LCN - "új" installációs buszrendszer Németországból

Történelem

1992-ben, az addig PC-k építésével és forgalmazásával, programozással foglalkozó Eberhard Issendorff informatikus mérnök, feltaláló és üzletember az egyre jobban eldömpingesedo PC-k világából kreatív kiutat keresve az épület-irányítástechnika felé fordult. Az akkoriban még szintén fiatal európai és az amerikai rendszerek tanulmányozása után megalkotta saját installációs buszrendszerét LCN (Local Control Network) néven.

Alapelképzelés

Az LCN filozófiájához tartozó néhány axióma: a rendszer legyen
- a tervezõ szempontjából áttekinthetõ, könnyen tanulható és a legszélesebb feladatkörben alkalmazható
- a kivitelezõ szempontjából a hagyományos villanyszereléshez képest a lehetõ legkisebb külön ráfordítással beépíthetõ, huzalozható, programozható és üzembehelyezhetõ
- az üzemeltetés szempontjából maximálisan hiba- és zavartûrõ
- a felhasználó szempontjából egyszerû, könnyen kezelhetõ és megbízható
- a fejlesztés szempontjából jövõbiztos, tartalmazza a jövõbeni fejlesztésekhez szükséges tartalék-lehetõségeket is és szigorúan lefelé kompatibilis.

Rendszer

Az LCN egy moduláris felépítésû, digitális, decentralizált intelligenciával rendelkezõ neuronális épület-irányítástechnikai rendszer. Moduljai tartalmaznak a szenzorikán és aktorikán kívül több idõzítõt, logikai kapcsolatokat, valamint számlálási és alapmûveleti funkciókat, amelyekkel automatikus vezérlések közvetlenül a helyszínen megvalósíthatók. Így a rendszernek nincs szüksége központra: minden modul elég intelligens az egymás közötti adatforgalom önálló szabályozásához.
Minden egyes modul képes „master“-ként a busz vezérlésére. Már két modul képezhet minden további segédeszköz nélkül egy mûködõ buszt. (Valójában a modulok egyenként is alkalmazhatók, pl. infravevõvel távirányítható kettõs dimmelõként, vagy beléptetõként).
A modulok képesek analóg mérési értékek regisztrálására és feldolgozására is. A mért értékek távolról lekérdezhetõk. Az alsó buszsíkon 250 modul jelenti a maximális kiépítés felsõ határát.
Szegmenscsatolókkal 120 ilyen szegmens köthetõ össze, ami azt jelenti, hogy maximális kiépítésben a rendszer 30 000 (!) modult tartalmazhat. A kiépítésnél semmilyen elõre meghatározott topológiát nem kell betartani. A rendszer adatforgalma az energiaellátó vezetékek mellé fektetett egy plussz éren és a nullavezetõn át folyik.

Modulok

A buszmodulokba (a PC-csatoló modult kivéve) a következõket integrálták:
(ábra: modulok felszereltsége)
A többszörös elkötés ill. túlfeszültség biztosítás gondoskodik az alapelvek hibatûrésre vonatkozó kitételének teljesítésérõl.
A modulokba épített memória nagysága biztosítja a kellõ teret a tervezõi alkotó szabadságnak is:
Nyomógombok
Az LCN-modulokra bármely gyártó hagyományos nyomógombja csatlakoztatható, a nyomógomb-mezõk szabadon programozhatók. A tervezõ / kivitelezõ feladata a nyomógomb–mezõk karakterisztikájának megadása. Vezérlõ modulonként az egyszerû nyomógomb-kapcsolástól 32 fogyasztó / csoport komplex irányításáig példátlanul sok lehetoség áll rendelkezésre az építtetõ által megfogalmazott feladat teljesítésére.
A rendszer általában megkülönbözteti a rövid érintést és a hosszan nyomva tartást, valamint az ezt követõ elengedést. Mindhárom esetben egy szabadon programozható parancs kerül kiadásra.
Alapesetben egy modulnál 8 nyomógomb osztható ki, mindegyik nyomógomb – a fentiek szerint - három különféle parancsot adhat le. Az egységesítés miatt a szenzorok is a nyomógomb-táblázatokat használják: max. 5 (beállítható) hiszterézises kapcsoló küszöb alkalmazható. Túl- / alullépés esetén az LCN-modul a hozzátartozó nyomógombra kiosztott parancsot küldi a buszra. Minden modul tartalmaz minden egyes nyomógomb-táblázathoz egy árnyéktáblázatot: ez a lehetõség parancssokszorozásra alkalmazható. A nyomógombok távirányíthatók. Bármely modulnak kiadható a parancs, hogy egy tetszõleges gombot „saját maga nyomjon meg“. A nyomógomb-parancs 1s-tõl 45 napig késleltethetõ: Ilyen módon lehet pl. egy idõzítõt programozni fényjelenetekhez ugyanúgy, mint egy hosszú távú idozítõt. Ezen kívül lehetõség van nyomógombok letiltására. A fentebb felsorolt funkciókkal komplex vezérlési folyamatok programozhatók – anélkül, hogy a programozást végzõ személy mélyebb ismeretekkel rendelkezne az automatika terén.
Távirányítás
A rendszer saját, komputervezérelt adókból és vevõegységekbol álló infravörös távirányító eszközökkel rendelkezik. A vételi logikával mindegyik modul rendelkezik, a modulokhoz a miniatur vevõegységet kell csatlakoztatni és a funkciót paraméterezéskor engedélyezni.
A kisebb - 4 nyomógombos - adó 8 - 16 fogyasztót képes egyedileg távvezérelni. A nagyobb - 16 nyomógombos - adó hatótávolsága 70-100 m. Az adók kódolásával egy központi számítógép nélküli, 12 jogosultsági síkkal rendelkezõ "kis" beléptetõ rendszer valósítható meg. A kulcskód-kiértékelést ekkor közvetlenül a vevomodul végzi. Ugyanez a funkció privilegizált vezérlési feladatok megvalósítására is használható.
Központi számítógéppel és a megfelelõ szoftverrel megvalósítható a "nagy" beléptetõ rendszer is. Ekkor a modulok az adó táviratát kiértékelésre közvetlenül a központi gépre küldik. Mivel a gép az adó gyári számát értékeli ki, a lehetséges jogosultságok száma gyakorlatilag végtelen.
Státuszjelzések
Mindegyik modul bármelyik kimenetének változásakor egy állapotfüggõ automatikus státuszjelzést küld a buszra. Ezt a jelzést a vizualizálás hasznosítja.
Státuszparancsok
Lehetõség van automatikus, a kimenetek állapotától függõ parancsok elküldésére is. Ez a lehetõség a függõ vezérlések, parancssokszorozás szempontjából nagyon fontos. Az adattáviratok struktúrája rendkívül rugalmas és hosszúságuk is lehet különbözõ.
Egy többfokozatú ütközés-elhárító rendszer biztosítja a buszkapacitás teljes kihasználását nagy buszterhelés esetén is.
Az elküldés ellenõrzése többfokozatú felépítésû, így az LCN olyan környezetben is tökéletesen mûködik, amely az érvényes szabványoknál sokkal több zavart tartalmaz.
Az LCN adattáviratok kompakt formában sokkal több információt tartalmaznak, mint az eddig lehetséges volt. Teljes mértékben leírják egy szenzor vagy aktor funkcióját. Így például egy fényforrásnak szóló parancs nem csak a kívánt fényerõt tartalmazza, hanem azt a sebességet is, amellyel ezt el kell érni. Az idõzítoket nem kell az aktornál programozni, minden egyes távirat tartalmazhat idõinformációt. Így ugyanaz az aktor tetszoleges számú különbözõ idõkapcsolást hajthat végre – bármely nyomógomb adhat ki más parancsot.
Ezzel és a közvetlen címzéssel a busz karbantartása is lényegesen leegyszerûsödik; minden egyes távirat tartalmazza az összes szükséges információt, amely szövegesen kiíródik: Ki ad kinek? Mi a parancs?

Tervezés

Az LCN-rendszernél a tervezõ feladata a Megrendelõ által verbálisan meghatározott mûszaki feladat alapján a végrehajtásra alkalmas modulok számának, típusának és beépítésük helyének meghatározása. Ugyancsak tervezõi feladat a modulok be- ill. kimeneteinek paraméterezéséhez rendszeresített táblázatos formanyomtatvány kitöltése is, amelynek alapján a kivitelezõ a modulok "programozását" mûhelyben vagy a helyszínen elvégezheti.

Szerelés

Az alaptételek következetes végrehajtásának következményeképpen a rendszer adatforgalma (max. 250 modulig) az energiaellátó vezetékek mellett végigvitt egy plussz éren és a nullavezetõn keresztül zajlik. Így nem szükséges külön adatátviteli hálózat kiépítése. Mivel a modulok saját tápegységekkel rendelkeznek, így külön betápláló rendszer kiépítésére sincs szükség.

Adatforgalom

Annak következtében, hogy az adatforgalomra használt eret nem kell a modulok feszültségellátására is használni, érhetõ el a rendszer 9600 Bd-os adatátviteli sebessége, amely az alsó busz-síkon másodpercenként átlagosan 100 adattávirat továbbítását teszi lehetõvé. A szegmenscsatolók közötti szegmensbusz adatátviteli sebessége beállítható, ennek többszöröse is lehet. Itt lehetséges 1000-10000 (!) adattávirat másodpercenkénti továbbítása is. Az adattávirat formátumának sémája a következõ:
Az adatvezetõ - holott itt üzem közben legfeljebb ± 30V feszültség léphet fel - definíció szerint szokványos energiaellátó érként kezelendõ, így szerelése is az erre vonatkozó szabványok szerint történik. A gyakorlatban ez annyit jelent, hogy kiépítéskor a szokványos pl. 3x1,5 mm2-es kábel helyett 4x1,5 mm2-es kábelt kell használni s. í. t.. (Németországban - mivel ott az öteres kábel olcsóbb, mint a négyeres - új LCN kiépítésnél azonnal öteres kábelt építenek be. Ez hosszú idõre biztosítja az esetleges fejlesztésekhez szükséges tartalékot is.)
250 modul felett a szükséges szegmenscsatolók (max. 120 db) összekötése csavart érpárral, mûanyag optikai kábellel vagy üvegszálas optikai kábellel történhet. Természetesen a hagyományos villanyszereléshez alkalmazkodik a modulok geometriai kialakítása is, így a vakolat alatti modulok átmérõjét úgy választották meg, hogy azok kényelmesen elférjenek a kapcsolók szereléséhez alkalmazott körkeresztmetszetû vakolat alatti dobozban. A modul mélysége a lehetõ legminimálisabb, de a dobozon belüli szerelés megkönnyítésére ajánlatos mélyebb dobozokat alkalmazni. Az elosztószekrénybe szerelendõ modulok szabványos szerelõsínre pattinthatók.
Mivel a rendszer támogatja a hagyományos szerelésnél használt kapcsolók, nyomógombok alkalmazását, így bármely épület új kiépítéskor minimális ráfordítással (egy plussz ér, mélyebb vakolat alatti dobozok) alkalmassá tehetõ az LCN-buszrendszer - akár késõbbi - beépítésére.

Programozás

A modulok tulajdonképpeni programozása a gyártómûben történik, minden modul tartalmazza a mûködéséhez szükséges programot. Az LCNP "programozó" szoftverrel tulajdonképpen a moduloknak az adott feladathoz illeszkedõ paraméterezését végzi el a kivitelezõ. A DOS alapú interaktív menüvezérlésu szoftver - mai szemmel - szinte nevetségesen minimális követelményeket állít a PCvel szemben: a program (akár 1,44 MB-os hajlékonylemezrol is) kényelmesen fut egy 25 MHz-es 386-os gépen is, ha rendelkezésére áll kb. 580 Kb memória. (Az eredeti, kizárólag német nyelvû változat memóriaigénye kb. 568 kB volt, a "nemzetköziesített" - így magyar nyelven is rendelkezésre álló verzió igénye csekély mértékben megnõtt.)
A modulok paraméterezéséhez fizikai hozzáférés nem szükséges (nincs "programozó kapcsoló"), így a kivitelezõ szabadon dönthet arról, hogy a modulokat beépítés elõtt mûhelyben, vagy beépítés után a helyszínen kívánja-e programozni. Az elsõ eset elõnye, hogy a paraméterezést nem kell a szokásos építõipari környezetben elvégezni; a második esetben pedig programozás után a helyszínen "élesben" - a teljes rendszeren - azonnal ellenõrizheto a mûködés. A PC egy szabad soros porton át egy csatoló modul segítségével a rendszer tetszõleges pontjára csatlakoztatható. Erre a modulra a kész berendezés mûködéséhez csak a központi számítógép csatlakoztatásához lehet szükség. Ha ez nincs, akkor a csatoló modul a paraméterezés után a rendszerbõl eltávolítható. Az alapkoncepció része, hogy a paraméterezéshez ne legyen szükség mélyebb ismeretekre az automatika terén. Ennek a követelménynek a menüvezérléses szoftver mindenben megfelel.
A program lehetõvé teszi egyes modulokról és a teljes berendezésrõl készült protokoll kinyomtatását is. Ugyanígy ez a program állítja elõ az LCNW vizualizáló program mûködéséhez szükséges adatbankot is. Lehetséges visszatérõ paraméterezési feladatokra makrók alkalmazása is. (Az elõkészületben lévõ Windows-os program megengedi ilyen feladatmegoldások pool-adatbankból egérhúzással történõ átvételét is.)

Vizualizálás

A rendszer kétféle vizualizálást tesz lehetõvé: a hagyományos kapcsolótáblás megjelenítést és a központi számítógépes, vizualizáló programos megjelenítést. A kapcsolótáblákhoz a rendszer erre a célra külön modulokkal rendelkezik, az alkalmazott nyomógombok és jelzõlámpák (vagy LED-ek) tetszõleges gyártó termékei lehetnek. Ezek a modulok a vizualizáláshoz a valamennyi modul által a kimenetek változásaikor a buszra adott státuszjelzéseket használják, tehát a kapott jelek valós visszajelzések. A kapcsolótábla nyomógombjai a többi modulhoz hasonlóan szabadon programozhatók. A jelzõlámpák szintén szabadon programozhatók, azaz paraméterezéskor rögzíthetõ, hogy melyik jelzõlámpa, melyik modul, melyik kimenetének melyik állapotára vegye fel a négy lehetséges állapot (BE/KI/VILLOG/VIBRÁL) valamelyikét. Lehetséges az összegképzés, a kapcsolótáblák hierarchikus egymás fölé rendelése is. (Pl. az alárendelt kapcsolótábla összegjelzése hibajelzést küldhet a fölérendelt táblának, vagy a fölérendelt tábláról bizonyos funkciók letilthatók az alárendelt táblán, stb.)