Hoe software configureerbare I/O de gebouwautomatisering verandert

Gebouwautomatiseringssystemen (BAS) integreren verlichting, energie, HVAC, veiligheid en beveiliging in één intuïtief systeem, waarbij de optimale efficiëntie van de werking van het gebouw in evenwicht wordt gebracht met de productiviteit en het comfort van de gebruikers. Hoewel de markt voor gebouwautomatisering zeer conservatief is, heeft deze een aanzienlijke groei doorgemaakt, voornamelijk gedreven door stijgende energieprijzen, toenemend bewustzijn met betrekking tot energiebesparing en groeiende overheidsinitiatieven op het gebied van brandveiligheid en beveiliging. Nieuwe normen en voorschriften, zoals de UL 217-norm voor rookmelders, zijn van kracht geworden om gebouwen veiliger, efficiënter en comfortabeler te maken. Dergelijke trends stimuleren de ontwikkeling van nieuwe producten en oplossingen voor gebouwautomatisering, waardoor fabrikanten ertoe worden aangezet nieuwe technologie in kortere ontwikkelingscycli te leveren. Deze verandering van tempo creëert kansen voor BAS-bedrijven om aan deze behoeften te voldoen met flexibele systeemoplossingen die platformgericht zijn, met een lager vermogen en kleinere afmetingen.

Besturingen voor gebouwautomatisering zijn een typisch voorbeeld van een product dat vaak de innovatieve wendbaarheid mist die zo wordt gewaardeerd in de snel veranderende markten van vandaag. De controllers zijn het brein van de BAS. Ze nemen de gegevens van de sensoren die in het hele gebouw zijn ingezet en voeren de reactie van het systeem uit. Dat betekent dat de controllers een bepaald aantal input- en outputkanalen moeten hebben. Sommige controllers bieden alleen vaste kanaalfunctionaliteit, wat resulteert in architecturen met ongebruikte kanalen. Aan deze extra ongebruikte kanalen zijn kosten verbonden die niet op de klant kunnen worden verhaald; door volledige herconfiguratie van elk kanaal mogelijk te maken, kunnen echter alle kanalen worden gebruikt. In een ideaal scenario zou de BAS een beperkt aantal vrije, ongebruikte kanalen moeten hebben, zodat de klant niet betaalt voor functionaliteit die niet wordt gebruikt. Het inschakelen van volledige configureerbaarheid van de kanaalfunctie biedt de meeste flexibiliteit bij het ontwerp en de implementatie van een BAS.

Traditioneel hebben gebouwautomatiseringscontrollers discrete implementaties gebruikt voor zowel vaste als configureerbare kanalen. De stuklijst (BOM) van discreet geïmplementeerde configureerbare kanaalcontrollers kan echter honderden componenten bevatten. Na jaren van ontwikkeling zijn de discrete oplossingen zeer efficiënt en geoptimaliseerd geworden om de stuklijstkosten te verlagen om aan de verwachtingen van deze kostengevoelige markt te voldoen. Desalniettemin onderstrepen nieuwe trends en meer vraag naar agile ontwikkeling enkele belangrijke nadelen van deze aanpak, zoals de complexiteit van de planning, het ontwerp, de productie en de logistiek van te veel productvarianten in de gebouwautomatiseringscontrollers. Daarom moeten de BAS-oplossingen worden beoordeeld op basis van de totale eigendomskosten in plaats van op basis van een vereenvoudigd BOM-kostenoogpunt.

Geïntegreerd versus discreet

De mogelijkheid om het kanaal naar wens opnieuw te configureren, is de juiste aanpak om ongebruikte kanalen te elimineren, maar dit alleen lost de andere tekortkomingen van het controllerontwerp niet op. Het sleutelconcept is de integratie die het mogelijk maakt het kanaalontwerp te vereenvoudigen, met een kleinere footprint en betere prestaties. Met een geïntegreerde oplossing kan de functie van elk kanaal eenvoudig worden geconfigureerd met behulp van softwarecommando's. Software-configureerbare input/output (I/O)-technologie opent mogelijkheden voor eenvoudig hergebruik van ontwerpen en platformisering die uiteindelijk de totale eigendomskosten van een BAS-oplossing verlagen en waarde creëren gedurende de productlevenscyclus van de gebouwautomatiseringscontrollers (zie afbeelding 1 ).

Figuur 1. Verbetering van het investeringsrendement in elke ontwikkelingsfase met software-configureerbare I/O. (Bron:Analoge apparaten)

De eerste fase van de ontwikkeling van een controller is de systeemarchitectuur. Op dit punt worden alle eisen van de klant in overweging genomen en wordt een nieuw product gedefinieerd. De starheid van een discrete oplossing is zelfs in deze vroege ontwikkelingsfase een opmerkelijk nadeel. Verschillende behoeften van de klanten - bijvoorbeeld de verhouding of het aantal input- en outputkanalen - kunnen leiden tot meerdere ontwerpen, wat de kosten verhoogt en een flexibele reactie op marktbehoeften belemmert. Geïntegreerde, software-configureerbare I/O maakt platformisering en herbruikbaarheid van een bewezen ontwerp in verschillende toepassingen mogelijk. Herbruikbaarheid is essentieel om de ontwerp- en productiekosten te verlagen, zoals verderop in dit artikel wordt besproken.

Na de productdefinitie begint het ontwerp. In deze fase komt het ontwerphergebruik volledig tot zijn recht. In tegenstelling tot discrete realisatie, maakt de geïntegreerde en configureerbare I/O snelle iteraties mogelijk, bespaart tijd en maakt waardevolle bronnen vrij. In zowel hardware- als softwareontwerp vermindert de verschuiving van resource-intensieve, langdurige ontwikkelingen met meerdere productvarianten naar een enkel ontwerp dat aan tal van vereisten voldoet, de R&D-tijd en -kosten terwijl de hoge betrouwbaarheid en robuustheid van een bewezen architectuur behouden blijft. Het voldoen aan de behoeften van verschillende toepassingen is veel gemakkelijker met de "elke functie op elke pin"-benadering van een geïntegreerd, herconfigureerbaar ontwerp (zie afbeelding 2).

Figuur 2. Elke functie op elke pin met software-configureerbare I/O. (Bron:Analoge apparaten)

Vanuit een bedrijfsontwikkelingsperspectief creëert de trage reactie van een conventionele ontwikkelingsstrategie onnodige risico's voor gemiste kansen of gemiste klantdeadlines. De flexibiliteit en het gebruiksgemak van de geïntegreerde, configureerbare I/O helpt het rendement op de investering (ROI) te maximaliseren, terwijl de time-to-market en time-to-inkomsten zo kort mogelijk worden gehouden.

Na de ontwerpfase is de productiefase de volgende stap. Beginnend met de inkoop en het beheer van de stuklijst, toont de geïntegreerde oplossing al snel zijn voordelen. De discreet geïmplementeerde, universele controllers bevatten vaak honderden componenten die moeten worden gekocht, opgeslagen in een magazijn en naar de productiefaciliteit moeten worden getransporteerd. Het beheren van zo'n grote hoeveelheid verschillende componenten draagt ​​natuurlijk bij aan de totale kosten. Met een single-chip-oplossing en een herbruikbaar ontwerp wordt de stuklijstlogistiek vereenvoudigd:de inkoopafdeling heeft te maken met minder leveranciers en er is minder opslagruimte nodig.

Dankzij het kleinere aantal componenten kunnen de PCB's tot 40% kleiner zijn en worden de pick-and-place-kosten in de productie ook aanzienlijk verlaagd. Bovendien, omdat de software-configureerbare I/O hergebruik van het ontwerp mogelijk maakt, zullen de controllerfabrikanten meer PCB's van hetzelfde type nodig hebben. Daarom dragen ook volumekortingen op de borden bij aan kostenbesparing. Afbeelding 3 vat de vergelijking van discrete en geïntegreerde kanaalfunctie-implementaties samen.

klik voor afbeelding op volledige grootte

Figuur 3. Vergelijking van discrete en geïntegreerde kanaalfunctie-implementaties. (Bron:Analoge apparaten)

Last but not least, het testen van de productie volgt uniforme procedures en kost minder tijd om op te zetten in vergelijking met de meervoudige variant, discrete implementatie. Een grotere ontwerpcomplexiteit kan zelfs het risico op het mislukken van de test verhogen. Certificering is slechts een ander voorbeeld van aspecten waarbij geïntegreerde, herbruikbare oplossingen kosten en andere middelen kunnen besparen, en de lijst gaat maar door als het gaat om de logistiek van het eindproduct, installatie en technische ondersteuning. De training van verkoopteams, technische ondersteuningsteams en installatietechnici is veel uitgebreider wanneer tal van verschillende ontwerpen zijn gebaseerd op meerdere platforms, in tegenstelling tot universele, herbruikbare oplossingen op basis van geïntegreerde software-configureerbare I/O.

Conclusie

Software-configureerbare I/O brengt innovatie op de markt voor gebouwautomatisering, die, hoewel traditioneel conservatief, nu wordt gepusht om flexibeler te worden en sneller te reageren op de steeds veranderende behoeften van de klant. Integratie en herbruikbaarheid van het ontwerp zijn de belangrijkste kenmerken die deze overgang mogelijk maken. Sommigen zien de geïntegreerde oplossing misschien als een eenvoudige stuklijstvervanging die de kosten zou kunnen verhogen, maar in feite, als we naar het grotere geheel kijken en rekening houden met de totale waarde die wordt gecreëerd gedurende de hele levenscyclus van het product, weegt de geïntegreerde oplossing snel op tegen alle twijfels.

Apparaten zoals de Analog Devices AD74412R pakken de tekortkomingen van een discreet ontwerp aan, integreren de discrete signaalketen in een enkele chip en bieden meerdere volledig configureerbare kanalen. Dit type apparaat creëert waarde gedurende de hele levenscyclus van de controller, van productdefinitie, via ontwerp en productie, tot installatie en bediening.

Verwante inhoud:

• Software-configureerbare I/O-apparaten gericht op gebouwbeheer
• Energie-efficiënte en veilige domotica-systemen ontwerpen
• Industriële IoT-beveiliging bouwt voort op hardware
• De complexiteit van draadloze connectiviteit, co-existentie verminderen
• Hoe ruis op systeemniveau in digitale interfaces kan leiden tot valse fouten in serieel Flash-geheugen
• Interfacing met moderne sensoren:interface-ontwerp

Abonneer u voor meer Embedded op de wekelijkse e-mailnieuwsbrief van Embedded.