องค์ความรู้

ระบบการสื่อสารข้อมูลกับเครื่องทำน้ำเย็น

2018-12-11T00:15:16+00:00

ระบบบริหารจัดการเครื่องทำน้ำเย็น ทำเป็นจะต้องสื่อสารข้อมูลกับอุปกรณ์อื่น เช่น เครื่องทำน้ำเย็น เครื่องวัดอัตราการไหล หรือ อาจจะเป็นเครื่องวัดกำลังไฟฟ้า เพื่ออ่านข้อมูลบางอย่างจากอุปกรณ์ หรือส่งค่าบางอย่างให้อุปกรณ์เหล่านั้นทำงาน จึงจำเป็นจะต้องทำความเข้าใจ มาตรฐาน หรือโปรโตรคอลของการรับส่งข้อมูล

ระบบสื่อสารข้อมูลสำหรับระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติ ในระบบคอมพิวเตอร์ หลังจากที่คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลที่เริ่มจาก DOS โดย IBM ได้รับการยอมรับและกลายเป็นมาตรฐานของคอมพิวเตอร์ส่วนบุคคล จึงทำให้การสื่อสารข้อมูลระหว่างคอมพิวเตอร์ทำได้ง่าย ขณะนี้ระบบควบคุมในอาคาร หรือ Building Automation ที่ผู้ผลิตแต่ละรายต่างพัฒนาระบบของตนเองขึ้นมา จึงไม่มีมาตรฐานกลาง เมื่อระบบมีความซับซ้อนและต้องเชื่อมต่อกับอุปกรณ์จากผู้ผลิตต่างราย ต่างค่าย จึงมีความยุ่งยาก แนวทางการแก้ไขทางหนึ่งคือ การมีมาตรฐานกลางหรือโปรโตคอลมาตรฐานที่ทำให้ระบบต่างๆ สามารถสื่อสารและทำงานร่วมกันได้ และไม่จำกัดผู้ใช้ให้ใช้ผลิตภัณฑ์จากบริษัทใดบริษัทหนึ่ง

โปรโตคอลที่แพร่หลายในระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติได้แก่ BACnet , Lon Mark และ Modbus ซึ่งมีการทำงานที่แตกต่างกัน

BACnet

2018-12-11T00:20:02+00:00

BACnet ย่อมาจาก Building Automation and Control Network BACnet พัฒนาโดย ASHRAE ร่วมกับผู้ที่อยุ่ในอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้อง ในปี 1995 ได้ออกเป็นมาตรฐาน ASHRAE 135-1995 และ ถูกกำหนดเป็นมาตรฐาน ISO 1648-5

BACnet เป็นโปรโตคอลการสื่อสารข้อมูลแบบเปิด สามารถใช้ได้กับระบบควบคุมทุกอย่างในอาคาร อาทิ ระบบปรับอากาศ ไฟฟ้า แสงสว่าง ระบบความปลอดภัย ขนส่ง บำรุงรักษา และเป็นการสื่อสารระดับเครือข่าย ซึ่งจะพัฒนาบนอุปกรณ์เชื่อมต่ออะไรก็ได้

BACnet เป็นการสื่อสารและควบคุมระบบต่างแบบเชิงวัตถุ (Object-oriented Protocol) โดยระบบต่างๆ จะถูกมองเป็นวัตถุ (Object) ซึ่งมีพารามิเตอร์การทำงานต่างๆ และการสั่งให้ระบบหรือวัตถุต่างๆ ทำงานจะเรียกว่าเป็นบริการ (Service) ซึ่งหมายรวมถึงการรับส่งข้อมูล การรับคำสั่ง เพื่อให้มั่นใจว่าผู้ผลิตต่างๆ ออกแบบรองรับ

BACnet Protocol ได้อย่างถูกต้อง จำเป็นต้องมีการทดสอบและรับรองโดยห้องทอสอบกลาง

ระบบอาคารอัตโนมัติ (BAS) ทำหน้าที่ควบคุมระบบต่างๆ ภายในอาคารให้ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพและสะดวกสบาย ลดค่าใช้จ่าย ตัวอย่างระบบเหล่านี้ ได้แก่

- Chillers
- Boilers
- Air Handling Units (AHUs)
- Roof-top Units (RTUs)
- Fan Coil Units (FCUs)
- Heat Pump Units (HPUs)
- Variable Air Volume boxes (VAVs)

และระบบอื่น ๆ ที่ถูกควบคุมหรือนำเข้าภายใต้ระบบอัตโนมัติที่สมบูรณ์ประกอบด้วย :

- Power monitoring
- Security
- Close circuit video (CCTV)
- Card and keypad access
- Fire alarm system
- Elevators/escalators
- Plumbing and water monitoring

ปัจจุบัน BACnet ถือเป็นมาตรฐานกลางของระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติ ที่ระบบควบคุมอาคารอัตโนมัติ และอุปกรณ์ในทุกระบบข้างต้นรองรับ ซึ่งทำให้การทำงานของทุกระบบสามารถประสานและรับส่งข้อมุลกันได้อย่างสะดวก และมีประสิทธิภาพ

LONMARK

2018-12-11T00:20:02+00:00

LONMARK ต่างจาก BAC net โดยมีลิขสิทธิ์ไม่ใช้ระบบเปิด พัฒนาโดย บริษัท Echelon ร่วมกับ บริษัทโมโตโรล่า ในปี 1990 โปรโตคอล LONMARK ใช้มาตรการสื่อสาร Lontalk และ Lonworks

อุปกรณ์ที่รองรับมาตรฐาน LONMARK จะมีตรา Lonmark ที่อุปกรณ์และปัจจุบันถูกกำหนดเป็นมาจรฐาน ANSI/CEA709.1 และ IEEE1473.L

Modbus

2018-12-11T00:20:02+00:00

Modbus คือ โปรโตคอลการสื่อสารที่พัฒนาขึ้นโดยบริษัท Modicon systems ด้วยรูปแบบง่ายๆ เป็นรูปแบบการส่งข้อมูลระหว่างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อุปกรณ์ที่ต้องการข้อมูลเราเรียกว่า Modbus Master ส่วนอุปกรณ์ที่ให้ข้อมูลที่ต้องการเราเรียกว่า Modbus slave ใน Modbus Network ที่เป็นมาตรฐานนั้นจะมี Master ตัวเดียวแต่ Slave มีได้ถึง 247 ตัว โดยแต่ละตัวจะมี ID ระบุเหมือนเลขที่บ้านตั้งแต่ 1 ถึง 247 และ Master สามารถ Write ข้อมูลไปยัง Slave ได้

Modbus เป็น Open Protocol หมายความว่า บุคคลทั่วไปสามารถพัฒนาอุปกรณ์ที่ใช้การสื่อสารแบบ Modbus โดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายใดๆ Modbus จึงเป็น Protocol พื้นฐานและนิยมใช้อย่างแพร่หลายในทุกอุตสาหกรรม โดยใช้รับส่งข้อมูลจากอุปกรณ์ควบคุมกับ Controller หรือระบบประมวลผลข้อมูลต่างๆ

การทำงานของ Modbus

Modbus เป็นการสื่อสารโดยการส่งข้อมูลไปตามสายสัญญาณ Serial ระหว่างอุปกรณ์ โดยวิธีการสื่อสารที่ง่ายที่สุดคือการต่อสายสัญญาณ Serial ระหว่าง Master หนึ่งตัวกับ Slave หนึ่งตัว โดยข้อมูลจะถูกส่งต่อเนื่องกันไปด้วยสัญญาณ 0 หรือ 1 ซึ่งเราเรียกว่า Bit โดยแต่ละบิตจะอยู่ในรูปแบบแรงดัน (Voltage) โดย 0 จะแทนด้วยแรงดันด้านบวกและ 1 แทนด้วยแรงดันด้านลบ ทำให้สัญญาณ Bit ถูกส่งไปด้วยความรวดเร็ว ความเร็วที่ใช้งานโดยทั่วไปคือ 9600 bps (bits per second)

ตารางการเปรียบเทียบมาตรฐานการสื่อสารข้อมูลในอาคาร

#	หัวข้อ	BACnet	Modbus	LonWorks
1	พัฒนาโดย	ASHRAE	Modicon Inc.	Echelon Corporation/ Motorola
2	การใช้งาน	ใช้สื่อสารกับอุปกรณ์ต่างๆ	ใช้เชื่อมต่อระหว่างอุปกรณ์	เป็นระบบเครือข่ายผ่าน power lines, fiber optics และอื่นๆ
3	ตัวอย่าง	ใช้ในอุตสาหกรรม, การขนส่ง, การจัดการพลังงานและอาคารอัตโนมัติ	ระบบ HVAC, ระบบแสงสว่าง, ระบบการควบคุม, ระบบการขนส่งและ การบำรุงรักษา	ระบบอัตโนมัติในบ้าน, ระบบการขนส่งในอุตสาหกรรม
4	ลิขสิทธิ์	No	No	Yes
5	โหมดในการรับส่ง	Ethernet, IP, MS/TP, Zigbee	ASCII, RTU, TCP/IP	MS/TP, network, SNVT
6	มาตรฐาน	ANSI/ASHRAE Standard 185 ;ISO-16484-5; ISO-16484-6	IEC 61158	ANSI/EIA 709.1; ISO/IEC 14908-1, 14908-2, 14908-3, 14908-4
7	ค่าใช้จ่าย	ต่ำ (No charge for usage or licensing fees)	ต่ำ (No charge for usage or licensing fees)	สูง Limited users (exclusive to actual members; mostly manufacturers)
8	การเชื่อมต่อกับเครือข่าย	Existing LANs and LANs infrastructure	Traditional serial and Ethernet protocols	U10/U20 USB Network Interface; i.LON SmartServer; i.LON 600
9	การรับรองมาตรฐาน	BACnet Testing Labs	Modbus TCP Conformance Testing Program	Products must conform to LonWorks protocol
10	ข้อดี	- มีความยืดหยุ่นในการลงทุน, ประสิทธิภาพและขนาดของระบบ - มีการรับรองและมีการใช้งานแพร่หลาย	- ง่ายต่อการเชื่อมต่อ - เหมาะกับข้อมูลขนาดเล็กจนถึงขนาดกลาง - การส่งผ่านข้อมูลออกแบบสำหรับงานอุตสาหกรรม - ใช้งานและบำรุงรักษาง่าย	- มีนักพัฒนาซอฟแวร์ในท้องตลาดเป็นจำนวนมาก
11	ข้อเสีย	- จำกัดจำนวนอุปกรณ์ที่ใช้ในการต่อในสถานีหลัก - MT/TP-Wire Length - Ethernet-Infrastructure - มีมาตรฐานความปลอดภัย แต่ไม้ได้ครอบคลุมทุกอุปกรณ์	- มีข้อจำกัดจำนวนของข้อมูล - ไม่มีความปลอดภัยในการส่งข้อมูล หรือป้องกันคำสั่งที่ไม่ได้รับอนุญาต - การส่งผ่านข้อมูลไกลๆไม่ได้	- ล้าสมัย - เกิดความล้มเหลวของระบบ - ฮาร์ดแวร์ค่อนข้างจะจำกัด

RS485

2018-12-11T00:20:02+00:00

ในขณะที่ MODbus หรือ BACnet ก็ตาม เป็นโปรโตรคอลในการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์ในระดับการใช้งาน (Application) และระดับเครือข่าย เช่น ส่งคำสั่งที่อุปกรณ์รู้ว่าให้เปิด หรือปิดเครื่อง MODbus จำเป้นต้องทำงานด้วยวงจรไฟฟ้าทางกายภาพที่ใช้มาตรฐานเดียวกัน เช่น RS485 RS323 หรือ RS422 เป็นต้น ในที่นี้จะกล่าวถึง RS485 ซึ่งแพร่หลายและอุปกรณ์ส่วนใหญ่รองรับ

RS485 (ย่อมาจาก: Recommended Standard no. 485) คือมาตรฐานการสื่อสารข้อมูลดิจิตอลแบบอนุกรม (serial communication) ซึ่งถูกกำหนดขึ้นครั้งแรกในปี ค.ศ. 1998 โดยความร่วมมือของ TIA (Telecommunications Industry Association) และ EIA (Electronic Industries Association) มาตรฐาน RS485 ถูกใช้อย่างแพร่หลายในโรงงานอุตสาหกรรม เนื่องจากสามารถส่งสัญญาณได้ไกลและยังสามารถส่งพร้อมๆ กันได้หลายจุด

ปกติแล้ว EIA จะตั้งชื่อมาตรฐานของตัวเองโดยการใช้คำนำหน้าว่า "RS" (Recommended Standard) แต่เนื่องจากมาตรฐานนี้เป็นความร่วมมือระหว่าง 2 หน่วยงาน คือ TIA และ EIA ทั้งสองหน่วยงานจึงตกลงเปลี่ยนจากคำว่า "RS" เป็น "TIA/EIA" แทนอย่างเป็นทางการ เพื่อระบุถึงแหล่งที่มาของมาตรฐานอย่างชัดเจน โดยต่อมาทาง EIA ก็ได้ยกเลิกมาตรฐานนี้และมาตรฐาน RS485 นี้ก็ได้ถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่องจนถึงปัจจุบันโดย TIA ทำให้มาตรฐาน RS485 ถูกเปลี่ยนชื่อเป็น "TIA-485" อย่างเป็นทางการ แต่สุดท้ายเพราะความเคยชินทำให้วิศวกร ทั่วโลกยังเรียกมาตรฐานการสื่อสารนี้ว่า RS485 เหมือนเดิม

หลักการทำงานของ RS485

มาตรฐาน RS485 เป็นมาตรฐานที่รับ/ส่งข้อมูลในแบบที่เรียกว่า Half duplex คือสามารถรับและส่งข้อมูลได้ทีละอย่างเท่านั้นไม่สามารถทำทั้งสองอย่างได้ในเวลาเดียวกัน ถ้าจะให้พูดแล้วเห็นภาพก็คงคล้ายๆลักษณะของวิทยุสื่อสารที่ต้องคอยสลับกันพูดทีละครั้ง

รูป การทำงานของ RS485

สำหรับการรับ/ส่งข้อมูลดิจิตอลแบบ RS485 นั้น จะส่งข้อมูลโดยใช้สายไฟเพียงแค่ 2 เส้นคือ A และ B เป็นตัวบอกค่ารหัสดิจิตอล (Digital code) โดยใช้ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้ว A และ B เป็นตัวบอก ดังนี้

- เมื่อ Va - Vb ได้แรงดันไฟฟ้าน้อยกว่า -200 mV คือสัญญาณดิจิตอลเป็น 1
- เมื่อ Va - Vb ได้แรงดันไฟฟ้ามากกว่า +200 mV คือสัญญาณดิจิตอลเป็น 0

หลักการทำงานของ RS485 แบบ NETWORK

มาตรฐาน RS485 สามารถเชื่อมต่อการรับส่งข้อมูลแบบเครือข่าย (Network) โดยมีอุปกรณ์ในเครือข่ายไดสูงสุดถึง 32 ตัว ซึ่งในเครือข่ายนั้น จะต้องมีอุปกรณ์อยู่ 1 ตัว ทำหน้าที่คอยจัดคิวการสื่อสารในเครือข่าย ซึ่งเราจะเรียกอุปกรณ์ตัวนี้ว่า "Master" และอุปกรณ์ส่วนที่เหลือเราจะเรียกว่า "Slave" โดยที่ Slave แต่ละตัวจะมีหมายเลข Address ของตัวเอง และเมื่อตัว Master ต้องการสั่งการตัว Slave ตัว Master จะส่งชุดคำสั่งพร้อมระบุหมายเลข Address ไปยังอุปกรณ์ Slave ทุกตัว เมื่ออุปกรณ์ Slave ได้รับคำสั่งและคำสั่งนั้นมีหมายเลข Address ตรงกับตัวเอง อุปกรณ์ Slave ถึงจะทำตามคำสั่งของ Master เป็นลำดับไป

รูป การทำงานของ RS485 แบบ Network

ข้อดี-ข้อเสีย ของสัญญาณ RS485

2018-12-11T00:20:02+00:00

ข้อดีของสัญญาณ RS485

1. สามารถส่งสัญญาณได้ไกล

RS485 สามารถส่งสัญญาณได้ไกลสูงสุดถึง 1,200 เมตร ซึ่งถือว่าเป็นระยะทางที่ไกลมาก เพียงพอต่อการใช้งานในโรงงานอุตสาหกรรมอย่างแน่นอนและจะเห็นได้ชัดว่าระยะการส่งสัญญาณได้ถูกพัฒนาขึ้นมากจนทิ้งห่างมาตรฐานรุ่นเก่าอย่าง RS232 ที่สามารถส่งสัญญาณได้เพียง 15 เมตร เท่านั้น

2. สามารถเชื่อมต่อเป็นเครือข่ายได้

นอกจากจะส่งสัญญาณได้ไกลแล้ว RS485 ยังสามารถเชื่อมต่อเป็นเครือข่าย (Network) แบบ Multipoint ได้ด้วย ซึ่งสามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ในระบบได้สูงสุดถึง 32 ตัว ซึ่งสิ่งนี้ถือว่าเป็นอีกหนึ่งจุดเด่นของสัญญาณ RS485 เลยทีเดียว

3. ประหยัดงบประมาณในการเดินสาย

มาตรฐาน RS485 เป็นมาตรฐานที่ใช้สายไฟเพียง 2 เส้นในการรับส่งข้อมูล เมื่อเปรียบเทียบกับมาตรฐานรุ่นเก่าที่สามารถส่งสัญญาณในระยะเท่ากันอย่าง RS422 ที่ต้องใช้สายไฟถึง 4 เส้นในการรับส่งข้อมูล ซึ่งราคาสายเคเบิลแบบ 2 แกน จะถูกกว่าสายเคเบิลแบบ 4 แกน ถึงเกือบครึ่ง ในความเป็นจริงแล้วเรื่องงบประมาณถือเป็นเรื่องสำคัญมากๆ ซึ่งนี่ถือเป็นอีกหนึ่งจุดเด่นของ RS485 เลยทีเดียว

ข้อเสียของสัญญาณ RS485

1. ต้องใช้ตัวแปลงสัญญาณในการเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์

เนื่องจากปัจจุบันคอมพิวเตอร์ที่เราใช้กันอยู่นั้นไม่มี port เชื่อมต่อสัญญาณ RS485 โดยตรง จะมีก็แต่ USB หรือ RS232 เท่านั้น ดังนั้นหากต้องการจะเชื่อมต่ออุปกรณ์ที่ใช้ RS485 กับคอมพิวเตอร์นั้น ต้องเสียงบประมาณเพิ่มขึ้นในการซื้อตัวแปลงสัญญาณ (Converter) เพื่อแปลงสัญญาณจาก RS485 เป็น USB หรือ RS232 ในการเชื่อมต่อนั้นเอง

2. ความเร็วในการรับส่งข้อมูล

ถึงแม้ RS485 จะถูกพัฒนาด้านความเร็วในการรับส่งข้อมูลขึ้นมากแล้วก็ตามเมื่อเทียบกับมาตรฐานเก่า แต่ก็ยังมีความล่าช้าอยู่เมื่อเชื่อมต่อในลักษณะเครือข่ายจำนวนมาก