シングルペアイーサネットは、正味のゼロCO2排出量を達成するのに役立ちます
- 発行：:2023-11-15
正味ゼロに達する基本的な要因は、すべての業界でのCO2排出量の削減です。International Energy Association（IEA）によると、建築部門は、2021年と比較して、2050年のNet Zero CO2排出目標、特に平方メートルあたりのエネルギー消費量が35％少ない2030年の目標を達成するための軌道に乗っていません。
建物は今日の世界的なエネルギー消費の30％を占めており、業界がシステムをデジタル化し、自動化を実装するために特定の行動をとらない限り、排出目標が満たされないという懸念があります。効果的な自動化を実装するには、レガシーRS-485ベースのインフラストラクチャの現在のスループット容量と応答性を超えるレベルで、よりリアルタイムのデータキャプチャが必要です。さらに、デバイスとシステムをネットワークに接続すると、それらをサイバー攻撃にさらし、これらのレガシーネットワークの現在の機能を超えて高度なセキュリティを必要とします。
シングルペアイーサネットは、AIベースの自動化を安全かつ費用対効果の高いサポートしながら、建築業界が正味のゼロ目標を達成するのに役立ちます。シングルペアイーサネットは、グリーンフィールドとレトロフィットの両方のインストールのためにエッジへの長期的な接続を可能にし、それとOTドメイン間のシームレスなデータ転送のための重要なツールになります。
エネルギー節約のデジタル化
エネルギーを節約する方法を人々に教えることは効果的ですが、IEAのケーススタディは、行動の変化ではなく、エネルギー削減の可能性が最も高いものとして自動化を指し示しています。
商業ビルのデジタル化の増加により、オペレーターは運用上の改善を測定するだけでなく、運用の自動化の基盤を提供することができます。
適切なセンサーデータと制御機能にアクセスすることで、建物の操作を最適化して、エネルギー消費を減らしながら、人々に最適にサービスを提供することができます。
たとえば、屋内大気の質を改善する必要性は、建築業務に追加の需要を置きます。ANSI/ASHRAE 62.1などの新しい規制では、健康と衛生のベストプラクティスを確保するために、より多くの屋外空気を摂取する必要があり、追加の量が必要になる場合があります。これらの換気基準は、エネルギー消費の増加をもたらします。つまり、エネルギー需要をさらに減らす必要があります。最適な動作を実現するには、建物内の暖房、換気、空調（HVAC）システムを機能させる必要があります。
HVAC、照明、火災、およびアクセス制御システムの収束操作には、適切なデータとコントロールへのアクセスが必要です。これらにより、AIおよび機械学習の最適化により、人々の現在および計画された活動に基づいて、光、加熱、または冷却の理想的な使用を決定できます。エネルギー消費のバランスをとりながら、適切な屋内空気の質を確保するのに役立つ気流の制御を可能にします。
ただし、個別のベンダーが個別のデータベースを維持し、データサイロにつながるため、複数のシステムからデータを収束させることは困難です。課題は、図1に示すように、トレンドを比較し、分析を適用して新しい洞察を得るために、トレンドを比較し、分析を適用できるように、多様なデータソースをまとめることです。
インフラストラクチャの近代化
建物内のさまざまなデータソースをマージする鍵は、測定および接続インフラストラクチャです。従来、商業ビルのセンサーとコントロールは、BACNET、Modbus、LonworksなどのRS-485トランシーバーとプロトコルを使用して、有線シリアル通信リンクを介して接続されてきました。
RS-485は、スループットとセキュリティの両方で制限されているレガシーインターフェイスです。たとえば、RS-485物理層で実行される一般的な建築自動化プロトコルであるBACNET MS/TPの最大ボーレートは115.2kbpsです。BacnetやModbusなどのレガシー通信プロトコルは、閉じたネットワーク用に設計されており、暗号化と認証機能が組み込まれていません。これらのデバイスは、ITインフラストラクチャへのゲートウェイを介してインターネットに接続されているため、サイバーセキュリティの脅威が作成されます。
シングルペアイーサネット、特に10Base-T1Lは、2019年11月に批准された新しい通信方法であるIEEE 802.3cgであり、現在は建物に展開されています。RS-485の実行に使用される有線シリアルリンクケーブルは、既存のインフラストラクチャをシングルペアイーサネットに適応させるために、10Base-T1Lイーサネットデータを実行して再利用できます。
これには多くの利点があります。ノードは、最大10Mbpsのより高い帯域幅をサポートできるようになりました。ノードもIPアドレス可能であり、デバイスの管理を簡素化します。別の利点は、リーチが1kmに増加することです。これは、既存のRS-485ケーブルランに使用される最大長をサポートするのに十分です。これは、標準の10Mbps/100Mbpsイーサネットの制限がわずか100mの著しい改善です。
IEEE 802.3cgはクラス15を指定し、10Base-T1Lデータとともに最大52Wの電力を単一のツイストペアケーブルに送信できるようにします。Ethernet Controllersを越えて、システムがさまざまなエンドデバイスに電力を供給できるようにします。ケーブル品質の変動は、新しい設置にのみ電力供給が推奨されることを意味します。
デジタル化に向けた最初のステップとして、標準の10Mbps/100Mbpsイーサネットを使用した構築コントローラーが展開され、Bacnet/IPおよびModbus TCP/IPと呼ばれるこれらのレガシープロトコルのイーサネットベースのバージョンと通信しました。BACNET/IPデバイスは、BACNET MS/TPレガシーデバイスと同じデータオブジェクトを使用するため、両方のタイプのデバイスを備えたシステムを簡単に実装できます。
BACNET/IPやModBus TCP/IPなどのIPベースのプロトコルを使用したイーサネットに接続されたインストールが、最新のサイバーセキュリティ測定をサポートしています。BACNETは世界中で約60％の市場シェアを持ち、新しいインストールの約80％が有線RS-485ベースのシリアル通信を使用しています。建築サービス研究および情報協会は、2019年にHVACセンサーの5％がワイヤレスであり、接続の信頼性が低く、これを採用できる場所を制限するバッテリーの必要性があると推定しています。
通信の改善
暖房および冷却システムには、サーモスタット、コントローラー、空気取り扱いユニット、可変空気量ユニットなど、温度設定ポイントを達成するために情報を交換する必要がある複数のコンポーネントがあります。9.6kbps-115.2kbpsの一般的なシリアルボーレートから10Mbpsのイーサネット帯域幅への通信頻度を高速化することは、データスループットの大幅な増加です。
このような高速IPベースの通信に伴ういくつかの重要な利点があります。1つ目は、建物のマネージャーがサンプルではなく分析に対処できることです。レガシー通信のデータレートが遅いことは、収集されたデータを優先してサンプリングする必要があることを意味します。シングルペアイーサネットを使用すると、マネージャーはシリアル通信サンプリングレートについて心配するのをやめ、システムから収集できる追加データで実行できる高度な分析の開発に焦点を当てることができます。
追加のデータにより、モデルとリアルタイムセンサー入力を使用して、より高速な制御ループまたは計算集中的なエネルギー最適化を介して、より大きなエネルギー節約が可能になります。
レガシーワイヤードシリアル通信には、クラウドに渡す前に、エッジデバイスからデータをイーサネットベースのパケットに変換するためのゲートウェイが必要です。有線シリアル通信リンクをシングルペアイーサネット、10base-T1Lにアップグレードすると、既存のケーブルを再利用しながらこれらのゲートウェイを排除します。これにより、データサイロが回避され、故障ポイントが削減され、ゲートウェイのコストが排除され、全体的な遅延が駆動されます。
別の利点は応答性です。ゲートウェイで実行される通信プロトコルとソフトウェアは、レスポンスタイムを秒程度まで遅らせますが、I/Oモニタリングなどの自動化アプリケーションの構築には100ms以下のレイテンシーが必要になる場合があります。シングルペアイーサネットのより高いスループットとゲートウェイの排除は、より速いスループットを意味するため、システムはリアルタイムで応答できます。
安全
デジタル化の構築が直面する最大の課題の1つは、ITとOTドメインを収束することです。BACNET/SCなどのプロトコルにアップグレードすることにより、セキュリティをレガシーRS-485ベースのフィールドバスOTネットワークに改装することができますが、これは費用がかかり、時間がかかり、既存のシステムの脆弱性を逃す可能性があります。効果的なセキュリティが重要です。建物の自動化システムは、すべての産業制御システムの中で最もサイバー攻撃を受けました。Kasperskyによる2020年の調査では、石油、ガス、エネルギー、自動車の製造よりも高いことがわかりました。
レガシー有線シリアル通信プロトコルBACNETは、暗号化を可能にする有線シリアルリンクでの安全な通信をサポートするBACNET/SC12に適合しています。ネットワーク上のすべてのBACNETデバイスは、これらの新しい機能を最大限に活用するために、同時にアップグレードする必要があります。Legacy BACNETを使用した既存の機器は、BACNET/SCに必要な追加の暗号機能を追加するために再設計および修理する必要があります。シングルペアイーサネット、特に10Base-T1Lは、BACNETなどの有線で安全なシリアル通信を使用して接続されていたエッジノードを、BACNET/IPプロトコルを実行しているイーサネットベースのセキュリティを使用してアップグレードおよび接続できます。重要なことに、これは、既存の信号パスに沿って新しいコストのかかるイーサネットケーブルを実行することなく実現されます。
OTネットワークでデバイスをアップグレードして安全なイーサネットベースのプロトコルを実行することにより、サイバー攻撃に関連するリスクの多くを軽減できます。シングルペアイーサネット、10Base-T1Lは、既存の配線インフラストラクチャを再利用しながら、1世代のハードウェアアップグレードとイーサネットベースの通信を確保するために、安全でないレガシー通信からの移行を可能にすることを約束します。
シングルペアイーサネット、10Base-T1Lは、IP接続性をエッジにもたらし、セキュリティを改善し、配線を再利用し、それを収束させ、ネットワークを収束させ、さらには電力を提供する重要なテクノロジーです。スループットが大幅に高く、ゲートウェイの排除、高度なセキュリティにより、シングルペアイーサネットは、建築業界がIEAの純ゼロ2030排出量の目標を達成するのに役立ちます。建物の通信インフラストラクチャの近代化は、建物内のリアルタイムデータへのアクセスを提供しながら、データサイロを排除し、管理に対するガラスのアプローチを1つのペインにすることができます。従来の制御スキームのためのより速い制御ループ閉鎖とAIおよびMLの最適化のサポートに加えて、マネージャーは実質的な洞察を生成し、実質的なエネルギー節約をもたらすことができます。
