること、動向を示すこと、ピアツーピアで通信すること、およびフィールドバスデバイスを制御することに限定されない、発見されたフィールドバスデバイスの統合を可能にする。

図６は、電力ノード１０または１４と様々なフィールドバスノード１８ａ〜１８ｄとの間の通信経路を示す図である。

１０、１４ 電力ノード
１２ ＪＡＶＡ（登録商標）ゲートウェイ
１８ａ〜１８ｄ フィールドバスノード

Claims (12)

1. ビルディング自動化システム（ＢＡＳ）で使用するための装置であって、
   電子デバイスを備え、前記電子デバイスが、シリアル通信手段およびインターネットプロトコル（ＩＰ）通信手段を含み、前記電子デバイスが、前記シリアル通信手段と前記ＩＰ通信手段との間の収束および統合を容易にする、装置。
2. 前記シリアル通信手段は、
   少なくとも１つのローカルオペレーティングネットワーク（ＬＯＮ）デバイスとの通信のための少なくとも１つのシリアルポートと、
   少なくとも１つのビルディング自動化及び制御ネットワーク構築（ＢＡＣｎｅｔ）デバイスと通信するための少なくとも１つの他のシリアルポートと、を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記電子デバイスは、ＪＡＶＡ（登録商標）ベースのゲートウェイをさらに含み、前記ＪＡＶＡ（登録商標）ベースのゲートウェイは、前記シリアル通信手段と前記ＩＰ通信手段との間の通信を正規化する、請求項１に記載の装置。
4. 前記電子デバイスは、単一シリアル通信ポートを介して少なくとも１つのローカルオペレーティングネットワーク（ＬＯＮ）デバイスおよび少なくとも１つのビルディング自動化及び制御ネットワーク構築（ＢＡＣｎｅｔ）デバイスと通信することができる、請求項１に記載の装置。
5. 前記電子デバイスは、パワーオーバーイーサネット（登録商標）（ＰｏＥ）によって電力を供給される、請求項１に記載の装置。
6. ビルディング自動化システム（ＢＡＳ）で使用するための装置であって、
   統合された汎用入力部および統合された汎用出力部と、
   ＲＳ−４８５シリアル通信ポートと、
   ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポートと、
   拡張可能メモリと、
   電力出力部と、
   パワーオーバーイーサネット（登録商標）（ＰｏＥ）インジェクタと、
   電力フィルタリング手段と、
   サージ抑制手段と、
   ノイズ抑制手段と、
   高調波抑制手段と、を備える、装置。
7. 前記電力出力部は、キロワット時（ｋＷｈ）消費量、キロワット（ｋＷ）有効電力、キロボルトアンペアリアクティブ（ｋＶＡＲ）無効電力、キロボルトアンペア（ｋＶＡ）皮相電力、力率、平均有効電力、最小有効電力、最大有効電力、電圧、ライン間電圧、ラインと中性線間の電圧、アンペア、平均電流、および有効電力相について監視される、請求項６に記載の装置。
8. フィールドバスデバイスを構成または動作するための方法であって、
   オペレーティングシステム、シリアル通信手段、およびインターネットプロトコル（ＩＰ）通信手段を含み、かつ前記シリアル通信手段と前記ＩＰ通信手段との間の収束および統合を容易にする、電子デバイスを提供することと、
   前記シリアル通信手段を介して、フィールドバスデバイスプロファイルを有する少なくとも１つのフィールドバスデバイスを前記電子デバイスに接続することと、
   前記フィールドバスデバイスプロファイルを前記オペレーティングシステムに同期させることと、
   前記フィールドバスデバイスと前記電子デバイスとの間で電子構成または動作データを伝送することと、を含む、方法。
9. 前記電子構成または動作データは、メディアアクセス制御（ＭＡＣ）アドレス、入出力（Ｉ／Ｏ）アドレス、フィールドバスデバイスインスタンス番号、発見および自己記述性情報、デバイスレベル、製造業者およびアプリケーション、関数レベル、チャネル符号、接続符号、オブジェクトの種類、ならびにデータ点のチャネルセットからなる群から選択される情報を含む、請求項８に記載の方法。
10. 前記少なくとも１つのフィールドバスデバイスは、
    少なくとも１つのローカルオペレーティングネットワーク（ＬＯＮ）デバイスと、
    少なくとも１つのビルディング自動化及び制御ネットワーク構築（ＢＡＣｎｅｔ）デバイスと、を備える、請求項８に記載の方法。
11. 前記電子デバイスは、
    前記少なくとも１つのＬＯＮデバイスとの通信のための少なくとも第１のシリアルポートと、
    少なくとも１つのＢＡＣｎｅｔデバイスと通信するための少なくとも第２のシリアルポートと、をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記電子デバイスは、単一シリアル通信ポートを介して前記少なくとも１つのＬＯＮデバイスおよび前記少なくとも１つのＢＡＣｎｅｔデバイスと通信することができる、請求項１０に記載の方法。

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