智慧家居顧問

2017年2月14日星期二

混元通物聯網路(MCGNet) 介紹

今天來介紹綠宅生活科技有限公司所提供的智慧家居物聯網解決方案，這套系統以混元通網路(MCGNet) 為架構核心，MCGNet架構的最小基本單元(Subnet)可以處理一個約200坪大小空間的連網設備，這大概要連結一個住家或辦公場所的傳統電控設備都足足有餘，若極大化它的應用範圍則甚至可以處理整棟大樓或整個城市的物聯網連網設備。

3廻路智慧燈控DIY套餐安裝示範

我們就先來從最基本的網路單元介紹起吧，首先這個最小連網單元我們把它定義一個名稱叫 Line，它的幾個基本特點說明如下：

接著我們來看看有那些設備可以連接至MGCNet上，這些設備我們分類如下：

下面我們就以一般消費者最常面臨的智慧燈控物聯網需求提供一套DIY套餐供各位參考。

3廻路智慧燈控DIY組合套餐(110V or 220V)

套餐接線完成圖如下附圖

消費者只要依下附接線圖接上開關及相關廻路線路即告完工，非常簡單！

手機App設計UI如下，深色代表燈光狀態-開，淺色代表燈光狀態-關，簡單明白！

若各位對本產品有興趣歡迎聯絡我，相關價格請參閱粉絲頁/商店。

2017年2月7日星期二

續談控制器輸出入接點

三.輸出入接點

自動化的二大類領域分別是在工廠自動化及城市->樓宇->住宅等自動化，這兩類自動化領域未來也將愈來愈智慧化，譬如智慧工廠以及智慧城市、智慧家居等，未來這些智慧化的核心也都會慢慢幻化成為智慧型態機械人，但我們今天就不談那麼虛幻的未來，我們還是拉回來談比較基礎的部分。

不論是PLC或者DDC以及其它總類的專用控制器為了完成所付予的工作都必定會具備輸出入接點，少則二三點多則數千點，這個道理跟一台電腦很類似，電腦利用鍵盤及滑鼠接收輸入資料或命令並將結果輸出至螢幕讓使用者觀看。控制器是為了自動控制而存在，所以它也需要由輸入接點接收各式環境資料，經過內部程式的判讀及處理然後再透過輸出接點去控制某一個環境設備作動。

基本上實體的輸出入接點可以概分為三類：數位輸出入、類比輸出入、及通訊接點(有一類混合型如Universal IO我們不在此說明)；前面二類有時稱為硬體接點，通訊接點有時則稱為軟體接點，不論是何種軟硬體接體最終都會在控制器的記憶體佔有一席之地，它呈現的方式在工程上常以IO點數表來表現，至於各廠家的控制器記憶體內表格的欄位及格式等就屬各家的私領域我們也無從討論起，下面我們僅就工業上大家共通的部分來做說明：

1. 實體數位接點-這個接點接收或者輸出的訊號基本上以電腦術語來說就是1位元(Bit) 0/1的訊號，亦即說只接收或輸出二種變化的訊號，不是0就是1；這種訊號在工業應用上非常廣泛比如：開/關、啟/停、上/下、左/右…等等均屬這類應用。

2. 實體類比接點-工業應用當然不會僅有1位元應用這麼簡單，環境變數有很多是超越此範圍所能表示的，譬如溫度、濕度、濃度、壓力…等等多變樣數值的，這類接點我們就利用類比接點來處理，類比接點的訊號種類常見的大概有電壓、電流及電阻等。這些接點大部分都是用來接收一些工業用感測器的，所以也都有一些工業標準可以依循，譬如溫度感測器常用pt100或者pt1000。

另外下面我們介紹一款西門子DDC的AIO介面支援種類，從支援表內大家就可以大致了解AIO指的為何了！

3. 軟體接點-這類接點通常是由通訊接點接入，目前工業上較常見的實體接點通常有RS-232、RS-485 及乙太網路；其中又以RS-485使用最為廣泛，但因應物聯網(IOT)興起所賜未來在乙太網路上的連接應用有愈來愈多之勢！既然是通訊就必然存在有雙方互相認可的通訊協定，我們從維基百科上查到光應用在BA領域的通訊協定就不下十餘種、Process automation protocols領域更多達數十種，但通常業界較常見的還是以 Modbus 為主！Modbus t基本上是以 Client/Server 為架構，它用白話點來說明就是傳輸兩端透過通訊協定來交換雙方所需要的資料表，下面附件為二個參考範例。

談完輸出入接點後，我們來舉幾個簡單的應用實例，譬如：

1. 警報觸發->發出聲光告警-需要警報觸發器(可能是緊急押扣或者移動物偵測器)接入DI、聲光告警發報器接至DO點；在控制器內再將這兩個點位進行軟體連接，則當警報被觸發時系統將會自動啟動告警發報器完成工作。

2. 冷氣控制-冷氣有很多種架構，如Fan Coil 或者冷媒型式…等等，但不論何種系統它一定需要下列幾項元件：冷熱交換系統、溫度感測器、溫控開關及系統邏輯程式。系統端因為要傳遞的訊息較多較複雜所以通常會使用通訊協定及接點，單獨的溫度感應器當然是接入AI點，至於開關控制類若簡單型式如三速開關就接入三個DI點，分別傳送低/中/高三種需求，若是比較複雜的溫控器(具感測及顯示型)則通常會透過RS-485等通訊介面來連接至系統，這種溫控器通常也會內建冷氣控制邏輯程式這樣就不再需要另外處理程式了。

基本上大家只要DIO、AIO及通訊介面的觀念清楚，何種設備應該接入何種接口，剰下的就是邏輯程式了，所以要完成一項簡單的自動控制項目就不會是那麼難的工作了吧！

2017年1月26日星期四

聊聊自動控制的基本概念

工業4.0、物聯網、雲計算、虚實整合…等等尖端創新的名詞一直推陳出新競相面世，可是自從第一次工業革命至今230餘年間，人類開始使用電力從事生產至今大約不到150年，第一套可程式控制系統面市至今也還不到50年，人類的逐步進化配合科技進程的腳步雖不停歇，到如今面臨工業4.0的面市似乎翻轉了整個世界！可是核心的基礎及本質有變嗎？不論再怎麼令人目眩神迷的新興的名詞冒出頭，其實工業4.0的最基礎核心本質還是在自動控制。若我們能把這基礎工夫打好就不用怕千變萬化的物聯網時代來臨了！

但一談到自動控制很多人都會有一種莫明的恐懼感，好像這是多麼專業的高深學問！其實就幾個觀念及專有名詞的釐清就很容易豁然開朗的。

談自動控制大概可以從以下幾個面向來討論：架構、控制器、輸出入點、軟體控制訊號類別格式以及整合等；我們下面會依這幾個面向分別簡單介紹說明，這中間當然會有一些專業領域的專有名詞，但是這些專有名詞自從有了“Google 大師”後都很容易在網路上查到了！

一.系統及連線架構

首先我們談架構，基本上自動控制的架構不外乎以下二種：

1. 集中式架構-這是自動控制最基礎的核心部分及最簡單的初始架構，這個核心是由所謂的控制器組成，簡單的控制器可以是由單晶片結合基本的記憶體再加上連結少數輸出入點位組成，較複雜的集中式控制器則會採用較高階的高級運算型CPU+記憶體及二階儲存媒體組合，這類型控制器通常除了可以處理的輸出入點位較多外，通常也會具備各類型通訊功能以利整合下屬系統或者更進一步擴充為分散式架構下的離散元件。

2. 分散式架構-既然是謂之分散就必然需要網路及通訊協定來連結各個離散元件，現在已經是網路當紅的時代了，所以這裡的網路大概我們把它直接定義為乙太網路大概不會有人有其他異議吧！所以分散各處的離散型控制器透過乙太網路相連結組合而成的控制器網路就是所謂的分散式架構，當然這個架構一定會有人質疑各自為政，何處為大腦？沒錯！雖有手腳眼耳但總是需要大腦統合吧！分散式架構通常需要加設一套自動控制維運中心(這部分會留待後面再談)，現在這個角色都是由電腦結合一套中控軟體來扮演了！

二.控制器分類

接著我們來談談控制器，我個人把控制器簡單分為三類，分別為PLC、DDC及其他類，我們下面分別來談談這三者的差異：

1. PLC(Programmable Logic Controller)-可程式邏輯控制器，顧名思義即可知道它是需要書寫程式才能運作的一個控制器類型，一般程式書寫、修改及運作的過程需要一定的程序-書寫->>編譯->>載入->>執行，所以PLC必定存在一個人機溝通介面，較常見如RS-232、RS-422、RS-485、USB、乙太網路等均是，另外如記憶體及二階儲存媒體以及基本的輸出入介面等均是必要元件。由於國內教職體系及工控行業這方面的教育及資訊很多，所以我們就不多著墨了！

2. DDC (Direct Digital Control)-直接數位控制器，其實DDC的組成元件和PLC”是沒有什麼差異性的，若要說有所差別的話就是DDC比較針對特殊領域的應用，最早期是用在冷暖空調HVAC (Heating, Ventilating, and Air Conditioning) 領域，由於應用領域固定，所以它的基本應用程式在產品出廠時已經書寫內建了！所以應用DDC作業不需要額外另請程式設計師進行程式設計，但也不是說這樣就可以幫老闆省下一筆費用了，因為一套DDC雖說出廠已經內建程式，可是可以應用的範疇還是很廣，內建的程式還是需要該領域應用工程師來挑選->>設定->>執行，比較複雜的應用甚且可能還需要時序、邏輯組合等基本設定才能達到該有及正確的功效！

一般說來PLC比較適合工廠自動化作業，DDC則比較適合大樓自動化系統；PLC比較適合作動控制作業反之DDC則比較適合環境資料收集。

3. 其他類-凡是無法歸類上述二類的我都把它歸為此類，譬如從很簡單的無擴充及連線功能的控制應用如冷氣機內建機板，各式家電控制機板等，到比較複雜具備通訊功能的電動馬達控制器多功能廻路控制器、燈光調光控制器、現在愈來愈夯的各式物聯網控制器等均屬此類。這類型的控制器基本上功能單一沒有像DDC這麼複雜，但是也沒有統一的規格，所以要使用這類型的控制器唯有靠工程師一頁一頁翻原廠使用手冊囉！

總結說來PLC可以從很簡單(如國產品永宏、泓格、研華等廠牌)到很複雜(如西門子 SIMATIC 系列)，價位從分別從數千元到數十萬元間，分佈非常廣泛！至於DDC則多屬進口品牌的天下(不是我們硬體做不出來實在是我們在特定應用領域的軟功夫太弱了)，價位通常在上萬起跳至數萬元間分佈。拜科技進步之賜，微處理器進步神速、記憶體及儲存媒體價格直直落，所以中低階PLC及DDC的硬體規格已經趨於一致沒有多大分別了！差別只是在PLC出廠如白紙一般需要好的設計工程師巧手裝扮，DDC則因內含各類型應用領域知識(Domain Knowhow)，所以會比同規格PLC稍貴一些，可是這部分費用可以由工程師及後續維護費用中彌補回來，至於如何取用就見人見智囉！

下回我們再來談其它部分，期待再相見！

2017年1月23日星期一

淺說DALI-全數位燈光控制通訊協定

DALI(Digital Addressable Lighting Interface)-我把它翻譯為“數位定址燈光通訊介面”，基本上它就是為燈光控制而生的國際通用標準通訊協定，國際電工委員會的認證編號為- IEC 62386。

DALI通訊協定當初是由歐洲幾個主要的燈光界廠商，諸如：OSRAM、Philips、Tridonic…等合作制定，於1990年發表初始草稿版本(Draft version) ，發展至今已經超過20餘年，目前最新版本為DALI 2。

DALI 系統由以下三個元件組成

1. Control gear-控制光源用的控制元件，譬如電子安定器或整流器，一般市面上最常看到的名稱是DALI ECG 或 Ballasts。

2. Control devices-控制裝置，通常以主控制器或者按壓開關呈現，它可以向其他受控單元(例如DALI ECG)提供訊息（例如光強度訊息），並且可以向受控單元發送命令。

3. Bus power supplies- DALI系統中至少必須要有一個總線電源供應。這是必要的，以允許總線上的所有設備能進行雙向通訊，以及為總線上的設備供電。總線電源不需要是單獨的單元，它可以是另一個設備的一部分。

DALI既然是通訊協定那就必然存在通訊網路，DALI的通訊網路拓樸很簡單，系統採用無極性二線式總線架構，亦即說它可以是匯流排+星狀混用在同一網路上，而且這二線式總線亦同時供電，所以勿需另外提供電源廻路。

DALI 系統的定址方法很簡單，每一子網域(subnet )可定址 64 組設備，每一子網域的總線總長為300米；這個長度夠一般家庭或辦公場所使用了！它的通訊方式也採用很簡單的廣播方式，傳送Baud rate 為 1200 bps，每筆封包長度含起始及終止位元共 19 bits。所以設計DALI的元件或設備並不複雜也很容易除錯！

我們就不談太多技術性問題了，我把DALI 系統的優點及常見應用領域總結列出如下：

DALI 系統的優點

l 為開放標準的通信協定，不同設備製造商所提供的產品均具相容性。

l 配線系統簡化，控制及負載分離，隨時可更改及重設照明計畫。

l 提供單一﹑虛擬群組/廻路及情境三種控制方法操控光源。

l 內建多種照度方案如調光 ﹑閃爍﹑漸暗/亮等供變化組合

l 調光演繹方式共255階(1％~100%) ，較傳統調光方式（1~10V)更符合人眼視覺。

l 調光效果是依安定器輸出電力(3％~100%)呈現，具節能效益。

l 具雙向通訊能力，可偵測安定器及光源狀態，故管理及維修容易。

l 因可偵測及記錄各光源的耗能比例，故可輕易製作整體光源耗能分佈圖及歷史記錄。

l 提供多重及各類型操控設備，如開關﹑觸控面板﹑電腦﹑Smart Phone 及PAD等。

l 為全數位化環境，可以輕易跟其他數位系統整合。

DALI 的常見應用

l 數位家庭-提供各式情境及操控方法並能整合各類遙控器至 Smart Phone。

l 會議室-結合各類會議設備提供多種場景變化。

l 停車場-結合感應器及刷卡設備提供燈光導引以及照度控制達到節能效果。

l 辦公室-結合移動感應器﹑光感應器及電動窗簾，採用日照補償達到照明節能效果。

l 飯店大廳-可依時間及來客狀況提供各種預設場景變換。

l 餐廳-依時間Schedule排定﹑自動調整及變換照明計畫達到管理及節能效益。

l 機場-因照明範圍大，光源數量多，功能區域複雜，所以對照明系統的管理非常重要。

l 保全整合-結合移動物偵測器，作動時開啟預設場景驚嚇宵小達到維安目的。

l 大型會議或演講廳-提供各種預設場景變換，可由任一主事者操控。

l 路燈控制-控制路燈啟停及亮度變化，減少人力管控及耗能。

2017年1月12日星期四

淺談調光通訊協定

前面我們談到傳達調光命令的方式有多種，其實簡單分類就是類比及數位二種。

一.類比訊號

0~10V、1~10V即是屬於類比訊號，利用電路傳送不同電壓訊號來給光源驅動器進行比例式調光，0V-關燈、5V-50%亮度、10V-100%亮度…，這是工業上很常用的比例式控制方式，我們由下面兩個角度的說明文件來解釋它的連線方式：

當需要使用1~10V這種調光技術時需要二個元件互相搭配，一者是控制光源的調光驅動器，另一者是調光控制器(可以是離線型的開關或連線型控制器)，分別由後者輸出1~10V的類比訊號給前者進行光源調光；至於光源是否跟隨驅動器進行調整明亮，亦即調光曲線的匹配等技術問題是屬於更深層的廠商與廠商間技術匹配層次，我們就此略過不予討論！

二.數位訊號

DMX及DALI是調光控制界最常見的二個數位化通訊協定，我不討論這二者的優缺點，但我可以下一個應該不會有人反對的結論：DMX是屬於比較動態類的通訊協定、DALI則是屬於比較靜態類的通訊協定。所謂動態就是比如舞台燈光之類需要瞬間多元變化效果者流、至於靜態類指的則是常態型室內外照明。

1. DMX512 (Digital MultipleX) 是由美國劇場技術協會（United State Institute for Theatre Technology Inc）於1986年8月提出的燈光控制通訊協定，既然是通訊協定就必然需要通訊網路或者稱為載體，DMX使用的通訊載體是工業上最常用的串流技術-RS485 由於標準(我們不討論例外晶片)485鏈路上僅能提供32組定址節點，所以當使用這種方式來連結燈具時，必需要特別注意這個限制；但也由於這個限制所以市面上很多控制器生產廠商就開發很多變體式的連線架構出來因應，下圖是標準485連線架構：

下一集我們再來談DALI燈光控制系統當為總結。

2017年1月3日星期二

Tesla 試駕-汽車工業完全改觀

本來以為無人車駕是未來式，可是實際觸摸到Tesla，雖然短短不到半小時，突然驚覺這已經是現在進行式了！

我不是車迷也不是要推銷Tesla，雖然這部純電力馬達驅動的”神駒”其馬力、扭力及加速力等操控力表現都讓我嚇了一大跳，但我對它的行車電腦、軟體介面比起動力表現更感興趣多了！聽多了無人車駕、天天都在接收物聯網、車聯網的訊息，也常常夢到在高速公路行車打瞌睡時有個行車機器人協助接手，但這些看似夢想的虛擬實境顯然都一一在Tesla身上實現了！

Tesla 駕駛座正前方有一個大儀錶板、右前方有一個超大顯示屏幕，這兩者都是觸控屏，當然它的後頭一定隱藏著一套超高速行車電腦，雖然只是很短時間的接觸，我發覺它根本就已經是一個十分成熟的行車機器人了！經由連網能力，它已經具備了自我記憶及學習的能力，經由GPS它可以記憶車駕者結合地點的行為模式，所有原來由人腦、手驅動的行為幾乎都可由這套工控電腦取代了；舉凡車子啟動、停車、車門開闔角度(防止碰觸旁車)及高度(防止碰觸低矮屋頂)以及人類容易疏忽的行車安全應注意事項全一手包了！

l 前車車距是以公分計的，我嘗試駛近前車至50cm內儀錶板自動跳出58、57…38 cm 並警示，當然它是防衝撞的但不敢試。

l 右前方貨櫃車接近、左邊轎車近接超車、右邊摩托車侵入領空範圍等週遭車況儀錶板顯示屏都會圖控模擬表示，並不是Live 攝影機顯示而是由行控電腦自動偵測、辨識再圖控動態顯示出來，所以顯然它是能動態感知並消化的。

l 後方車況則是由高解析度Live 攝影機顯示於右方顯示幕。

l 結合GPS及地圖資訊，自動行車導航、無人車駕等都已具備，但由於國內法規尚未開放，這個軟體功能(選購)尚無法啟動也無從試用起。

l 全車上下顯然佈滿各式感知雷達、資訊導入高速行控電腦經由消化、判斷再輸出到儀錶板顯示屏上，十足的機器人模式！

l 前後引擎蓋打開都只看到行李置放空間，不見任何動力設備，所以當意外撞擊時多了更多緩衝區，安全性比傳統汽車多多了！

l 沒有了傳統動力設備，所以說不需定期更換機油及變速箱油，看來定期維養全免了！

l 車用鋰電一次充飽至少400公里的續航力、快速充電站快充30分鐘滿八成電力可續航270公里。

l 跑400公里的耗能比是200元電費比2,000元的加油費，才1:10，真是可怕的節費！

總結說來這就是一套完整的行控電腦，汽車工業可以不改觀嗎？這個可怕的工業大革命已經在發生，整個產業結構已經質變，現代的汽車工業是高科技工控電腦軟硬體及雲端整合，未來買車賣車的是高科技公司，汽車維修也是電腦軟硬體更新不再是黑手行業了！

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2017年2月14日 星期二