Comment les E/S configurables par logiciel changent l'automatisation des bâtiments

Les systèmes d'automatisation du bâtiment (BAS) intègrent l'éclairage, l'énergie, le CVC, la sûreté et la sécurité dans un seul système intuitif, équilibrant l'efficacité optimale du fonctionnement du bâtiment avec la productivité et le confort de ses occupants. Bien que le marché de l'automatisation des bâtiments soit très conservateur, il a connu une croissance considérable principalement due à la hausse des prix de l'énergie, à la sensibilisation accrue à la conservation de l'énergie et aux initiatives gouvernementales croissantes dans les domaines de la sécurité incendie et de la sécurité incendie. De nouvelles normes et réglementations, telles que la norme UL 217 pour les détecteurs de fumée, sont entrées en vigueur pour rendre les bâtiments plus sûrs, plus efficaces et plus confortables. De telles tendances stimulent le développement de nouveaux produits et solutions d'automatisation des bâtiments, poussant les fabricants à proposer de nouvelles technologies dans des cycles de développement plus courts. Ce changement de rythme crée des opportunités pour les entreprises BAS de répondre à ces besoins avec des solutions système flexibles qui sont basées sur une plate-forme, offrant une puissance inférieure et une taille plus petite.

Les contrôleurs d'automatisation des bâtiments sont un exemple typique d'un produit qui manque souvent de l'agilité innovante si appréciée sur les marchés en évolution rapide d'aujourd'hui. Les contrôleurs sont le cerveau du BAS. Ils récupèrent les données des capteurs déployés dans tout le bâtiment et exécutent la réponse du système. Cela signifie que les contrôleurs doivent avoir un certain nombre de canaux d'entrée et de sortie. Certains contrôleurs n'offrent que des fonctionnalités de canal fixe, ce qui entraîne des architectures avec des canaux inutilisés. Ces canaux supplémentaires inutilisés ont un coût associé qui ne peut pas être récupéré par le client ; cependant, permettre une reconfigurabilité complète de chaque canal garantit que tous les canaux peuvent être utilisés. Dans un scénario idéal, le BAS devrait disposer d'un nombre limité de canaux de rechange inutilisés afin que le client ne paie pas pour des fonctionnalités qui ne sont pas utilisées. Permettre une configuration complète de la fonction de canal offre la plus grande flexibilité dans la conception et le déploiement d'un BAS.

Traditionnellement, les contrôleurs d'automatisation de bâtiment ont utilisé des implémentations discrètes pour les canaux fixes et configurables. Cependant, la nomenclature (BOM) des contrôleurs de canaux configurables implémentés discrètement peut inclure des centaines de composants. Après des années de développement, les solutions discrètes sont devenues très efficaces et optimisées pour réduire les coûts de nomenclature afin de répondre aux attentes de ce marché sensible aux coûts. Néanmoins, les nouvelles tendances et la demande accrue de développement agile soulignent certains inconvénients majeurs de cette approche, tels que la complexité de la planification, de la conception, de la production et de la logistique d'un trop grand nombre de variantes de produits dans les contrôleurs d'automatisation du bâtiment. Par conséquent, les solutions BAS doivent être évaluées en fonction du coût total de possession plutôt que d'un point de vue simplifié du coût de la nomenclature.

Intégré ou discret

La possibilité de reconfigurer le canal selon les besoins est la bonne approche pour éliminer les canaux inutilisés, mais cela ne résout pas à lui seul les autres défauts de la conception du contrôleur. Le concept clé est l'intégration qui permet de simplifier la conception des canaux, avec un encombrement réduit et de meilleures performances. Avec une solution intégrée, la fonction de n'importe quel canal peut être facilement configurée à l'aide de commandes logicielles. La technologie d'entrée/sortie (E/S) configurable par logiciel ouvre des possibilités de réutilisation de conception et de plate-forme faciles qui réduisent finalement le coût total de possession d'une solution BAS et créent de la valeur tout au long du cycle de vie du produit des contrôleurs d'automatisation de bâtiment (voir Figure 1 ).

Figure 1. Améliorer le retour sur investissement à chaque étape du développement avec des E/S configurables par logiciel. (Source :Appareils analogiques)

La première étape du développement d'un contrôleur est l'architecture du système. À ce stade, toutes les exigences du client sont prises en compte et un nouveau produit est défini. L'inflexibilité d'une solution discrète est un inconvénient notable même dans cette première phase de développement. Divers besoins des clients, par exemple le ratio ou le nombre de canaux d'entrée et de sortie, peuvent conduire à des conceptions multiples, ce qui augmente le coût et entrave les réponses agiles aux besoins du marché. Les E/S intégrées et configurables par logiciel permettent la plate-forme et la réutilisation d'une conception éprouvée dans différentes applications. La réutilisation est essentielle pour réduire les coûts de conception et de production, comme expliqué plus loin dans cet article.

Après la définition du produit, la conception démarre. Dans cette phase, la réutilisation du design révèle pleinement son importance. Contrairement à la réalisation discrète, les E/S intégrées et configurables permettent des itérations rapides, réduisent le temps et libèrent des ressources précieuses. Dans la conception tant matérielle que logicielle, le passage de développements longs et multiples de variantes de produits à forte intensité de ressources vers une conception unique répondant à de nombreuses exigences réduit le temps et les coûts de R&D tout en maintenant la fiabilité et la robustesse élevées d'une architecture éprouvée. Il est beaucoup plus facile de répondre aux besoins des différentes applications grâce à l'approche « toute fonction sur n'importe quelle broche » d'une conception intégrée et reconfigurable (voir Figure 2).

Figure 2. N'importe quelle fonction sur n'importe quelle broche avec des E/S configurables par logiciel. (Source :Appareils analogiques)

Du point de vue du développement commercial, la lenteur de la réponse d'une stratégie de développement conventionnelle crée un risque inutile de perte d'opportunités ou de délais clients manqués. La flexibilité et la facilité d'utilisation des E/S intégrées et configurables permettent d'optimiser le retour sur investissement (ROI) tout en réduisant au maximum les délais de mise sur le marché et de chiffre d'affaires.

Passant de la phase de conception, la phase de production est la prochaine étape. En commençant par l'achat et la gestion de la nomenclature, la solution intégrée montre vite ses avantages. Les contrôleurs universels discrètement mis en œuvre comprennent souvent des centaines de composants, qui doivent être achetés, stockés dans un entrepôt et transportés vers l'installation de production. La gestion d'une si grande quantité de composants différents contribue naturellement au coût global. Avec une solution à puce unique et une conception réutilisable, la logistique de la nomenclature est simplifiée :le service des achats traite avec moins de fournisseurs et nécessite moins d'espace de stockage.

Grâce au plus petit nombre de composants, les circuits imprimés peuvent être jusqu'à 40 % plus petits et le coût de prise et de placement en production est également considérablement réduit. De plus, comme les E/S configurables par logiciel permettent la réutilisation de la conception, les fabricants de contrôleurs auront besoin de plus de PCB du même type. Par conséquent, les remises sur volume sur les panneaux contribuent également aux économies de coûts. La figure 3 résume la comparaison des implémentations de fonctions de canal discrètes et intégrées.

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Figure 3. Comparaison des implémentations de fonctions de canal discrètes et intégrées. (Source :Appareils analogiques)

Enfin et surtout, les tests de production suivent des procédures unifiées et prennent moins de temps à mettre en place par rapport à la mise en œuvre discrète à plusieurs variantes. La complexité accrue de la conception pourrait même augmenter le risque d'échec des tests. La certification n'est qu'un autre exemple d'aspects où des solutions intégrées et réutilisables peuvent économiser des coûts et d'autres ressources, et la liste est longue en ce qui concerne la logistique du produit fini, l'installation et le support technique. La formation des commerciaux, des équipes de support technique et des techniciens d'installation est beaucoup plus poussée lorsque de nombreuses conceptions différentes sont basées sur plusieurs plates-formes, par opposition aux solutions universelles et réutilisables basées sur des E/S intégrées configurables par logiciel.

Conclusion

Les E/S configurables par logiciel apportent de l'innovation au marché de l'automatisation des bâtiments, qui, tout en étant traditionnellement conservateur, est désormais poussé à devenir plus agile et à répondre plus rapidement aux besoins en constante évolution des clients. L'intégration et la réutilisation de la conception sont des caractéristiques clés qui permettent cette transition. Certains peuvent voir la solution intégrée comme un simple remplacement de nomenclature qui pourrait en fait augmenter le coût, mais en fait, lorsqu'on regarde la situation dans son ensemble et compte tenu de la valeur globale créée tout au long du cycle de vie du produit, la solution intégrée l'emporte rapidement sur les doutes.

Des appareils comme l'AD74412R d'Analog Devices s'attaquent aux lacunes d'une conception discrète, intégrant la chaîne de signaux discrète dans une seule puce et fournissant plusieurs canaux entièrement configurables. Ce type d'appareil crée de la valeur tout au long du cycle de vie du contrôleur, de la définition du produit à l'installation et à l'exploitation en passant par la conception et la production.

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Michal Raninec est un ancien ingénieur d'applications système au sein du groupe Industrial IoT Solutions au sein de l'unité commerciale Automation and Energy d'Analog Devices. Ses domaines d'expertise comprennent la détection de gaz électrochimique et les réseaux de capteurs sans fil. Michal a reçu son M.Eng. diplôme en génie électronique de l'Université de technologie de Brno, République tchèque.

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