通過提高集成度為樓宇自動化控制器創(chuàng)造價值

作者：ADI公司 Michal Raninec，系統(tǒng)應用工程師

樓宇自動化系統(tǒng)（BAS）將照明、能源、HVAC、安全和安保集成到單個直觀的系統(tǒng)中，從而在樓宇的最佳運行效率與居住者的生產(chǎn)率和舒適度之間取得平衡。盡管樓宇自動化市場非常保守，但它卻取得了可觀的增長，主要推動因素是能源價格上漲、對節(jié)能的認識提高以及政府在消防和安保領(lǐng)域的舉措不斷增加。新的標準和法規(guī)（例如UL 217煙霧報警器標準）已經(jīng)生效，目的是讓建筑物更安全、更高效、更舒適。這些趨勢刺激了新的樓宇自動化產(chǎn)品和解決方案的開發(fā)，促使制造商以更短的開發(fā)周期交付新技術(shù)。這種節(jié)奏變化為BAS公司提供了通過平臺化、功耗更低、尺寸更小的靈活系統(tǒng)解決方案滿足此類需求的機會。

有些產(chǎn)品常常缺乏當今瞬息萬變的市場所重視的創(chuàng)新敏捷性，樓宇自動化控制器就是其中的一個典型例子?？刂破魇荁AS的大腦，其從建筑物中廣泛部署的傳感器獲取數(shù)據(jù)，并執(zhí)行系統(tǒng)響應。這意味著控制器需要有一定數(shù)量的輸入和輸出通道。有些控制器僅提供固定的通道功能，導致架構(gòu)包含未使用的通道。這些額外的未使用通道會有一些關(guān)聯(lián)費用無法從客戶那里收回。然而，如果每個通道都有完全重新配置的能力，那么所有通道都能得到利用。在理想情況下，BAS應具有一定數(shù)量的備用通道，以使客戶不必為未使用的功能付費。使通道功能完全可配置可為BAS的設(shè)計和部署提供最大的靈活性。

圖1.利用AD74412R可在每個開發(fā)階段提高投資回報率

傳統(tǒng)上，樓宇自動化控制器的固定和可配置通道均采用分立實現(xiàn)方式。但是，分立實現(xiàn)的可配置通道控制器的物料清單（BOM）可能包含數(shù)百個元器件。經(jīng)過多年發(fā)展，分立式解決方案已經(jīng)變得非常高效，而且優(yōu)化得非常好，BOM成本降低到與這一對成本敏感的市場的預期一致的水平。然而，新趨勢和對敏捷開發(fā)的更大需求凸顯了這種方法的一些主要缺點，例如：樓宇自動化控制器的產(chǎn)品變體太多，導致規(guī)劃、設(shè)計、生產(chǎn)和物流異常復雜。因此，BAS解決方案必須根據(jù)總擁有成本而非簡單化的BOM成本來評估。

集成與分立

根據(jù)需要重新配置通道的能力是消除用不著通道的正確方法，但單憑這點并不能解決控制器設(shè)計的其他缺點。關(guān)鍵概念是集成，通過集成簡化通道設(shè)計、減小尺寸并提高性能。借助集成解決方案，利用軟件命令便可輕松配置任何通道的功能。軟件可配置的輸入/輸出（I/O）技術(shù)為簡化設(shè)計重用和平臺化提供了可能性，最終將能降低BAS解決方案的總擁有成本，并為樓宇自動化控制器的整個產(chǎn)品生命周期創(chuàng)造價值（參見圖1）。

控制器開發(fā)的第一階段是系統(tǒng)架構(gòu)，此時要考慮所有客戶需求并定義新產(chǎn)品。即使在開發(fā)的這一早期階段，分立解決方案的不靈活也是一個明顯的缺點?？蛻舻牟煌枨蟆巛斎牒洼敵鐾ǖ赖谋嚷驶驍?shù)量——可能導致產(chǎn)生多個設(shè)計，這會增加成本并阻礙對市場需求的敏捷響應。集成的軟件可配置I/O支持平臺化，使得一個經(jīng)過驗證的設(shè)計可以在不同應用中重復使用?？芍赜眯詫τ诮档驮O(shè)計和生產(chǎn)成本至關(guān)重要，稍后將加以討論。

定義好產(chǎn)品之后，設(shè)計即啟動。在此階段，設(shè)計重用充分顯示了其重要性。與分立實現(xiàn)不同，集成且可配置的I/O可以快速迭代，縮短開發(fā)時間，并釋放寶貴的資源。硬件和軟件設(shè)計均從資源密集型、冗長、多產(chǎn)品變體開發(fā)轉(zhuǎn)向通過單一設(shè)計來滿足眾多需求，這樣可減少研發(fā)時間和成本，同時保持成熟架構(gòu)的高可靠性和穩(wěn)健性。利用集成式可重新配置設(shè)計的“任何引腳提供任何功能”方法，滿足不同應用的需求要容易得多（參見圖2）。

圖2.軟件可配置I/O使任何引腳可提供任何功能

從業(yè)務開發(fā)角度看，常規(guī)開發(fā)策略的響應速度很慢，會帶來不必要的風險，導致錯失機會或錯過客戶最后期限。集成式可配置I/O的靈活性和易用性有助于最大程度地提高投資回報率（ROI），同時盡可能縮短上市時間和收益時間。

完成設(shè)計階段之后，下一步是生產(chǎn)階段。從BOM的采購和管理開始，集成解決方案很快就會顯示出其優(yōu)勢。分立實現(xiàn)的通用控制器常常包含數(shù)百個元器件，這些元器件都需要采購、在倉庫中儲存并運輸?shù)缴a(chǎn)設(shè)施。管理如此大量的不同元器件自然會增加總成本。而采用單芯片解決方案和可重復使用的設(shè)計，BOM物流就會簡單得多——采購部門需要打交道的供應商更少，所需的儲存空間更小。

圖3.分立和集成通道功能實現(xiàn)的比較

由于元器件數(shù)量減少，PCB尺寸可減小多達40％，生產(chǎn)中的貼裝成本也顯著降低。此外，由于軟件可配置I/O支持設(shè)計重用，控制器制造商將需要更多同類型的PCB。因此，電路板的批量折扣也有助于節(jié)省成本。圖3總結(jié)了分立和集成通道功能實現(xiàn)的比較。

最后但并非最不重要的一點是，與多個變體的分立實現(xiàn)相比，生產(chǎn)中的測試遵循統(tǒng)一的程序，設(shè)置所花費的時間更少。設(shè)計復雜性的增加甚至可能會提升測試失敗的風險。集成式可重復使用解決方案可以從多方面節(jié)省成本和其他資源，認證就是一個例子，此外還有成品物流、安裝、技術(shù)支持等方面。當許多不同設(shè)計基于多個平臺時，與基于集成式軟件可配置I/O的通用可重用解決方案相比，對銷售、技術(shù)支持團隊和安裝技術(shù)人員的培訓會更加繁瑣。

結(jié)論

軟件可配置I/O為樓宇自動化市場帶來了創(chuàng)新，該市場傳統(tǒng)上偏保守，但在多種因素的推動下，它正變得更加敏捷，并能更快地響應不斷變化的客戶需求。集成和設(shè)計可重用性是實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵特性。有些人可能認為集成解決方案是簡單的BOM替代品，實際上可能會增加成本，但事實上，從更大的角度看待這件事，并考慮其在整個產(chǎn)品生命周期中創(chuàng)造的總體價值，集成解決方案很快就會打消任何疑問。

為了克服分立設(shè)計的缺點，ADI公司開發(fā)了完全可通過軟件配置的I/O AD74412R。該器件將分立信號鏈集成在單個芯片中，并提供四個完全可配置的通道。從產(chǎn)品定義到設(shè)計和生產(chǎn)，再到安裝與運行，AD74412R可在整個控制器生命周期中創(chuàng)造價值。它是市場上的第一款此類產(chǎn)品，為客戶提供一種簡便的方法來增加投資回報，同時縮短產(chǎn)品上市時間和收益時間。

圖4.完全可通過軟件配置的集成I/O—AD74412R

作者簡介

Michal Raninec是ADI公司自動化與能源事業(yè)部工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案部門的前系統(tǒng)應用工程師。其專業(yè)領(lǐng)域包括電化學氣體檢測和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。Michal畢業(yè)于捷克布爾諾科技大學，獲得電子工程碩士學位。