Introductiecursus Slimme, draadloze lichtbesturing. Siebren de Vries

Transcriptie

1 Introductiecursus Slimme, draadloze lichtbesturing Siebren de Vries

2 Essentie van lichtbesturing Het moet simpel zijn Het moet robuust werken Je moet kunnen zien waarom het niet werkt Alles wat onder de motorkap zit, doet er niet toe

3

4 Wat gaan we vanochtend doen? Onder de motorkap kijken Waarom? Je wilt kunnen beoordelen welke oplossing je kiest Je wilt aan je klant kunnen vertellen wat er wel en niet kan, aan de hand van kennis van zaken

5 Trends in verlichting

6 Trends in gebouwen Kortere huurcontracten gewenst Meerdere huurders, flexibel te gebruiken, meer informatie/data ivm afrekenen Wijzigingskosten moeten naar beneden Kwaliteit van gebouw moet omhoog, dimmen, witkleur, geen ergernis Energielabel van gebouw is wettelijke must

7 Trends in verlichting LED is de nieuwe lichtbron Halfgeleider, dus gestuurd als halfgeleider Software zal een onlosmakelijk deel vormen van lichtbesturing Moet ook wel, omdat we licht willen instellen qua intensiteit en kleur (met welke knop doe je dat) LED is ook de weg om energie te bezuinigen, dus hebben we sensor informatie nodig om beweging/aanwezigheid te zien, lichtniveau te meten Vormgeving van licht zal zich steeds meer aanpassen naar de mogelijkheden van de led s Integratie van power elektronica en besturing: de slimme driver

8 De spelers, de verhoudingen Oude spelers waren lichtbron leveranciers en die gaan een andere kant op. Armatuur leveranciers verplaatsen zich met de nieuwe mogelijkheden van LED. China is de bron van de LED s. Iedereen kan daar inkopen. Behoefte aan systeem integrator, nieuwe rol installateur? Of een nieuw type installateur?

9 Lichtbesturing, wat is er nu? DALI: tweedraads bus tbv lampsturing, adresseert tot 64 lampen, praat 1200 bit/sec, master besturing, je kunt informatie teruglezen, master levert voeding voor de bus, 220 veilig. DALI2, DEXAL, Sensor Ready: voorziet in aantal nieuwe eigenschappen om tijdelijk te rekken, voeding mag uit slave komen, multi master, kleur, etc. DMX, de theater, podium bus, snel en veel, single master, tweedraads, separaat van 220V kabel, minder of niet toegepast in gebouwen. KNX, Gira, Niko, Lutron, Zwave, EnOcean veelal bedraad of wireless in 868 MHZ (915 USA). 868 MHz vanuit de gedachte dat alle punten met één centraal systeem moeten communiceren. KlikAanKlikUit: 430 MHz, simpel, non-secure, zeer beperkt, doe het zelf

10 Nieuwe spelers Zigbee, Lightlink (HUE), Thread, IP500, 6lowpan, e.a. MyriaMesh, BluetoothMesh, Casambi, e.a. Allemaal in 2.4 GHz, Zigbee of BT radio techniek Single chip oplossing, low cost, compact, energie zuinig Compleet nieuwe spelers in het veld, waaronder Google/Apple/Samsung, IKEA in het Zigbee domein en startups in het BT domein

11 Waarom is wireless grote trend? Er was geen oplossing die alles omvat Software maakt de dienst uit Schaalbaar, robuust, simpel, veilig, low cost, wijzigbaar, toekomstvast Moet super eenvoudig zijn (is het al, denk ik) Gaat een grote trend zijn, die net als eerdere golven alles verandert Zie L+B 2018

12 Waarom lichtbesturing?

13 Licht is waar mensen zijn Energiebesparing: led, aanwezigheid, daglicht, overrule bediening Comfort: automatisch, gebouw geheel, etc Scene instellingen: klaslokaal, vergaderruimte, etc Instelbaar wit + Kleur (RGB, RGBW, ook andere mengvormen) Basis voor verdere uitbreiding: licht is de infrastructuur voor de rest Informatie winnen tbv eigenaar en gebruiker

14 Wat hebben wij nu? Relais 1-10V, 0-10V DALI, DMX Wireless drivers Schakelaar s, aanwezigheid, lichtniveau Internet/cloud koppeling

15 Basis functies slimme verlichting Automatische regelingen: Aanwezigheid in ruimtes Licht niveau regelen Tijdschakelingen Verdieping/gebouw kunnen schakelen Data over gebruik, verbruik, levensduur en status

16 Nieuwe architectuur Iedere lichtbron is een node: oftewel een identiteit met een plaats en een tijd Iedere sensor is een node: oftewel een identiteit met een plaats en een tijd Daardoor is het gebouw eenvoudig configureerbaar Daardoor is de data eenvoudig traceerbaar Lokale regellus: in het netwerk Globale regellus: via de cloud of functie kastje

17 Dat brengt? gemak, eenvoudig installeren, eenvoudig wijzigen Geen draden, geen kosten vrije plaatsing, vooral met batterij voeding/solar vrije infrastructuur, virtuele bedrading betrouwbaarheid Draadloos (MyriaMesh) is voor het licht, wat USB was voor de PC

18 ipad commission foto

19

20 Vergezicht Uitbreiding van licht naar: W- verwarming/koeling/shading Toegang, veiligheid, beveiliging, tracking, tracing, etc Gebouw wordt slim systeem dat zich om je heen drapeert en alles over het gebruik kan weten en communiceren Comfort en energie zijn de twee eerste drivers Nieuwe diensten rondom het gebouw de volgende en de mogelijkheid om die in de toekomst aan te passen Integratie van oude disciplines in een nieuwe opzet, denk aan de komst van USB versus daarvoor RS232, centronics, ieee-488, etc.

21 Wireless de diepte in

22 Overzicht buzz-words GSM, UMTS, LTE, etc WiFi, bluetooth, Zwave LoRa, Sigfox Zigbee, Casambi, BTMesh, Thread, MyriaMesh IOT, M2M LiFi

23 Wat is radio? Elektromagnetische golven Overal om ons heen, vanuit heel veel bronnen van heel laag tot heel hoog, verschillende eigenschappen

24

25

26 ISM banden The industrial, scientific and medical (ISM) radio bands The ISM bands are defined by the ITU Radio Regulations 430, 868 / 915, 2400 MHz

27 radio certificering RED FCC Andere eisen vanuit CE ivm radio

28 Stralen, de antenne Bereik afhankelijk van link budget Zendsterkte Ontvangstgevoeligheid Antenne is typisch een 1/4 van de golflengte Voor de 2,4 GHz -> 3 cm (is een praktische maat) antenne lengte Voor de 868 MHz -> 9-10 cm antenne lengte

29 Storing, bereik Harder schreeuwen helpt Maar er zijn afspraken over het vermogen in iedere band en de duty cycle Als je met veel bent, werkt het tegen je om hard te schreeuwen Je hebt een strategie nodig om samen te communiceren MAC, Medium Access Control

30 Reflectie, interferentie Vergelijk met nagalm en echo in geluid Plekken mogelijk waarbij je een ander niet hoort Asymmetrie in horen en gehoord worden In ster systemen moet je dan naar diversity of mimo s In mesh systemen vertrouw je op je buren

31 Ster eigenschappen Scan tijd per node, tijd voor alle nodes Tijd voor foutherstel

32 Mesh Afspraak maken

33 Protocol In beide gevallen kijken we naar het verdelen van de gespreksruimte in de tijd: TDMA Verdelen in frequentiekanalen is de tweede optie : FDMA Uitdaging: eerlijk verdelen, betrouwbaarheid Kijk goed naar de toepassing

34 Waarom is een mesh robuust

35 Waarom is een mesh robuust

36 Waarom is een mesh robuust

37 Waarom is een mesh robuust

38 Waarom is een mesh robuust

39 Waarom is een mesh robuust

40 No Wires? Have You Lost Your Mind?

41 Protocol: IP Alle deelnemers moeten een lijst bijhouden hoe je anderen bereikt Niet geschikt voor dynamische nodes (beweging) Niet geschikt voor asymmetrische radio links (2,4 GHz) Helder toegepast in ster, hierarchie (single point of failure)

42 Snel overzicht Ster Ster van meshes Mesh GSM/LTE/etc 170, 430, 860 Lora/sigfox MyriaMesh 2,4 GHz IP: Wifi, Bluetooth, Zwave Casambi, Zigbee, IP: Thread,6lowpan MyriaMesh, BTMesh Licht IP: LiFi

43 Protocol, Topologie Geen ster, maar een mesh als je lokaal wilt kunnen besturen Weinig zenden, veel ontvangen, alle deelnemers helpen in een mesh Radiokanalen om te scheiden en conflictvermijding met WiFi

44 Experiment Impact van topologie op aanpak en robuustheid Wens om tijd bij te houden Ster: broadcast van tijd?, of iedere node adresseren met de tijd Herhalen, stel dat er een node bijkomt (dynamiek) Mesh: samen delen van tijd Betrouwbaarheid, eenvoud van opzet

45 De regels Op mijn signaal schrijf je een tijd op tussen 1 en 50 (willekeurige start) Houd je tijd omhoog Kijk naar aantal anderen en vergelijk met je eigen tijd Je eigen tijd = eigen tijd of de hoogste tijd die je gezien hebt Je eigen tijd plus 1 Wacht op mijn teken Ga naar tweede regel

46 Wat is nog meer belangrijk? Installatie proces Commissioning (Programmeren van de lichtbesturing) Bediening Informatie Onderhoud Veiligheid, security

47 Vergelijken netwerken

48 Functionaliteit Lichtbesturing (automatisch op presence, licht) Gebouw ( verdieping, geheel) Tijdsafhankelijk Extra apparaten (koffie, printer, computer) Verbruik, gebruik, onderhoudsinfo, service

49 Security Wie kan er bij het netwerk vanaf internet? Kun je meeluisteren? Kun je verstoren? Kun je naspelen? Hoe scheidt je netwerken?

50 Reputation / Trust reputation damage at the customer reputation damage at the supplier reputation damage for data loss, data mis-use lack of trust of new installations City with streetlights Petrochemical plants Bank main office

51 We know some risks the infrared remote control of the TV KlikaanKlikuit, open radio no protocol Philips/Ikea/Osram consumer Zigbee lights Bluetooth connects to your phone, to any phone Back office, login credentials equal to existing solutions

52 We look at Static and dynamic attacks Life cycle of the product: from manufacturing to replacement Security is not an option and can not be added afterwards. It is either there or it is not.

53 Static and dynamic attacks Static: somebody steals/buys equipment and analyses this at a quiet but well equipped place analyze housing, electronics and silicon, read-out memory, copies software, etc. Dynamic: listening to the network to understand how it works, inject messages to disturb, record and/or playback debugging active nodes in a live network; looking at the network from the inside of a node

54 Life cycle of product manufacturing maintenance: storage / transport / storage changes software updates installation + new products commission service replacements use removal

55 Workshop

56 Schaalbaarheid Zijn de nodes verschillend? Hoe groot mag een gebouw worden? Kun je lokaal installeren en commissionen? Kun je vanuit de cloud commissionen? Hoeveel verschillende netwerken/systemen kun je in een gebouw hebben?

57 Flexibiliteit, uitbreiding Weghalen, toevoegen, vervangen van een node? Indeling veranderen? Nieuwe producten toevoegen (later in de tijd) Nieuwe diensten realiseren Zijn er verschillende node types nodig?

58 Installatiegemak IPad app voor installeren / commissionen Virtueel bedraden, standaard bedrading Standaardinstellingen, Instellingen aanpassen Ontwerp van de installatie bewaren Centrale opslag mogelijk

59 Gebruiksgemak Kan de gebruiker zelf wijzigingen aanbrengen? Welke bediening is er voor de gebruiker? Knoppen, touch screen, knoppen paneel Koppeling met GBS Mobiele telefoon, app

60 Performance Locale regellussen tussen sensor en lampen (honderden milliseconden) Versturen van data vanuit node naar de cloud of centraal systeem Lezen/schrijven van eigenschap of instellingen Ingrijpen in netwerk (ping, reset, identify, sw activeren) Software verspreiding via netwerk en/of individueel Kan dat tegelijkertijd / parallel of zijn het modes of operation

61

62 Robuustheid, foutherstel Kun je signalen kwijtraken? (Druk op knop bijv.) Komt alle logging aan bij de cloud? Toegangsrechten op lezen en schrijven van eigenschappen/instellingen In geval van onherstelbare fout herstart node automatisch? Overzicht vanuit de cloud (optie); doet iedereen nog mee, etc.

63 Autonomie (geen cloud) Directe controle lus tussen sensoren en lampen Kan op meerdere hiërarchische niveaus functioneren, lamp in meerdere groepen Geen onderlinge afhankelijkheden, dus groep A kan werken zonder groep B Netwerk functioneert met en zonder gateway Geen enkelvoudige afhankelijkheid

64 Data verzamelen Service verlening aan de klant; je weet dat er iets is Batterij status van apparaten bijv. Inzicht in het gebruik van de lampen (levensduur) Inzicht in het verbruik van energie Inzicht in het gebruik van het gebouw

65 Software update Netwerk software verspreiding Enkelvoudig activeren van nieuwe software groepen of netwerk activeren Controle op versies, authenticiteit, encrypted Controle over voortgang in releases, forceren, etc

66 Onderhoud/wijzigen Zeer snel indelingen wijzigen producten toevoegen en verwijderen Fabrieksinstellingen versus geinstalleerde instellingen

67 Debug: problemen oplossen Bereiksprobleem en verbindingen controleren (kan dat?) Software update per product Tijdens installatie controle via ping van alle nodes Inzicht in de performance van de verbindingen Overzicht van alle waargenomen nodes Ook later vaststellen of er een node mist Remote control, reset node, reset netwerk, etc

68 Overzicht Zigbee Casambi BTmesh IP s MyriaMesh Functionaliteit Security Schaalbaarheid ? en Flexibiliteit Beperkt Beperkt Node types! Beperkt Ja Gebruiksgemak Performance ? - ++ Robuustheid Autonomie + + +? - ++ Data verzamelen SW update Debug

69

70

71 De Praktijk in voorbeelden

72 Nu en straks Normaal kantoor met DALI en 6 armaturen, allemaal als eiland Toilet met schakelende PIR, geen DALI Geïntegreerd in gebouw biedt vele voordelen Verdieping schakelen, gebouw schakelen, actieve licht regeling Eenvoudig aan te passen/wijzigen/uitbreiden Instelbaar wit en kleur al reeds technisch voorzien

73 Voorbeelden Gebouw Omvang Dali,1-10V Kantoor klein Circa lampen 4-8 armaturen per kantoor met relais, PIR, Scenes Kantoor groot lampen Kan op kleine schaal School Parkeergarage 8-12 lokalen 4 kantoor ruimtes 2 verdiepingen 400 plekken Meestal met per lokaal scene selector Tunable white Wordt niet gedaan Geen centrale bediening Geen enkele informatie Full wired (Dali) Geeft geen meerwaarde Dali in combinatie met Ethernet Weinig voorkomend Geen bijdrage Dubbele infra: Dali + ethernet + console Gebouwbeheerssysteem Wireless Lokaal PIR/ centraal Scenes Daglicht Lokaal PIR/ centraal Scenes Daglicht Tunable white Centraal Lokaal aanwezigheid Centraal, Scenes aanwezigheid, Verschillende niveau s Sectoren Centrale bediening Energieverbruik Service

74 80/20 regel in kantoren T8 en 60x60 tegel is de 80% : T8 tube en Meanwell LCM40 Downlighter is de 20% : Meanwell LCM25?

75 T8 tubes het licht: 270 of 180 stralend 150cm : 4000 lumen; CRI 81 Energielabel A++ Aan/uit + dimmen; geen flikker <15% Levensduur (componenten en temperatuur) eenvoudig installeren of achter magnetische ballast of ombouwen

76 Meanwell LCM-MM40 40 Watt driver tot 1050 ma constant current Via installatie stroom te finetunen tussen de jumpersettings in Aan/uit + dimming; geen flikker <5% Bewezen kwaliteit Met trekontlasting, direct boven plafond met tegel te plaatsen

77 PIR + lichtsensor PIR sensor; zeer gevoelig met openingshoek van 90 graden Speciale montage steun voor 45 graden montage Standaard op 15 minuten houd tijd Stuurt alle lampen in de kamer aan (mag mengvorm zijn) Lichtsensor regelt automatisch op daglicht in de kamer Correctie instelling indien niveau iets te hoog of iets te laag is

78 Schakelaar Aan/uit + dimming in 9 stappen tussen laagste stand en 100% Aan/uit + 4 scenes Aan (actief), Uit (overrule) en Aan (alarm)

79 Relais + digitaal input Extra apparatuur schakelen, zoals koffiemachine, printer, computers, etc. Koppelen met andere apparatuur zoals gebouw systeem, centraal bedienpaneel, etc

80 De waarde van data Tijdens installatie: checken of alle nodes er zijn, kwaliteit van verbindingen controleren, Service: battery status controleren, aanwezigheid nodes checken, Eigenaar: gebruik van de ruimtes, verbruik van energie, hoog niveau service aan huurders, snel inzicht in wijzigingen Gebruiker: verbruik van energie, gebruik van ruimtes

81 Overzicht systeem Veilig domein MSS Edge42 YourHost Internet Lamp Gateway MyriaMesh Sensor Lamp Lamp

82

83