1.P-Bus概述及設(shè)計(jì)基礎(chǔ)
P-Bus產(chǎn)品是基于埃施朗Pyxos IO總線的產(chǎn)品,與Lonworks總線可以無縫對(duì)接。要了解P-Bus總線產(chǎn)品,首先要理解P-Bus總線,下面先介紹P-Bus(Pyxos IO)總線。
1.1 P-bus系統(tǒng)的概述
P-bus系統(tǒng)是基于美國Echelon公司開發(fā)的Pyxos嵌入式控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)為基礎(chǔ)的總線技術(shù),它是一種專門擴(kuò)展I/O總線的技術(shù),使用該技術(shù)可以使得任何機(jī)器內(nèi)部的各個(gè)組成部分之間形成智能的數(shù)字控制網(wǎng)絡(luò),它是一種低成本的、網(wǎng)絡(luò)自安裝的技術(shù),而且能夠和現(xiàn)有的基于GB/Z 20177的Lonworks控制網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)技術(shù)結(jié)合,構(gòu)成任意規(guī)模的自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)。
1.2 P-bus系統(tǒng)的特點(diǎn)
基于Pyxos 技術(shù)的P-Bus具有以下特點(diǎn):
(1)、自管理網(wǎng)絡(luò):Pyxos FT網(wǎng)絡(luò)不需要特殊的工具或者專業(yè)的技術(shù)人員就可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的配置,這能夠降低網(wǎng)絡(luò)的安裝和維護(hù)成本,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的即插即用。
(2)、自由拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)布線:基于Pyxos FT技術(shù)的設(shè)備或組件之間相連接時(shí),使用一對(duì)雙絞線,支持多種靈活的連接方式:總線、星形、環(huán)形、菊花鏈形和任意的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),這樣的網(wǎng)絡(luò)安裝方式,可以減少材料和安裝人員成本,此外,由于只使用一對(duì)雙絞線,意味著能夠有效降低由于線路原因所導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)故障。
(3)、鏈路電源技術(shù)(Link Power): Pyxos FT技術(shù),支持在一對(duì)雙絞線上,既傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào),又能傳輸24V的交流或直流電,也就是說,基于Pyxos FT技術(shù)的設(shè)備,可以同時(shí)從通信數(shù)據(jù)線上取得工作電源。這些特點(diǎn),特別適合那些不能為設(shè)備提供本地供電方式的應(yīng)用場合。
(4)、無極性的網(wǎng)絡(luò)連接:Pyxos FT技術(shù)使用曼切斯特編碼方式,采用雙相PSK調(diào)制,載波頻率與通信位速率相同,即載波頻率312.5KHZ,通信速率為312.5kbps,另外在波形的調(diào)制成形方面,充分考慮到使通信信號(hào)實(shí)現(xiàn)最小的反射。通信中,使用前導(dǎo)編碼,實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)無極性,從而避免由于安裝錯(cuò)誤引發(fā)的故障。
(5)、高可靠性的通信:由于物理層通信收發(fā)器和通訊協(xié)議已經(jīng)集成在一個(gè)芯片上,該芯片是采用MLF20封裝形式,大小為5平方毫米,能夠?qū)崿F(xiàn)高可靠性的數(shù)據(jù)通訊。
(6)、強(qiáng)大的兼容性:不同廠家的元件、軟件在TCP/IP, RS485等協(xié)議下可以無縫兼容,可保障系統(tǒng)運(yùn)行、維保的穩(wěn)定性。P-bus樓宇智能安裝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是分布總線式結(jié)構(gòu),系統(tǒng)內(nèi)一個(gè)主設(shè)備(Pilot節(jié)點(diǎn))下的各從設(shè)備(Point節(jié)點(diǎn))是對(duì)等關(guān)系,不依賴于其他從設(shè)備。
(7)、強(qiáng)大的擴(kuò)展性:任何從設(shè)備的損壞不會(huì)影響到系統(tǒng)中其他設(shè)備和功能的運(yùn)行,維護(hù)保養(yǎng)方便。系統(tǒng)具有強(qiáng)大的可擴(kuò)展性,針對(duì)于功能的增加或控制回路、電氣的增加,只需增加掛接相應(yīng)的主設(shè)備和從設(shè)備,系統(tǒng)內(nèi)原有的硬件、接線無需改動(dòng)便能達(dá)到要求。
(8)、方便布線施工:整個(gè)系統(tǒng)只需要一條P-bus總線進(jìn)行連接,沒有大量的電纜敷設(shè)和繁雜的控制設(shè)計(jì)。控制模塊安裝在智能控制箱內(nèi)?,F(xiàn)場控制面板只需一條P-bus總線進(jìn)行連接,采用24V安全電壓供電的方式,安全可靠,操作方便。
(9)、節(jié)約能源、方便管理、維護(hù):功能和控制的修改方便靈活,只需少量的程序調(diào)整,不需要現(xiàn)場重新布線就可以實(shí)現(xiàn)。此外,可節(jié)約能源,提高效率。通過將時(shí)鐘,光線控制設(shè)定使系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行到最佳狀態(tài),合理節(jié)約能源,方便管理和維護(hù)。
(10)、安裝使用方便:所有控制模塊均為模數(shù)化產(chǎn)品,采用標(biāo)準(zhǔn)35mm導(dǎo)軌安裝方式,安裝尺寸符合普通標(biāo)準(zhǔn)照明配電箱的規(guī)格。所有現(xiàn)場控制面板及移動(dòng)感應(yīng)器均采用標(biāo)準(zhǔn)86盒嵌墻安裝方式,施工簡單,并且不同的面板及idong感應(yīng)器可隨時(shí)互換、控制功能變更方便。
1.3 P-bus系統(tǒng)的通信協(xié)議
P-bus系統(tǒng)通信協(xié)議是基于Pyxos通訊協(xié)議,是一種基于分時(shí)復(fù)用技術(shù)(TDM)的鏈路層數(shù)據(jù)通信協(xié)議,使用雙相PSK信號(hào)調(diào)制技術(shù)。所有設(shè)備都能夠周期地、可預(yù)測地取得網(wǎng)路的使用權(quán),也就是說,設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)確定性的操作;在數(shù)據(jù)報(bào)中沒有地址信息,只有數(shù)據(jù),沒有額外的數(shù)據(jù)開銷;網(wǎng)路可以始終運(yùn)行,不需要使用長的前導(dǎo)報(bào)文來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備間的同步,因而可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速通信;不需要使用心跳技術(shù),正常的設(shè)備在每一個(gè)屬于自己的時(shí)間片都會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù),這樣能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)的管理。Pyxos通信協(xié)議是一個(gè)嚴(yán)格遵循主/從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的協(xié)議,在一個(gè)Pyxos網(wǎng)絡(luò)中可以有一個(gè)主設(shè)備(Pilot節(jié)點(diǎn))和最多32從設(shè)備(Point節(jié)點(diǎn))。所有的通信均通過Pilot,在不同的從設(shè)備Point之間不支持報(bào)文路由。Pyxos通信使用短的數(shù)據(jù)包進(jìn)行通信,Pyxos網(wǎng)絡(luò)中有限的設(shè)備數(shù)目可以限制MAC延時(shí)。
1.4 P-bus系統(tǒng)的構(gòu)成
基于Pyxos網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的設(shè)備連接構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)時(shí),網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲С挚偩€拓?fù)浜妥杂赏負(fù)鋬煞N方式??偩€拓?fù)淙鐖D一所示,自由拓?fù)淙鐖D二所示。圖中P代表Pyxos中的Point節(jié)點(diǎn)。
使用總線拓?fù)鋾r(shí),總線的最大長度為400米,分支長度可以為0.3米,在總線的兩端各是一個(gè)阻抗為105歐姆的阻容網(wǎng)絡(luò)組成的終端匹配器。
對(duì)于自由拓?fù)浞绞剑琍yxos網(wǎng)絡(luò)所有的連線最長為100米,在網(wǎng)絡(luò)的任意位置使用一個(gè)阻抗為52歐姆的阻容網(wǎng)絡(luò)作為終端匹配器。
在Pyxos網(wǎng)絡(luò)中,Pilot和Point節(jié)點(diǎn)均使用一個(gè)Pyxos芯片。
1.5 基于 P-bus系統(tǒng)的設(shè)備
P-bus總線技術(shù)基于Pyxos嵌入式控制網(wǎng)絡(luò),Pilot作為主設(shè)備,Point作為從設(shè)備,一個(gè)Pilot節(jié)點(diǎn)最多可以管理32個(gè)Point節(jié)點(diǎn)。Pilot節(jié)點(diǎn)必須使用一個(gè)主處理器,一個(gè)典型的Pilot設(shè)計(jì)如圖3所示。
說明:對(duì)于上面的描述,其中Pilot就是P-Bus產(chǎn)品的主節(jié)點(diǎn),相當(dāng)于樓宇自動(dòng)化中的DDC,也就是現(xiàn)場智能控制器,對(duì)于P-Bus產(chǎn)品來說,也就是智能控制器,而P(Point)代表的是子節(jié)點(diǎn),也就是P-Bus產(chǎn)品的現(xiàn)場模塊,如:開閉模塊、調(diào)光模塊、智能面板、溫濕度模塊、DI模塊等等,相當(dāng)于樓宇自動(dòng)化中的各個(gè)擴(kuò)展模塊或輸入輸出模塊。主節(jié)點(diǎn)(智能控制器)與子節(jié)點(diǎn)(現(xiàn)場輸入輸出控制模塊)通過P-Bus總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),可以是總線手拉手接線方式,也可以是樹葉類型的自由拓?fù)涞慕泳€方式,兩種不同的接線方式主要是總線距離會(huì)有所區(qū)別,總線手拉手方式下,距離為400米,自由拓?fù)浞绞较?,距離為100米。
另外需要注意的是,P-Bus在一個(gè)Pilot(主節(jié)點(diǎn))下面,目前只允許有32個(gè)Point從節(jié)點(diǎn),也就是說在一個(gè)P-Bus智能控制器下面,目前最多允許掛接現(xiàn)場模塊32個(gè),如果大于這個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)量,需要增加P-Bus智能控制器,在P-Bus智能控制器上面構(gòu)建更大的網(wǎng)絡(luò)。
P-Bus因?yàn)槠涮匦?,為工程提供了極大的便利性:
(1)接線方式靈活,可以手拉手接,也可以隨便的樹形接法-意即自由拓?fù)洌?/span>
(2)接線不要擔(dān)心接錯(cuò),總線采用兩芯雙腳線,沒有正負(fù)之類的極性或者RS485之類的A、B之分,正接、反接都一樣;
(3)高速率,在最大距離模式下,比KNX、RS485等任何一種總線都快;
(4)高可靠,與RS485采用電平信號(hào)傳輸不一樣,P-Bus采用的是調(diào)制解調(diào)的專業(yè)通信方式進(jìn)行通信,其可靠性與RS485的不是一種級(jí)別的技術(shù)。
1.6.P-Bus產(chǎn)品典型的系統(tǒng)架構(gòu)
說明:對(duì)于上面的描述,其中Pilot就是P-Bus產(chǎn)品的主節(jié)點(diǎn),相當(dāng)于樓宇自動(dòng)化中的DDC,也就是現(xiàn)場智能控制器,對(duì)于P-Bus產(chǎn)品來說,也就是智能控制器,而P(Point)代表的是子節(jié)點(diǎn),也就是P-Bus產(chǎn)品的現(xiàn)場模塊,如:開閉模塊、調(diào)光模塊、智能面板、溫濕度模塊、DI模塊等等,相當(dāng)于樓宇自動(dòng)化中的各個(gè)擴(kuò)展模塊或輸入輸出模塊。主節(jié)點(diǎn)(智能控制器)與子節(jié)點(diǎn)(現(xiàn)場輸入輸出控制模塊)通過P-Bus總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò),可以是總線手拉手接線方式,也可以是樹葉類型的自由拓?fù)涞慕泳€方式,兩種不同的接線方式主要是總線距離會(huì)有所區(qū)別,總線手拉手方式下,距離為400米,自由拓?fù)浞绞较?,距離為100米。
另外需要注意的是,P-Bus在一個(gè)Pilot(主節(jié)點(diǎn))下面,目前只允許有32個(gè)Point從節(jié)點(diǎn),也就是說在一個(gè)P-Bus智能控制器下面,目前最多允許掛接現(xiàn)場模塊32個(gè),如果大于這個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)量,需要增加P-Bus智能控制器,在P-Bus智能控制器上面構(gòu)建更大的網(wǎng)絡(luò)。
P-Bus因?yàn)槠涮匦?,為工程提供了極大的便利性:
(1)接線方式靈活,可以手拉手接,也可以隨便的樹形接法-意即自由拓?fù)洌?/span>
(2)接線不要擔(dān)心接錯(cuò),總線采用兩芯雙腳線,沒有正負(fù)之類的極性或者RS485之類的A、B之分,正接、反接都一樣;
(3)高速率,在最大距離模式下,比KNX、RS485等任何一種總線都快;
(4)高可靠,與RS485采用電平信號(hào)傳輸不一樣,P-Bus采用的是調(diào)制解調(diào)的專業(yè)通信方式進(jìn)行通信,其可靠性與RS485的不是一種級(jí)別的技術(shù)。
1.6.P-Bus產(chǎn)品典型的系統(tǒng)架構(gòu)
從上圖可以看出,P-Bus產(chǎn)品分為三層,(1)最下層為基于P-Bus總線的現(xiàn)場輸入、輸出模塊,如:開閉、繼電器輸出、調(diào)光、開關(guān)量輸入、模擬量輸入、模擬量輸出、溫濕度模塊、溫度控制器、無線接入等,這些模塊作為P-Bus總線的子節(jié)點(diǎn);(2)中間為P-Bus總線的主節(jié)點(diǎn),也就是智能控制器,它是可編程的,支持樓宇自動(dòng)化(BA)、建筑環(huán)境與節(jié)能、智能照明、家庭智能化、機(jī)房智能化、客房控制及工業(yè)控制的編程邏輯,如:延時(shí)、調(diào)節(jié)、PID、開關(guān)、加減乘除運(yùn)算、與或非邏輯運(yùn)算、場景控制等等,是完全開放性的圖形化編程設(shè)計(jì),相比于國內(nèi)其他產(chǎn)品,該控制器是編程最為靈活,支持功能最多的照明、建筑環(huán)境、智能家居控制器;(3)最上層為中控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)層,在實(shí)際應(yīng)用中,有的場所不配置,是作為可選的部分。
注意:如果下層P-Bus從節(jié)點(diǎn)(各個(gè)輸入輸出、控制模塊)大于一個(gè)智能控制所容納的數(shù)量,則需要增加智能控制器,各個(gè)智能控制器在同一層次構(gòu)建上層網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)可以選擇RS485、TCP/IP以太網(wǎng)、Lonworks等;作為第三方接口,如:KNX、Bacnet及其它第三方產(chǎn)品將在智能控制器這邊接入。
主節(jié)點(diǎn)(智能控制器)是開放性的,支持Modbus、Lonworks等協(xié)議。
1.7 P-Bus產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域
由于P-Bus產(chǎn)品是可編程的系統(tǒng),并且把信號(hào)模塊分為了數(shù)字量、模擬量和多媒體,對(duì)應(yīng)提供了相應(yīng)的現(xiàn)場模塊及集成解決方案,這就使得P-Bus產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域非常寬廣,幾乎涵蓋所有的機(jī)電監(jiān)控領(lǐng)域,它采用了DCS系統(tǒng)設(shè)計(jì),是工業(yè)級(jí)的解決方案,在樓宇智能化領(lǐng)域,主要適應(yīng)以下應(yīng)用:
-智能照明控制 -建筑環(huán)境與節(jié)能控制 -智能家居
-酒店照明及客房控制 -機(jī)房環(huán)境監(jiān)控 -能源管理
-辦公樓智能控制系統(tǒng) -會(huì)議室智能控制
系統(tǒng)既可以在公共建筑中,如:寫字樓、辦公樓、酒店、商場、圖書館、博物館、體育館、廣場、城市綜合體等使用,也可以用于家庭,如:別墅、普通住宅等。
1.8 P-bus系統(tǒng)結(jié)構(gòu)注意事項(xiàng)
上述中提到P-Bus基于Pyxos FT技術(shù),支持在一對(duì)雙絞線上,既傳輸網(wǎng)絡(luò)數(shù)字信號(hào),又能傳輸24V的交流或直流電,也就是說,基于Pyxos FT技術(shù)的設(shè)備,可以同時(shí)從通信數(shù)據(jù)線上取得工作電源。這些特點(diǎn),只適合一定負(fù)載范圍內(nèi)使用,一旦一條P-bus總線上的Point節(jié)點(diǎn)負(fù)載總電流超過240A時(shí),此時(shí),P-bus總線上的電流已經(jīng)不能夠驅(qū)動(dòng)該總線上智能模塊正常工作,而應(yīng)當(dāng)給該總線上的智能輸出模塊單獨(dú)本地供電,供電電源仍為24V的交流或直流電。
P-bus總線上的智能繼電器輸出模塊所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載有容性負(fù)載,阻性負(fù)載,感性負(fù)載之分。設(shè)計(jì)使用過程中應(yīng)充分考慮在不同負(fù)載情況下的啟動(dòng)電流及實(shí)際工作電流。以免超負(fù)荷造成設(shè)備損壞。
通常情況下,一般把負(fù)載帶電感參數(shù)的負(fù)載,即符合和電源相比負(fù)載電流滯后負(fù)載電壓一個(gè)相位差的特性的負(fù)載為感性(如負(fù)載為電動(dòng)機(jī);變壓器;)。通俗地說,即應(yīng)用電磁感應(yīng)原理制作的大功率電器產(chǎn)品,如電動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、繼電器、日光燈等等。
這類產(chǎn)品在啟動(dòng)時(shí)需要一個(gè)比維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需電流大得多(大約在3-7倍)的啟動(dòng)電流。
感性負(fù)載、阻性負(fù)載:對(duì)于燈具來講,靠氣體導(dǎo)通發(fā)光的燈具就是感性負(fù)載,靠電阻絲發(fā)光的屬于阻性負(fù)載,感性負(fù)載如:日光燈、高壓鈉燈、汞燈、金屬鹵化物燈等。
阻性負(fù)載如:碘鎢燈、白熾燈、電阻爐、烤箱、電熱水器、熱油汀等。電機(jī)也屬于感性負(fù)載。
幾種常用燈光的實(shí)際工作電流:(在電網(wǎng)電壓220V情況下)
1、400W高壓鈉燈單只燈,工作電流為3.1~3.3A。
2、250W高壓鈉燈單只燈,工作電流為2.0~2.3A。
3、400W金屬鹵化物燈單只燈,工作電流為2.0~2.2A。
4、250W金屬鹵化物燈單只燈,工作電流為1.4~1.6A。
5、電感式鎮(zhèn)流器40W日光燈單只燈,工作電流為0.28~0.30A。
6、電子式鎮(zhèn)流器40W日光燈單只燈,工作電流為0.14~0.16A。
根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知,燈光耗電除燈光本身外,鎮(zhèn)流器也消耗電能。
由于編程軟件內(nèi)供一個(gè)Pilot節(jié)點(diǎn)(智能控制器)及其附屬Point節(jié)點(diǎn)(從設(shè)備)使用的I/O節(jié)點(diǎn)數(shù)共255個(gè),在設(shè)計(jì)回路時(shí),需要根據(jù)IO變量的數(shù)量確定P-Bus總線上掛接現(xiàn)場模塊的數(shù)量,在一個(gè)智能控制器(P-Bus主節(jié)點(diǎn))下面,所有模塊的輸入輸出回路的最大數(shù)量最多為255個(gè)。
2. P-Bus系統(tǒng)的組成
P-Bus系統(tǒng)設(shè)計(jì)包含了現(xiàn)場控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)兩大部分,其中現(xiàn)場控制系統(tǒng)由安裝在現(xiàn)場的智能控制器(P-Bus主節(jié)點(diǎn))和現(xiàn)場控制模塊(P-Bus從節(jié)點(diǎn))及相關(guān)的傳感器或受控設(shè)備組成?,F(xiàn)場系統(tǒng)是不依賴計(jì)算機(jī)的獨(dú)立系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是以軟件為基礎(chǔ)的圖形化監(jiān)控系統(tǒng),在需要中央監(jiān)控時(shí)需要配置。