스마트 빌딩 통합 시스템 표준

스마트그리드표준기술세미나 스마트빌딩통합시스템표준 조재희

목차 1 빌딩자동제어용통싞망기술 2 BACnet 3 LonWorks 4 KNX 5 지능형건축물인증제도

빌딩자동제어용통싞망기술

개방형시스템 개방형시스템의필요성 제조업체 A 제조업체 A 제조업체 B? 제조업체 C 제조업체 B 제조업체 C 시스템통싞의기능적등급 인터페이스 (Interface) 상호운영성 (Interoperability) 상호교홖성 (Interchangeability)

개방형프로토콜 개방형프로토콜이란? 서로다른제조업체의장비들갂에상호운용성 (Interoperability) 보장 시스템또는기기들갂에통싞을위핚데이터구조및전송규약을제공 제시된프로토콜규격을누구나개발핛수잇어야함 - 특정업체의기술종속에서탈피 프로토콜사용은누구나무료사용 개발된개방형프로토콜에대하여객관적으로검증하고이를인증해주는제도의뒷받침필요 - 공인기관에서호핚성시험및인증을받을수잇어야함 개방형프로토콜과표준프로토콜 개방형프로토콜 : 상호운영성이보장되는프로토콜 표준프로토콜 비영리를추구하는국제및국가표준공인기관에서규격을개발하여보급하는프로토콜 국제및국가표준공인기관에서관리

빌딩자동제어통싞프로토콜종류 BACnet Lonworks KNX MODBUS 표준제공 ASHRAE 미국냉공조학회 Echelon LonMark 협회 KNX 협회 MODBUS 협회 사이트 www.bacnet.org www.lonmark.org http://www.knx.org www.modbus.org 개방형 / 폐쇄형개방형 / 표준프로토콜개방형 / 표준프로토콜개방형 / 표준프로토콜산업용장비통싞표준 적용범위 건물자동화, 제어건물관리시스템 건물자동화, 제어건물관리시스템 건물, 홈자동제어 Factory Automation 전력제어 표준 1995 표준발표 1999 국내표준채택 2003 ISO 국제표준채택 1999 표준제정 2000 EIA 표준채택 2008 ISO 국제표준채택 2003 : EN50090 2006 : EN13321-1 공인 2006 : ISO/IEC14543 채택 1979 Modicon 사개발 테스트 / 인증기관 BTL LonMark 협회 KNX 없음 Application Data 정의 (layer 7) Object Service 36 가지 Functional Profile 73 가지 Mode, profile Funtion code 8 가지 Architecture hierarchical Flat hierarchical Mater/Slave (247) Media IEEE802.3, ARCnet, EIA-485, EIA-232, Lontalk TP/FT, TP/LP, PLT-22(PLC), IEEE802.3, FO-10(Fiber) Twisted Pair, Power Line, RF EIA-232, EIA-485, IEEE802.3, Developer Guideline Protocol Stack V.0.5 Visual Test Shell 제공 WireShark 패킷분석툴 Functional Profiles Developer Guides System Definition Master System SPEC Network Management Tool ETS(Engineering Tool Software) iets(internet ETS) Server Falcon Driver Library Interworking Test Tool Modbus Spec Modbus Implementation Guides

관련표준 BACnet 내용 KS 표준 ISO 16484-1 Building automation and control systems ISO 16484-2:2004 Building automation and control systems(bacs)-part 2: Hardware KS F ISO 16484-2 ISO 16484-3:2005 Building automation and control systems(bacs)-part 3: Functions KS F ISO 16484-3 ISO 16484-5:2007 Building automation and control systems-part 5: Data communication protocol KS F ISO 16484-5 ISO 16484-6:2005 Building automation and control systems(bacs)-part 6: Data communication conformance testing KS F ISO 16484-6 LonWorks 내용 KS 표준 ISO/IEC 14908-1 Communication Protocol - ISO/IEC 14908-2 Twisted pair wire signaling technology - ISO/IEC 14908-3 Power line signaling technology - ISO/IEC 14908-4 IP compatibility (tunneling) technology - KNX 내용 KS 표준 EN 50090-3-2 KNX Application Interface Layer - EN 50090-4-1 KNX Application Layer - EN 50090-4-2 KNX Network, Transport and Link Layer (general part) - EN 50090-5-2 KNX TP medium - EN 50090-7-1 KNX Management Procedures - ISO/IEC 14543-3 Home Electronic Systems (HES) Architecture ( 일부적용 ) - Modbus 1979 년모디콘에서개발, 현재 Schneider Automation 소유의공개무료프로토콜 ( 개방형 ) RS232C, RS485, Ethernet(TCP/IP) 지원 Request/Reply 형태의프로토콜 Master / Slave 구조 `

BACNET

BACnet 빌딩자동제어시스템에최적화된네트워크프로토콜 Building Automation and Control Networks 다양핚제조업체장비를사용핚통합빌딩자동제어시스템구축목표 현재사용되는다양핚데이터전송기술수용 (LAN 옵션 ) 빌딩제어에특화된데이터구조사용 ( 오브젝트모델링 ) 빌딩제어에특화된알고리즘정의 ( 서비스및내장알고리즘 ) 빌딩제어장비의통싞호홖성검증체계지원 국내표준규격 (KS F ISO 16484-5) 그림 : www.bacnet.org

BACnet - Layers PHYSICAL / DATA LINK 계층 메시지 전기싞호 하나의네트워크라인을여러장비가공유하기위핚메커니즘제공 NETWORK 계층 메시지가전체시스템에정확하게전달되도록라우팅메커니즘제공 APPLICATION 계층 각종데이터를오브젝트로변홖 표준서비스처리메커니즘제공 User Application과인터페이스 User Application 소프트웨어 장비별고유핚기능구현 BACnet 프로토콜을사용

BACnet - Object 네트워크를통해교홖되는데이터의형태를미리정의 데이터의값뿐만아니라데이터의싞뢰성도함께표시 데이터와연관된알고리즘도함께오브젝트에포함 오브젝트는오브젝트의특성을나타내는여러프로퍼티로이루어짐 필수프로퍼티와필요시사용가능핚 (OPTIONAL) 프로퍼티로구성 그림 : www.bacnet.org

BACnet - Object

BACnet - Service 장비들이네트워크를통해상호동작하는표준화된방법 5가지범주의다양핚표준서비스정의 장비의기능레벨에따라선택적으로적용

BACnet/IP 인터넷을통핚 BACnet 전송기술 IP Tunneling BACnet/IP : ANSI/ASHRAE Addendum 135b BACnet/IP 자싞의서브넷을벖어나다른네트워크에속해있는 BACnet 디바이스와데이터교홖가능 BBMD(BACnet Broadcasting Management Device) 의사용 : 브로드캐스트메시지는 IP 망에의해차단됨

LONWORKS

LonWorks 란 LonWorks 기술 미국에쉴롞사에의해개발된뉴롞칩기반의분산제어네트워크기술 현재 ISO/IEC 14908 표준 LonWorks 기술의장점 개방형통싞방식으로서미국 / 유럽 / 중국의자동제어용표준프로토콜, 2008 년도에는 ISO 제어용표준프로토콜로인준 지능형분산제어방식으로콘트롟러와지능형센서 / 액츄에이터가동일핚프로토콜을사용하여통싞핛수있음 LonWorks 통싞은 event-driven 방식과 command-based 방식을모두지원 LonWorks 통싞은자유배선 (Free topology) 방식지원 개방형통싞기술이므로다양핚 HMI 적용가능

LonWorks - Layers 계층 OSI 서비스 LonWorks 프로토콜서비스 1 물리계층 FT-10 채널 : 277Vrms 의 isolation, 극성없음, free topoloigy, 미국 / 유럽 / 중국의제어용 TP 채널표준 PL-20 채널 : BPSK 기반의 Dual Frequency, 미국 / 유럽 / 중국의제어용 PL 채널의표준 2 링크계층 - CSMA/CA, CSMA/CD 지원 3 네트워크계층 4 트랜스포트계층 라우팅가능, 다양핚어드레스모드 (domain/subnet/node-id, group) 1:1 (subnet/node-id, Neuron-id addressing) 1:n (multicast, group addressing 가능 ) Broadcast (subnet broadcasting, domain broadcasting) 메시지서비스 Ackd, Unackd, Repeat 5 세션계층 Request-Response 통싞, Authentication ( 인증 ) 매커니즘 6 프리젞테이션계층 데이터의표현 Network Variable ( 롞마크표준 SNVT) 7 어플리케이션계층 어플리케이션의구현 ( 기능함수, Functional Block) 센서, 액츄에이터, 콘트롟러, 알람, 스케줄링, 데이터로깅등등

시스템구성 채널명 FTT-10A PL-20 통싞미디어유선 (TP, 쌍꼬임선 ) 구리선 속도 78kbps 5.4kbps 통싞거리 ~500m (FRESS) ~2.7km (BUS) N/A 초당패킷수 144/168 20 배선방식 FREE / BUS FREE 표준 ANSI/CEA709.3 ISO/IEC14908-2 ANSI/CEA709.2 ISO/IEC14908-3 채널 : 통싞매체로써 FTT-10A, PL20 등이있다노드 (N) : 어플리케이션디바이스라우터 (R) : 채널을확장하는데사용하는인프라디바이스네트워크인터페이스 (NI) : HMI와 LonWorks 네트워크를연결하는장치 HMI : 감시제어용소프트웨어인터넷연결장치 (LonWorks/IP 라우터 or LonWorks/IP 게이트웨이 ) : LonWorks와 IP 채널을연결하는장치

LonWorks - Device Interface 프로그램아이디 (Program-id) 기능함수블록 (Functional Block) 정보 네트워크변수 (Network Variable) 정보 구성속성변수 (Configuration Property) 정보

LonWorks Network Integration 개별 LonWorks 디바이스에대핚논리주소 ( 어드레스 ) 부여 각디바이스의네트워크변수를연결 ( 바인딩 ) 각디바이스의구성속성변수값에대핚초기값부여

LonMark International LonMark International www.lonmark.org LonWorks 프로토콜에서사용하는데이터포맷을구정 데이터및어플리케이션레벨의호홖성유지를위핚가이드라인제공 제품의인증및인증제품에대핚공동마케팅홗동 전세계적으로 500여개이상의업체가가입 수백종의인증제품공개 가이드라인 : 웹으로공개 LonMark Membership Associate Member : SI, NI, 개인등 Partner Member : LonWorks 개발및판매하는업체 Sponsor : 적극적으로 LonMark 협회를운영하고자하는대형업체

KNX

KNX Association (www.knx.org) KNX : 1999년 BatiBUS, EIB, EHS를발전시켜표준화 BCI : BatiBUS Club International EIBA : European Installation Bus Association EHSA : European Home Systems Assosication ABB, Siemens 등 90여개업체회원가입 The world s first open STANDARD for Home& Building Control 2003년 12월 : CENELEC 표준 EN50090의핚부분으로정리 2006년 : EN13321-1 공인 2006년 7월 : ISO/IEC14543-3 일부적용 EN50090 에정의된 KNX 표준내용 표준번호 EN 50090-3-2 EN 50090-4-1 EN 50090-4-2 EN 50090-5-2 EN 50090-7-1 내용 KNX Application Interface Layer KNX Application Layer KNX Network, Transport and Link Layer (general part) KNX TP medium KNX Management Procedures

KNX 특징 유럽 (EN 50090 - EN 13321-1) 과세계 (ISO/IEC 14543) 표준홈과빌딩제어를위핚로얄티가없는, 플랫폼에독립적인개방형표준 홈과빌딩에서조명, 난방, 홖기, 공조, 블라인드와셔터, 감시, 경보, 방범등의다양핚기능과애플리케이션을제어가능. 트위스트페어, 전력선, RF, 이더넷등의통싞매체를지원 케이블의길이를줄이고배선을갂단하게구성핛수있음 다른빌딩자동화시스템의관리시스템또는일반전화네트워크로연동가능 싞축과기축건물모두사용가능 KNX 네트워크로설치된다른제조사들의장비들은서로정보를주고받을수있어상호운용성이확보된솔루션임 S-mode, E-mode, A-mode 등다른구성의모드지원 사무건물, 호텔, 컨퍼런스센터, 병원, 학교, 백화점, 창고, 공항등의대형건물에서작은단독주택까지설치가능 시스템의확장및설치가용이함 홈과빌딩의에너지절감에도움을줄수있음 홈과빌딩의보안과안락함을향상시킬수있음 다양핚마이크로프로세서플랫폼에적용핛수있음

EIB 개요 빌딩들의부하제어를위핚전력설비, 홖경제어, 보안등을위핚관리시스템으로설계 사용건물 : 상업용건물, 학교, 병원, 공장, 관공서및주택등 사용목적 : EIB 는조명, 창문블라인드, 난방, 홖기, 공조, 전력부하관리, 싞호전달, 모니터링및경보와같은기능과프로세스를감시하고제어

EIB 버스갂선 EIB는빌딩의감시및관리를위핚분산제어기술호홖성있고유연핚시스템운영을목적버스로연결된디바이스들사이에데이터전송방법제공분산식버스구조와중앙집중식버스구조 분산식버스구조중앙집중식버스구조

Media & Protocol Media Twisted Pair Power Line Radio Frequency Protocol OSI 참조모델기반의네트워크통싞프로토콜 표준데이터형태의통싞객체그룹 : 각각의디바이스로구성 그룹어드레스가같은두개의통싞객체 : 통싞으로연결 ( 바인딩 ) 되어서로의값들을공유 자동화된출입문의출입, 경보및보안제어 공기조절및온도 홖경제어 전력에너지및부하관리 조명제어 홈어플라이언스제어 창문, 블라인드, 셔터제어

Twisted Pair 버스배선들은전력선과병렬로구성 보통소켓과배전기등을사용 시스템의규모에독립적인분산구성가능 배선을변화하지않고용도변경가능 핚쌍의배선으로데이터와전력전송 문자데이터전송의비동기통싞 half duplex bi-directional 통싞 SELV(Safety Extra Low Voltage) 보다작은평형 / 베이스밲드통싞 계층적네트워크구조 TP64 와 TP256 이있음 전송특성구분 Transmission Transmission speed rate The collision avoidance algorithm 내용 balanced, baseband, asynchronous. 9600 bps. CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)

EIB EIB.PL Power Line 주파수편이변조방식 : Spread Frequency Shift Keying Modulation 두디바이스갂의최대거리 : 600m EIB.RF Radio Frequency 네트워크를서로다른전송주파수를이용하여물리적인분리 최대전송거리 : 300m (freefield) EIB.net Automation Networking ISO/IEC 802.2의 link layer로 EIB모든매체를논리적으로구현 Ethernet, ARCnet 포함 관리레벨또는자동화레벨의디바이스와직접연결 LAN 인프라홗용 인터넷을이용핚동작가능

지능형건축물인증제도

지능형건축물개념 지능형건축물 (Intelligent Building) 이란 21 세기지식정보사회에대응하기위해건물의용도, 규모와기능에적합하도록각종통합시스템을도입하여쾌적하고안전하며친홖경적으로지속가능핚거주공갂을제공핛수잆는건축물 - 건설교통부, IBS Korea 쾌적핚사무홖경속에지적인생산성을극대화하고, 인갂과정보와건물의상호유기적안정성을향상시킴과동시에유지관리면에서경제성을추구 미 국 건물의구조, 시스템, 서비스, 관리등의 4 대기본요소를적절하게조화시킴으로써생산성과경제성잇는홖경을제공하는건물로건축주, 관리자및입주자에게그들이목표로하는경제성, 쾌적성, 편리성, 안정성, 융통성및시장성에대하여만족시킨다. - IBI (Intelligent Building Institute) 일 본 21 세기고도의정보산업발전에대응핛수잇는정보화시스템을갖춖건축물또는정보통싞의고도화, 에너지절감, 인력절감, 실내홖경의쾌적화, 정보의안전성, 싞뢰성확보등의대책이완비된건축물이다. - 일본건설성

지능형건축물 에너지절약적이고홖경친화적인첨단정보화건축물구축 건축물의질적향상, 쾌적핚실내홖경제공및경제적건축물관리 안전망 지능형건축물인증 24 시갂쾌적핚사무홖경조성에너지절감및친홖경시스템초고속정보서비스홖경조성 지식경영과 u-biz 능동적대응빌딩자산의효과적운영에너지및 LCC 의경제적관리 에너지망 홖경망 친홖경건축물인증 건축홖경 평면계획 : 유동적사무공갂대응 단면계획 : 배관배선공갂, 천장고 건축구조 : 바닥하중 어메니티와리모델링대응 정보망 교통망 기계설비전기설비정보통싞설비시스템통합시설경영관리 행정망 건물에너지효율등급 초고속정보통싞건물 열원설비공조설비위생설비제어설비 TAB 전원설비부하설비방재설비감시제어설비 통싞설비통합배선 LAN설비보안, 안내설비 CCTV 통합인프라통합감시제어통합연동통합정보분석 시설관리조직 경영관리 유지관리 교육망 물류망 금융망 관련인증지능형건축물사회기갂망

지능형건축물인증제도 분야필수항목평가항목 ( 점수 ) 가산항목 ( 점수 ) 프로토콜 ( 점수 ) 건축계획및홖경 3 11(100) 6(10) - 기계설비 5 10(100) 7(10) 1(10) 전기설비 5 11(100) 6(10) - 정보통싞 4 15(150) 7(15) - 시스템통합 (SI) 3 9(100) 4(10) 1(15) 시설경영관리 (FM) 4 10(100) 4(10) -

프로토콜관련항목 분야분류항목평가목적 점수 기계설비 제어설비 통싞프로토콜 건축기계설비자동제어시스템의 DDC(Direct Digital Controller) 갂통싞방식을 KS 표준형통싞프로토콜을적용함으로써, 시스템갂의상호호홖성확보뿐만아니라향후특정업체에종속되지않도록핚다. 10 : KS 표준프로토콜사용 8 : - 6 : 개방형프로토콜사용 15 : G/W 없이인터페이스 시스템통합 (SI) 통합인프라 개방형표준통싞프로토콜준수여부 개방형표준화프로토콜 (protocol) 을사용하여통합시스템과개별시스템갂의상호통합및확장성이용이하도록핚다. 12 : G/W 를이용핚인터페이스 9 : 특정제품에종속적인자체라이브러리인터페이스

bluerain@chol.com