Το Ethernet ενός ζεύγους μπορεί να βοηθήσει στην επίτευξη καθαρού μηδενικού CO2 εκπομπών
- Απελευθερώστε το:2023-11-15
Ένας θεμελιώδης παράγοντας για την επίτευξη του Net Zero είναι η μείωση των εκπομπών CO2 σε όλες τις βιομηχανίες.Σύμφωνα με τη Διεθνή Ένωση Ενέργειας (IEA), ο κτιριακός τομέας δεν βρίσκεται σε καλό δρόμο για να ανταποκριθεί στους στόχους εκπομπής του Global 2050 Net Zero CO2, συγκεκριμένα ο στόχος του 2030 35% λιγότερη κατανάλωση ενέργειας ανά τετραγωνικό μέτρο σε σύγκριση με το 2021.
Τα κτίρια αντιπροσωπεύουν σήμερα το 30% της παγκόσμιας κατανάλωσης ενέργειας και υπάρχει ανησυχία ότι οι στόχοι εκπομπών δεν θα επιτευχθούν εκτός εάν η βιομηχανία αναλάβει συγκεκριμένες ενέργειες για την ψηφιοποίηση των συστημάτων και την εφαρμογή αυτοματισμού.Για την υλοποίηση αποτελεσματικής αυτοματοποίησης απαιτείται περισσότερη λήψη δεδομένων σε πραγματικό χρόνο σε επίπεδο που υπερβαίνει την τρέχουσα χωρητικότητα παραγωγής και την ανταπόκριση της κληρονομιάς που βασίζεται σε RS-485 υποδομές.Επιπλέον, οι συσκευές σύνδεσης και τα συστήματα κτιρίων στο δίκτυο τους εκθέτουν σε κυβερνοεπιτάξεις, απαιτώντας προηγμένη ασφάλεια πέρα από τις τρέχουσες δυνατότητες αυτών των δικτύων παλαιού τύπου.
Το ενιαίο ζεύγος Ethernet μπορεί να βοηθήσει την οικοδομική βιομηχανία να ανταποκριθεί στα καθαρά μηδενικά στόχους ενώ υποστηρίζει την αυτοματοποίηση με βάση την AI με ασφάλεια και οικονομικά.Το Ethernet ενός ζεύγους επιτρέπει τη σύνδεση μεγάλης προστασίας με την άκρη τόσο για τις εγκαταστάσεις Greenfield όσο και για εγκαταστάσεις εκσυγχρονισμού, καθιστώντας το ένα κρίσιμο εργαλείο για την απρόσκοπτη μεταφορά δεδομένων μεταξύ των περιοχών IT και OT.
Ψηφιοποίηση για εξοικονόμηση ενέργειας
Ενώ η διδασκαλία των ανθρώπων πώς να διατηρηθεί η ενέργεια μπορεί να είναι αποτελεσματική, οι μελέτες περιπτώσεων του IEA δείχνουν την αυτοματοποίηση και όχι την αλλαγή συμπεριφοράς ως το μεγαλύτερο δυναμικό για τη μείωση της ενέργειας.
Η αύξηση της ψηφιοποίησης των εμπορικών κτιρίων θα επιτρέψει στους φορείς εκμετάλλευσης όχι μόνο να μετρήσουν τις επιχειρησιακές βελτιώσεις, αλλά και να παράσχουν τα θεμέλια για τον επιχειρησιακό αυτοματισμό.
Με την πρόσβαση στις σωστές δυνατότητες των αισθητήρων και των δυνατοτήτων ελέγχου, είναι δυνατόν να βελτιστοποιηθεί η λειτουργία των κτιρίων για τη μείωση της κατανάλωσης ενέργειας ενώ εξυπηρετεί καλύτερα τους ανθρώπους μέσα.
Για παράδειγμα, η ανάγκη βελτίωσης της ποιότητας του αέρα εσωτερικού χώρου θέτει πρόσθετες απαιτήσεις για την οικοδόμηση.Οι νέοι κανονισμοί όπως το ANSI/ASHRAE 62.1 απαιτούν την πρόσληψη περισσότερου εξωτερικού αέρα και μπορεί να απαιτηθούν πρόσθετα ποσά για να εξασφαλιστεί οι βέλτιστες πρακτικές για την υγεία και την υγιεινή.Αυτά τα πρότυπα εξαερισμού θα οδηγήσουν σε αυξημένη κατανάλωση ενέργειας, πράγμα που σημαίνει ότι η ζήτηση ενέργειας θα πρέπει να μειωθεί περαιτέρω.Για να επιτευχθεί η βέλτιστη λειτουργία, τα συστήματα θέρμανσης, εξαερισμού και κλιματισμού (HVAC) σε ένα κτίριο πρέπει να είναι σε θέση να εργαστούν.
Οι συγκλίνουσες λειτουργίες HVAC, τα συστήματα φωτισμού, πυρκαγιάς και πρόσβασης απαιτούν πρόσβαση στα σωστά δεδομένα και ελέγχους.Αυτά επιτρέπουν τη βελτιστοποίηση της AI και της μηχανικής μάθησης να καθορίζουν την ιδανική χρήση του φωτός, της θέρμανσης ή της ψύξης με βάση την τρέχουσα και προγραμματισμένη δραστηριότητα των ανθρώπων.Επιτρέπουν τον έλεγχο της ροής αέρα για να βοηθήσουν στην κατάλληλη ποιότητα του αέρα εσωτερικού χώρου, ενώ εξισορροπούν την κατανάλωση ενέργειας.
Ωστόσο, είναι δύσκολο να συγκλίνουν δεδομένα από πολλαπλά συστήματα, καθώς οι ξεχωριστοί προμηθευτές διατηρούν ξεχωριστές βάσεις δεδομένων, οδηγώντας σε σιλό δεδομένων.Η πρόκληση είναι να φέρουμε μαζί τις ποικίλες πηγές δεδομένων σε ένα μόνο παράθυρο γυαλιού, έτσι ώστε οι τάσεις να μπορούν να συγκριθούν και να εφαρμοστούν αναλύσεις για να δώσουν νέες γνώσεις, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.
Εκσυγχρονισμός της υποδομής
Το κλειδί για τη συγχώνευση των πολλών διαφορετικών πηγών δεδομένων μέσα σε ένα κτίριο είναι η υποδομή μέτρησης και συνδεσιμότητας.Παραδοσιακά, οι αισθητήρες και οι έλεγχοι σε εμπορικά κτίρια έχουν συνδεθεί μέσω ενσύρματων σειριακών συνδέσεων επικοινωνίας χρησιμοποιώντας πομποδέκτες RS-485 και πρωτόκολλα όπως Bacnet, Modbus και Lonworks.
Το RS-485 είναι μια κληρονομική διεπαφή που περιορίζεται τόσο στην απόδοση όσο και στην ασφάλεια.Για παράδειγμα, ο μέγιστος ρυθμός baud για το BACNET MS/TP, ένα κοινό πρωτόκολλο αυτοματισμού κτιρίου που εκτελείται σε φυσικό στρώμα RS-485, είναι 115,2kbps.Τα πρωτόκολλα επικοινωνίας Legacy όπως το BACNET και το MODBUS σχεδιάστηκαν για κλειστά δίκτυα και δεν είχαν ενσωματωμένες δυνατότητες κρυπτογράφησης και ελέγχου ταυτότητας.Αυτό δημιουργεί απειλή στον κυβερνοχώρο, καθώς αυτές οι συσκευές συνδέονται με το Διαδίκτυο μέσω πύλης σε υποδομές πληροφορικής.
Το Ethernet ενός ζεύγους, ειδικά το 10Base-T1L, είναι μια νέα μέθοδος επικοινωνίας που επικυρώθηκε τον Νοέμβριο του 2019, IEEE 802.3cg, η οποία τώρα αναπτύσσεται σε κτίρια.Ενσύρματο καλώδιο σειριακού συνδέσμου που χρησιμοποιείται για RS-485 Runs μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί με δεδομένα Ethernet 10Base-T1L που εκτελούνται πάνω του για να προσαρμόσουν την υπάρχουσα υποδομή σε ένα ενιαίο ζεύγος Ethernet.
Αυτό έχει πολλά οφέλη.Οι κόμβοι μπορούν τώρα να υποστηρίξουν υψηλότερα εύρος ζώνης έως και 10Mbps.Οι κόμβοι είναι επίσης διευθύνσεις IP, απλοποιώντας τη διαχείριση των συσκευών.Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι η επίτευξη αυξάνεται σε 1 χλμ., Το οποίο αρκεί για να υποστηρίξει τα μέγιστα μήκη που χρησιμοποιούνται για τις υπάρχουσες διαδρομές καλωδίωσης RS-485.Πρόκειται για μια αξιοσημείωτη βελτίωση σε σχέση με το πρότυπο όριο 10Mbps/100Mbps Ethernet μόλις 100m.
Το IEEE 802.3CG καθορίζει την κλάση 15 και επιτρέπει την αποστολή ισχύος έως και 52W ισχύος μέσω ενός καλωδίου στριμμένα ζεύγη μαζί με δεδομένα 10Base-T1L.Η ισχύς των ελεγκτών Ethernet επιτρέπει στα συστήματα να παρέχουν ισχύ σε μια σειρά από τελικές συσκευές.Οι παραλλαγές στην ποιότητα των καλωδίων σημαίνουν ότι η παράδοση ισχύος συνιστάται μόνο για νέες εγκαταστάσεις.
Ως πρώτο βήμα προς την ψηφιοποίηση, έχουν αναπτυχθεί ελεγκτές κτιρίων που χρησιμοποιούν πρότυπα 10Mbps/100Mbps Ethernet, επικοινωνώντας με εκδόσεις με βάση το Ethernet αυτών των πρωτοκόλλων κληρονομιάς, που ονομάζονται BACNET/IP και MODBUS TCP/IP.Οι συσκευές BACNET/IP χρησιμοποιούν τα ίδια αντικείμενα δεδομένων με τις συσκευές Legacy Bacnet MS/TP, οπότε είναι εύκολο να εφαρμόσετε ένα σύστημα με τους δύο τύπους συσκευών.
Οι εγκαταστάσεις που συνδέονται με το Ethernet με πρωτόκολλα που βασίζονται σε IP, όπως το BACNET/IP και το MODBUS TCP/IP που υποστηρίζουν τα σύγχρονα μέτρα για την ασφάλεια στον κυβερνοχώρο αυξάνονται.Το BACNET διαθέτει περίπου 60% μερίδιο αγοράς παγκοσμίως και περίπου το 80% των νέων εγκαταστάσεων χρησιμοποιεί σειριακές επικοινωνίες με βάση το RS-485.Η Έρευνα και η Ένωση Πληροφοριών Υπηρεσιών Κτιρίων εκτιμά ότι το 2019, το 5% των αισθητήρων HVAC ήταν ασύρματα με χαμηλότερη αξιοπιστία σύνδεσης και την ανάγκη για μπαταρίες που περιορίζουν όπου αυτό μπορεί να υιοθετηθεί.
Βελτιωμένες επικοινωνίες
Τα συστήματα θέρμανσης και ψύξης διαθέτουν πολλαπλά εξαρτήματα που πρέπει να ανταλλάσσουν πληροφορίες για την επίτευξη του σημείου ρύθμισης της θερμοκρασίας, συμπεριλαμβανομένων των θερμοστάτων, των ελεγκτών, των μονάδων χειρισμού αέρα και των μεταβλητών μονάδων όγκου αέρα.Η επιτάχυνση της συχνότητας επικοινωνίας από τα κοινά ποσοστά σειριακών baud των 9,6kbps-115.2kbps σε ένα εύρος ζώνης Ethernet των 10Mbps είναι μια σημαντική αύξηση της διακίνησης δεδομένων.
Υπάρχουν πολλά σημαντικά οφέλη που έρχονται με τέτοιες επικοινωνίες με βάση το IP υψηλής ταχύτητας.Το πρώτο είναι ότι οι διαχειριστές κτιρίων μπορούν να αντιμετωπίσουν τα αναλυτικά στοιχεία όχι τα δείγματα.Οι αργοί ρυθμοί δεδομένων της επικοινωνίας παλαιού τύπου σημαίνει ότι πρέπει να δώσουν προτεραιότητα σε ποια δεδομένα συλλέγονται και να το δοκιμάζουν.Με το Ethernet ενός ζεύγους, οι διαχειριστές μπορούν να σταματήσουν να ανησυχούν για τα ποσοστά δειγματοληψίας σειριακής επικοινωνίας και να επικεντρωθούν στην ανάπτυξη προηγμένων αναλυτικών στοιχείων που μπορούν τώρα να εκτελέσουν με τα πρόσθετα δεδομένα που μπορούν να συλλεχθούν από το σύστημα.
Τα πρόσθετα δεδομένα επιτρέπουν μεγαλύτερη εξοικονόμηση ενέργειας μέσω ταχύτερων βρόχων ελέγχου ή υπολογιστικά εντατικές βελτιστοποιήσεις ενέργειας χρησιμοποιώντας μοντέλα και εισόδους αισθητήρων σε πραγματικό χρόνο.
Οι σειριακές επικοινωνίες με κληρονομιά απαιτούν μια πύλη για τη μετατροπή των δεδομένων από τις συσκευές άκρων σε πακέτα που βασίζονται σε Ethernet πριν την περάσουν στο σύννεφο.Η αναβάθμιση των ενσύρματων σειριακών συνδέσεων επικοινωνίας με το Ethernet ενός ζεύγους, 10Base-T1L, εξαλείφει αυτές τις πύλες ενώ επαναχρησιμοποιεί την υπάρχουσα καλωδίωση.Αυτό αποφεύγει τα σιλό δεδομένων, μειώνει τα σημεία αποτυχίας, εξαλείφει το κόστος των πύλων και οδηγεί στη συνολική λανθάνουσα κατάσταση.
Ένα άλλο όφελος είναι η ανταπόκριση.Τα πρωτόκολλα επικοινωνίας και το λογισμικό που εκτελούνται σε πύλες επιβραδύνουν τον χρόνο απόκρισης στη σειρά των δευτερολέπτων, ενώ οι εφαρμογές αυτοματισμού, όπως η παρακολούθηση I/O ενδέχεται να απαιτούν 100ms ή χαμηλότερη καθυστέρηση.Η υψηλότερη απόδοση του ενιαίου ζεύγους Ethernet σε συνδυασμό με την εξάλειψη των πύλων σημαίνει ταχύτερη απόδοση, ώστε τα συστήματα να μπορούν να ανταποκριθούν σε πραγματικό χρόνο.
Ασφάλεια
Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις που αντιμετωπίζει η οικοδόμηση ψηφιοποίησης είναι η σύγκλιση των τομέων πληροφορικής και ΟΤ.Είναι δυνατόν να αναβαθμιστεί η ασφάλεια σε δίκτυα OT Field Bus που βασίζεται στο Legacy RS-485 με την αναβάθμιση σε πρωτόκολλα όπως το BACNET/SC, αλλά αυτό είναι δαπανηρό, χρονοβόρο και μπορεί να χάσει τα τρωτά σημεία στο υπάρχον σύστημα.Η αποτελεσματική ασφάλεια είναι κρίσιμη - τα συστήματα αυτοματοποίησης κτιρίων έλαβαν τις περισσότερες κυβερνοεπιχειρήσεις μεταξύ όλων των βιομηχανικών συστημάτων ελέγχου.Μια μελέτη του 2020 από τον Kaspersky διαπίστωσε ότι ήταν υψηλότερη από την κατασκευή πετρελαίου, αερίου, ενέργειας και αυτοκινήτων.
Το πρωτόκολλο Serial Communication του Legacy έχει προσαρμοστεί στο BACNET/SC12, το οποίο υποστηρίζει ασφαλείς επικοινωνίες σε ενσύρματο σειριακό σύνδεσμο που επιτρέπει κρυπτογράφηση.Όλες οι συσκευές BACNET στο δίκτυο πρέπει να αναβαθμιστούν ταυτόχρονα για να επωφεληθούν πλήρως από αυτές τις νέες δυνατότητες.Ο υφιστάμενος εξοπλισμός που χρησιμοποιεί το Legacy Bacnet θα πρέπει να επανασχεδιαστεί και να εξυπηρετηθεί για να προσθέσει τις πρόσθετες λειτουργίες κρυπτογραφίας που απαιτούνται για το BACNET/SC.Το Ethernet ενός ζεύγους, ειδικά το 10Base-T1L, επιτρέπει έναν κόμβο ακμής που είχε συνδεθεί χρησιμοποιώντας ενσύρματες, ανασφαλείς σειριακές επικοινωνίες όπως το BACNET να αναβαθμίζονται και να συνδεθούν χρησιμοποιώντας το πρωτόκολλο BACNET/IP που εκτελεί την ασφάλεια με βάση το Ethernet.Είναι σημαντικό ότι αυτό επιτυγχάνεται χωρίς να τρέχει νέα, δαπανηρά καλώδια Ethernet κατά μήκος των υφιστάμενων διαδρομών σήματος.
Με την αναβάθμιση των συσκευών σε δίκτυα OT για την εκτέλεση ασφαλών πρωτοκόλλων που βασίζονται σε Ethernet, μπορεί να μετριαστεί μεγάλο μέρος του κινδύνου που σχετίζονται με κυβερνοεπιτάξεις.Το Ethernet ενός ζεύγους, 10Base-T1L, έχει την υπόσχεση να επιτρέψει τη μετάβαση από την ανασφαλής επικοινωνία κληρονομιάς για την εξασφάλιση επικοινωνιών που βασίζονται σε Ethernet με μία γενιά αναβαθμίσεων υλικού ενώ επαναχρησιμοποιούν την υπάρχουσα υποδομή καλωδίωσης.
Το ενιαίο ζεύγος Ethernet, 10Base-T1L, είναι μια σημαντική τεχνολογία που φέρνει συνδεσιμότητα IP στην άκρη, βελτιώνοντας την ασφάλεια, επαναχρησιμοποιώντας την καλωδίωση, τη σύγκλιση και τα δίκτυα OT και ακόμη και την παροχή ισχύος.Με σημαντικά υψηλότερη απόδοση, την εξάλειψη των πύλων και την προηγμένη ασφάλεια, το ενιαίο ζεύγος Ethernet θα βοηθήσει την οικοδομική βιομηχανία να επιτύχει τον στόχο των εκπομπών του IEA Net Zero 2030.Ο εκσυγχρονισμός της επικοινωνιακής υποδομής των κτιρίων θα παρέχει πρόσβαση σε δεδομένα σε πραγματικό χρόνο μέσα σε ένα κτίριο, ενώ παράλληλα εξαλείφει τα σιλό δεδομένων και επιτρέποντας ένα μόνο παράθυρο της γυάλινης προσέγγισης στη διαχείριση.Εκτός από το ταχύτερο κλείσιμο βρόχου ελέγχου για τα συμβατικά συστήματα ελέγχου και την υποστήριξη για βελτιστοποιήσεις AI και ML, οι διαχειριστές θα μπορούν να δημιουργούν γνώσεις που μπορούν να ενεργοποιηθούν που οδηγούν σε σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας.
