Protocoale de comunicație utilizate in automatizarea clădirilor [624469]

Universitatea tehni că ,,GH. ASACHI,, Iași

Protocoale de comunicație utilizate in automatizarea clădirilor

Lucrare de disertaț ie

Conducător științific Absolvent: [anonimizat]

2018

Pag. 2

Universitatea tehnică ,,GH. ASACHI,, Iași
Facultatea de Automatică si Calculatoare

TEMA LUCRĂRII DE DISERTAȚIE
a student: [anonimizat] : Constantin Teodor Nando

1. Titlul temei : Protocoale de comunicație utilizate in automatizare clădirilor
2. Date inițiale: Analizarea și prezentarea protocoalelor de comunicație in procesul de
automatizare al clădirilor .

Pag. 3

Cuprins
1.Protocoale de comunicație utilizate în automatizarea cladirilor ………………………….. …….. 4
1.1 Introducere ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 4
1.2 Evoluția sistemelor electrice și electronice instalate in cladiri ………………………….. …….. 5
1.3 Comunicație ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 5
1.4 Protocoalele de comunicație utilizate în automatizarea clădirilor ………………………….. . 6
1.5 BACnet ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 6
1.6 KNX ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 9
1.7 LON ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 12
1.8 OPC ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………… 16
2.Topologia retelelor de comunicatie ………………………….. ………………………….. ………………… 19
2.1 Topologia de baz a…………………………………………………………………………………….. .20
2.2 Topologia de LonTalk……………………………………………………………………………….. .23
2.3 Topologia BACnet ………………………………………………………………………………….. .23
2.4 Topologia KNX……………………………………………………………………………………… .24
3.Conceptul BMS ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………… 24
3.1 Functiile principale ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 25
3.2 Structura sistemului ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 28
3.3 Aspecte legate de viitor ………………………….. ………………………….. ………………………….. 34
4.Concluzii …………. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 36
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 38

Pag. 4

1.Protocoale de comunicație utilizate în automatizarea
clădirilor
1.1 Introducere
Sistemele electronice de implementat e în industria automatizării clă dirilor sunt
permanent într -o dezvoltare atât din punct de vedere al echipamentelor cât și din punct de vedere
al tehnologiilor .
În scopul confortului că minului sau biroului tendința în acest domeniu este de
automatizare în procent cât mai mare posibil. Se cunoaște că la ora actuală, aproximativ 80% d in
inovațiile aduse în domeniu, fac parte din categoria sistemelor electronice și că clădirile
inteligente sunt acum din ce in ce mai des întalnite.

Pag. 5

1.2 Evoluția sistemelor electrice și electronice instalate in clădiri
Rolul sistemelor electrice și electronice instalate in cladiri:
-Camere supraveghere
-Sistem control acces
-Sistem detectare incendii
-Controlul aspersoarelor
-Alarma anti -efractie
-Climatizare
-Control iluminare ambientala
-Deschidere/închidere usi, ferestre
1.3.Comunicație
Numărul mare de sisteme electrice și electronice instalate in clădiri implică și totodată
impune schimbul de informații între sisteme le cu care acesta este echip at.
Tendința în acest domeniu este crearea unui confort sporit si o siguranta mare. În acest
scop a fost necesară centralizarea informațiilor trimise de un senzor și utilizarea lor de către mai
multe calculatoare /dispozitive .

Pag. 6

1.4.Protocoalele de comunicație utilizate în industria automatizării
clădirilor
1.5.

Protocolul BACnet este un protocol folosit pentru automatizarea și controlul clădirilor
inteligente dezvoltat de ASHRAE – American Society of Heating, Refrigerating and Air
Conditioning Engineers – și a fost aprobat ca standard ASHRAE/ANSI 135 (American National
Standards Institute) în 1995 și ca standard IS O 16484 -5 în anul 2003 . Tot în anul 2003 a fost
publicat și standardul BSR/ASHRAE 135.1 – Metoda de testare a conformității cu standardul
BACnet, metodă folosită pentru deter minarea respectării conformității cu st andardul
produselor [4][5] .
BACnet poate fi utilizat pentru monitorizarea și controlul instalațiilor de încălzire,
ventilare, iluminat, aer condiționat, controlul accesului, instalații de detecție și stingere a
incend iilor.
Protocolul BACnet definește Obiecte asupra cărora se poate acționa prin intermediul
serviciilor. Serviciile sunt folosite pentru comunicația dintre dispozitive. Dispozitivele folosesc
servicii ca Who -Is (cine este), I -Am (eu sunt), Who -Has (cine ar e) și I -Have (eu am) pentru a
căuta alte dispozitive și obiecte ce dețin resursa dorită și apoi sunt folosite servicii ca Read –
Property (citește proprietatea) și Write -Property (scrie proprietatea) pentru ci tirea/scrierea
informațiilor [4] .
Printre obiec tele definite de standard sunt:
 Analog Inp ut, Analog Output, Analog Value
 Binary Inp ut, Binary Output, Binary Value
 Multi -State Input, Multi -State Output
 Calendar, Event -Enrollement
 File, Notification -Class, Group, Loop, Program, Shedule, Comma nd și Device.

Pag. 7

Pentru transferul informației prin mediile de comunicație, BACnet poate folosi diverse
protocoale standardizate, peste mai multe medii fizice (diferite tipuri de cabluri, fibră optică,
unde radio) [5] . Acesta poate folosi protocoale ca PTP (Point -to-Point – Punct -la-Punct) și poate
comunica prin intermediul liniilor telefonice (prin protocolul V.32bis sau V.42 folosit de
modemuri) sau conexiuni prin cablul serial folosind protocolul (EIA -232). Folosind acest
protocol, dispozitivele BACnet po t comunica între ele cu viteze de până la 56Kbps.
Un alt protocol folosit este MS/TP (master slave/token passing) implementat peste
protocolul EIA -485 care îi permite să atingă viteze de până la 76Kbps. Acest protocol este folosit
unde se dorește un contro l centralizat deoarece un dispozitiv nu poate comunica, decât dacă
primește marca de la unitatea MASTER, el neputând avea inițiativă indiferent de condițiile pe
care le detectează.
BACnet poate folosi de asemenea și protocolul ARCNET (ANSI/ATA 878.1) pent ru
transferul informațiilor. Acest protocol poate utiliza cablul torsadat ecranat (STP -Shielded
Twisted Pair), cablu coaxial sau fibră optică și comunică la viteze de 150Kbps, 2.5Mbps și
7.5Mbps.
Dacă se utilizează BACnet peste mediul Ethernet atunci com unicația se face la vitezele
suportate de acest standard: 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps, prin cablu coaxial, cablu torsadat sau
fibra optică.
BACnet poate fi utilizat și peste protocolul LonTalk. LonTalk este un protocol proprietar
dezvoltat de Corporația Echelo n și n ecesită hardware specializat [6] .
Comunicația prin intermediul BACnet
Protocolul BACnet a fost proiectat într -o manieră deschisă, flexibilă, orientată pe obiecte
ce permite interoperabilitatea ușoară a dispozitivelor aparținând diverșilor producător i.
Modalitatea de definire orientată spre obiecte a protocolului se traduce prin faptul că datele sunt
reprezentate prin „obiecte” care dispun de „proprietăți”. Aceste proprietăți pot fi accesate
acționând asupra lor prin intermediul „serviciilor”.
Obiec tele sunt folosite pentru reprezentarea tuturor informațiilor. Un obiect poate
reprezenta o intrare sau o ieșire analogică, gruparea logică a unor puncte care îndeplinesc o
funcție etc. Fiecare obiect are un identificator folosit pentru identificarea acest uia în cadrul

Pag. 8

sistemului. De asemenea fiecare obiect este alcătuit dintr -un număr de proprietăți prin
intermediul cărora poate fi monitorizat sau controlat. Fiecare obiect are unele proprietăți care
sunt necesare, obligatorii, iar altele care sunt opțional e. Spre exemplu, un obiect asociat unui
termometru (intrare analogică) care măsoară temperatura are ca proprietate obligatorie valoarea
temperaturii într -o încăpere, iar pe lângă aceasta poate avea unitatea de măsură în care se
măsoară temperatura (grade C elsius sau Fahrenheit), tipul dispozitivului care măsoară
temperatura (termometru cu termistor de 10kΩ) și alte proprietăți cum ar fi o proprietate ce
descriere ce face obiectul (măsoară temperatura într -o încăpere).
Proprietățile sunt modul prin care sunt controlate obiectele mediul BACnet. Proprietățile
pot fi citite iar unele pot fi și scrise. Standardul definește 123 de proprietăți, dintre care trei
proprietăți sunt definite pentru fiecare obiect. Aceste proprietăți sunt numele obiectului (Object –
name), identificatorul obiectului (Object -identifier) și tipul obiectului (Object -type).
Un serviciu reprezintă citirea sau scrierea unei proprietăți, modalitate prin care se
monitorizează și se controlează obiectele și implicit procesele. Serviciile sunt folos ite de
dispozitive pentru a obține informații de la celelalte dispozitive, pentru a comanda un dispozitiv
să facă o anumită acțiune sau anunță alte dispozitivă că s -a produs un experiment. În BACnet
sunt specificate un număr de 32 de servicii dintre care s erviciul de citire a proprietății (Read –
property) trebuie implementat obligatoriu în fiecare dispozitiv.
Avantajele utilizării protocolului BACnet sunt [5] :
 nu este dependent de un producător (standard european, ISO și ANSI);
 utilizează tehnologii de ja existente în infrastructură (Ethernet,modem, conexiuni
seriale);
 flexibilitate în alegerea mediului de comunicație (cablu, linii telefonice, rețele radio,
fibră optică);
 poate fi extins prin definirea de noi obiecte, proprietăți sau servicii; 
interoperabilitatea dispozitivelor de la mai mulți producători;
 preț scăzut de investiție;
 oferă scalabilitate (poate fi utilizate atât în medii mici cât și în instalații mari);
 poate fi folosit împreună cu dispozitive de la alți producători;

Pag. 9

Aplicații [6]:
 controlul instalațiilor de încălzire, ventilare și de aer condiționat;
 automatizarea instalațiilor de iluminat;
 pentru instalații de securitate și controlul accesului;  instalații de detecție și stingere a
incendiilor;
 instalații pe ntru controlul utilităților.
1.6.

KNX este un protocol de comunicare în rețea standardizat (EN50090 și ISO/IEC 14543)
folosit pentru automatizarea clădirilor inteligente. KNX a luat ființă în urma convergenței a trei
standarde europene: European Home Systems Protocol (EHS), BatiBUS și European Ins tallation
Bus (EIB) și este în prezent dezvoltat și admi nistrat de Asociația Konnex [8] .
KNX a fost proiectat pentru a fi independent de platforma hardware și pentru a putea fi
controlat atât de calculatoare PC cât și de micro -controlere de 8 biți ceea ce permite o
flexibilitate foarte mare. Dispozitivele KNX sunt fie senzori, fie actuatoari.
Avantajele utilizării protocolului KNX sunt :
Interoperabilitatea între echipamentele de la diferiți producători
Calitatea produselor KNX – este asigurată de Asoc iația Konnex prin certificarea
produselor și condiționarea producătorilor de dispozitive KNX de a îndeplini cerințele ISO 9001
și cerințele EN 50090 -2-2 (standardul european pentru sisteme electronice pentru clădiri și
locuințe)
Funcționalitate independe ntă de producător – KNX este un standard deschis, conține
funcții pentru cele mai întâlnite aplicații pentru automatizarea clădirilor și locuințelor. Noi
funcționalități sunt propuse de Comisia tehnică și apoi sunt analizate pentru aprobare de o
comisie de interoperabilitate (comisiile sunt formate din reprezentanți de la fiecare membru al
Asociației Konnex)

Pag. 10

Medii de comunicare variate KNX poate comu nica prin următoarele medii [9]:
 cablul torsadat – sunt două moduri de comunicare:
o TP -0 cu viteza de 4800 biți/s, preluat de la BatiBUS. Dispozitivele KNX pot coexista
cu dispozitivele BatiBUS pe aceeași linie, dar nu pot comunica între ele.
o TP -1 cu viteza de 9600 biți/s, preluat de la EIB. Dispozitivele KNX pot opera și
comunica cu dispozitivele EIB a flate pe aceeași linie.
 Linii de tensiune – sunt de asemenea definite două moduri de comunicare:
o PL -110 – comunicare prin linii de tensiune, 110kHz, la o viteză de 1200 biți/s, mod
preluat de la EIB. Dispozitivele EIB și cele KNX PL110 pot opera și c omunica între ele pe
aceeași rețea de distribuție.
o PL -132 – comunicare prin linii de tensiune, 132kHz, la 2400 biți/s, mod preluat de la
EHS. Dispozitivele KNX PL132 pot opera pe aceeași linie cu dispozitivele EHS 1.3a dar nu pot
comunica decât cu un co nvertor de protocol care va fi incorporat într -un model de dispozitive
KNX.
 Unde radio – comunicația prin unde radio se face în banda de 868 MHz, nu a fost
preluată de la niciunul din cele trei standarde și permite viteze de 38,4 kbiți/s.
 Ethernet – permite încapsularea cadrelor KNX în cadre IP. Principiul care stă la baza
proiectării KNX este că acest standard a fost astfel conceput încât să fie total independent de
platforma hardware pe care rulează sau de arhitectura procesorului. Acest lucru permi te o mare
flexibilitate producătorilor, deoarece în funcție de aplicațiile ce se dorește a fi rulate,
dispozitivele KNX pot fi echipate cu procesoare pe 8 biți și 5 kb memorie RAM, sau procesoare
pe 16, 32 biți sau pot fi chiar computere foarte puternice.
O altă facilitate pusă la dispoziție este „Modul de configurare” al dispozitivelor.
Standardul prevede trei moduri de configura re pentru dispozitivele KNX [8] :
 Modul S sau Modul Sistem (S -mode/System mode) Acest mod permite cel mai mare
grad de flexibilitate deoarece dispozitivele care sunt în modul sistem nu sunt programate, nu au
nici un comportament implicit. Pentru a le putea utiliza, acestea trebuiesc progr amate de către un
specialist utilizând o platformă software cum ar fi ETS.

Pag. 11

 Modul E sau Modul ușor (E -mode/Easy mode) Dispozitivele în modul E sunt
preprogramate și pot fi instalate de către personal ce posedă cunoștințe de bază în instalarea
produselor K NX. Față de dispozitivele S, acestea oferă o funcționalitate limitată deoarece sunt
pre-programate și au o listă cu parametrii pe care utilizatorul poate să -i modifice pentru a -și
satisface nevoile.
 Modul A sau Modul Automat (A -mode/Automatic mode) În a cest mod, dispozitivele
se configurează singure, comunicând cu alte dispozitive aflate în modul A de configurare și pot fi
instalate cu ușurință de către utilizator. Acestea au un set fixat de parametrii și conțin
instrucțiunile necesare pentru a comunica cu alte dispozitive și sunt destinate pentru a fi utilizate
în locuințe.
Unele dispozitive KNX suportă mai multe moduri de configurare, spre exemplu atât
modul S cât și modul E.
O rețea KNX, numită și domeniu, poate avea maxim 15 zone (sau linii principa le).
Fiecare zonă poate fi împărțită la rândul ei în 16 linii, care pot conține 255 dispozitive. Spațiul
total de adresare este de (255×16)x15+255 = 61 455 dispozitive, dar numărul total de dispozitive
ce pot fi conectate împreună depinde și de mediul fizi c prin care se face comunicația.
Lungimea maximă a unei linii în cazul folosirii cablului torsadat este de 1 km. Distanța
maximă recomandată între două dispozitive este de 700 m, iar distanța între un dispozitiv și sursa
de alimentare este de maxim 350 m. Protocolul permite o dublă adresare, una folosind adresa
individuală a dispozitivului, adresă dată sub forma zonă.linie.dispozitiv și o adresare folosind
grupuri de comunicare. Adresarea cu grupuri este de tipul multicast (o sursă, mai mulți
receptori), d eoarece la un grup pot adera mai multe dispozitive. Spațiul de adresare pentru acest
tip de adresare este de 16 biți și astfel se pot aloca până la 64 000 adrese.
Funcționarea KNX O rețea KNX este alcătui tă din senzori și actuatori [8] . Senzorul de
lumină detectează scăderea intensității luminoase în încăpere sub o anumită valoare prestabilită
și trimite o telegramă pentru a anunța producerea acestui eveniment. Toate dispozitivele primesc
această telegramă, dar doar cele cărora le este destinată acționează conform noilor parametrii ai
mediului. Acesta este un exemplu simplu de sistem distribuit.

Pag. 12

Dispozitivele nu răspund nici unui alt dispozitiv „stăpân”. Toate echipamentele sunt
inteligente și pot lua singure decizii conform programării efectuate la instalare, sau ulterior după
cerințele utilizatorilor.

1.7.

LonTalk este un protocol creat de Corporația Echelon pentru automatizare în industrie,
automatizarea clădirilor (iluminat, încălzire, aer -condiționat, etc.) și a mijloacelor de transport,
reprezin tă un mecanism prin care dispozitivele inteligente pot face schimb de informații de
control și de stare. LonTalk a fost acceptat ca standard ANSI 709.1 și standard european EN
14908 și face parte dintr -o platformă tehnologică p entru rețea numită LonWorks [11].
LonTalk este implementat ca soluție hardware, sub formă de cipuri de comunicare în
rețea care implementează protocolul, disponibile doar de la distribuitorii oficiali. Aceste cipuri,
care se găsesc în fiecare nod LonWorks, sunt folosite și pentru a ex ecuta aplicațiile pentru
automatizare.

Pag. 13

Principalele caracteristici a le protocolului sunt [11]:
 Suportă multiple medii de acces – cipul ne este dependent de mediul fizic folosit
pentru comunicare. Protocolul poate folosii ca medii de comunicare diverse , cum ar fi: cablu
torsadat, linii electrice de tensiune, raze infraroșii, cablu coaxial, fibră optică și unde radio.
 Permite mai multe canale de comunicație – un canal reprezintă un mediu fizic de
transport al informației. O rețea este alcătuită din ma i multe canale, iar comunicarea între două
canale se poate face prin intermediul unui router. Routerul este alcătuit din două unități de acces
la rețea, ceea ce permite crearea unor rețele eterogene, formate din mai multe medii fizice de
comunicație (spre exemplu cablu și radiofrecvența) sau permite optimizarea locală a traficului
prin dirijarea optimă a telegramelor.
 Vitezele de comunicare suportate de standard sunt: 0.6, 1.2, 2.4, 4.9, 9.8, 19.5, 39.1,
78.1, 156.3, 312.5, 625 și 1250 kbits/s, iar mărim ea maximă a unui pachet este de 255 octeți.
 Limita de adresare – reprezintă numărul maxim de noduri care pot fi într -o rețea
LonTalk. Nodurile LonTalk sunt organizate în domenii, care pot conține maxim 255 de
subrețele, fiecare subrețea putând conține p ână la 127 de noduri. Domeniile pot avea un
identificator de 0, 1, 3 sau 6 octeți lungime. Numărul maxim de noduri dintr -un domeniu este de
127×255 = 32385. Fiecare nod poate face parte din două domenii și poate funcționa ca o poartă
între domenii. Un alt mod de organizare al nodurilor se poate realiza prin intermediul grupurilor.
Nodurile care formează un grup pot face parte din subrețele diferite sau pot comunica prin medii
diferite. Un nod poate aparține la maxim 15 grupuri. Folosind modul de adresare pe grup, mai
multe noduri pot primi informații prin intermediul unui singur mesaj pe rețea și de asemenea se
reduce cantitatea de informație, deoarece nu se mai transmit adresele tuturor nodurilor.
 Servicii pentru mesaje – protocolul oferă patru tipuri de bază de servicii pentru mesaje,
grupate în:
o Servicii cu confirmare la ambele capete:
 Confirmare (Acknowledged) (ACKD) – atunci când un mesaj este trimis la un nod sau
un grup de noduri și se așteaptă confirmare de la fiecare nod în parte. Dacă nu se primește
confirmarea într -un timp stabilit, se re -încearcă trimiterea pachetului. Numărul de re -încercări și

Pag. 14

timpul de așteptare pot fi stabilite de utilizator. Confirmările sunt trimise de către procesorul de
rețea fără intervenția aplicației.
 Cerere/ Răspuns (Request/Response) (REQUEST) – atunci când se trimit cereri la
noduri sau la grupuri de noduri și se așteaptă confirmarea, dar cererea este procesată de softul
aplicației. o Servicii fără confirmare:
 Repetat (Repeated) (UNACKD_RPT) – atunci când se trimite un mesaj la un nod sau
un grup de mai multe ori, dar nu se așteaptă nici un răspuns.
 Fără confirmare (Unacknowledge) (UNACKD) – când se trimite un mesaj la un nod
sau la un grup de noduri fără să se aștepte răspuns. Acest serviciu se folosește atunci când se
dorește atingerea vitezelor maxime de comunicație sau când aplicația nu este sensibilă la
pierderea unui mesaj.
 Autentificarea – protocolul LonTalk are implementată o facilitate numită mesaje
autentificate. Utilizând această facilitate, un dispozitiv care a primit un mesaj autentificat poate
verifica dacă dispozitivul sursă este autorizat să emită mesaje. Acest mec anism este folosit
pentru a preveni accesul sau controlul neautorizat la aplicațiile care rulează în nodurile unui
mediu LonTalk. Autentificarea se face pe bază de chei criptografice de 48 de biți distribuite, la
momentul instalării, pe domeniu, fiecărui n od. Autentificarea are loc doar dacă ambele
dispozitive, și cel care trimite și cel care primește au aceeași cheie.
 Asigurarea priorității – se face pentru a îmbunătăți timpul de răspuns al pachetelor
critice. Asigurarea priorității se realizează prin s tabilirea unor intervale de timp pentru pachetele
cu prioritate mare care sunt transmise prin canalul de comunicație.
 Evitarea coliziunilor – LonTalk folosește un algoritm eficient de evitare a coliziunilor
care are proprietatea că se poate folosi între aga capacitate a canalului de comunicație și în cazul
în care rețeaua este încărcată, fără a se reduce volumului de trafic datorită excesului de coliziuni.
Protocolul LonTalk există sub formă de:
 microprocesor pentru uz general – soluție care implemente ază părțile superioare ale
protocolului ca software și cel puțin până la nivelul Legături de date sub formă hardware.  cipul
Neuron – nivelurile de la 2 (Legături de date) la 6 (Prezentare) sunt implementate în hardware și

Pag. 15

firmware, iar stratul Aplicație ca software ce rulează pe procesorul de pe cip sau pe un alt
procesor.
LonTalk oferă o foarte bună interoperabilitate între dispozitive deoarece acestea
implementează tot protocolul și nu există nici un avantaj dacă se implementează doar o parte a
protoco lului[11]. Variabilele de rețea reprezintă o modalitate prin care LonTalk face informația
disponibilă în rețea într -o manieră facilă. Variabilele de rețea pot reține valori ale mărimilor
fizice: masă, lungime, temperatură, tensiune, timp; mărimi întregi sa u numere reale cu virgulă
mobilă sau fixă; enumerări, sau structuri complexe. Fiecare dispozitiv conține, într -o memorie
non-volatilă, o imagine a configurației rețelei, care include tabel cu domenii, tabel cu adrese
(apartenența la grup, adresele destinaț ie). Aceste informații pot fi modificate prin intermediul
mesajelor de administrarea a rețelei.
Adresarea în LonTalk se poa te face în mai multe feluri [11] :
 (domeniu, sub -rețea, nod)
 (domeniu, sub -rețea, Neuron_ID)
 (domeniu, grup, membru) – adresa rea de Grup
În funcție de tipul de adresare, numărul maxim de dispozitive dintr -un domeniu este de 2
15, dar se pot utiliza mai multe domenii pentru a permite mai multe noduri.
Un domeniu LonTalk formează o rețea virtuală. LonTalk nu permite comunicația directă
între domenii, acest lucru este posibil doar dacă se utilizează dispozitive poartă. Domeniul este
de asemenea și unitatea de management si administrare. Administratorul unui domeniu este
responsabil cu atribuirea adreselor de grup și cu împărțirea în sub -rețele a domeniului. Sub –
rețeaua LonTalk este a doua componentă a unei adrese și reprezintă o mulțime de maxim 127 de
noduri dintr -un domeniu. O subrețea se poate întinde pe mai multe canale. Un nod (dispozitiv)
poate face parte din maxim două sub -rețele, care trebuie să fie în două domenii diferite. Când se
întâmplă acest lucru, nodul va avea un număr pentru fiecare sub -rețea din care face parte.
Fiecare nod LonTalk are atribuit la fabricare un Neuron_ID. Neuron_ID este un număr ce
identifică în mod unic dispozitivul în lume. Un nod LonTalk neconfigurat nu are o altă adresă
decât Neuron_ID. Acest nod citește toate pachetele și răspunde la toate cele care conțin ca
destinație Neuron_ID -ul său.

Pag. 16

Protocolul LonTalk permite de asemenea și adresarea folos ind grupuri. Un grup identifică
în mod unic într -un domeniu, o mulțime de noduri. În interiorul grupului, nodurile sunt
identificate printr -un număr, „numărul de membru”. Un nod poate face parte din maxim 15
grupuri. Adresarea prin grupuri permite comunica ția tip multicast (unul către mai mulți).

1.8.

Un caz aparte îl constituie protocolul OPC. Acesta este un protocol de nivel înalt și are o
caracteristică ce îl deosebește de celelalte protocoale prin faptul că acesta se comportă ca un pod
între aplicații și dispozitivele de la diverși producători, astfel încât aplicația nu trebuie să
cunoască detaliile de implementare ale fiecărui protocol în parte.
OPC reprezintă o suită de specificații de acces la informații, folosite în domeniul
automatizării, prin care se oferă dezvoltatorilor de aplicații o infrastr uctură unică prin care pot
comunica cu echipamentele de automatizare, indiferent de producătorul sau de protocolul utilizat
de acestea.
OPC este dezvoltat de către OPC Foundation și înseamnă „open connectivity”
(conectivitate deschisă) [1].
OPC este baza t pe arhitectura Microsoft COM (Component Object Model) și DCOM
(Ditributed COM) și definește un set de obiecte, interfețe și metode care sunt folosite în controlul
și monitorizarea proceselor tehnologice și în cazul instalațiilor de automatizare pentru a facilita
interoperabilitatea între diferitele standarde de comunicare. Ca arhitectură, OPC este proiectat
într-o manieră client -server.
Serverul OPC este folosit pentru accesul la rețeaua de comunicare a dispozitivelor de
automatizare (bus). Acesta are im plementat driverul de acces la bus și ascultă toate mesajele
vehiculate în rețea. O aplicație care comunică cu serverul OPC se numește client OPC. Un client

Pag. 17

OPC monitorizează și controlează dispozitivele pentru automatizare prin intermediul serverului.
Aplicația client nu trebuie să cunoască decât modul de comunicare cu serverul. Acest lucru
prezintă multiple avantaje deoarece dezvoltatorii de software de control trebuie să cunoască
decât interfața de acces la server, care este unică și nu depinde de protoc olul de automatizare
folosit.
Mai mult, această interfață rămâne aceeași, indiferent de schimbările apărute în
protocolul de comunicație sau chiar dacă acesta se schimbă. Dacă se trece la un alt protocol, spre
exemplu se trece de al KNX la LonTalk sau BAC net, trebuie schimbat doar driverul sau serverul
OPC, astfel încât acesta să poată accesa busul, dar maniera de interacțiune cu serverul rămâne la
fel. Acest lucru duce la o scădere a timpului de dezvoltare a aplicațiilor (prin refolosirea celor
deja creat e) și permite concentrarea asupra caracteristicilor importante și necesare pe care aceasta
trebuie să le îndeplinească. Tot acest lucru permite atingerea unei calități superioare a produselor
deoarece aplicațiile și produsele sunt construite o singură dată și apoi sunt îmbunătățite și
verificate constant.
Există mai multe seturi de specificații OPC, unele finalizate, a ltele în curs de finalizare .
Acestea sunt:
 OPC Data Access Această specificație tratează problema transferului în timp real a
informațilo r de la automate programabile, senzori și alte echipamente către dispozitivele de
control și dispozitivele HMI (Human Machine Interface).
 OPC Alarm and Events Spre deosebire de OPC Data Access care oferă accesul în mod
continuu la date, acest set de specificații filtrează datele și transmite mai departe doar mesajele
de alarmă sau producerea unor evenimente în sistem (acțiuni ale operatorul ui, mesaje de
informare, de audit, alarme de proces și altele)
 OPC Data eXchange Specificații ce tratează comunicația de date între servere OPC
(de obicei prin medii Ethernet). Acest lucru permite printre altele interoperabilitatea între diverși
producă tori de servere OPC, configurarea de la distanță și de asemenea servicii de diagnostic,
monitorizare și administrare a serverelor OPC.

Pag. 18

 OPC Security Este setul de specificații care stabilește modul de acces la serverele
OPC. Serverele OPC manipulează in formații care dacă nu sunt actualizate corespunzător pot
determina apariția unor consecințe nedorite în desfășurarea proceselor controlate. OPC Security
se ocupă cu accesul clienților la datele furnizate de un server OPC pentru a proteja împotriva
modifică rii neautorizate a parametrilor proceselor tehnologice.
 OPC Historical Data Access Oferă, într -un mod uniform, accesul la date de proces
arhivate, date care nu sunt citite în timp real, ci sunt stocate în fișiere sau baze de date.
 OPC Unified Archite cture Reprezintă un nou set de specificații care nu sunt bazate pe
tehnologiile COM/DCOM ale Microsoft și permite implementarea OPC pe sisteme nonMicrosoft
și sisteme embeded (cu procesor și memorie limitată, de mici dimensiuni). Aceste specificații pot
fi implementate în Java, C sau pe platforma Microsoft .NET, eliminând necesitatea existenței
unei platforme Microsoft, și combină funcționalitatea deja existentă în serverele OPC cu
tehnologii noi cum ar fi XML, servicii Web.
OPC permite accesul la datele p rovenite din automatizarea proceselor sau a clădirilor și
facilitează dezvoltarea ușoară a aplicațiilor de vizualizare și control a acestor sisteme. Acest
lucru permite de asemenea dezvoltarea unor sisteme de vizualizare și de control generice,
independent e de tipul protocolului folosit pentru automatizare., ceea ce conduce la posibilitatea
clientului de a alege sistemul de vizualizare care se potrivește cel mai bine pentru nevoile sale
fără să se preocupe dacă acest sistem cunoaște protocolul folosit pentr u automatizare. Un alt
avantaj îl reprezintă faptul că un server OPC poate ști mai multe protocoale de comunicare și
poate fi astfel utilizat pe mai multe rețele de automatizare oferind în acest fel un acces uniform și
transparent la toate resursele din si stem.

Pag. 19

Pentru ca dispozitivele fabricate de producători diferiți să poată comunica între ele este
necesar un protocol de comunicație deschis, independent de producător și standardizat. OPC are
aceste caracteristici și de accea este utilizat din ce în ce mai des, în special în medii eterogene ce
utilizează tehnologii și echipamente de la mai mulți producători.

2.Topologia rețelelor de comunicație
Topologia rețelelor se ocupă cu studierea modului de aranjare a nodurilor și legăturilor
dintre elementele constituente ale rețelelor, studiază modul de conectare al elementelor.
Topologia poate fi analizată la mai multe niveluri: fizic, logic, la nivel de conexiune, la nivel de
organizare. Spre exemplu, în cazul rețelelor de dispozitive de co municare pe lângă topologia
fizică (a dispozitivelor legate între ele prin cabluri) mai poate exista și una logică, la nivelul
legăturilor ce se formează în urma comunicării. Din punct de vedere al fluxului informațional
între noduri avem topologia logică a rețelei, iar din punct de vedere al legăturilor fizice avem
topologia fizică. Într -o rețea cele două topologii pot coincide, dar acest lucru nu este obligatoriu .

Pag. 20

Topologia se studiază folosind teoria grafurilor, fiecare dispozitiv reprezentând un nod,
iar legătura dintre două dispozitive care comunică direct reprezintă muchea. De obicei se
utilizează grafuri neorientate, deoarece de cele mai multe ori informația poate circula în ambele
sensuri. Un alt aspect este acela că topologia unei rețele nu ține c ont de distanțele dintre noduri,
de ratele de transfer . Deoarece senzorii și actuatorii sunt de cele mai multe ori împrăștiați pe o
suprafață mare, acest tip de rețele se numește rețea distribuită .
2.1.Topologii de bază
În urma studiului s -au evidențiat cât eva topologii de bază. Acestea pot fi combinate
pentru a forma topologii mai complexe, numite topologii hibrid [15].
Topologiile de bază sunt:
 magistrală
 inel
 stea
 rețea/graf
 arborescentă

Pag. 21

Topologia magistrală
Topologia magistrală sau bus poate fi prezentă sub două forme:
 Magistrală liniară
Este topologia în care toate nodurile sunt conectate de -a lungul unui singur mediu de
comunicație comun, care prezintă două capete. Informația transmisă de un nod este r ecepționată
aproape simultan de către toate nodurile. De obicei mediul de comunicație prezintă izolatori la
ambele capete, care au rolul de a împiedica fenomenul de reflexie al semnalului.
 Magistrală distribuită
Această topologie se remarcă prin faptul că toate nodurile sunt conectate de -a lungul unui
mediu de comunicație comun, dar care prezintă mai multe capete . Capetele sunt create prin
adăugarea de noi ramuri la mediul comun de comunicație. Aceasta se deosebește de topologia
arborescentă prin faptu l că nu prezintă un nod central,rădăcină.
Topologia Inel
Această topologie se obține atunci când fiecare nod este conectat la alte două noduri, iar
primul si ultimul nod sunt conectate unul la celălalt, formând un inel. Topologia inel prezintă
unele avant aje foarte importante cum ar fi faptul că se creează un mediu de comunicare
redundant, în care nu există coliziuni. O variantă a acestei topologii este cea cu inel dublu, în
care se folosesc două inele, astfel încât dacă se întrerupe un punct în rețea, ace st lucru să nu
întrerupă comunicația.
Topologia stea
În topologia stea, fiecare nod este conectat la un dispozitiv (nod) central care permite
comunicația între dispozitive atâta timp cât el funcționează corespunzător. Acest lucru constituie
și punctul sl ab al topologiei; dacă se defectează nodul central, nu mai este posibilă comunicația.
Mai există topologia „stea extinsă”, în care nodul central este înlocuit cu noduri subcentrale.
Topologia arborescentă
Topologia arborescentă sau ierarhizată este asem ănătoare cu topologia stea, cu diferența
că aceasta nu are un nod central. În topologia arborescentă, există un nod rădăcină, la nivelul cel
mai înalt din ierarhie, la care se conectează unul sau mai multe noduri, care formează al doilea

Pag. 22

nivel. Fiecare din aceste noduri pot avea la rândul lor alte noduri subordonate. Dacă elementul
rădăcină este scos din funcție atunci rețeaua nu mai funcționează.
Topologia rețea
Sunt două forme ale acestei topologii:
 Topologia rețea completă
În această topologie fiecar e nod este legat la toate celelalte noduri. Această topologie
prezintă redundanța cea mai ridicată. Dacă oricare dintre legături este întreruptă, comunicația
dintre două noduri va putea fi efectuată pe o rută ocolitoare, prin intermediul unui alt nod. Aces t
lucru face posibilă comunicația simultană între oricare două noduri. Datorită costurilor ridicate
necesare implementării unei rețele complete, acestea se realizează doar când este vorba de un
număr redus de dispozitive care necesită siguranță maximă în f uncționare.
 Topologia rețea partial
În această topologie doar unele noduri sunt legate la cel puțin un altul. Acest lucru
permite o redundanță sporită la costuri mai reduse decât cele necesare utilizării unei topologii
rețea completă. În condiții normale, într -o asemenea rețea informația este transmisă pe drumul
cel mai scurt și parcurge o rută ocolitoare doar dacă apare un defect pe acea rută.
Un alt mod de a privi rețelele de comunicare este din punctul centralizării sau
descentrali zării acestora.
Sistemele centralizate sunt sistemele în care informația și funcțiunile sistemului sunt
concentrate într -un singur nod. Aceste sisteme sunt cele cu arhitectură client -server, din punct de
vedere al topologiei, topologii centralizate sunt c ea stea și cea arborescentă.
În sistemele descentralizate fiecare nod are drepturi egale cu celelalte noduri, iar
scoaterea din funcțiune a unui nod nu determină scoaterea din funcțiune a întregii rețele.
Avantajele oferite de diversele topologii se pot analiza prin prisma îndeplinirii unor
parametrii :
 Posibilitatea de administrare – ține cont de dificultatea întâmpinată la menținerea
sistemului în stare de funcționare. Sistemele mari, complexe au nevoi de administrare crescute.
Aceste sisteme sunt în general dificil de actualizat, de reparat în cazul apariției unei defecțiuni,

Pag. 23

etc. Sistemele centralizate sunt mult mai ușor de administrat decât cele descentralizate, deoarece
informația rezidă într -un singur loc.
 Coerența informației – cât de sigură este informația care circulă în rețea și cât de
corectă este această informație. Alte aspecte ale coerenței informației sunt consistența acesteia,
dacă sursa acesteia poate fi verificată.
 Extensibilitate – faptul că un sistem poate fi mărit ușor la nevo ie, că se pot adăuga sau
elimina ușor nodurile, reprezintă un factor important.
 Securitatea – cât de ușor poate fi preluat controlul asupra rețelei de către o persoană
neautorizată, cât de ușor pot fi introduse în rețea informații false, sau cât de ușor poate fi folosită
rețeaua în alte scopuri decât a fost ea construită.
 Scalabilitate – cât de mult poate crește o asemenea rețea și cât de bine scalează, cât de
bine să păstrează performanțele odată cu creșterea acesteia. În general, sistemele descentra lizate
scalează mult mai bine decât sistemele centralizate. Un tip aparte de topologie este topologia
Punct -la-Punct. Acest tip de topologie apare atunci când comunicația are loc între doar două
dispozitive legate direct unul de celălalt.
2.2.Topologia LonTalk
Protocolul LonTalk poate utiliza pentru comunicația între noduri diverse medii fizice. Un
nod poate fi conectat la orice mediu, dacă acesta are posibilitățile hardware și firmware necesare.
Protocolul LonTalk suportă separarea logică a rețelelor. Acest lucru înseamnă că mai multe
rețele pot împărți același mediu fizic de comunicație. O rețea logică este numită domeniu. Un
domeniu formează o rețea distribuită de noduri, comunicarea între oricare două noduri este
posibilă prin unul din cele trei moduri de adresare. Protocolul permite de asemenea utilizarea
adreselor de grup, un nod putând fi membru al mai multor grupuri [ 11].
2.3.Topologia BACnet
Topologia unei rețele BACnet depinde de mediul fizic peste care acesta este utilizat.
Dacă este utilizat peste me diul Ethernet, pot fi utilizate topologiile pe care acest tip de mediu le
permite (magistrală, arborescentă, stea, etc.). Comunicația între dispozitive se face pe baza
identificatorilor, dispozitivel e formând o rețea distribuită [4 ].

Pag. 24

2.4.Topologia KNX
Stand ardul KNX permite utilizarea următoarelor tipuri de topologii: magistrală,
arborescentă și stea. Standardul nu permite utilizarea topologiei inel. Aceste topologii pot fi
combinate în funcție de necesități. Topologia arborescentă este avantajoasă în cazul instalării
unor rețele de mari dimensiuni ce conțin un număr mare de dispozitive. O rețea KNX poate
conține și un dispozitiv numit cuplor. Cuplorul este un dispozitiv care conectează între ele linii
sau segmente. Acestea pot avea mai multe funcționalități: repetor, punte, router, filtru de pachete
pentru optimizarea traficului, protecție firewall, etc. Din punct de vedere logic, o rețea KNX are
o topologie descentralizată, este o rețea distribuită, deoarece orice dispozitiv poate comunica cu
oricare altul, utilizând fie adre sa unică, fie adresa de grup [8 ].

3.Conceptul „Building Management System (BMS)”

Generalități

În ultimii treizeci de ani funcționarea clădirilor bazată pe tehnologia informației, din mai
multe puncte de vedere (utilități, administrat iv, financiar), a avut o evoluție spectaculoasă. Astăzi
o clădire modernă este dotată cu infrastructură electronică, care îi permite să se adapteze și să
răspundă în mod permanent la schimbarea condițiilor având ca rezultat utilizarea eficientă a
resurselo r energetice, îmbunătățirea condițiilor de confort și creșterea gradului de securitate a
celor ce o ocupă. Infrastructura electronică (creierul) clădirii care conduce și monitorizează
funcționarea echipamentelor și instalațiilor aferente este cunoscut în l iteratura de specialitate cu
numele de Sistem de Management al Clădirii (SMC) sau Building Management System (BMS).
Conceptul de BMS aferent unei clădirii cuprinde totalitatea aparatelor, echipamentelor,
sistemelor locale de automatizare a instalațiilor (hidraulice, încălzire, ventilare -climatizare,
iluminat, ascensoare, prevenirea și stingerea incendiilor, control acces, supraveghere, antiefracție
etc.) și rețelelor de comunicație care asigură supravegherea și controlul funcționar ii instal ațiilor
din clădire . BMS implementează programe de utilizare eficientă a energiei, în condiții de

Pag. 25

securitate la incendiu și reduce cheltuielile de mentenanță. Datorită limitărilor din punct de
vedere hardware și software ale instalațiilor din clădirile vec hi, realizarea unei infrastructuri
inteligente este dificilă. BMS este un sistem de automatizare modern cu o arhitectură ierarhizată
și distribuită pe două sau trei niveluri. Elementele principale sunt computerul central (PC
Workstation – post central de c omandă) și controlerele necesare automatizării diverselor tipuri de
echipamente și instalații. Transmiterea informațiilor între acestea și computer și invers se face în
timp real prin intermediul unei rețele de comunicații. Controlerele sunt dispozitive el ectronice,
dotate cu microprocesor, și care au implementate algoritmi moderni de funcționare (PID, EPID1
etc.). Rețeaua de comunicații asigură fluxul de informații și între controlere, astfel încât în timpul
defecțiunii temporare a computerului central, ac estea c onlucrează pentru funcționarea cl ădirii.
Beneficiile dotăr ii unei clădiri cu BMS sunt :
 Eficientizarea consumurilor energetice în condiții de confort prin utilizarea algoritmilor
de funcționare ai diferitelor echipamente și instalații.
 Grad ridicat de securitate al clădirii prin utilizarea unor sisteme avansate de control ale
accesului, detectare și alarmare la incendiu și efracție, corelarea între sistemul de evacuare a
fumului și sistemul HVA C al clădirii etc.;
 Sisteme avansate de comunicații – internet, intranet, poșta electronică, TV prin cablu cu
circuit închis, videofonie etc.;
 Management facil al clădirii printr -un post central și mai multe posturi locale de
colectare, procesare ș i transmitere a datelor.

3.1.Funcțiunile principale ale sistemului BMS

Afișarea în timp real a parametrilor ce caracterizează funcționarea întregii clădiri reduce
timpul efectiv de supraveghere în cazul în care aria construită a clădirii este foarte mare sau
clădirea este alcătuită din mai multe corpuri. Softul – aplicație care rulează pe computerul central
se prezintă sub formă grafică, realizându -se astfel o interfața utilizatorclădire prin care se poate
supraveghea și conduce infrastructura acesteia. To todată datele obținute sunt introduse automat
în diferite procese de calcul, ale căror rezultate sunt incluse în rapoarte de funcționare. Existența

Pag. 26

și actualizarea permanentă a acestora ajută la identificarea unor probleme în funcționarea
instalațiilor din diferite zone ale clădirii. Bazele de date astfel formate sunt utilizate în realizarea
strategiilor de management energetic. Sistemul permite modificarea parametrilor de funcționare
ai tuturor echipamentelor. Software -ul unui sistem BMS este astfel concep ut încât oricărui
parametru de funcționare i se pot asocia valori limită (very low, low, high, very high). Atingerea
unei valori limită duce la declanșarea unei alarme (de regulă optică, dar în unele cazuri poate fi și
sonoră). Exemple sunt multiple: depăș irea/scăderea valorii de referință a temperaturii aerului pe
diferite zone, depășirea/scăderea valorii de umiditate critică pentru zone de depozitare pentru
diverse produse (biblioteci cu documente foarte vechi), pătrundere prin efracție etc. Așadar
monito rizarea stării alarmelor și istoricului acestora sunt o altă facilitate a unui sistem de
supraveghere și conducere centralizată de tip BMS. Având în vedere multitudinea de informații
colectate de un astfel de sistem, pentru a putea fi gestionate corespunză tor, se creează automat
bazele de date. Cu ajutorul acestora sunt create rapoarte de funcționare atât pe perioade de timp
încheiate, cât și pe perioade de timp viitoare, rezultând așa numitele trend -uri. Un alt scop al
bazelor de date este calculul unor in dicatori de performantă. Un indicator de acest tip, des
utilizat, îl reprezintă costul energiei consumate/metru pătrat. Pornind de la acest indicator,
coroborat cu alte date, se pot afla informații utile. De exemplu indicele foarte mare de consum pe
nivelu l A al unei clădiri închiriate unui beneficiar, în comparație cu indicele de consum pe
nivelul B, de același tip, al aceleiași clădiri, dar închiriat altui beneficiar, poate semnala diverse
probleme: utilizarea necorespunzătoare de către personalul angajat a echipamentelor terminate
(ventiloconvectoare), a iluminatului în mod excesiv pe timpul zilei, nefuncționarea în condiții
nominale a chilerului aferent nivelului respectiv din clădire, etc. Totodată, bazele de date sunt
folosite pentru a calcula durata d e folosire a echipamentelor, în urma căreia se decide trimiterea
echipelor de intervenție pentru controale de rutină sau înlocuirea echipamentelor pentru a preveni
o utilizare excesivă u rmată brusc de o defecțiune . În cazul instalațiilor ce folosesc echi pamente
de rezervă (cazane ce funcționează în cascadă, pompe/ventilatoare montate în paralel etc.),
condiția principală care determină interschimbarea acestora era durata de funcționare. Sistemul
BMS pe lângă durata de funcționare ia în calcul și consumul energetic realizat, pe diferite
perioade de consum. Pe lângă faptul că sistemul BMS oferă posibilitatea existenței unuia sau a
mai multor posturi de comandă, acesta cuprinde toate sistemele de automatizare aferente

Pag. 27

instalațiilor din clădire prin interconec tare, funcționarea acestora având la bază schimbul de
informații reciproc.
În cazul ansamblurilor de clădiri interconectarea se realizează prin rețele locale de tip
LAN iar unde nu este posibil – prin linii telefonice. Integrarea nu se rezumă doar la instalațiile
propriu -zise ci chiar la sistemele informatice și de contabilitate. De exemplu dispariția unui
angajat de pe ștatul de plată al instituției conduce în mod automat la dezactivarea cartelei de
acces în clădire.
Utilizarea controlerelor digitale , cunoscute și sub denumirea de DDC – Direct Digital
Controler, pe lângă caracteristicile de modularitate, extensibilitate și versatilitate ce le oferă
sistemului BMS, permite programarea buclelor de automatizare și parametrizarea proceselor de
la distanță din interiorul clădirii și/sau din exteriorul acesteia prin Internet sau linie telefonică.
Bucle standard de automatizare de tip PID, funcții logice, de maxim și minim, de
contorizare, temporizare, prescriere etc. sunt ușor de conceput, configurat și modi ficat datorită
software -ului inițial (firmware) cu care este prevăzut DDC -ul. Firmware -ul este softul de bază
care permite rularea ulterioară a aplicațiilor concepute de producător, sub formă de module soft,
pentru diferite instalații tip (preparare a agen tului termic primar, încălzire, preparare a apei calde
de consum menajer, centrala de tratare a aerului – diferite tipuri constructive, ventiloconvectoare,
unități terminale de tip VAV etc.).
Unitățile terminale de tip VAV (Variable Air Volume) sunt cutii de amestec dotate cu
ventilator cu turație variabilă, rezistență electrică și grile reglabile. La ele aerul ajunge prin
tubulatura de la centrala de tratare a aerului. Reglarea temperaturii în încăpere se face prin
variația debitului de aer introdus (regl aj cantitativ), spre deosebire de ventiloconvectoare, care
sunt schimbătoare de căldură apa -aer și reglează temperatura din încăpere prin variația
temperaturii aeru lui introdus (reglaj calitativ). Concepția hardware și software a DDC -urilor face
posibilă i mplementarea strategiilor de management energetic nu numai la nivelul softului central
al sistemului BMS, ci chiar la nivelul controlerelor, crescând gradul de eficiență energetică al
clădirii.

Pag. 28

3.2.Structura sistemului BMS

Deși structura hardware a unui sistem BMS comportă multe forme, aceasta datorită
numărului ridicat de producători și soluții adoptate, în general este respectată structura din figura
de mai jos . Până la mijlocul anilor 1990, sistemul era structurat pe trei niveluri (nivel aparatur a
de câmp – field level, nivel automatizare – automation level, nivel management – management
level), distincte între ele din punctul de vedere al funcțiilor și al modului de comunicație . Primul
nivel era format din traductoare și elemente de execuție, fiecare conectat in dividual la controlere .
Astfel, între echipamentele tehnologice (cazane, sisteme de răcire, centrale de tratare a
aerului etc.) și controlere exista aparatura de câmp ce realiza o delimitare precisă. După anul
2000 implementarea la scar ă largă în producția de echipamente tehnologice și automatizare
aferente a standardelor LONMARK și BACNet, nivelul aparatură de câmp a fost integrat din
punctul de vedere al comunica ției în cel de automatizare . Principalul motiv îl constituie dotarea
tradu ctoarelor și elementelor de execuție cu module de comunicație integrate (partea centrală a
modulului de comunicație o constituie microprocesorul), acestea putând forma cu rețelele de
controlere o rețea unică de tip peer to peer (de la egal la egal).
Totod ată și echipamentele tehnologice au început sa fie prevăzute cu module de
comunicație de tip BMS.

Pag. 29

Elementel e de câmp pot fi conectate la mo dule distribuite, care la rândul lor formează o
rețea compatibilă cu cea a controlerelor. De cele mai multe ori r olul controlerului de rețea din
primul caz este preluat de un controler standard, dar care îndeplinește numai acest rol în procesul
de comunicație . În cazul în care extinderea unei rețele de comunicații pe o arie geografică
însemnată (exemplu centralele de cogenerare ale unui oraș) se face prin intermediul telefoniei,
cuplarea într -un sistem de management utilizează comunicația de tip Auto Dial – Auto Answer.
Aceasta înseamnă că modem -urile se cuplează on -line automat la linia telefonică doar când este
necesară trimiterea sau recepția de pachete de date. Un sistem de management poate folosi în
cadrul său mai multe tipuri de rețele de comunicație, diferite din punct de vedere software,
pentru cuplarea acestora existând punțile (bridge) de comunicație (exemplu LON/EIB,
LON/PROFIBUS). Orice nod al rețelei de comunicație poate constitui un post de comandă local
(PC – Local Workstation) prin care se poate accesa întregul sistem, aceasta făcându -se securizat,
pe mai multe niveluri, pe bază de parole. Informațiile p rovenite de la controlere sunt procesate și
gestionate prin intermediul unei stații de lucru centralizate (PC -Workstation). Funcționarea este
asigurată de un server de baze de date prevăzut cu back -up. Pentru existența datelor și pe suport

Pag. 30

scris, în rețea este necesară prezența unei imprimante. Un alt rol important al acesteia este
înregistrarea alarmelor în cazul defectării computerelor (existența unui virus). Protocoalele
caracteristice rețelei de comunicație la nivelul de management sunt: Ethernet, BACNe t, TCP/IP,
HTTP etc. Toate permit conectarea, prin intermediul unui router ( conectarea rețelei interne
Intranet la Internet). Existența conexiunii la serviciul World Wide Web și dezvoltarea accentuată
a tehnologiilor wireless fac posibilă accesarea sistem ul BMS utilizând echipamente diverse:
laptop, telefon mobil, PDA etc. Accesul wireless se poate face și prin puncte de acces dotate cu
card Ethernet. Unii dintre marii producători de BMS echipează mai multe clădiri dintr -un oraș
sau din mai multe orașe, și le interconectează la nivel de management, rezultând, astfel rețele cu
arii geografice extinse numite WAN -Wide Area Networks. Din punct de vedere software, al
tipului de protocol de comunicație utilizat în rețele, la nivel de automatizare, cele mai cunos cute
sunt LON (Local Operating Network), EIB (European Installation Bus), PROFIBUS (Process
Field Bus). Au fost luate în considerate numai protocoalele deschise (open protocol), pentru că
numai utilizarea lor oferă caracterul de versatilitate al unui siste m BMS, în detrimentul
protocoalelor proprietar, care condiționează apartenența controlerelor și a echipamentelor de
comunicație la același proprietar. La nivel de automatizare, în special în SUA, este foarte folosit
BACnet, standard creat de ASHRAE, în tim p ce în UE el este folosit numai la nivel de
management.
Pentru utilizarea BACnet la sistemele de management ale clădirilor sunt necesare
protocoalele Ethernet și TCP/IP. Din punctul de vedere al suportului fizic al rețelelor, majoritatea
protocoalelor de comunicație sunt compatibile cu toate mediile, variind doar viteza de trafic a
datelor: cablu cu patru conductoare din cupru (2 perechi torsadate), fibră optică, linii de
alimentare cu energie electrică, unde radio (wireless), cablu coaxial etc. În alegerea acestora
trebuie ținută seama de: costurile de achiziție, instalare și punere în funcțiune, siguranța
transmiterii datelor, eliminarea perturbațiilor și înlăturarea ero rilor logice, viteza necesară de
transmitere a datelor, distanțele și poziția topologică a participanților etc. Software -ul utilizat la
nivel de management este compatibil cu platformele Windows și/sau MAC OS (MACintosh
Operating System). Interfața grafică a acestuia permite controlul și monitorizarea diferitelor
aplicații simultan, fiind de tip multitask. Structura grafică a interfeței este piramidală. Prin
accesare continuă a sistemului acesta se “desface” în subsisteme.

Pag. 31

Funcționarea echipamentelor și in stalațiilor este prezentată schematic pentru a ușura
munca utilizatorului, ca în figura de mai jos .

Facilitățile oferite de software sunt diverse, cele mai importante fiind: managementul
rețelei prin comunicația on -line cu controlerele și alte dispozit ive dotate cu module de
comunicație, achiziția în timp real a datelor și generarea de rapoarte ce includ istorice de
evenimente, gestionarea alarmelor, configurarea și exploatarea bazelor de date prin algoritmi de
procesare etc.
Software -ul alocă o adresă de tip text pentru fiecare dispozitiv din rețeaua de comunicație
(controler, PC, periferice), astfel încât mesajele de alarmă localizează cu precizie defecțiunea. În
configurarea mesajelor de alarmă se introduc comentarii destinate operatorului, în funcți e de
nivelul de acces, prin care se indică acestuia ce măsuri să întreprindă (ce servicii de intervenție să
apeleze, ce sisteme să elimine din funcțiune, ce formulare să completeze etc.).
Strategiile de management implementate în cadrul unui sistem BMS d iferă de la
producător la producător, însă o parte dintre acestea sunt esențiale și se regăsesc în majoritatea
situațiilor. Între sistemul de iluminat artificial și cel natural trebuie să existe concordanță. Nivelul
de iluminare artificial interior și ext erior trebuie să varieze automat în funcție de cel natural. În

Pag. 32

același timp funcționarea corpurilor de iluminat se corelează cu senzorii de prezență. Lipsa
ocupanților unei încăperi trebuie să reducă nivelul de iluminare sau după caz, întreruperea
funcțion ării sistemului de iluminat. În cazul instalațiilor electrice de forță este necesară o
monitorizare permanentă a consumurilor de energie activă și reactivă. Pe perioada consumurilor
de vârf, când cantitatea de energie reactivă este crescută, trebuie luate măsuri pentru ameliorarea
factorului de putere prin cuplarea automată a bateriilor de condensatoare. O cotă parte importantă
a consumului electric o constituie funcționarea lifturilor. Motoarele lifturilor și ale scărilor
rulante folosesc electronică de pu tere, apărând astfel inevitabilele armonici de curent care reduc
valoarea factorului de putere.
În tabelul următor sunt prezentate mai multe sisteme BMS, informațiile fiind luate
de pe site -urile producătorilor. Acestea se referă la denumirea sistemului de management, la
software -ul folosit și la tipurile de comunicații utilizate la cele două niveluri. La secțiunea
controlere sunt enumerate cele mai importante.
În România exista o serie de firme care comercializează, unele proiectează și montează
instala ții de BMS. Instalațiile pornesc de la pachete simple care utilizează un releu crepuscular
care, în funcție de iluminatul din mediul ambiant, alimentează sau întrerupe circuitul surselor de
lumină, la utilizarea unor relee electronice monostabile care alim entează sursa de lumină în
funcție de prezență (COELCO, HAGER), la cele wireless care folosesc transmisii radio la 868
MHz – sistemul EasySens la care transmisia de date se face prin standardul EnOcean care
permite combinația de senzori și receptoare produ se de diferite firme.

Producător Sistem BMS Management Automatizare Software BMS Controllere
ASI ASI controls TCP/IP ASI Bus ASI Monitor
ASIVirtual expert ASI7540,ASI8040,
ASI 1 -6000
Delta
Controls ORCA BACNet IP BACNet
MS/TP ORCA View Seriile DSC,DAC,
DLC,DFM
Distech
Controls EC-NET TCP/IP LON,Modbus EC-NET
supervizor EC-8, EC67, EC12
Honeywell Symmetre Ethernet
TCP/IP LON, C -BUS EB1,XBS Seria Excel 5000

Pag. 33

Invensys I/A Series Ethernet
TCP/IP LON, BACNet I/Aseries
Entreprise server SeriileUNC,
Micronet, MNB
Johnson
Constrols Metasys BACNet IP LON Metasys SeriileLN,
Micronet, MNB
KMC
Controls KMD Digital
Sys BACNet IP BACNet
MS/TP OSA -5000 Seriile KMD
Moeller Xconfort EIB EIB Home Management Module I/O tip EIB
Siemens Talon Ethernet
TCP/IP LON Talon Workstation Seria Raptor,
Predator
Siemens Instabus EIB EIB ETS Software Module instabus I/O
de cuplare
Schneider TAC Vista Ethernet
TCP/IP LON Tac Vista Seria XENTA

Astfel modulele receptoare pot să primească și să evalueze atât telegrame emise de
senzorii Thermokon cât și de întreruptoarele pentru iluminat PEHA (emiterea de unde radio este
obținută prin efect piezoelectric). Receptoarele sunt echipate cu interfețe LON sau RS 485.
Pentru controlul ș i vizualizarea unor instalații de mică complexitate poate fi utilizat
aparatul “Touch Panel” cu ecran LCD de 5,7” (PRATCO). Protocoalele deschise permit
utilizarea echipamentelor indiferent de producător. International Standard Organisation (ISO) a
elabora t Modelul de Referință OSI -Open Systems Interconection pentru transmisia de date între
calculatoare, rețele și procese. Standardele pentru rețelele de comunicații cele mai utilizate sunt:
LON (Local Operating Network), BACNet (Building Automation Control Network) și EIB
(European Installation Bus). Achiziția datelor, conversia acestora în semnale numerice și
transmiterea la controlere se face cu aparate și echipamente caracteristice sistemului corect
firmei care produce asemenea aparatură . De exemplu la s istemul Honeywell sunt utilizate
controlere tip EXCEL, iar comunicația se realizează prin intermediul unor module de tip XFL
521 B ce au câte opt intrări analogice. Comunicația se face prin cablul de comunicație LON -BUS
ce utilizează protocolul de comunica ție LONTalk. La nivelul controlerului se efectuează
vizualizare, gestiunea datelor și transmiterea datelor la nivelul ierarhic superior. Firme care se

Pag. 34

ocupă de sisteme pentru managementul clădirilor cu realizări remarcabile sunt: Moeller -Electric
cu : sist emul xComfort -Locuința confortabilă în care trebuie amintit pachetul EasyDim, ce
asigură controlul iluminatului ambiental și pachetul Easy Play, care asigură controlul și comanda
iluminatului și prizelor; sistemul xCommand – în loc de chei și cartele magne tice utilizează
identificarea prin amprente; Casa inteligenta XClever home. O alta firma cu o prezență de
subliniat este Schneider – România cu T.A.C. system și Clipsal C -Bus; Aplicații ale BMS în
hoteluri -Impact Electrocom; Societatea de Inginerie Sistem e (SIS) a realizat un BMS la
ASIROM Timișoara; Compania Trident Production din Timișoara are o serie de produse și
soluții tehnice personalizate atât pentru locuințe cât și pentru clădiri publice, comerciale și
industriale DEMCO, FROSYS și altele. Sunt uti lizate aparate și echipamente de la Honeywell,
Johnson Control, Rockwel Automation, Moeller, Schneider, Legrand, Siemens etc. Sunt firme
care au agremente tehnice pentru comercializarea de aparate de automatizare necesare
instalațiilor de t ip BMS .

3.3.Aspecte legate de viitor

Ca urmare a apariției în decembrie 2004 a standardului PrEn W122 “Calculation methods
for energy efficiency improvements by the application systems”,(Metode de calcul pentru
îmbunătățirea eficienței energetice a clădirilor prin u tilizarea sistemelor de automatizare
integrate) elaborate de Comitetul Tehnic CEN/TC 247 din cadrul Comisiei Europene pentru
Standardizare “Automatizarea, Conducerea și Managementul Clădirilor” propus în prezent spre
adoptare, rezultă necesitatea introduce rii sistemelor de automatizare integrate în clădiri respectiv
a BMS – clădiri inteligente prin care se poate obține o utilizare eficientă a energiei. Evident că
gradul de inteligenta proiectat al BMS pentru o clădire respectiv sistemele de automatizare
integrate aferente vor rezulta dintr -un calcul tehnicoeconomic. Elaborarea standardului a fost
realizată pe baza mandatului M 343 al Comisiei Europene și al Asociației Europene de Liber –
Schimb Comercial și urmează Directiva UE 2002/91/CE cu privire la perfo rmanțele energetice
ale clădirilor .
În afară de prefața și introducere, standardul are șase capitole:

Pag. 35

 Scop
 Normative utilizate
 Termeni și definiții
 Impactul Sistemelor de Automatizare și Control a Clădirii (SACC) și a
Managementului Tehn ic al Clădirii (MTC) asupra performanțelor energetice a clădirilor.
 Contribuția SACC și MTC asupra performanțelor energetice a clădirilor
 Calculul impactului SACC și MTC asupra clădirii.
Apariția standardului PrEn W122 , arată necesitatea prevederii în clădiri a sistemelor de
automatizare integrate BMS care contribuie în mod semnificativ la creșterea eficienței energetice
a clădirilor, acestea acționând în spiritul Legii nr. 372/2005. Recunoașterea necesitații utilizării
în clădiri a sistemelor de automatizare integrate și a beneficiilor asociate acestora este și
rezultatul utilizării metodelor de calcul pentru determinarea creșterii eficienței energetice a
clădirilor.
Prin utilizarea acestor sisteme se contribuie semnifi cativ la creșterea utilizării eficiente a
energiei în clădiri. Totodată menționăm necesitatea de a se ține seama și de Legea privind
utilizarea eficientă a energiei electrice 199/2000, precum și de Legea energiei electrice 318/2003.
De remarcat că o secți une este dedicată clădirilor de locuit inteligente pentru confortul și
siguranța utilizatorilor unde este acordată o atenție deosebită siguranței, respectiv sistemelor de
securitate din care fac parte și sistemele de supraveghere și alarmare la incendiu. C hiar dacă toate
sistemele unei clădiri o fac să fie funcțională, să asigure utilizarea eficientă a energiei într -un
mediu confortabil, dacă nu este prevăzută cu sisteme de securitate, ea este ca un automobil care
nu este prevăzut cu sisteme de protecție.

Pag. 36

4.Concluzii

La nivel mondial se pune tot mai imperativ problema economisirii de energie. Un raport
al Agenției Internaționale de Energie (IEA) arată că potențialul de economisire a energiei
electrice în Europa de Est este de 40% din totalul consumului. Se apreciază că în aproximativ
90% din societățile românești nu există o persoană responsabilă cu eficiența energetică. Pe linia
economisirii de energie, la noi în țară a fost promulgată în anul 2000 Legea nr.199 privind
utilizarea eficientă a energiei electrice și ca urmare a Directivei 2002/91/CE a Parlamentului
European din 16.12.2002 a fost pro mulgate la 13.12.2005 Legea nr.372 privind Performanța
energetică a clădirilor. Performanța energetică a clădirilor este legată și de dotarea clădirii cu un
sistem propriu al fluxurilor energetice și informaționale care să -și adapteze comportamentul în
sensul utilizării eficiente a energiei în condiții de securitate și mediu confortabil printr -un sistem
tehnologic adecvat. Dotarea clădirilor cu un sistem propriu de management – Building
Management Systems (BMS) devine tot mai actuală. Un sistem BMS este pas ul următor în
dezvoltarea rețelelor de automatizare . BMS reprezintă un sistem de m anagement. Un astfel de
sistem nu este necesar în cazul sistemelor de dimensiuni reduse cum ar fi automatizarea unei
locuințe. În acest caz un sistem BMS aduce economii energ etice mici, principala sa utilizare este
de a spori confortul și securitatea prin mesajele de informare pe care acesta le poate trimite.
Totuși, acesta devine indispensabil în cazul rețelelor răspândite pe arii extinse sau
împărțite pe segmente separate c are nu comunică între ele. În astfel de cazuri, monitorizarea și
controlul funcționării instalației, managementul acesteia, devine imposibil de realizat fără un
sistem BMS. Datorita nivelului înalt la care se implementează un sistem BMS și a puterii de
calcul de care un asemenea sistem dispune, acesta poate furniza informații special adaptate către
echipele de intervenție în caz de incendiu, sau către alți operatori de servicii care trebuie să
intervină rapid și nu trebuie sau nu au timp pentru a studia ca racteristicile clădirii.
Protocoalele de comunicație folosite în instalațiile de automatizare sunt în general
destinate transmiterii de date de dimensiuni reduse, cu latență scăzută, prin medii ce suportă
viteze de transmisie relativ mici. Caracteristicile acestora au fost influențate de domeniul pentru
care au fost proiectate pentru a fi utilizate. Astfel, sunt protocoale destinate pentru automatizarea

Pag. 37

proceselor, în industria transporturilor (auto, feroviar, aerian, nautic), automatizarea clădirilor,
etc. Deși majoritatea protocoalelor tratate nu sunt limitate la un singur domeniu și pot fi utilizate
cu succes în mai multe domenii din cele enumerate și chiar în altele, ele se pretează (datorită
uneltelor dezvoltate, echipamentelor disponibile, a experiențe i anterioare) pentru a fi utilizate
îndeosebi într -un anumit domeniu. Echipamentele de automatizare folosesc protocolul de
comunicație pe care producătorul a ales să -l implementeze. Construcția instalațiilor de
automatizare este influențată de tehnologia a leasă pentru implementarea soluției de supraveghere
și alarmare.
Tehnologia influențează modul de conectare al dispozitivelor, numărul maxim de
dispozitive ce pot fi interconectate pe un segment, topologia rețelei (modul de interconectare al
segmentelor). În funcție de mărimea și configurația instalației de supraveghere și alarmare,
topologia poate avea un impact deosebit asupra performanței rețelei de comunicație, care trebuie
să facă față cerințelor de comunicare atât în condiții normale cât mai ales în situația apa riției unui
eveniment deosebit.
De asemenea tehnologia influențează și alegerea software -ului de monitorizare și control.
Cele mai multe companii care dezvoltă echipamente pentru instalații de automatizare, produc de
asemenea și software -ul pen tru vizualizare.
Aceasta se supune principiilor și oferă funcționalitatea pe care proiectantul o dorește.
Deși cele mai mult pachete software oferite de producătorii de echipamente sunt configurabile, în
sensul că se pot adapta foarte ușor cerințelor util izatorului, acestea rămân legate de tehnologia de
automatizare furnizată de aceștia. Există de asemenea și pachete software oferite de producători
independenți, nelegate de o tehnologie anume, care pot fi utilizate cu mai multe tipuri de
echipamente. Acest ea sunt utile îndeosebi când se folosește o soluție hibrid alcătuită din
echipament de la mai mulți producători.
Fiecare protocol de comunicație are avantajele și dezavantajele sale. În final, în cazul
soluțiilor complexe ce dispun de foarte multe dispozi tive răspândite pe o arie foarte mare
performanța sistemului este influențată foarte mult de modul cum a fost gândită și implementată
soluția.

Pag. 38

Bibliografie
 [1]About OPC. opcfoundation.org Dedicated to Interoperability in automation:
http://www.opcfoundation.org/Default.aspx/01_about/ 01_whatis.asp?MID=AboutOPC
 [2]Alexandrescu, S., & Ionescu. Sistem de automatizare pentru managementul
instalațiilor dintr -o clădire de birouri. Conferința națională de instalații: Instalații pentru
începu tul mileniului III.
 [3]ASTM 119 -75 Test Methods for Fire Tests of Building Construction and Materials.
 [4]BACnet, wikipedia. org
 [5]BACnet home page bacnet.org Official Website of ASHRAE SSPC 135:
http://www.bacnet.o rg/
 [6]BACnet International. http://www.bacnetassociation.org/
 [7]Bălulescu, M. R. Sisteme de semnalizare și stingere a incendiilor în clădiri
rezidențiale. A XXXV -a Conferință națională de Instalații
 [8]knx home page , knx.org the worldwide STANDARD for home and building control:
http://www.knx.org/
 [9]KNX UK Association knxuk.org : http://www.knxuk.org/
 [10]List of automation protocol s, wikipedia.org
 [11]LonTalk. wikipedia.org
 [12]Normativ pentru proiectarea și executarea instalațiilor de semnalizare a incendiilor și
a sistemelor de semnalizare contra efracției din clădiri, Indicativ I 18/2 -2004.
 [13]Open Systems Interconnection , wikipedia.org
 [14]Coulouris, Dollimore, & Kindbern. (2001). Distributed Systems: concept and
design”, Edition 3. Addison -Wesley
 [15]Distributed Systems Topologies: O'Reillyopenp2p.com :
http://www.openp2p.com/pub/a/p2p/2001/12/14/topologies_one.html