Wie softwarekonfigurierbare I/O die Gebäudeautomation verändern

Gebäudeautomationssysteme (BAS) integrieren Beleuchtung, Energie, HLK, Sicherheit und Sicherheit in einem einzigen intuitiven System und gleichen die optimale Effizienz des Gebäudebetriebs mit der Produktivität und dem Komfort seiner Bewohner aus. Obwohl der Markt für Gebäudeautomation sehr konservativ ist, hat er ein beträchtliches Wachstum verzeichnet, das hauptsächlich auf steigende Energiepreise, ein wachsendes Bewusstsein für Energieeinsparungen und wachsende Regierungsinitiativen in den Bereichen Brandschutz und Sicherheit zurückzuführen ist. Neue Normen und Vorschriften, wie der UL 217-Standard für Rauchwarnmelder, sind in Kraft getreten, um Gebäude sicherer, effizienter und komfortabler zu machen. Trends wie diese stimulieren die Entwicklung neuer Produkte und Lösungen für die Gebäudeautomation und drängen Hersteller dazu, neue Technologien in kürzeren Entwicklungszyklen bereitzustellen. Diese Änderung des Tempos bietet BAS-Unternehmen die Möglichkeit, diese Anforderungen mit flexiblen Systemlösungen zu erfüllen, die plattformbasiert sind und einen geringeren Stromverbrauch und eine kleinere Größe bieten.

Gebäudeautomationssteuerungen sind ein typisches Beispiel für ein Produkt, dem oft die innovative Agilität fehlt, die in den sich schnell verändernden Märkten von heute so geschätzt wird. Die Controller sind das Gehirn des BAS. Sie nehmen die Daten der im gesamten Gebäude verteilten Sensoren auf und führen die Reaktion des Systems aus. Das bedeutet, dass die Controller eine bestimmte Anzahl von Ein- und Ausgangskanälen haben müssen. Einige Controller bieten nur eine feste Kanalfunktionalität, was zu Architekturen mit ungenutzten Kanälen führt. Diese zusätzlichen ungenutzten Kanäle sind mit Kosten verbunden, die vom Kunden nicht erstattet werden können; Die vollständige Rekonfigurierbarkeit jedes Kanals stellt jedoch sicher, dass alle Kanäle verwendet werden können. Im Idealfall sollte das BAS über eine begrenzte Anzahl von freien, ungenutzten Kanälen verfügen, damit der Kunde nicht für nicht genutzte Funktionen bezahlt. Die vollständige Konfigurierbarkeit der Kanalfunktion bietet die größte Flexibilität beim Design und Einsatz eines BAS.

Traditionell haben Gebäudeautomationssteuerungen diskrete Implementierungen sowohl für feste als auch für konfigurierbare Kanäle verwendet. Die Stückliste (BOM) diskret implementierter konfigurierbarer Kanalcontroller kann jedoch Hunderte von Komponenten umfassen. Nach jahrelanger Entwicklung sind die diskreten Lösungen sehr effizient und optimiert, um die Stücklistenkosten zu senken, um die Erwartungen dieses kostensensiblen Marktes zu erfüllen. Dennoch unterstreichen neue Trends und die steigende Nachfrage nach agiler Entwicklung einige wesentliche Nachteile dieses Ansatzes, wie die Komplexität der Planung, Konstruktion, Produktion und Logistik zu vieler Produktvarianten in den Gebäudeautomationssteuerungen. Daher müssen die BAS-Lösungen auf der Grundlage der Gesamtbetriebskosten und nicht auf der Grundlage einer vereinfachten Stücklistenkostenansicht bewertet werden.

Integriert vs. diskret

Die Möglichkeit, den Kanal nach Bedarf neu zu konfigurieren, ist der richtige Ansatz, um ungenutzte Kanäle zu eliminieren, aber dies allein behebt nicht die anderen Mängel des Controller-Designs. Das Schlüsselkonzept ist die Integration, die eine Vereinfachung des Kanaldesigns mit geringerem Platzbedarf und besserer Leistung ermöglicht. Bei einer integrierten Lösung kann die Funktion eines beliebigen Kanals einfach über Softwarebefehle konfiguriert werden. Software-konfigurierbare Input/Output (I/O)-Technologie eröffnet Möglichkeiten der einfachen Wiederverwendung des Designs und der Plattformisierung, die letztendlich die Gesamtbetriebskosten einer BAS-Lösung senken und während des gesamten Produktlebenszyklus der Gebäudeautomationssteuerungen Mehrwert schaffen (siehe Abbildung 1 .). ).

Abbildung 1. Verbesserung der Kapitalrendite in jeder Phase der Entwicklung durch softwarekonfigurierbare E/A. (Quelle:Analog Devices)

Die erste Stufe einer Controller-Entwicklung ist die Systemarchitektur. An dieser Stelle werden alle Kundenanforderungen berücksichtigt und ein neues Produkt definiert. Die Unflexibilität einer diskreten Lösung ist bereits in dieser frühen Entwicklungsphase ein bemerkenswerter Nachteil. Unterschiedliche Bedürfnisse der Kunden – zum Beispiel das Verhältnis oder die Anzahl der Ein- und Ausgabekanäle – können zu mehreren Designs führen, was die Kosten erhöht und eine agile Reaktion auf Marktbedürfnisse behindert. Integrierte, softwarekonfigurierbare I/O ermöglichen die Plattformisierung und Wiederverwendbarkeit eines bewährten Designs in verschiedenen Anwendungen. Die Wiederverwendbarkeit ist entscheidend, um die Design- und Produktionskosten zu senken, wie später in diesem Artikel erläutert wird.

Nach der Produktdefinition beginnt das Design. In dieser Phase zeigt die Wiederverwendung des Designs seine Bedeutung. Im Gegensatz zur diskreten Realisierung ermöglicht die integrierte und konfigurierbare I/O schnelle Iterationen, reduziert Zeit und setzt wertvolle Ressourcen frei. Sowohl beim Hardware- als auch beim Softwaredesign reduziert die Verlagerung von ressourcenintensiven, langwierigen Entwicklungen mit mehreren Produktvarianten hin zu einem einzigen Design, das zahlreiche Anforderungen erfüllt, F&E-Zeit und -Kosten, während gleichzeitig die hohe Zuverlässigkeit und Robustheit einer bewährten Architektur beibehalten wird. Die Erfüllung der Anforderungen unterschiedlicher Anwendungen ist mit dem „Any function on any pin“-Ansatz eines integrierten, rekonfigurierbaren Designs viel einfacher (siehe Abbildung 2).

Abbildung 2. Jede Funktion an jedem Pin mit softwarekonfigurierbarem E/A. (Quelle:Analog Devices)

Aus Sicht der Geschäftsentwicklung birgt die langsame Reaktion einer herkömmlichen Entwicklungsstrategie ein unnötiges Risiko für verpasste Gelegenheiten oder verpasste Kundentermine. Die Flexibilität und Benutzerfreundlichkeit der integrierten, konfigurierbaren E/A trägt dazu bei, den Return on Investment (ROI) zu maximieren und gleichzeitig die Markteinführungszeit und den Umsatz so kurz wie möglich zu halten.

Nach der Designphase ist die Produktionsphase der nächste Schritt. Beginnend mit dem Einkauf und der Verwaltung der Stückliste zeigt die integrierte Lösung schnell ihre Vorteile. Die diskret implementierten, universellen Controller enthalten oft Hunderte von Komponenten, die gekauft, in einem Lager gelagert und zur Produktionsstätte transportiert werden müssen. Die Verwaltung einer so großen Menge unterschiedlicher Komponenten trägt natürlich zu den Gesamtkosten bei. Mit einer Single-Chip-Lösung und einem wiederverwendbaren Design wird die Stücklistenlogistik vereinfacht – die Einkaufsabteilung hat mit weniger Lieferanten zu tun und es wird weniger Lagerraum benötigt.

Dank der geringeren Anzahl an Bauteilen können die Leiterplatten bis zu 40 % kleiner sein und auch die Pick-and-Place-Kosten in der Produktion werden deutlich reduziert. Da die per Software konfigurierbaren E/A die Wiederverwendung des Designs ermöglichen, benötigen die Controller-Hersteller außerdem mehr PCBs des gleichen Typs. Daher tragen auch Mengenrabatte auf den Boards zu Kosteneinsparungen bei. Abbildung 3 fasst den Vergleich von Implementierungen von diskreten und integrierten Kanalfunktionen zusammen.

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Abbildung 3. Vergleich von Implementierungen von diskreten und integrierten Kanalfunktionen. (Quelle:Analog Devices)

Nicht zuletzt folgt der Produktionstest einheitlichen Verfahren und benötigt weniger Zeit für die Einrichtung im Vergleich zur variantenreichen, diskreten Implementierung. Eine erhöhte Designkomplexität kann sogar das Risiko eines Testfehlers erhöhen. Die Zertifizierung ist nur ein weiteres Beispiel für Aspekte, bei denen integrierte, wiederverwendbare Lösungen Kosten und andere Ressourcen sparen können, und die Liste geht weiter, wenn es um Fertigproduktlogistik, Installation und technischen Support geht. Die Schulung von Vertriebs-, technischen Support-Teams und Installationstechnikern ist viel umfangreicher, wenn zahlreiche unterschiedliche Designs auf mehreren Plattformen basieren, im Gegensatz zu universellen, wiederverwendbaren Lösungen, die auf integrierten softwarekonfigurierbaren I/O basieren.

Schlussfolgerung

Software-konfigurierbare I/O bringen Innovationen in den Gebäudeautomationsmarkt, der zwar traditionell konservativ ist, aber nun dazu gedrängt wird, agiler zu werden und schneller auf sich ständig ändernde Kundenbedürfnisse zu reagieren. Integration und Wiederverwendbarkeit des Designs sind Schlüsselfunktionen, die diesen Übergang ermöglichen. Manche mögen die integrierte Lösung als einfachen Stücklistenersatz betrachten, der die Kosten tatsächlich erhöhen könnte, aber tatsächlich überwiegt die integrierte Lösung, wenn man das Gesamtbild betrachtet und den Gesamtwert, der über den gesamten Produktlebenszyklus geschaffen wird, betrachtet schnell alle Zweifel.

Geräte wie der AD74412R von Analog Devices beseitigen die Unzulänglichkeiten eines diskreten Designs, indem sie die diskrete Signalkette in einem einzigen Chip integrieren und mehrere vollständig konfigurierbare Kanäle bereitstellen. Dieser Gerätetyp schafft Wert während des gesamten Lebenszyklus der Steuerung, von der Produktdefinition über das Design und die Produktion bis hin zu Installation und Betrieb.

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