개요
건물 운영자는 HVAC(난방, 환기 및 공기 조절) 및 조명과 같은 시스템을 운영 데이터 활용을 통해 최적화함으로써 지속 가능성과 에너지 효율 목표를 달성할 수 있는 기술을 찾고 있습니다. 이러한 데이터의 가치를 최대한 실현하기 위해서는 고급 연결성과 제어 시스템이 필수적입니다.
본 문서는 건물 관리 시스템(BMS)에서 이더넷 및 디지털 제어기(DDC, 또는 빌딩 컨트롤러)의 사용 이점을 중점적으로 설명하며, 10BASE-T1L 프로토콜이 일반적인 BMS 아키텍처에 어떻게 통합되는지를 설명합니다. 10 Mbps의 데이터 속도, 다양한 토폴로지 지원, 단일 트위스트 페어 케이블을 통한 전력 공급 기능을 바탕으로, 10BASE-T1L은 포인트 투 포인트, 링형, 라인형 네트워크 구성에서 DDC 컨트롤러 및 엣지 노드에 원활한 이더넷 연결을 제공합니다.
이 기술은 실시간 제어를 가능하게 하고 기존 프로토콜의 제약을 극복하는 동시에, 사실상 무제한의 엣지 노드 수를 지원합니다. 최대 1km 거리까지 데이터 전송이 가능하므로, 기존 단일 트위스트 페어 배선을 재사용할 수 있어 기존 BMS에 이상적인 업그레이드 솔루션이 됩니다. 이 기능은 고전력 게이트웨이에 대한 필요성을 제거하며, 엣지에서 클라우드까지의 원활한 연결을 실현합니다. 최신 BMS 기술에 관심이 있거나 건물 운영 및 에너지 효율 최적화 가능성에 대한 새로운 인사이트를 얻고자 하는 사람들에게 이 기술은 매우 유용한 자원이 됩니다.
T1L 기반 DDC
DDC 시스템은 현대 건물 관리에 있어 핵심 요소로, 다양한 건물 시스템을 실시간으로 모니터링하고 제어할 수 있습니다. 기술의 발전과 함께, 이더넷에 연결된 DDC 시스템은 점점 더 보편화되며, 건물의 효율성과 안전성을 더욱 향상시킵니다.
Analog Devices의 ADIN1100 PHY, ADIN1110 MAC PHY 및 ADIN2111 듀얼 포트 스위치는 10BASE-T1L을 DDC 시스템에 통합하는 데 이상적인 솔루션입니다. 이 기술은 공정값(process value), 구성 정보, 소프트웨어 업데이트 및 진단 데이터를 전송할 수 있어, 건물 시스템의 관리와 유지보수를 더욱 용이하게 합니다. 10BASE-T1L은 최대 1km의 케이블 길이를 지원하며, 진단 기능을 탑재하여 시스템 내 모든 오류를 빠르고 효율적으로 해결할 수 있습니다.
10BASE-T1L은 Modbus IP 및 BACnet IP 등의 소프트웨어 스택과의 통합을 통해 산업 자동화 시스템에 포괄적인 솔루션을 제공하며, 효율적인 데이터 수집, 장치 제어 및 시스템 모니터링을 가능하게 합니다. 그림 1은 HVAC 컨트롤러 및 룸 컨트롤러에 10BASE-T1L 제품을 통합하여, 링 또는 라인 토폴로지에서 여러 개의 룸 또는 빌딩 컨트롤러와 통신하는 방식을 강조합니다.
하단의 응용 사례도 함께 확인하시는 것을 추천드립니다. 이 기사는 해당 분야의 최신 진보 및 발전 사항에 대한 귀중한 정보와 인사이트를 제공합니다.
응용: HVAC 시스템에서 T1L을 지원하는 VAV 컨트롤러
가변 풍량(VAV) 정의
가변 풍량(VAV) 시스템은 현대 사무실 건물에서 일반적으로 사용되는 HVAC 장비/컨트롤러로, 일반적으로 다른 구역/지역에 여러 시스템을 설치하여 쾌적한 온도 수준을 유지한다.
이는 서로 다른 구역이 동일한 환기 시스템을 사용하여 다른 온도로 운전할 수 있도록 하며, 공급되는 공기의 양을 변화시켜 온도를 일정하게 유지한다. 충분한 환기를 보장하기 위해, VAV 시스템은 DDC 프로그래밍을 사용하여 필요한 댐퍼 조정을 계산하고 명령한다.
현대의 프로그래밍 가능한 VAV 존 컨트롤러에는 내장 액추에이터가 포함되어 있어, 벤틸레이션 팬을 작동하고 공간으로 들어오는 조절된 공기 흐름을 조절하여 구역 온도를 유지한다.
이들은 단일 덕트, 병렬 팬 터미널 장치, 직렬 팬 터미널 장치에 대한 전용 가변 풍량 제어 기능을 제공한다. 컨트롤러는 댐퍼 액추에이터와 통합된 프로그래밍 가능한 DDC의 두 가지 주요 모듈로 구성된다.
또한 VAV 응용에서 적절한 풍량 조절과 공기 품질 모니터링에 필요한 다양한 센서의 인터페이스를 지원한다. 프로그래밍 가능한 VAV 존 컨트롤러는 구역 온도를 측정 및 표시하고, 점유 상태를 감지하고, 덕트 온도를 측정하고, 배기 온도를 측정하고, 구역 습도 및 이슬점 측정, 이산화탄소 농도 감지, AV 박스 팬 속도 제어를 할 수 있다.
공항과 같은 대형 건물에서 10BASE-T1L 컨트롤러를 사용하면 최적의 에너지 효율과 실내 공기 품질을 제공하는 동시에 유지보수 및 운영 비용을 절감할 수 있다.
그림 1. T1L을 지원하는 빌딩 컨트롤러.
대형 건물 내의 사용 사례
이 응용에서는 그림 2에 표시된 것처럼 공항의 특정 구역에 초점을 맞춘다. 해당 구역에는 두 개의 방이 있으며, VAV 시스템은 동일 구역 덕트 시스템의 다른 위치에 있는 다섯 개의 센서와 액추에이터를 사용한다.
첫 번째 방에서는 두 개의 액추에이터(D1 및 D2), 하나의 온도 센서(S1), 하나의 압력 센서(S2)를 사용한다. S1과 S2는 말단 근처의 공급 덕트에 위치하며, D2는 배기 댐퍼로, D1은 외기 댐퍼로 사용되어 방의 기류를 제어한다.
마찬가지로, 두 번째 방에서도 동일한 수의 센서와 액추에이터(D3, D4, S3, S4)를 사용하지만, 방 안의 추가 부하로 인해 CO2 센서(S5)와 추가 액추에이터(D5)가 필요하다.
VAV 제어 장치는 제어 루프 알고리즘을 사용하여 센서와 액추에이터를 모니터링하고 제어한다. 이는 온도 및 압력 센서의 판독값을 기반으로 댐퍼 위치를 조절하고, 그 후 프로그램에 따라 동작을 취한다.
예를 들어, 첫 번째 방의 온도가 변하면, VAV 장치는 댐퍼 D1 및 D2를 열고 닫기 시작하며, 이는 공급 덕트의 압력 변화를 초래하고, 이는 S2 센서를 통해 감지될 수 있다. 압력이 증가하면, VAV 장치는 이러한 변화를 감지하고 공기 처리 장치(AHU)에 있는 팬 속도를 늦춘다.
모든 센서는 라인 토폴로지로 연결되어 있으며, 덕트 시스템의 다른 위치에 배치된다. 각 댐퍼는 포인트 투 포인트 토폴로지를 사용하여 VAV 장치에 직접 연결된다.
케이블 길이, 임피던스, 두께, 그리고 가장 중요한 시스템 DC 루프 저항의 제한으로 인해 기존 인프라는 심각한 제한을 받는다. 그러나 이러한 문제를 해결하기 위해, 10BASE-T1L DDC 컨트롤러를 사용하면 단일 트위스트 페어만으로 1km 이상의 센서 및 액추에이터 네트워크를 실시간으로 제어할 수 있다.
또한, 10BASE-T1L 조절 장치 액추에이터는 원격으로 구성할 수 있어, 동작 시간과 댐퍼 위치를 최소 설정점으로 미세 조정할 수 있다. 또한, 고장 발생 시 댐퍼 평가에도 사용할 수 있다.
VAV 시스템은 공항과 같은 대형 건물에서 환경 쾌적함을 유지하는 강력한 도구이다. 다양한 위치에 배치된 센서와 액추에이터를 사용하여, VAV 장치는 기류와 공기 질을 조절하여 일정한 온도와 압력을 유지할 수 있다.
10BASE-T1L DDC 컨트롤러와 같은 첨단 기술을 통해 HVAC 시스템을 제어하고 유지 관리할 수 있으며, 동시에 귀중한 에너지를 절약하고 효율성을 높일 수 있다.
그림 2. T1L을 지원하는 VAV 컨트롤러
결론
10BASE-T1L을 빌딩 컨트롤러에 추가하면, 복잡하고 전력 소모가 큰 게이트웨이를 사용할 필요 없이, 단일 트위스트 페어를 사용하여 장거리 센서와 액추에이터를 실시간으로 제어함으로써 BMS를 강화할 수 있다. 네트워크 성능과 요구사항에 따라, 빌딩 컨트롤러는 거의 무제한의 엣지 디바이스를 통해 더 넓은 커버리지를 실현할 수 있다. 10BASE-T1L을 지원하는 빌딩 컨트롤러는 또한 네트워크 장애를 모니터링하고, 결함 감지 및 케이블 진단 기능을 사용하여 배선 문제를 정의할 수 있다.
저자 소개
Salem Gharbi
소프트웨어 시스템 설계 엔지니어
살렘 가르비(Salem Gharbi)는 Analog Devices의 지속 가능한 빌딩 및 인프라 사업부의 시스템 응용 엔지니어이다. 살렘은 다양한 IoT 및 산업 응용 분야에서 7년의 경력을 보유하고 있다. 그는 산업 자동화를 중점으로 한 시스템 레벨 솔루션을 제공하는 업무를 담당하고 있다.
