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EP3718253A1 - System for electrically managing a plurality of electrical loads - Google Patents

System for electrically managing a plurality of electrical loads

Info

Publication number
EP3718253A1
EP3718253A1 EP17825564.2A EP17825564A EP3718253A1 EP 3718253 A1 EP3718253 A1 EP 3718253A1 EP 17825564 A EP17825564 A EP 17825564A EP 3718253 A1 EP3718253 A1 EP 3718253A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power
controllers
controller
network switch
electrical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17825564.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Gregory Besson-Moreau
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Energie Ip
Original Assignee
Energie Ip
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Energie Ip filed Critical Energie Ip
Publication of EP3718253A1 publication Critical patent/EP3718253A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/02—Details
    • H04L12/10—Current supply arrangements
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/18—Packaging or power distribution
    • G06F1/189—Power distribution
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/266—Arrangements to supply power to external peripherals either directly from the computer or under computer control, e.g. supply of power through the communication port, computer controlled power-strips

Definitions

  • the present invention relates to the field of technical building management (BMS) and the GTC (Centralized Technical Management) and more particularly the PoE ("Power over Ethernet") technology using the Ethernet network for both the power supply of the buildings. loads and the transmission of control signals of these loads.
  • BMS technical building management
  • GTC Centralized Technical Management
  • PoE Power over Ethernet
  • This power system is intended for office buildings, hospitals and other tertiary buildings. It allows one hand to transform the electrical cabinets into computer bays. And on the other hand to reduce energy consumption through the unique management of terminals. These savings vary from 30% for installations equipped with GTB, to 80% for non-equipped installations.
  • This technology is based on the convergence of digital technologies where each electrical load has an address, for example an IP for objects connected via the Internet, or an identification frame for networks using a Modbus type of communication protocol (trademark) , and Building Technical Management which simplifies the building's network infrastructure and prepares it to become a smart building connected and smart building.
  • this technology is generally limited to LED lighting type electric charges, fan coil motors, cameras, etc.
  • a building management system consists of:
  • a remote management computer station equipped with control and data acquisition software (SCADA) for the real-time processing of a large number of telemetry and remote control of technical installations
  • the human-machine interface is usually performed by a supervisor, a tablet or a cell phone that presents the processes to the human operator, and allows him to control the process.
  • Human-machine interfaces are usually linked to the remote management system database and programs that can calculate trends, select diagnostic data and management information such as planned maintenance procedures, logistics information, Detailed diagrams of a particular sensor or connected load.
  • the ordered electrical charges are presented as schematized objects associated with touch control objects.
  • the power supply and the digital control of the electrical charges by the remote management system is performed by Ethernet cables according to, for example, the standard (Power over Ethernet or PoE in English), allows to pass a voltage of 48 V (up to 'at 13 Watt or more), in addition to data at 100 Mbit / s or 1 Gbit / s.
  • PoE Power over Ethernet
  • the PoE solution enables the simultaneous transmission of data and power over the same Ethernet cable.
  • an Ethernet cable there are four pairs of twisted wires. In a typical Fast Ethernet connection, only two of these pairs are used for data transmission (the four pairs are used for data transmission in a Gigabit connection Ethernet).
  • PoE uses two of the four pairs to power devices connected to the same cable. For Fast Ethernet, most often the two pairs of wires that feed are the same as those used to transmit data.
  • each electrical load is connected to the remote management station by a cable, which implies a very high wiring cost and complexity of the installation in the building.
  • a power grid switch is configured to communicate with the load devices to transmit the DC power signals, determine a target power level for the load devices based on the communication on the conductors, and adjust a power amount to match the power levels of the charging devices to the target value.
  • the power distribution system further comprises at least one load management unit for controlling the power supplied by the respective power supplies of the switching units to the at least one lighting unit so that the energy efficiency of the system distribution is optimized.
  • the patent application US2012 / 271477 discloses a system for electrical management of a plurality of electrical charges, in particular LEDs. It includes a PoE switch providing control and power to PoE-IP LEDs. Each LED having a unique IP identifier is controllable on the PoE LAN.
  • the system can include sensors and monitors such as: IP camera, light sensors and input sensors.
  • the system may include PoE-IP controllers used to power and control remotely controllable controlled devices such as: access devices, IP LEDs / electronic panels, shading, sirens / alarms, etc.
  • This system includes a network switch (PoE switch 120/220/220 'in Figures 1, 2, 3, 5 and 6).
  • the network switch is connected to a plurality of controllers (65, 66 and 152 in Figures 4 and 6).
  • the network switch can control the digital data transmission (paragraph 0016) and each controller has a unique IP-ID address (paragraph 0017).
  • Patent application WO 2015007888 relates to a method and an apparatus for distributing power in DC grid systems, the power negotiations being carried out in a system in which garland.
  • Several mechanisms are intended to alleviate the problem of stepwise exploration of power demands along a garland, while maintaining the speed of negotiation and without the need for many cycles.
  • the patent application DE 102006036770 describes a method of commissioning at least a first field device comprising a step of signaling a first necessary electrical power of the first field device via a first port on a power unit.
  • the first field device has been previously connected to the power unit via the first port by means of a first data link.
  • the consumption of the first power required is performed via the first field device via the first data link and the first port, which activates the first field device.
  • Another step is to assign to the first port of a power take-off unit of the first field device, the power take-off unit being provided as a power consumer.
  • a power supply unit of the first field device is assigned to a second port, the power supply unit being provided for the provision of a second additional necessary power via the second port.
  • the present invention relates to a field device as well as a power supply unit.
  • the present invention is particularly suitable for powering field devices via an Ethernet (Power over Ethernet) link, several on-line field devices being able, according to the present invention, to be powered by an upstream connected power supply unit, such as an electrical power Ethernet switch.
  • an Ethernet Power over Ethernet
  • Patent Application EP2228943 describes a device comprising a plurality of communication ports that switch from one an appropriate manner between a power receiving port and a power port, thereby processing the power supply across a network in various network configurations.
  • Plural devices are connected to a network cable to form a network system.
  • all communication ports of the device are placed in a power receiving enable state.
  • the power supply is provided by one of the communication ports, other communication ports are placed in an energy-receiving disable state.
  • the device supplies a portion of the received electrical energy to another adjacent device using the communication port placed in the power-receiving disable state.
  • the supply of electrical energy may be sequentially performed from the device that receives the power supply from an external power supply facility to an adjacent device and finally all devices receive power.
  • the patent application US20150333918 relates to a PoE sensor comprising a housing, detection circuits arranged inside the housing and configured to detect a physical phenomenon outside the housing, at least one internal equipment supply circuit.
  • energy EPS
  • PD powered device
  • EPS energy
  • PD powered device
  • the housing coupled to the sensing circuitry and the internal circuit or internal circuits PSE, and configured to receive PoE energy and data from at least one element of the external EPS to the housing, transmit the PoE energy to the sensing circuitry to trip the operation of the detection circuits, and transmit PoE energy and data to the internal circuit or internal circuits PSE to trigger transmission of PoE energy and data to the downstream sensor (s).
  • a second disadvantage relates to the maximum electrical power transmitted on the twisted pairs of the Ethernet cable, which is limited to 30 W corresponding to the maximum power per twisted pair.
  • the present invention aims to overcome the disadvantages of the prior art by a solution to reduce the cost and complexity of wiring a building or more generally a site (eg offices, a factory, a collective space, boats).
  • the invention relates, in its most general sense, to a system for the electrical management of a plurality of electrical charges, comprising a network switch connected to a plurality of controllers by electrical cables ensuring the simultaneous transport of the digital data and the supply current, each controller controlling the operation of at least one electrical load, characterized in that:
  • Each controller has non-volatile memory for registering a unique identifier
  • At least part of the controllers have at least two digital / power ports
  • the network switch includes a computer for controlling the transmission of digital data comprising digital modulation information associated with information corresponding to the unique address of the target controller.
  • the network switch reads the personalization information of each controller.
  • the network switch comprises a calculator, which generates unique identifiers associated with the personalization information of each controller, and controls the recording in the local memory of each of the controllers of the unique identifier. Therefore, this unique identifier is information corresponding to the unique address of the controller.
  • the network switch includes a computer for controlling the transmission of digital data including digital modulation information associated with the unique controller identifier.
  • the network switch comprises a memory for the recording of a database and means for periodically interrogating the local memories of the controllers and recording in said database the state of each of the loads controlled by said controllers.
  • the network switch comprises means of communication with an external equipment for reading the data recorded in said database.
  • said ports of the controllers are interchangeably connectable to the network switch (1) to double the power supply or to another controller for the realization of a circuit in series.
  • some controllers include means for controlling the supply of the associated load directly in case of failure.
  • the invention also relates to a controller for a system for electrical management of a plurality of electric charges, characterized in that it comprises at least two digital / power ports for receiving and / or transmitting a continuous power supply current and a digital signal, at least one output for supplying an electrical load and a non-volatile memory for storing a unique identifier, and a processor for processing the digital signals and controlling a power circuit controlling the power output.
  • the controller further comprises a random access memory for recording information representative of the state of the electrical load connected to the power output.
  • the invention also relates to a network switch for an electrical management system of a plurality of electrical charges, characterized in that it comprises a computer for controlling the transmission of digital data comprising digital modulation information associated with information corresponding to the unique address of the target controller.
  • the network switch comprises a memory for the recording of a database and means for periodically interrogating the local memories of the controllers and recording in said database the state of each of the loads controlled by said controllers as well as communication means with an external equipment for reading the data recorded in said database.
  • the switch comprises means for managing two types of equipment according to different protocols, using the same types of mixed power / data wiring.
  • FIG. 1 represents a schematic view of an electrical management system according to the invention
  • FIG. 2 represents the block diagram of a controller according to the invention
  • FIG. 3 shows the block diagram of a network switch according to the invention.
  • FIG. 4 shows a block diagram of the daughter card.
  • Figure 1 shows the block diagram of a building management system according to an example of the invention.
  • the system comprises: a concentrator (1) of the controllers (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41) of the cables (2 to 5).
  • the invention relates to power supply technology on Ethernet called "Power over Ethernet (PoE).
  • PoE Power over Ethernet
  • Wiring is done with twisted pair Ethernet cables, universally used for network connections. It is also used to deliver power to low-power devices according to a standard set by the Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) in June 2000 as 802.3af-2003, which specifies how to provide low power. (about 13 W at 48 VDC) on twisted pair cabling.
  • IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers
  • 802.3af basic PoE standard was supplemented by the 802.3at standard, ratified on September 11, 2009, which provides up to 25 watts for larger devices, more large consumers of energy.
  • 802.3at is downstream compatible with 802.3af.
  • the Ethernet cable (2 to 5) consists of four twisted pairs that the network switch (1) uses to power electrical loads (110 to 140, 210, 220, 320,
  • a first solution uses two pairs to transmit the data while the other two pairs are used for power.
  • the power supply and the data are transmitted on the same pairs.
  • the power supply is either direct current or alternating current with a very low frequency of 60 Hz maximum, while the data transmissions are at frequencies of 10 to 100 million Hertz, or even more.
  • each cable segment (2 to 5) is limited to one hundred meters because of the weakening along the cable.
  • the network switch (1) is powered by a direct current source of less than 60 volts. It is equipped with a radio frequency communication circuit (8), for example WIFI, to establish communications with peripherals such as a tablet, a cellular telephone or a dedicated control box providing the human-machine interface and allowing different users to control the operation of electrical charges by human intervention, in complementarity with the automatic control of installations. It is equipped with a LAN port and also a fiber optic GBIC port.
  • a radio frequency communication circuit (8) for example WIFI
  • the network switch (1) is equipped with a memory for storing a database of the timestamped state loads and sensors of the system. This database allows interrogation by an intelligent management system, asynchronously with respect to data collection.
  • the network switch (1) comprises a computer for interfacing with complementary equipment and interrogating the database by a MODBUS communication, a WEB interface or a proprietary communication protocol.
  • the communication protocol is of the MODBUS type.
  • This protocol provides operation in Master / Slave mode. Only the master (ie the network switch 1) is active and reads and writes in each slave, the slaves (ie the controllers) being completely passive.
  • the frames are coded on 8 bits in RTU (Remote Terminal Unit) mode.
  • the switch can handle two types of equipment using different protocols, using the same types of mixed power / data cabling, for example: low-power equipment, controlled in "native" PoE mode compliant with IEEE standards via IP over Ethernet transmission eg sensors, clocks, cameras, intercoms, badge readers, repeater or WIFI terminal high energy equipment, controlled according to a TCP protocol on MODBUS, for example fan coil units, luminaires, blinds ...
  • low-power equipment controlled in "native" PoE mode compliant with IEEE standards via IP over Ethernet transmission eg sensors, clocks, cameras, intercoms, badge readers, repeater or WIFI terminal high energy equipment, controlled according to a TCP protocol on MODBUS, for example fan coil units, luminaires, blinds ...
  • the system makes it possible to control various equipment: electrical charges (110, 120, 140, 330) constituted by lighting modules, for example light-emitting diodes, electrical charges (130, 340) constituted by air conditioning modules, for example the servomotor of an HVAC equipment and low power consumption motor with operation lower than or equal to 48V of the higher power electrical loads (220), for example the external sign of a store via sensor relay boards (311), for example a temperature sensor of audiovisual equipment (323, 422), for example a sound circuit.
  • electrical charges (130, 340) constituted by air conditioning modules for example the servomotor of an HVAC equipment and low power consumption motor with operation lower than or equal to 48V of the higher power electrical loads (220), for example the external sign of a store via sensor relay boards (311), for example a temperature sensor of audiovisual equipment (323, 422), for example a sound circuit.
  • sensor relay boards for example a
  • Multifunction sensors Presence, brightness, temperature,
  • the multifunction sensor comprises a sound and / or video sensor, transmitting to the switch data packets corresponding to the signals acquired locally.
  • the switch includes a speech and / or image recognition algorithm for analyzing the signature and controlling actions such as controlling a load via the associated controller.
  • the switch comprises calculating means for controlling the state of one or more controllers, according to the data transmitted by one or more other controllers.
  • the switch has a plurality of ports, a portion of which may be connected in parallel on the same controller, to multiply the maximum power supply.
  • the controller detects the addresses on the "data" arrivals. Those corresponding to the same address are treated with only one of these arrivals.
  • An essential feature of the system according to the invention relates to the serial wiring of several controllers (11 to 14; 31 to 34).
  • controllers (12-14, 32-34) are not connected by the cabling to the network switch (1), but to another controller. This significantly reduces the number and length of cables needed for building management and simplifies installation.
  • each controller (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41) comprises two or more Ethernet ports for performing a chaining of the controllers.
  • Each controller includes a memory for recording a unique identifier of the associated equipment. These unique identifiers can be advantageously deployed at the time of initialization of the system.
  • the network switch (1) then reads the personalization information of each controller, generates unique identifiers and controls the recording in the local memory of each of the controllers of the unique identifier associated with the personalization information. This data is also stored in the database (10).
  • Figure 2 shows a schematic view of an electronic card (200) of a controller.
  • a processor associated with a flash memory and a SRAM static random access memory.
  • This is for example a microcontroller PIC32 type MICROCHIP (trademark).
  • the card (200) has input-output ports (210, 211), for example RJ45 connectors commonly for Ethernet connections. Such a connector has eight electrical connection pins and is a physical interface often used to terminate twisted pair cables.
  • These connectors (210, 211) provide the power supply to a power board (220) and to the electronic components of the board (200) and provide the transmission of signal frames between a transceiver (230, 240). "Tranceiver" - and the network switch (1).
  • the transceiver (240) converts the input signals to a format compatible with the processor (220).
  • the processor (240) controls the power circuit (220) which supplies an output (250) for controlling LED lighting with the right current thanks to the setpoint received by the processor (240) and a multi-sensor output (260).
  • the power circuit (220) also adapts the 55V supply transmitted by the wiring to supply the other electronic circuits of the card (200).
  • FIG. 3 shows a block diagram of the motherboard. It includes a Gigabit Ethernet transceiver (300) with a physical layer conforming to the 1000BASE-T, 100BASE-TX and 100BASE-T standards. It communicates via the RGMII and SMI PHI buses with a switch (310) integrating a high-performance Gigabit switching matrix with four priority queues, and multiple MGMII Gigabit Ethernet interface ports, memory and independent access controllers (MAC).
  • a Gigabit Ethernet transceiver 300
  • the ports (312) communicates with 30 Watt POE Ethernet ports (312) via isolation transformers (311).
  • the ports (312) are connected to a PoE Ethernet power management circuit (313).
  • the transceiver (300) also communicates with an optical fiber module (301) and, via an isolation transformer (302), with a main Ethernet port (303).
  • the set of functionalities of the motherboard is controlled by a microcontroller (330) connected to a backplane connector (335) connected to a power supply (336).
  • the motherboard includes a connector (340) for connection to a daughter card and a Serial ATA (S-ATA or SATA) type connector (341) for connecting high-speed storage devices.
  • a connector 340
  • S-ATA or SATA Serial ATA
  • FIG 4 shows a block diagram of the daughter card. It includes two switches (400, 410) communicating via isolation transformers (401, 411) with PoE Ethernet ports (402, 412). The ports (402, 412) are connected to PoE Ethernet power management circuits (403, 413). Both switches communicate via an isolation transformer (409).
  • the daughter board includes a backplane connector (435) connected to a power supply (436).
  • the daughter board includes a connector (440) for connection to a motherboard and a Serial ATA (S-ATA or SATA) connector (441) for connecting high-speed storage devices.
  • a connector for connection to a motherboard
  • a Serial ATA (S-ATA or SATA) connector 441 for connecting high-speed storage devices.

Landscapes

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Abstract

The invention relates to a system for electrically managing a plurality of electrical loads, comprising a network switch connected to a plurality of controllers by electrical cables that simultaneously convey digital data and the supply current, each controller controlling the operation of at least one electrical load. Each controller includes a non-volatile memory for recording a unique identifier. At least a portion of the controllers includes at least two digital/power ports. Some of the controllers are connected to another controller instead of to the network switch. The network switch includes a computer for controlling the transmission of digital data comprising digital modulation information associated with information corresponding to the unique address of the target controller.

Description

SYSTEME DE GESTION ELECTRIQUE D'UNE PLURALITE DE CHARGES  SYSTEM FOR ELECTRICALLY MANAGING A PLURALITY OF LOADS
ELECTRIQUES  ELECTRICAL
Domaine de 1 ' invention Field of the invention
La présente invention concerne le domaine de la gestion technique des bâtiments (GTB) et de la GTC (Gestion Technique Centralisée) et plus particulièrement la technologie PoE ( « Power over Ethernet » ) utilisant le réseau Ethernet à la fois pour l'alimentation électrique des charges et la transmission des signaux de commande de ces charges. The present invention relates to the field of technical building management (BMS) and the GTC (Centralized Technical Management) and more particularly the PoE ("Power over Ethernet") technology using the Ethernet network for both the power supply of the buildings. loads and the transmission of control signals of these loads.
Il s'agit de solutions d'alimentation des terminaux type éclairage LED, climatisation et stores à travers un réseau Ethernet propriétaire IP permettant d'injecter la puissance ainsi que l'information dans un seul et même câble Ethernet . These are power supply solutions for LED lighting, air-conditioning and blinds terminals through a proprietary IP Ethernet network that can inject power and information into a single Ethernet cable.
Ce système d'alimentation est à destination des immeubles de bureaux, hôpitaux et autre bâtiment tertiaire. Il permet d'une part de transformer les armoires électriques en baies informatiques. Et d'autre part de réduire la consommation d'énergie grâce à la gestion unique des terminaux. Ces économies varient de 30% pour les installations équipées de GTB, à 80% pour les installations non équipées. This power system is intended for office buildings, hospitals and other tertiary buildings. It allows one hand to transform the electrical cabinets into computer bays. And on the other hand to reduce energy consumption through the unique management of terminals. These savings vary from 30% for installations equipped with GTB, to 80% for non-equipped installations.
Cette technologie est basée sur la convergence des technologies numériques où chaque charge électrique possède une adresse, par exemple une IP pour des objets connectés via Internet, ou une trame d'identification pour des réseaux utilisant un protocole de communication de type Modbus (marque commerciale), et de la Gestion Technique du Bâtiment qui permet de simplifier l'infrastructure réseau du bâtiment et le prépare à devenir un « Smart Building » bâtiment connecté et intelligent. Pour l'instant, cette technologie est généralement limitée à des charges électriques de type éclairage LED, moteurs de ventilo-convecteurs , caméras, etc.... This technology is based on the convergence of digital technologies where each electrical load has an address, for example an IP for objects connected via the Internet, or an identification frame for networks using a Modbus type of communication protocol (trademark) , and Building Technical Management which simplifies the building's network infrastructure and prepares it to become a smart building connected and smart building. For now, this technology is generally limited to LED lighting type electric charges, fan coil motors, cameras, etc.
Un système de Gestion technique de bâtiment est constitué : A building management system consists of:
1. d'un poste informatique de télégestion équipé d'un logiciel de contrôle et d'acquisition de données (en anglais : Supervisory Control And Data Acquisition, sigle : SCADA) pour le traitement en temps réel d'un grand nombre de télémesures et de contrôles à distance des installations techniques 1. a remote management computer station equipped with control and data acquisition software (SCADA) for the real-time processing of a large number of telemetry and remote control of technical installations
2. d'un réseau câblé reliant des « concentrateurs » au poste de télégestion ; 2. a wired network linking "concentrators" to the remote management station;
3. de plusieurs concentrateurs recueillant les informations des équipements au plus près du bâtiment. 3. Multiple concentrators collecting information from the equipment as close as possible to the building.
L'interface homme-machine (IHM) est généralement réalisée par un poste de supervision, une tablette ou un téléphone cellulaire qui présente les processus à l'opérateur humain, et lui permet de contrôler le processus. Les interfaces homme-machine sont généralement reliées à la base de données du système de télégestion et à des programmes capables de calculer des tendances, sélectionner des données de diagnostic et des informations de gestion telles que les procédures d'entretien prévisionnels, des informations logistiques, des schémas détaillés d'un capteur ou d'une charge connectée particulière. The human-machine interface (HMI) is usually performed by a supervisor, a tablet or a cell phone that presents the processes to the human operator, and allows him to control the process. Human-machine interfaces are usually linked to the remote management system database and programs that can calculate trends, select diagnostic data and management information such as planned maintenance procedures, logistics information, Detailed diagrams of a particular sensor or connected load.
Les charges électriques commandées sont présentées sous forme d'objets schématisés associés à des objets de commande tactile. L'alimentation électrique et la commande numérique des charges électriques par le système de télégestion est effectuée par des câbles Ethernet selon, par exemple, le standard (Power over Ethernet ou PoE en anglais), permet de faire passer une tension de 48 V (jusqu'à 13 Watt de puissance électrique, voire plus), en plus des données à 100 Mbit/s ou 1 Gbit/s . The ordered electrical charges are presented as schematized objects associated with touch control objects. The power supply and the digital control of the electrical charges by the remote management system is performed by Ethernet cables according to, for example, the standard (Power over Ethernet or PoE in English), allows to pass a voltage of 48 V (up to 'at 13 Watt or more), in addition to data at 100 Mbit / s or 1 Gbit / s.
Etat de la technique State of the art
On connaît dans l'état de la technique une implémentation définie par la norme IEEE 802.3af, appartenant au standard IEEE 802.3 (Ethernet) ratifiée le 11 juin 2003 et publiée le 11 juillet 2003h 1. In the state of the art, an implementation defined by the IEEE 802.3af standard, belonging to the IEEE 802.3 (Ethernet) standard ratified on June 11, 2003 and published on July 11, 2003h 1 is known.
Cette solution appelée « Power over Ethernet (PoE) a été adoptée pour des utilisations telles que la téléphonie sur IP, la vidéo surveillance IP et les points d'accès sans fil. Depuis que le standard PoE (IEEE 802. af) a fait ses débuts en 2003, le marché s'est considérablement développé. Selon Infonetics, entre 2005 et 2012, le nombre de ports PoE dans le monde a augmenté de 25 millions à plus de 80 millions. Aujourd'hui on peut estimer que ce nombre a encore doublé. L'avantage du PoE est qu'il transmet les données et l'alimentation électrique via le même câble Ethernet. Cela permet de déployer facilement des dispositifs réseaux et de réduire les besoins en câblage électrique. This "Power over Ethernet (PoE)" solution has been adopted for uses such as IP telephony, IP video surveillance, and wireless access points. Since the PoE standard (IEEE 802. af) debuted in 2003, the market has grown considerably. According to Infonetics, between 2005 and 2012, the number of PoE ports in the world increased from 25 million to more than 80 million. Today we can estimate that this number has doubled again. The advantage of PoE is that it transmits data and power via the same Ethernet cable. This makes it easy to deploy network devices and reduce the need for electrical wiring.
La solution PoE permet la transmission simultanée des données et de l'alimentation à travers un même câble Ethernet. Dans un câble Ethernet, il y a quatre paires de fils torsadés. Dans une connexion Fast Ethernet classique, seulement deux de ces paires sont utilisées pour la transmission de données (les quatre paires sont utilisées pour la transmission de données dans une connexion Gigabit Ethernet). Le PoE utilise donc deux des quatre paires pour alimenter les périphériques connectés sur le même câble. Pour le Fast Ethernet, le plus souvent les deux paires de fils qui alimentent sont les mêmes que celles qui sont utilisées pour transmettre des données The PoE solution enables the simultaneous transmission of data and power over the same Ethernet cable. In an Ethernet cable, there are four pairs of twisted wires. In a typical Fast Ethernet connection, only two of these pairs are used for data transmission (the four pairs are used for data transmission in a Gigabit connection Ethernet). PoE uses two of the four pairs to power devices connected to the same cable. For Fast Ethernet, most often the two pairs of wires that feed are the same as those used to transmit data.
Selon cette technologie, chaque charge électrique est reliée au poste de télégestion par un câble, ce qui implique un coût de câblage très élevé et une complexité de l'installation dans le bâtiment. According to this technology, each electrical load is connected to the remote management station by a cable, which implies a very high wiring cost and complexity of the installation in the building.
On a proposé, pour remédier à ce problème, une solution décrite dans la demande de brevet européen EP2385603 de la société REDWOOD SYSTEMS INC décrivant un dispositif de gestion de charges électriques comprenant: To remedy this problem, a solution described in the European patent application EP2385603 of Redwood Systems Inc. describing an electric charge management device comprising:
- une pluralité de canaux pouvant être connectée à une pluralité de conducteurs dans une pluralité de lignes, chacun des canaux pouvant être connectées à l'une des lignes. Les canaux délivrent des signaux électriques à courant continu à des dispositifs de charge. Un commutateur réseau de puissance est configuré pour communiquer avec les dispositifs de charge pour transmettre les signaux de puissance à courant continu, déterminer un niveau de puissance cible pour les dispositifs de charge en fonction de la communication sur les conducteurs, et ajuster une quantité de puissance pour faire correspondre les niveaux d'alimentation des dispositifs de charge d'alimentation à la valeur cible. a plurality of channels that can be connected to a plurality of conductors in a plurality of lines, each of which channels can be connected to one of the lines. The channels deliver DC electrical signals to load devices. A power grid switch is configured to communicate with the load devices to transmit the DC power signals, determine a target power level for the load devices based on the communication on the conductors, and adjust a power amount to match the power levels of the charging devices to the target value.
On connaît aussi la demande de brevet internationale WO2015144457 déposée par la société Philips, décrivant un système de distribution de puissance de type Power-over-Ethernet pour commander des unités d'éclairage de type LED. Au moins une unité d'éclairage est couplée à un premier port de la première unité de commutation et un second port de la seconde unité de commutation. Le système de distribution de puissance comprend en outre au moins une unité de gestion de charge pour commander la puissance fournie par les alimentations électriques respectives des unités de commutation à 1 ' au moins une unité d'éclairage de telle sorte que le rendement énergétique du système de distribution est optimisé . Also known is the international patent application WO2015144457 filed by Philips, describing a Power-over-Ethernet type power distribution system for controlling LED lighting units. At least one lighting unit is coupled to a first port of the first switching unit and a second port of the second switching unit. The power distribution system further comprises at least one load management unit for controlling the power supplied by the respective power supplies of the switching units to the at least one lighting unit so that the energy efficiency of the system distribution is optimized.
La demande de brevet US2012/271477 présente un système de gestion électrique d'une pluralité de charges électriques, notamment LED. Il comprend un commutateur PoE fournissant une commande et une alimentation à des LED PoE-IP. Chaque LED ayant un identifiant IP unique est contrôlable sur le LAN PoE . Le système peut comprendre des capteurs et des moniteurs tels que: caméra IP, capteurs d'éclairage et détecteurs d'entrée. Le système peut comprendre des contrôleurs PoE-IP utilisés pour alimenter et commander des dispositifs contrôlés pouvant être commandés à distance tels que: dispositifs d'accès, LED IP / panneaux électroniques, ombrage, sirènes / alarmes, etc. The patent application US2012 / 271477 discloses a system for electrical management of a plurality of electrical charges, in particular LEDs. It includes a PoE switch providing control and power to PoE-IP LEDs. Each LED having a unique IP identifier is controllable on the PoE LAN. The system can include sensors and monitors such as: IP camera, light sensors and input sensors. The system may include PoE-IP controllers used to power and control remotely controllable controlled devices such as: access devices, IP LEDs / electronic panels, shading, sirens / alarms, etc.
Ce système comprend un commutateur réseau (PoE switch 120/220/220' dans les figures 1, 2, 3, 5 et 6). Le commutateur réseau est connecté à une pluralité de contrôleurs (65, 66 et 152 dans les figures 4 et 6). Le commutateur réseau peut commander la transmission de données numérique (paragraphe 0016) et chaque contrôleur possède une adresse unique IP-ID (paragraphe 0017). This system includes a network switch (PoE switch 120/220/220 'in Figures 1, 2, 3, 5 and 6). The network switch is connected to a plurality of controllers (65, 66 and 152 in Figures 4 and 6). The network switch can control the digital data transmission (paragraph 0016) and each controller has a unique IP-ID address (paragraph 0017).
La demande de brevet WO 2015007888 concerne un procédé et un appareil destinés à distribuer de la puissance dans des systèmes de grille en courant continu, les négociations de puissance étant réalisées dans un système en guirlande. Plusieurs mécanismes sont destinés à atténuer le problème d'exploration par étapes des demandes de puissance le long d'une guirlande, tout en conservant la rapidité de négociation et sans avoir besoin de nombreux cycles. Patent application WO 2015007888 relates to a method and an apparatus for distributing power in DC grid systems, the power negotiations being carried out in a system in which garland. Several mechanisms are intended to alleviate the problem of stepwise exploration of power demands along a garland, while maintaining the speed of negotiation and without the need for many cycles.
La demande de brevet DE 102006036770 décrit un procédé de mise en service d'au moins un premier appareil de terrain comprenant une étape de signalisation d'une première puissance électrique nécessaire du premier appareil de terrain via un premier port sur une unité d'alimentation. Le premier appareil de terrain a ici été raccordé au préalable à l'unité d'alimentation via le premier port au moyen d'une première liaison de données. En outre, la consommation de la première puissance nécessaire est réalisée par l'intermédiaire du premier appareil de terrain via la première liaison de données et le premier port, ce qui active le premier appareil de terrain. Une autre étape consiste à attribuer au premier port d'une unité de prélèvement de puissance du premier appareil de terrain, l'unité de prélèvement de puissance étant prévue comme consommateur pour la puissance. En outre, une unité d'alimentation en puissance du premier appareil de terrain est attribuée à un second port, l'unité d'alimentation en puissance étant prévue pour la fourniture d'une seconde puissance nécessaire supplémentaire via le second port. Dans un autre aspect, la présente invention concerne un appareil de terrain ainsi qu'une unité d'alimentation. La présente invention convient particulièrement à l'alimentation d'appareils de terrain via une liaison Ethernet (Power over Ethernet), plusieurs appareils de terrain montés en ligne pouvant, selon la présente invention, être alimentés par une unité d'alimentation connectée en amont, telle qu'un commutateur d'alimentation par Ethernet à énergie électrique. The patent application DE 102006036770 describes a method of commissioning at least a first field device comprising a step of signaling a first necessary electrical power of the first field device via a first port on a power unit. The first field device has been previously connected to the power unit via the first port by means of a first data link. In addition, the consumption of the first power required is performed via the first field device via the first data link and the first port, which activates the first field device. Another step is to assign to the first port of a power take-off unit of the first field device, the power take-off unit being provided as a power consumer. In addition, a power supply unit of the first field device is assigned to a second port, the power supply unit being provided for the provision of a second additional necessary power via the second port. In another aspect, the present invention relates to a field device as well as a power supply unit. The present invention is particularly suitable for powering field devices via an Ethernet (Power over Ethernet) link, several on-line field devices being able, according to the present invention, to be powered by an upstream connected power supply unit, such as an electrical power Ethernet switch.
La demande de brevet EP2228943 décrit un dispositif comprenant plusieurs ports de communication commutent de manière appropriée entre un port de réception d'énergie et un port d'alimentation, traitant ainsi l'alimentation électrique à travers un réseau dans diverses configurations de réseau. Des dispositifs pluriels sont connectés à un câble de réseau pour former un système de réseau. Dans un état initial avant la réception d'énergie, tous les ports de communication du dispositif sont placés dans un état d'activation de réception de puissance. Lorsque l'alimentation électrique est fournie par l'un des ports de communication, d'autres ports de communication sont placés dans un état d'invalidation de réception d'énergie. Le dispositif alimente une partie de l'énergie électrique reçue vers un autre dispositif adjacent en utilisant le port de communication placé dans l'état d'invalidation de réception de puissance. La fourniture d'énergie électrique peut être exécutée séquentiellement à partir du dispositif qui reçoit l'alimentation en énergie électrique d'une installation d'alimentation électrique externe vers un dispositif adjacent et enfin tous les dispositifs reçoivent le courant. Patent Application EP2228943 describes a device comprising a plurality of communication ports that switch from one an appropriate manner between a power receiving port and a power port, thereby processing the power supply across a network in various network configurations. Plural devices are connected to a network cable to form a network system. In an initial state before receiving power, all communication ports of the device are placed in a power receiving enable state. When the power supply is provided by one of the communication ports, other communication ports are placed in an energy-receiving disable state. The device supplies a portion of the received electrical energy to another adjacent device using the communication port placed in the power-receiving disable state. The supply of electrical energy may be sequentially performed from the device that receives the power supply from an external power supply facility to an adjacent device and finally all devices receive power.
La demande de brevet US20150333918 concerne un capteur PoE comprenant un boîtier, des circuits de détection disposés à l'intérieur du boîtier et configurés pour détecter un phénomène physique à l'extérieur du boîtier, au moins un circuit d'équipement interne d'alimentation en énergie ("PSE") disposé à l'intérieur du boîtier et configuré pour transmettre l'énergie PoE et les données à au moins un capteur aval, et des circuits de dispositifs alimentés ("PD") disposés à l'intérieur du boîtier, couplés aux circuits de détection et au circuit interne ou aux circuits internes PSE, et configurés pour recevoir l'énergie PoE et les données provenant d'au moins un élément du PSE externe au boîtier, transmettre l'énergie PoE aux circuits de détection pour déclencher le fonctionnement des circuits de détection, et transmettre l'énergie PoE et les données au circuit interne ou aux circuits internes PSE pour déclencher la transmission de l'énergie PoE et des données au ou aux capteurs aval. The patent application US20150333918 relates to a PoE sensor comprising a housing, detection circuits arranged inside the housing and configured to detect a physical phenomenon outside the housing, at least one internal equipment supply circuit. energy ("EPS") disposed within the housing and configured to transmit PoE energy and data to at least one downstream sensor, and powered device ("PD") circuits disposed within the housing, coupled to the sensing circuitry and the internal circuit or internal circuits PSE, and configured to receive PoE energy and data from at least one element of the external EPS to the housing, transmit the PoE energy to the sensing circuitry to trip the operation of the detection circuits, and transmit PoE energy and data to the internal circuit or internal circuits PSE to trigger transmission of PoE energy and data to the downstream sensor (s).
Inconvénients de l'art antérieur Disadvantages of prior art
Les solutions de l'art antérieur impliquent la pose de faisceaux de câbles entre le poste de télégestion et chacune des charges électriques, ce qui représente des coûts matériels importants et une installation complexe. Pour des bâtiments collectifs, il est nécessaire de prévoir plusieurs kilomètres de câbles à installer, avec une concentration au niveau du rack où est installé le système de télégestion. The solutions of the prior art involve the laying of bundles of cables between the remote management station and each of the electrical charges, which represents significant material costs and a complex installation. For collective buildings, it is necessary to provide several kilometers of cables to install, with a concentration at the rack where the remote management system is installed.
Un deuxième inconvénient concerne la puissance électrique maximum transmissible sur les paires torsadées du câble Ethernet, qui est limité à 30 W correspondant à la puissance maximale par paire torsadée. A second disadvantage relates to the maximum electrical power transmitted on the twisted pairs of the Ethernet cable, which is limited to 30 W corresponding to the maximum power per twisted pair.
Les solutions de l'art antérieur sont généralement destinées uniquement à la commande de l'éclairage, et nécessitent souvent des équipements intégrant un module de connectivité . The solutions of the prior art are generally intended solely for the control of lighting, and often require equipment incorporating a connectivity module.
Par ailleurs, les solutions de l'art antérieur sont généralement destinées uniquement à la commande de l'éclairage, et nécessitent souvent des équipements intégrant un module de connectivité. Moreover, the solutions of the prior art are generally intended solely for the control of lighting, and often require equipment incorporating a connectivity module.
Solution apportée par l'invention Solution provided by the invention
La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur par une solution permettant de réduire le coût et la complexité du câblage d'un bâtiment ou plus généralement d'un site (par exemple des bureaux, une usine, une espace collectif, des bateaux). A cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale un système de gestion électrique d'une pluralité de charges électriques, comprenant un commutateur réseau connecté à une pluralité de contrôleurs par des câbles électrique assurant le transport simultané des données numériques et du courant d'alimentation, chaque contrôleur commandant le fonctionnement d'au moins une charge électrique, caractérisé en ce que : The present invention aims to overcome the disadvantages of the prior art by a solution to reduce the cost and complexity of wiring a building or more generally a site (eg offices, a factory, a collective space, boats). To this end, the invention relates, in its most general sense, to a system for the electrical management of a plurality of electrical charges, comprising a network switch connected to a plurality of controllers by electrical cables ensuring the simultaneous transport of the digital data and the supply current, each controller controlling the operation of at least one electrical load, characterized in that:
• Chaque contrôleur comporte une mémoire non volatile pour l'enregistrement d'un identifiant unique • Each controller has non-volatile memory for registering a unique identifier
• Une partie au moins des contrôleurs comporte au moins deux ports numérique/puissance • At least part of the controllers have at least two digital / power ports
• Certains au moins des contrôleurs sont reliés à un autre contrôleur et non pas au commutateur • At least some of the controllers are connected to another controller and not to the switch
• Le commutateur réseau comporte un calculateur pour commander la transmission de données numériques comprenant une information de modulation numérique associée à une information correspondant à l'adresse unique du contrôleur cible . The network switch includes a computer for controlling the transmission of digital data comprising digital modulation information associated with information corresponding to the unique address of the target controller.
Selon l'invention, le commutateur réseau lit les informations de personnalisation de chaque contrôleur. De plus, le commutateur réseau comporte un calculateur, qui génère des identifiants unique associé aux informations de personnalisation de chaque contrôleur, et commande l'enregistrement dans la mémoire locale de chacun des contrôleurs de l'identifiant unique. Donc, cet identifiant unique est une information correspondant à l'adresse unique du contrôleur. Le commutateur réseau comporte un calculateur pour commander la transmission de données numériques comprenant une information de modulation numérique associée à l'identifiant unique de contrôleur. De préférence, le commutateur réseau comporte une mémoire pour l'enregistrement d'une base de données et des moyens pour interroger périodiquement les mémoires locales des contrôleurs et enregistrer dans ladite base de donnée l'état de chacune des charges commandées par lesdits contrôleurs. According to the invention, the network switch reads the personalization information of each controller. In addition, the network switch comprises a calculator, which generates unique identifiers associated with the personalization information of each controller, and controls the recording in the local memory of each of the controllers of the unique identifier. Therefore, this unique identifier is information corresponding to the unique address of the controller. The network switch includes a computer for controlling the transmission of digital data including digital modulation information associated with the unique controller identifier. Preferably, the network switch comprises a memory for the recording of a database and means for periodically interrogating the local memories of the controllers and recording in said database the state of each of the loads controlled by said controllers.
Avantageusement, le commutateur réseau comporte des moyens de communication avec un équipement extérieur pour lire les données enregistrées dans ladite base de données. Advantageously, the network switch comprises means of communication with an external equipment for reading the data recorded in said database.
Selon une variante particulière, lesdits ports des contrôleurs (11 à 14, 21, 22, 31 à 34, 41) sont indifféremment raccordables au commutateur réseau ( 1 ) pour doubler la puissance électrique d'alimentation ou à un autre contrôleur pour la réalisation d'un circuit en série. According to a particular variant, said ports of the controllers (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41) are interchangeably connectable to the network switch (1) to double the power supply or to another controller for the realization of a circuit in series.
De préférence, certains contrôleurs comportent des moyens pour commander l'alimentation de la charge associée directement en cas de défaillance. Preferably, some controllers include means for controlling the supply of the associated load directly in case of failure.
L'invention concerne également un contrôleur pour un système de gestion électrique d'une pluralité de charges électriques caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux ports numérique/puissance pour recevoir et/ou transmettre un courant d'alimentation continu de puissance et un signal numérique, au moins une sortie pour alimenter une charge électrique et une mémoire non volatile pour l'enregistrement d'un identifiant unique ainsi qu'un processeur pour traiter les signaux numériques et contrôler un circuit de puissance commandant la sortie de puissance. The invention also relates to a controller for a system for electrical management of a plurality of electric charges, characterized in that it comprises at least two digital / power ports for receiving and / or transmitting a continuous power supply current and a digital signal, at least one output for supplying an electrical load and a non-volatile memory for storing a unique identifier, and a processor for processing the digital signals and controlling a power circuit controlling the power output.
De préférence, le contrôleur comporte en outre une mémoire vive pour l'enregistrement d'informations représentatives de l'état de la charge électrique reliée à la sortie de puissance. Preferably, the controller further comprises a random access memory for recording information representative of the state of the electrical load connected to the power output.
L'invention concerne aussi un commutateur réseau pour un système de gestion électrique d'une pluralité de charges électriques conforme caractérisé en ce qu'il comporte un calculateur pour commander la transmission de données numériques comprenant une information de modulation numérique associée à une information correspondant à l'adresse unique du contrôleur cible. The invention also relates to a network switch for an electrical management system of a plurality of electrical charges, characterized in that it comprises a computer for controlling the transmission of digital data comprising digital modulation information associated with information corresponding to the unique address of the target controller.
De préférence, le commutateur réseau comporte une mémoire pour l'enregistrement d'une base de données et des moyens pour interroger périodiquement les mémoires locales des contrôleurs et enregistrer dans ladite base de donnée l'état de chacune des charges commandées par lesdits contrôleurs ainsi que des moyens de communication avec un équipement extérieur pour lire les données enregistrées dans ladite base de données . Preferably, the network switch comprises a memory for the recording of a database and means for periodically interrogating the local memories of the controllers and recording in said database the state of each of the loads controlled by said controllers as well as communication means with an external equipment for reading the data recorded in said database.
Avantageusement, le commutateur comporte des moyens pour gérer deux types d'équipements selon des protocoles distincts, utilisant les mêmes types de câblage mixte alimentation/données . Advantageously, the switch comprises means for managing two types of equipment according to different protocols, using the same types of mixed power / data wiring.
Description détaillée d'un exemple non limitatif de Detailed description of a non-limiting example of
1 ' invention  The invention
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, concernant des exemples non limitatifs de mise en œuvre et faisant référence aux dessins annexés où : The present invention will be better understood on reading the description which follows, relating to nonlimiting examples of implementation and referring to the appended drawings in which:
- la figure 1 représente une vue schématique d'un système de gestion électrique selon l'invention - la figure 2 représente le schéma de principe d'un contrôleur selon l'invention FIG. 1 represents a schematic view of an electrical management system according to the invention FIG. 2 represents the block diagram of a controller according to the invention
- la figure 3 représente le schéma de principe d'un commutateur réseau selon l'invention. - Figure 3 shows the block diagram of a network switch according to the invention.
- La figure 4 représente un schéma de principe de la carte fille. - Figure 4 shows a block diagram of the daughter card.
Description du système de gestion technique selon l'invention Description of the technical management system according to the invention
La figure 1 représente le schéma de principe d'une installation de gestion technique de bâtiment selon un exemple de l'invention. Figure 1 shows the block diagram of a building management system according to an example of the invention.
Le système comporte : un concentrateur ( 1 ) des contrôleurs (11 à 14, 21, 22, 31 à 34, 41) des câbles (2 à 5). The system comprises: a concentrator (1) of the controllers (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41) of the cables (2 to 5).
L'invention concerne la technologique d'alimentation sur Ethernet dite « Power over Ethernet (PoE). The invention relates to power supply technology on Ethernet called "Power over Ethernet (PoE).
Le câblage est réalisé avec des câbles Ethernet à paires torsadées, utilisés universellement pour les connexions réseaux. Il sert également à acheminer l'alimentation électrique à des appareils à faible consommation électrique selon un standard établi par l'IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers), en juin 2000 sous la référence 802.3af-2003 qui spécifie comment fournir une faible puissance électrique (environ 13 W sous 48 Vcc ) sur un câblage à paires torsadées. Récemment, le standard PoE de base 802.3af a été complété par la norme 802.3at, ratifiée le 11 septembre 2009, qui fournit jusqu'à 25 watts pour de plus gros appareils, plus grands consommateurs d'énergie. 802.3at est compatible en aval avec 802.3af. Wiring is done with twisted pair Ethernet cables, universally used for network connections. It is also used to deliver power to low-power devices according to a standard set by the Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) in June 2000 as 802.3af-2003, which specifies how to provide low power. (about 13 W at 48 VDC) on twisted pair cabling. Recently, the 802.3af basic PoE standard was supplemented by the 802.3at standard, ratified on September 11, 2009, which provides up to 25 watts for larger devices, more large consumers of energy. 802.3at is downstream compatible with 802.3af.
Le câble Ethernet (2 à 5) est composé de quatre paires torsadées qu'utilise le commutateur réseau (1) pour alimenter des charges électriques (110 à 140, 210, 220, 320,The Ethernet cable (2 to 5) consists of four twisted pairs that the network switch (1) uses to power electrical loads (110 to 140, 210, 220, 320,
330, 340). Une première solution utilise deux paires pour transmettre les données tandis que les deux autres paires servent pour l'alimentation. Selon une deuxième solution, l'alimentation et les données sont transmises sur les mêmes paires . 330, 340). A first solution uses two pairs to transmit the data while the other two pairs are used for power. According to a second solution, the power supply and the data are transmitted on the same pairs.
L'alimentation électrique est soit en courant continu, soit en courant alternatif avec une fréquence très basse de 60 Hz au maximum, tandis que les transmissions de données se font à des fréquences de 10 à 100 millions de Hertz, voire plus encore. The power supply is either direct current or alternating current with a very low frequency of 60 Hz maximum, while the data transmissions are at frequencies of 10 to 100 million Hertz, or even more.
La longueur de chaque segment de câble (2 à 5) est limitée à une centaine de mètres en raison de l'affaiblissement le long du câble. The length of each cable segment (2 to 5) is limited to one hundred meters because of the weakening along the cable.
Le commutateur réseau (1) est alimenté par une source de courant continu inférieur à 60 Volts. Il est équipé d'un circuit de communication radiofréquence (8), par exemple WIFI , pour établir des communications avec des périphériques tels qu'une tablette, un téléphone cellulaire ou un boîtier de contrôle dédié assurant l'interface homme-machine et permettant à différents utilisateurs de commander le fonctionnement des charges électriques par une intervention humaine, en complémentarité avec le pilotage automatique des installations. Il est équipé d'un port LAN et aussi d'un port GBIC fibre optique. The network switch (1) is powered by a direct current source of less than 60 volts. It is equipped with a radio frequency communication circuit (8), for example WIFI, to establish communications with peripherals such as a tablet, a cellular telephone or a dedicated control box providing the human-machine interface and allowing different users to control the operation of electrical charges by human intervention, in complementarity with the automatic control of installations. It is equipped with a LAN port and also a fiber optic GBIC port.
Le commutateur réseau (1) est équipé d'une mémoire pour l'enregistrement d'une base de données de l'état horodaté des charges et capteurs du système. Cette base de données permet l'interrogation par un système de pilotage intelligent, de manière asynchrone par rapport à la collecte des données. Le commutateur réseau ( 1 ) comporte un calculateur permettant 1 ' interfaçage avec des équipements complémentaires et l'interrogation de la base de données par une communication en MODBUS , par une interface WEB ou un protocole de communication propriétaire . The network switch (1) is equipped with a memory for storing a database of the timestamped state loads and sensors of the system. This database allows interrogation by an intelligent management system, asynchronously with respect to data collection. The network switch (1) comprises a computer for interfacing with complementary equipment and interrogating the database by a MODBUS communication, a WEB interface or a proprietary communication protocol.
A titre d'exemple, le protocole de communication est de type MODBUS . By way of example, the communication protocol is of the MODBUS type.
Ce protocole prévoit un fonctionnement sur le mode Maître/Esclave. Seul le maître (à savoir le commutateur réseau 1) est actif et qui lit et écrit dans chaque esclave, les esclaves (à savoir les contrôleurs) étant complètement passifs . This protocol provides operation in Master / Slave mode. Only the master (ie the network switch 1) is active and reads and writes in each slave, the slaves (ie the controllers) being completely passive.
Il est constitué de trames contenant le numéro du contrôleur concerné, la fonction à traiter (écriture, lecture), la donnée et le code de vérification d'erreur appelé contrôle de redondance cyclique sur 16 bits ou CRC16. It consists of frames containing the number of the controller concerned, the function to be processed (write, read), the data and the error checking code called 16-bit cyclic redundancy check or CRC16.
Les trames sont codées sur 8 bits en mode RTU (Remote Terminal Unit). The frames are coded on 8 bits in RTU (Remote Terminal Unit) mode.
Le commutateur peut gérer deux types d'équipements selon des protocoles distincts, utilisant les mêmes types de câblage mixte alimentation/données, par exemple : des équipements basse énergie, commandés en mode PoE « natif » conforme aux standards IEEE via une transmission IP sur Ethernet, par exemple des capteurs, horloges, caméras, interphones, lecteurs de badges, répétiteur ou borne WIFI des équipements haute énergie, commandés selon un protocole TCP sur MODBUS, par exemple des ventilo- convecteurs, luminaires, stores... The switch can handle two types of equipment using different protocols, using the same types of mixed power / data cabling, for example: low-power equipment, controlled in "native" PoE mode compliant with IEEE standards via IP over Ethernet transmission eg sensors, clocks, cameras, intercoms, badge readers, repeater or WIFI terminal high energy equipment, controlled according to a TCP protocol on MODBUS, for example fan coil units, luminaires, blinds ...
Le système permet de commander différents équipements : des charges électriques (110, 120, 140, 330) constituées par des modules d'éclairage, par exemple à diodes électroluminescentes des charges électriques (130, 340) constituées par des modules de climatisation, par exemple le servomoteur d'un équipement HVAC et moteur de faible consommation au fonctionnement inférieur ou égale à 48V des charges électriques (220) de plus forte puissance, par exemple l'enseigne extérieur d'un magasin via des cartes relais des capteurs (311), par exemple un capteur de température des équipements audiovisuels (323, 422), par exemple un circuit de sonorisation. des systèmes déjà existant en POE de l'éclairage de sécurité The system makes it possible to control various equipment: electrical charges (110, 120, 140, 330) constituted by lighting modules, for example light-emitting diodes, electrical charges (130, 340) constituted by air conditioning modules, for example the servomotor of an HVAC equipment and low power consumption motor with operation lower than or equal to 48V of the higher power electrical loads (220), for example the external sign of a store via sensor relay boards (311), for example a temperature sensor of audiovisual equipment (323, 422), for example a sound circuit. already existing systems in POE of security lighting
Des capteurs multifonctions (présence, luminosité, température, ) . Multifunction sensors (presence, brightness, temperature,).
Chacun de ses équipements est associé à un contrôleur (11 à 14, 21, 22, 31 à 34, 41). Selon un exemple de réalisation, le capteur multifonction comprend un capteur sonore et/ou vidéo, transmettant au commutateur des paquets de données correspondant aux signaux acquis localement. Le commutateur comprend un algorithme de reconnaissance vocale et/ou d'image pour analyser la signature et commander des actions telles que la commande d'une charge via le contrôleur associé. Each of its equipment is associated with a controller (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41). According to an exemplary embodiment, the multifunction sensor comprises a sound and / or video sensor, transmitting to the switch data packets corresponding to the signals acquired locally. The switch includes a speech and / or image recognition algorithm for analyzing the signature and controlling actions such as controlling a load via the associated controller.
De façon générale, le commutateur comprend des moyens de calcul permettant de commander l'état d'un ou plusieurs contrôleurs, en fonction des données transmises par un ou plusieurs autres contrôleurs. In general, the switch comprises calculating means for controlling the state of one or more controllers, according to the data transmitted by one or more other controllers.
Le commutateur comporte une pluralité de ports dont une partie peut être reliée en parallèle sur le même contrôleur, pour multiplier la puissance d'alimentation maximale. Dans ce cas, le contrôleur détecte les adresses sur les arrivées « données » . Celles correspondant à la même adresse font l'objet d'un traitement consistant à ne traiter qu'une seule de ces arrivées. The switch has a plurality of ports, a portion of which may be connected in parallel on the same controller, to multiply the maximum power supply. In this case, the controller detects the addresses on the "data" arrivals. Those corresponding to the same address are treated with only one of these arrivals.
Une caractéristique essentielle du système selon l'invention concerne le câblage en série de plusieurs contrôleurs (11 à 14 ; 31 à 34). An essential feature of the system according to the invention relates to the serial wiring of several controllers (11 to 14; 31 to 34).
Certains contrôleurs (12 à 14 ; 32 à 34) ne sont pas reliés par le câblage au commutateur réseau (1), mais à un autre contrôleur. Cela permet de réduire significativement le nombre et la longueur de câbles nécessaire pour la gestion technique du bâtiment et de simplifier l'installation. Some controllers (12-14, 32-34) are not connected by the cabling to the network switch (1), but to another controller. This significantly reduces the number and length of cables needed for building management and simplifies installation.
Pour cela, chaque contrôleur (11 à 14, 21, 22, 31 à 34, 41) comporte deux ou plusieurs ports Ethernet permettant de réaliser un chaînage des contrôleurs. Chaque contrôleur comprend une mémoire pour l'enregistrement d'un identifiant unique de l'équipement associé. Ces identifiants uniques peuvent être avantageusement déployés au moment de l'initialisation du système. Le commutateur réseau (1) lit alors les informations de personnalisation de chaque contrôleur, génère des identifiants uniques et commande l'enregistrement dans la mémoire locale de chacun des contrôleurs de l'identifiant unique associé aux informations de personnalisation. Ces données sont également enregistrées dans la base de données (10). For this, each controller (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41) comprises two or more Ethernet ports for performing a chaining of the controllers. Each controller includes a memory for recording a unique identifier of the associated equipment. These unique identifiers can be advantageously deployed at the time of initialization of the system. The network switch (1) then reads the personalization information of each controller, generates unique identifiers and controls the recording in the local memory of each of the controllers of the unique identifier associated with the personalization information. This data is also stored in the database (10).
Description détaillée d'un contrôleur Detailed description of a controller
La figure 2 représente une vue schématique d'une carte électronique (200) d'un contrôleur. Figure 2 shows a schematic view of an electronic card (200) of a controller.
Il comporte un processeur (240) associé à une mémoire flash et une mémoire vive statique SRAM. Il s'agit par exemple d'un microcontrôleur de type PIC32 de la société MICROCHIP (marque commerciale). It comprises a processor (240) associated with a flash memory and a SRAM static random access memory. This is for example a microcontroller PIC32 type MICROCHIP (trademark).
La carte (200) comporte des ports d'entrée-sortie (210, 211), par exemple des connecteurs RJ45 couramment pour les connexions Ethernet. Un tel connecteur comporte huit broches de connexions électriques et constitue une interface physique souvent utilisée pour terminer les câbles de type paire torsadée. The card (200) has input-output ports (210, 211), for example RJ45 connectors commonly for Ethernet connections. Such a connector has eight electrical connection pins and is a physical interface often used to terminate twisted pair cables.
Ces connecteurs (210, 211) fournissent le courant d'alimentation à une carte de puissance (220) et aux composants électroniques de la carte (200) et assurent la transmission des trames des signaux entre un transcepteur (230, 240) — en anglais « tranceiver » - et le commutateur réseau ( 1 ) . Le transcepteur (240) transforme les signaux d'entrée en un format compatible avec le processeur (220). These connectors (210, 211) provide the power supply to a power board (220) and to the electronic components of the board (200) and provide the transmission of signal frames between a transceiver (230, 240). "Tranceiver" - and the network switch (1). The transceiver (240) converts the input signals to a format compatible with the processor (220).
Le processeur (240) commande le circuit de puissance (220) qui alimente une sortie (250) pour le pilotage d'un éclairage LED avec le bon courant grâce à la consigne reçue par le processeur (240) ainsi qu'une sortie multi capteur ( 260 ) . The processor (240) controls the power circuit (220) which supplies an output (250) for controlling LED lighting with the right current thanks to the setpoint received by the processor (240) and a multi-sensor output (260).
Le circuit de puissance (220) adapte également l'alimentation 55V transmise par le câblage pour alimenter les autres circuits électroniques de la carte (200). The power circuit (220) also adapts the 55V supply transmitted by the wiring to supply the other electronic circuits of the card (200).
Description détaillée du commutateur réseau Detailed description of the network switch
Présentation de la carte mère Presentation of the motherboard
La figure 3 représente un schéma de principe de la carte mère. Elle comprend un transcepteur (300) Ethernet Gigabit avec une couche physique conforme aux standards 1000BASE-T, 100BASE-TX et 100BASE-T. Il communique via les bus RGMII et SMI PHI avec un switch (310) intégrant une matrice de commutation Gigabit hautes performances avec quatre files d'attente prioritaires, et plusieurs ports d'interface MGMII Gigabit Ethernet, une mémoire et des contrôleurs indépendants d'accès (MAC). Figure 3 shows a block diagram of the motherboard. It includes a Gigabit Ethernet transceiver (300) with a physical layer conforming to the 1000BASE-T, 100BASE-TX and 100BASE-T standards. It communicates via the RGMII and SMI PHI buses with a switch (310) integrating a high-performance Gigabit switching matrix with four priority queues, and multiple MGMII Gigabit Ethernet interface ports, memory and independent access controllers (MAC).
Il communique avec des ports Ethernet POE 30 Watt (312) via des transformateurs d'isolation (311). Les ports (312) sont reliés à un circuit de management de l'alimentation sur Ethernet PoE (313). It communicates with 30 Watt POE Ethernet ports (312) via isolation transformers (311). The ports (312) are connected to a PoE Ethernet power management circuit (313).
Le transcepteur (300) communique également avec un module fibre optique (301) et, via un transformateur d'isolation (302), avec un port Ethernet principal (303). L'ensemble des fonctionnalités de la carte mère est piloté par un microcontrôleur (330) relié à un connecteur de fond de panier (335) relié à une alimentation (336). The transceiver (300) also communicates with an optical fiber module (301) and, via an isolation transformer (302), with a main Ethernet port (303). The set of functionalities of the motherboard is controlled by a microcontroller (330) connected to a backplane connector (335) connected to a power supply (336).
La carte mère comprend un connecteur (340) pour la liaison avec une carte fille et un connecteur (341) de type Serial ATA (S-ATA ou SATA) pour la connexion de périphériques de stockage haut débit. The motherboard includes a connector (340) for connection to a daughter card and a Serial ATA (S-ATA or SATA) type connector (341) for connecting high-speed storage devices.
Présentation de la carte fille Presentation of the daughter card
La figure 4 représente un schéma de principe de la carte fille. Elle comprend deux switchs (400, 410) communiquant via des transformateurs d'isolation (401, 411) avec des ports Ethernet PoE (402, 412). Les ports (402,412) sont reliés à des circuits de management de l'alimentation sur Ethernet PoE (403, 413). Les deux switchs communiquent via un transformateur d'isolation (409). Figure 4 shows a block diagram of the daughter card. It includes two switches (400, 410) communicating via isolation transformers (401, 411) with PoE Ethernet ports (402, 412). The ports (402, 412) are connected to PoE Ethernet power management circuits (403, 413). Both switches communicate via an isolation transformer (409).
La carte fille comprend un connecteur de fond de panier (435) relié à une alimentation (436). The daughter board includes a backplane connector (435) connected to a power supply (436).
La carte fille comprend un connecteur (440) pour la liaison avec une carte mère et un connecteur (441) de type Serial ATA (S-ATA ou SATA) pour la connexion de périphériques de stockage haut débit. The daughter board includes a connector (440) for connection to a motherboard and a Serial ATA (S-ATA or SATA) connector (441) for connecting high-speed storage devices.

Claims

Revendications claims
1 - Système de gestion électrique d'une pluralité de charges électriques, comprenant un commutateur réseau (1) connecté à une pluralité de contrôleurs (11 à 14, 21, 22, 31 à 34, 41) par des câbles électriques (2 à 5) assurant le transport simultané des données numériques et du courant d'alimentation, chaque contrôleur (11 à 14, 21, 22, 31 à 34, 41) commandant le fonctionnement d'au moins une charge électrique, caractérisé en ce que : A system for electrical management of a plurality of electrical charges, comprising a network switch (1) connected to a plurality of controllers (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41) by electric cables (2 to 5) ) providing simultaneous transport of the digital data and the supply current, each controller (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41) controlling the operation of at least one electrical load, characterized in that:
• Chaque contrôleur (11 à 14, 21, 22, 31 à 34, 41) comporte une mémoire non volatile pour l'enregistrement d'un identifiant unique Each controller (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41) has a non-volatile memory for storing a unique identifier
• Une partie au moins des contrôleurs (11 à 14, 21, 22, 31 à 34, 41) comporte au moins deux ports numérique/puissance At least a portion of the controllers (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41) have at least two digital / power ports
• Certains au moins des contrôleurs (12) sont reliés à un autre contrôleur (11, 13) et non pas au commutateur réseau ( 1 ) At least some of the controllers (12) are connected to another controller (11, 13) and not to the network switch (1)
• Le commutateur réseau ( 1 ) comporte un calculateur pour commander la transmission de données numériques comprenant une information de modulation numérique associée à une information correspondant à l'adresse unique du contrôleur (11 à 14, 21, 22, 31 à 34, 41) cible The network switch (1) comprises a computer for controlling the transmission of digital data comprising digital modulation information associated with information corresponding to the unique address of the controller (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41). target
• Le commutateur réseau ( 1 ) comporte une mémoire pour l'enregistrement d'une base de données (10) et des moyens pour interroger périodiquement les mémoires locales des contrôleurs (11 à 14, 21, 22, 31 à 34, 41) et enregistrer dans ladite base de donnée l'état de chacune des charges commandées par lesdits contrôleurs (11 à 14, 21, 22, 31 à 34, 41). 2 - Système de gestion électrique d'une pluralité de charges électriques selon la revendication 1 caractérisé en ce que le commutateur réseau ( 1 ) comporte des moyens de communication avec un équipement extérieur pour lire les données enregistrées dans ladite base de données (10). The network switch (1) comprises a memory for the recording of a database (10) and means for periodically interrogating the local memories of the controllers (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41) and recording in said database the state of each of the loads controlled by said controllers (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41). 2 - electrical management system of a plurality of electrical charges according to claim 1 characterized in that the network switch (1) comprises means for communication with an external equipment for reading the data recorded in said database (10).
3 - Système de gestion électrique d'une pluralité de charges électriques selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits ports des contrôleurs (11 à 14, 21, 22, 31 à 34, 41) sont indifféremment raccordables au commutateur réseau (1) pour doubler la puissance électrique d'alimentation ou à un autre contrôleur pour la réalisation d'un circuit en série. 3 - electrical management system of a plurality of electrical charges according to claim 1 characterized in that said ports of the controllers (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41) are interchangeably connectable to the network switch (1) for double the power supply power or another controller for the realization of a series circuit.
4 - Système de gestion électrique d'une pluralité de charges électriques selon la revendication 1 caractérisé en ce que certains contrôleurs (11 à 14, 21, 22, 31 à 34, 41) des moyens pour commander l'alimentation de la charge associée directement en cas de défaillance. 4 - Electrical management system of a plurality of electrical charges according to claim 1 characterized in that some controllers (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41) means for controlling the supply of the associated load directly. in case of failure.
5 - Contrôleur pour un système de gestion électrique d'une pluralité de charges électriques selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux ports numérique/puissance pour recevoir et/ou transmettre un courant d'alimentation continu de puissance et un signal numérique, au moins une sortie pour alimenter une charge électrique et une mémoire non volatile pour l'enregistrement d'un identifiant unique ainsi qu'un processeur pour traiter les signaux numériques et contrôler un circuit de puissance commandant la sortie de puissance. 5 - Controller for a system for electrical management of a plurality of electric charges according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least two digital ports / power to receive and / or transmit a continuous supply current a digital signal, at least one output for supplying an electrical load and a non-volatile memory for storing a unique identifier, and a processor for processing the digital signals and controlling a power circuit controlling the output of power.
6 - Contrôleur selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte en outre une mémoire vive pour l'enregistrement d'informations représentatives de l'état de la charge électrique reliée à la sortie de puissance. 7 - Contrôleur selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour commander l'alimentation de la charge associée directement en cas de défaillance . 6 - Controller according to the preceding claim characterized in that it further comprises a random access memory for recording information representative of the state of the electrical load connected to the power output. 7 - Controller according to the preceding claim characterized in that it comprises means for controlling the supply of the associated load directly in case of failure.
8 - Commutateur réseau pour un système de gestion électrique d'une pluralité de charges électriques conforme à la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un calculateur pour commander la transmission de données numériques comprenant une information de modulation numérique associée à une information correspondant à l'adresse unique du contrôleur (11 à 14, 21, 22, 31 à 34, 41) cible. 8 - Network switch for an electrical management system of a plurality of electric charges according to claim 1 characterized in that it comprises a computer for controlling the transmission of digital data comprising digital modulation information associated with information corresponding to the unique address of the controller (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41) target.
9 - Commutateur réseau selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte une mémoire pour l'enregistrement d'une base de données (10) et des moyens pour interroger périodiquement les mémoires locales des contrôleurs (11 à 14, 21, 22, 31 à 34, 41) et enregistrer dans ladite base de donnée l'état de chacune des charges commandées par lesdits contrôleurs (11 à 14, 21, 22, 31 à 34, 41) ainsi que des moyens de communication avec un équipement extérieur pour lire les données enregistrées dans ladite base de données (10). 9 - Network switch according to the preceding claim characterized in that it comprises a memory for the recording of a database (10) and means for periodically interrogating the local memories of the controllers (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41) and record in said database the state of each of the loads controlled by said controllers (11 to 14, 21, 22, 31 to 34, 41) as well as means of communication with external equipment for read the data stored in said database (10).
10 - Commutateur réseau selon la revendication 8 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour gérer deux types d'équipements selon des protocoles distincts, utilisant les mêmes types de câblage mixte alimentation/données. 10 - Network switch according to claim 8 characterized in that it comprises means for managing two types of equipment according to separate protocols, using the same types of mixed power / data wiring.
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