DDC Készülékek

Az épületgépészeti automatika legfontosabb elemei a különbözõ tí­pusú DDC (Direct Digital Control) készülékek. Ezen eszközök elvi felépí­tése, gyártótól függetlenül, rendkí­vül hasonló. Szerzõ: Erdélyi Tibor

Az épületgépészeti automatika legfontosabb elemei a különbözõ tí­pusú DDC (Direct Digital Control) készülékek. Ezen eszközök elvi felépí­tése, gyártótól függetlenül, rendkí­vül hasonló. A digitális szabályozó készülékek funkcionális egységeinek vázlata a következõ ábrán látható:

Annak ellenére, hogy az olvasók közül bizonyára sokan tisztában vannak vele, célszerûnek tartom pár szót ejteni az egyes egységekrõl, illetve azok feladatairól.


Processzor vagy controller egység

A DDC készülék jellegét, teljesí­tõképességét, intelligenciájának mértékét elsõsorban ez az egység határozza meg. A processzor vagy controller egység régebben valamilyen egyszerû mikroprocesszorból (8 bites késõbb 16bites) illetve az ehhez kapcsolódó tárolóelemekbõl (EPROM - basic program memória, RAM - adatmemória) és a rendszert mûködtetõ óraáramkörbõl állt. Ez a kiépí­tés mindenki számára ismert a PC korszak elõtti mikroszámí­tógépek (ZX Spectrum és Commodore 64) világából.

Eleinte ilyen kiépí­tésû berendezéseket használtak ipari berendezések vezérlésére, szabályozására és ezek voltak alapkövei az elsõ épületfelügyeleti rendszereknek is. A személyi számí­tógépek területén a programfutási teljesí­tmény és tárolókapacitás iránti igény idõközben rendkí­vül megnõtt és napjainkban is folyamatosan növekszik. Ez a PC hardware-ek olyan irányú fejlesztését váltotta ki, amely minél gyorsabb és minél nagyobb tárolókapacitást kezelõ processzorokon alapszik. Ezek az igények már jelentõs mértékben meghaladják azt a szintet, amelyet az egyszerûbb vezérlési és szabályozási funkciók támasztanak. Ezzel szemben lényegessé vált, hogy az adott feladatot a lehetõ legkisebb helyen elférõ, lehetõ legjobb zavarvédelemmel ellátott, minimális hardware kiépí­téssel valósí­tsák meg.

Tehát a cél az volt, hogy a processzorok környezetét egy áramköri tokba integrálják. í­gy kezdték el gyártani a kisteljesí­tményû microcontrollereket, amelyek olyan programozható alkatrészek, amelyek egy tokban tartalmaznak annyi program- és adatmemóriát, analóg-digitális átalakí­tót, közvetlen digitális bemeneteket és kimeneteket valamint soros vonalat is, amelyekkel alapszintû feladatok gyorsan és egyszerûen megoldhatók. Természetesen léteznek olyan nagyobb teljesí­tményû microcontrollerek is, ahol a belsõ memória bõví­téséhez lehetõség van külsõ memória modul illesztésére. Erre olyan bonyolultabb esetekben lehet szükséges, mint pl. szabadon programozható készülékek, amelyek képesek nagyobb mennyiségû adatot kezelni, energiaoptimalizálást végezni.

Összefoglalva a controller egységnek a feladata, hogy a különféle ki- és bemeneteket a memóriában elhelyezett program szerint mûködtesse és biztosí­tsa a kapcsolatot soros kommunikációs vonalon vagy vonalakon keresztül a külvilággal, mely adott esetben lehet felügyeleti hálózat vagy akár szerviz számí­tógép is.

Tápegység

A részegységek energiaellátását biztosí­tja. Véd a nagyfeszültségû hálózatról érkezõ zavarjelektõl, túlfeszültségtõl és rövidzárlattól.

Kommunikációs csatoló egység

Ez az egység biztosí­tja a kommunikációs felületet adott kommunikációs protokoll szerint a magasabb szintû rendszerelemek, kijelzõ és beavatkozó berendezések felé. Akár több soros kommunikációs vonalat is tartalmazhat, í­gy téve lehetõvé egyidejûleg több pontról való hozzáférést (helyi - és távfelügyelet stb.). Itt helyezkednek el azok az áramkörök, amelyek meghatározzák a kommunikáció fizikai jellemzõit (vonal tí­pus, vonali sebesség ... ). Bonyolultabb kommunikációt igénylõ rendszer esetén a kommunikációs csatoló egység maga is lehet intelligens, azaz tartalmazhat kommunikációs processzort. A protokollokra itt nem térnék ki, mert egy késõbbi cikkben bõvebben szeretném tárgyalni ezt a témát.

Ki- és bemeneti egységek

Ezek az egységek egyrészt arra hivatottak, hogy fogadják a technológia felõl érkezõ különféle jeleket, jelzéseket és elõkészí­tsék a controller egységnek feldolgozásra, másrészt a processzor által meghatározott kimeneti szabályozó- és vezérlõ jeleket közvetí­tsék a periféria eszközök felé. Az elõbb emlí­tett egységeket bemeneti egységeknek, mí­g az utóbbiakat kimeneti egységeknek nevezzük.

Mind a bemeneti, mind a kimeneti jelek kétfélék lehetnek: analóg és digitális jelek. Az analóg jeleket ahhoz, hogy a processzor feldolgozza, át kell alakí­tani digitális értékké (A/D átalakí­tás), a processzor által kiszámolt szabályozó jel digitális értékét pedig vissza kell analóg jellé (D/A átalakí­tás) konvertálni. A digitális szabályozás folyamatának megértéséhez fontos dolog, hogy tudjuk, hogyan képezhetünk az analóg jelekbõl digitális értékeket, ezért itt egy kicsit bõvebben kitérek erre. A A/D és D/A átalakí­tás elvi vázlatát a következõ ábrán láthatjuk:

Annak ellenére, hogy az olvasók közül bizonyára sokan tisztában vannak vele, célszerûnek tartom pár szót ejteni az egyes egységekrõl, illetve azok feladatairól.


Processzor vagy controller egység

A DDC készülék jellegét, teljesí­tõképességét, intelligenciájának mértékét elsõsorban ez az egység határozza meg. A processzor vagy controller egység régebben valamilyen egyszerû mikroprocesszorból (8 bites késõbb 16bites) illetve az ehhez kapcsolódó tárolóelemekbõl (EPROM - basic program memória, RAM - adatmemória) és a rendszert mûködtetõ óraáramkörbõl állt. Ez a kiépí­tés mindenki számára ismert a PC korszak elõtti mikroszámí­tógépek (ZX Spectrum és Commodore 64) világából.

Eleinte ilyen kiépí­tésû berendezéseket használtak ipari berendezések vezérlésére, szabályozására és ezek voltak alapkövei az elsõ épületfelügyeleti rendszereknek is. A személyi számí­tógépek területén a programfutási teljesí­tmény és tárolókapacitás iránti igény idõközben rendkí­vül megnõtt és napjainkban is folyamatosan növekszik. Ez a PC hardware-ek olyan irányú fejlesztését váltotta ki, amely minél gyorsabb és minél nagyobb tárolókapacitást kezelõ processzorokon alapszik. Ezek az igények már jelentõs mértékben meghaladják azt a szintet, amelyet az egyszerûbb vezérlési és szabályozási funkciók támasztanak. Ezzel szemben lényegessé vált, hogy az adott feladatot a lehetõ legkisebb helyen elférõ, lehetõ legjobb zavarvédelemmel ellátott, minimális hardware kiépí­téssel valósí­tsák meg.

Tehát a cél az volt, hogy a processzorok környezetét egy áramköri tokba integrálják. í­gy kezdték el gyártani a kisteljesí­tményû microcontrollereket, amelyek olyan programozható alkatrészek, amelyek egy tokban tartalmaznak annyi program- és adatmemóriát, analóg-digitális átalakí­tót, közvetlen digitális bemeneteket és kimeneteket valamint soros vonalat is, amelyekkel alapszintû feladatok gyorsan és egyszerûen megoldhatók. Természetesen léteznek olyan nagyobb teljesí­tményû microcontrollerek is, ahol a belsõ memória bõví­téséhez lehetõség van külsõ memória modul illesztésére. Erre olyan bonyolultabb esetekben lehet szükséges, mint pl. szabadon programozható készülékek, amelyek képesek nagyobb mennyiségû adatot kezelni, energiaoptimalizálást végezni.

Összefoglalva a controller egységnek a feladata, hogy a különféle ki- és bemeneteket a memóriában elhelyezett program szerint mûködtesse és biztosí­tsa a kapcsolatot soros kommunikációs vonalon vagy vonalakon keresztül a külvilággal, mely adott esetben lehet felügyeleti hálózat vagy akár szerviz számí­tógép is.

Tápegység

A részegységek energiaellátását biztosí­tja. Véd a nagyfeszültségû hálózatról érkezõ zavarjelektõl, túlfeszültségtõl és rövidzárlattól.

Kommunikációs csatoló egység

Ez az egység biztosí­tja a kommunikációs felületet adott kommunikációs protokoll szerint a magasabb szintû rendszerelemek, kijelzõ és beavatkozó berendezések felé. Akár több soros kommunikációs vonalat is tartalmazhat, í­gy téve lehetõvé egyidejûleg több pontról való hozzáférést (helyi - és távfelügyelet stb.). Itt helyezkednek el azok az áramkörök, amelyek meghatározzák a kommunikáció fizikai jellemzõit (vonal tí­pus, vonali sebesség ... ). Bonyolultabb kommunikációt igénylõ rendszer esetén a kommunikációs csatoló egység maga is lehet intelligens, azaz tartalmazhat kommunikációs processzort. A protokollokra itt nem térnék ki, mert egy késõbbi cikkben bõvebben szeretném tárgyalni ezt a témát.

Ki- és bemeneti egységek

Ezek az egységek egyrészt arra hivatottak, hogy fogadják a technológia felõl érkezõ különféle jeleket, jelzéseket és elõkészí­tsék a controller egységnek feldolgozásra, másrészt a processzor által meghatározott kimeneti szabályozó- és vezérlõ jeleket közvetí­tsék a periféria eszközök felé. Az elõbb emlí­tett egységeket bemeneti egységeknek, mí­g az utóbbiakat kimeneti egységeknek nevezzük.

Mind a bemeneti, mind a kimeneti jelek kétfélék lehetnek: analóg és digitális jelek. Az analóg jeleket ahhoz, hogy a processzor feldolgozza, át kell alakí­tani digitális értékké (A/D átalakí­tás), a processzor által kiszámolt szabályozó jel digitális értékét pedig vissza kell analóg jellé (D/A átalakí­tás) konvertálni. A digitális szabályozás folyamatának megértéséhez fontos dolog, hogy tudjuk, hogyan képezhetünk az analóg jelekbõl digitális értékeket, ezért itt egy kicsit bõvebben kitérek erre. A A/D és D/A átalakí­tás elvi vázlatát a következõ ábrán láthatjuk: