Passerelles universelles | Interprètes pour la domotique
/Dans les architectures de réseau de la domotique, les passerelles sont des éléments importants. En tant qu'intermédiaires entre les différents appareils et protocoles de communication, elles assurent un échange de données sans faille.
Les passerelles universelles de MBS sont "universelles" au sens littéral du terme, compte tenu du grand nombre d'appareils et de protocoles utilisés dans le secteur de la domotique (GA) : elles comprennent non seulement des protocoles de bus individuels, mais aussi tous les protocoles de bus courants qui peuvent être mis en œuvre dans le cadre des interfaces physiques disponibles. Qu'il s'agisse d'un composant monté sur un rail DIN dans une armoire électrique ou d'un périphérique de périphérie dans un environnement virtuel, les passerelles universelles couvrent toutes les interfaces matérielles ainsi que tous les protocoles de communication. Non seulement elles peuvent relier jusqu'à cinq systèmes de bus, mais elles offrent également une large gamme de points de données, de 25 à 40 000 au maximum.
De nombreux protocoles de communication, une seule interface
Il est évident que la domotique ne peut pas se passer de passerelles. En effet, la mise en réseau, la surveillance et la commande de tous les appareils s'effectuent via un système de bus. Entre les différents participants - tels que les capteurs, les actionneurs, le DDC ou le système de contrôle-commande - il met à disposition un système de lignes commun sur lequel les données peuvent être transmises. Depuis que le protocole Internet est utilisé dans l'AG, les spécialistes ont adopté les termes de protocole de communication ou de protocole de bus.
L'existence de tant de systèmes différents s'explique d'une part par des raisons techniques : Les exigences varient considérablement en fonction de l'utilisation prévue. Par exemple, lors de la transmission de données de compteurs avec le M-Bus, les lignes de données sont utilisées simultanément pour alimenter les compteurs en électricité.
Mais les développements historiques jouent également un rôle : par exemple, au niveau du terrain, la collecte des données était initialement effectuée à l'aide de capteurs fonctionnant avec des signaux analogiques. Depuis les années 1980, les capteurs numériques sont de plus en plus utilisés. Pour la mise en réseau, on a d'abord utilisé des systèmes câblés et des lignes électriques. Avec l'arrivée du protocole Internet (IP) dans l'AG, les réseaux basés sur l'IP sont de plus en plus utilisés et sont désormais complétés par des technologies sans fil.
On distingue également les systèmes de bus fermés des systèmes de bus ouverts. Les systèmes fermés sont propriétaires, c'est-à-dire qu'ils sont liés à un fabricant et ne peuvent être utilisés que sur les appareils de ce fabricant. Les systèmes ouverts, en revanche, permettent d'interconnecter différents appareils de différents fabricants, ce qui présente des avantages à la fois techniques et économiques. Les protocoles de bus pour la domotique ont été standardisés par des consortiums spécifiques et continuent d'être adaptés aux besoins actuels.
BACnet, KNX, LON, DALI, M-Bus ...
Il s'agit notamment des systèmes suivants :
Environ 25 millions d'appareils échangent actuellement leurs données via BACnet (Building Automation and Control Networks). Avec BACnet Secure Connect, la norme de communication multi-constructeurs dispose depuis 2019 de sa propre architecture de sécurité.
Un protocole de communication très utilisé au niveau du terrain en Europe est le bus KNX Konnex, le successeur du bus d'installation européen EIB. Ce standard transmet des données sur des lignes bifilaires torsadées, mais aussi par radio ou IP.
Le standard de bus de terrain LON (Local Operating Network) avec le protocole de communication LonTalk a été l'une des technologies les plus populaires au monde. Il permet une mise en réseau inter-métiers et on le retrouve encore aujourd'hui dans de nombreux immeubles, souvent dans le domaine de la régulation individuelle des pièces.
DALI (Digital Addressable Lighting Interface) est un système de bus éprouvé pour l'installation, le contrôle et la communication de tous les composants d'une installation d'éclairage, par exemple pour régler les couleurs de lumière ou faire varier l'intensité des corps lumineux.
Le M-Bus (Meter-Bus) est utilisé sur le terrain pour collecter les données de consommation. Il fonctionne selon le principe de la demande-réponse ou maître-esclave, la communication est organisée par modulation de tension.
Le Modbus est issu du domaine des automates programmables industriels (API). La norme est basée sur une architecture client/serveur : Le client - par exemple un PC - peut être combiné avec plusieurs serveurs - par exemple des systèmes de mesure et de contrôle.
La norme OCF est actuellement en cours de développement afin d'ouvrir la voie à la pérennité de l'AG classique. Actuellement, environ 500 membres du groupe industriel OCF (Open Connectivity Foundation) élaborent des spécifications pour l'Internet des objets (IoT).
MQTT (Message Queue Telemetry Transport) est le principal protocole réseau pour la communication de machine à machine (M2M). Il est souvent utilisé pour transférer les données des immeubles vers les services cloud de différents opérateurs.
Thread est un protocole radio ouvert pour la transmission de données sans fil entre des appareils à faible consommation d'énergie et à faible taux de transfert de données. Thread offre un support IP natif pour une connexion facile à Internet.
... CAN, Profinet, OPC UA
A cela s'ajoutent d'autres pilotes de protocoles de bus, principalement utilisés dans le domaine de l'automatisation industrielle :
CAN (Controller Area Network) sert à l'échange de données numériques par câble. Cette norme constitue la base de CANopen, un protocole pour les techniques d'automatisation modernes.
Profinet permet de relier des éléments de contrôle distribués à un contrôleur central. La norme ouverte Industrial Ethernet définit les appareils de terrain décentralisés comme des dispositifs d'entrée/sortie (IO-Device) contrôlés par un contrôleur IO.
L'Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) est une architecture indépendante de la plate-forme pour l'échange de données indépendant du fabricant dans l'environnement industriel et l'Internet des objets (IoT).
Si l'on ajoutait à cette liste les protocoles de communication propriétaires, on dépasserait largement la centaine. Cela montre une fois de plus clairement pourquoi la domotique ne peut pas se passer de ses "interprètes".
Des traducteurs indispensables
En ce qui concerne la structure technique, les passerelles universelles de MBS reposent sur le concept suivant : Au centre se trouve le gestionnaire de points de données (DP-Manager), une instance neutre qui sert d'intermédiaire entre tous les pilotes de protocole de bus installés et activés. Lorsque des données arrivent, le pilote de protocole de bus concerné les transmet d'abord au gestionnaire DP. Le gestionnaire DP les attribue ensuite à un ou plusieurs protocoles cibles, selon la programmation. Il existe également une interface pour un bus série et une interface IP qui permet de gérer simultanément plusieurs pilotes de protocole IP. Le plus souvent, une passerelle universelle sert d'intermédiaire entre deux bus différents.
Les interfaces matérielles utilisées dépendent des systèmes de bus. Pour répondre aux différentes exigences techniques, MBS propose ses passerelles en deux gammes - la X-Series et la A-Series. Comme elles sont basées sur une plate-forme firmware, elles sont aussi polyvalentes que flexibles. Et grâce à leur conception modulaire, des cartes d'extension spécifiques peuvent être intégrées directement dans l'appareil. Pour savoir quels protocoles de bus peuvent être combinés avec la série X, consultez la liste des produits. Avec 20 000 ou 40 000 points de données, la série A est l'appareil le plus puissant du marché, mais ne présente qu'un tiers des dimensions des appareils traditionnels. Avec ces gammes de passerelles, il est possible de trouver une solution à presque toutes les exigences spécifiques des clients.
Le point de données d'une passerelle ne désigne d'ailleurs ni un objet spécifique, ni une valeur concrète ou autre. Pour comprendre sa définition, il faut savoir que chaque protocole de bus le définit différemment : En BACnet, par exemple, un point de données désigne le nom et la valeur d'un objet BACnet spécifique. En revanche, dans KNX, il n'y a pas de nom individuel, mais des adresses de groupe plus des valeurs. Selon le système, les points de données peuvent être physiques ou virtuels. Dans le domaine du contrôle-commande, un point de données est un point d'insertion défini avec des valeurs de consigne et des valeurs réelles. Ces définitions varient considérablement d'un point de vue technique, administratif et financier.
Point de données et gestionnaire de points de données
Dans le flux de travail de la passerelle MBS, le point de données se définit comme le transfert d'une information d'un protocole de bus à un autre. Si l'on imagine une passerelle qui "interprète" entre deux systèmes, une adresse technique distincte est définie dans chacun d'eux. Chacune de ces deux adresses représente un point de données. Si des données arrivent avec le premier protocole de bus, la valeur du point de données correspondant à cette adresse technique change. Le gestionnaire DP neutre intervient alors en transmettant ce changement à l'adresse technique du deuxième protocole de communication, le deuxième point de données.
Le transfert d'une information d'un protocole de bus à un autre est compté comme un point de données dans les passerelles universelles MBS.
Les passerelles universelles couvrent tous les domaines : de la climatisation, de l'approvisionnement en eau douce et de l'évacuation des eaux usées aux tâches générales de régulation et aux servomoteurs, en passant par le contrôle d'accès, la commande de l'éclairage et la détection des incendies. Le fabricant de Krefeld les propose depuis le milieu des années 1990. Depuis, ils offrent une grande flexibilité grâce à leur conception modulaire.
Du terrain au cloud
Grâce à cette vaste expérience, MBS s'adapte également aux changements actuels dans le monde de l'automatisation des bâtiments. La demande pour des solutions qui relient les différents corps de métier entre eux se renforce actuellement. Avec le développement de services basés sur le cloud, ces connexions vont au-delà des immeubles individuels, vers l'Internet des objets. MBS a pris en compte cette tendance en faisant évoluer ses passerelles universelles vers des dispositifs de périphérie à l'aide du protocole de bus MQTT. Le fabricant de Krefeld va également suivre la tendance de la communication numérique sans fil - avec Thread - à l'avenir.