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L’uso dei tag per l'ottimizzazione dei flussi di dati in ambito Smart Building e Smart City

a Project Haystack educational event Sponsored by

Restricted © J2 Innovations Ltd. 2018 January 2019 J2 Innovations

Smart Building variables in Microgrid

Misure: •! Condizioni termo-igrometriche interni/esterno •! Qualità dell’aria interni/esterno •! Illuminamento ambienti/irraggiamento solare •! Accumuli acque ed energia termica/elettrica •! Consumi istantanei energie •! Consumi istantanei acque •! Produzione istantanea energie •! Recupero istantaneo acque •! Pressione idrica/prevalenze •! Occupazione locali

Attuazioni •! Caldaie •! Pompe di calore •! Torri evaporative •! Ventilazione Meccanica controllata •! Terminali ambiente •! Schermature •! Luci •! Impianti di irrigazione •! Sollevamenti •! Circolatori •! Pressurizzatori

Altri dati influenti •! Prezzo energia elettrica e gas •! Dati BMS batterie •! Micro Grid Cluster Peak demand

VM

C

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ZZA


L’integrazione oggi

I sistemi di controllo in edifici e microgrid, pur essendo molto più integrati fra di loro rispetto al passato, sono ancora limitati nella loro espandibilità da fattori quali: •! Dati nei dispositivi memorizzati in molti formati diversi •! Nomenclatura non standard, incoerente e non compatibile con app AI esterne/cloud •! Processi e variabili impossibili da interpretare per app/soluzioni terze senza tabelle di

mapping redatte ad hoc

I protocolli aperti hanno contribuito a migliorare leggermente la situazione, fino ad: •! Incrementare sensibilmente le interazioni a livello campo. •! Aggregarle le informazioni in molti posti differenti in applicazioni enterprise difficili da

interrogare per estrarre dati a fini statistici. •! Le informazioni, quindi sono tecnicamente disponibili, ma non realmente accessibili specie

per i livelli 5-7 della pila ISO-OSI

Pila ISO OSI


Approccio al building data modeling

Già dal 2016 i dispositivi BACnet possono contenere «tag semantici» che possono essere rappresentati come stringhe di caratteri, inclusi i tag standard Haystack. Project Haystack si prefigge l’obiettivo, appunto, di definire una semantica standard per interpretare i valori provenienti dai vari dispositivi IoT La metodologia Haystack utilizza tag e modelli semantici per definire e descrivere il significato dei dati da qualunque dispositivo IoT e consente automaticamente ad applicazioni terze di usarli, analizzarli e presentarli. Haystack è dunque allo stesso tempo un metodo di data modeling via tag basato su librerie sviluppate in maniera condivisa da un gruppo di lavoro aperto ed un protocollo REST di comunicazione per lo scambio dati fra software referenziali


Haystack: live, operating data!

Haystack Permette dunque a qualunque applicazione, dispositivo o sessione di: •! Connettere •! Visualizzare •! Scambiare dati via REST API

DB 1

EDGE 1

DB 2

DB 4 DB 3

DB 5

EDGE 4

EDGE 5

EDGE 2

EDGE 3


Rappresentazioni del Tag-dato in Haystack

Usando Haystack ciascun Sistema t e c n o l o g i c o , a p p l i c a z i o n e , middleware userà dati “normalizzati” contrassegnati da un preciso insieme di Tag standard

Dato che i Tag sono definiti ed univoci,

ciascun operatore ricevendo I dati, ha una immediate idea di cosa questi contengano

Haystack è, per i dati normalizzati nei

livelli 5-6-7 della pila ISO OSI, lo s t a n d a r d c h e B A C n e t h a rappresentato a livello fisico e di protocol lo per le var iabi l i d i automazione


Haystack REST API

L'interfaccia REST API di Haystack è un server HTTP in grado di implementare una serie di operazioni URI per ricevere una richiesta e/o restituire una risposta

La richiesta è una griglia vuota La risposta è una griglia a riga singola contenente

colonne diverse a seconda della query operativa Le query operative disponibili sono: Informazioni su Ops, Formati, Leggi, Nav,

WatchSub, WatchUnsub, WatchPoll, PointWrite, HisRead, HisWrite, InvokeAction

Filter limit

id area dis geoAddr

geoCity

geoCoord

geoCountry

goeoPostalCode

primaryFunction

site

Request

geoC geoC

Response


Data Access Types

L'API REST supporta 4 modi per scambiare dati: 1.! Ispezionare un modello di dati:

•! Discover & Learn navigando le entità •! Ispeziona attraverso un filtro •! Legge un ID noto di una entità

2.! Recupera e scrive i dati storici delle serie storiche 3.! Guarda i dati in tempo reale 4.! Controlla i punti in tempo reale. Ad esempio, comanda una luce

intelligente. I dati vengono comunemente scambiati dall'API REST in due formati standardizzati zinc e json

Questa foto di Autore sconosciuto è concesso in licenza da CC BY-ND


Esempio di query dato

La seguente query in formato ZINC richiede all/agli Haystack servers di restituire i dati di tutte le entità che contengano il tag site limitato ai primi 1000:

•! Richiesta:

ver:"3.0" filter,limit "site",1000

•! Risposta:

ver:"3.0" id,area,dis,geoAddr,geoCity,geoCoord,geoCountry,geoPostalCode,primaryfunction,site,tz, yearBuilt @2180b666-430b2363,8013ft!,"Gaithersburg","18212 Montgomery Village Ave, Gaithersburg, MD","Gaithersburg",C(39.154824,-77.209002),"US","20879","Retail Store",M,New_York,2001


Haystack connette

TCP/IP

CO2 ppm T °C Hr %

•! Haystack aiuta gli operatori ad interoparare dispositivi e variabili normalizzandoli

•! Ciascun sito/dispositivo/variabile potrà così essere integrato in un processo di controllo non proprietario

Room Controller - ASC

EDGE device B-BC


Haystack supervisiona

TCP/IP

CO2 ppm T °C Hr %

•! Utenti, Manutentori ed Operatori potranno accedere ai siti attraverso il layer Haystack, ricevendo sempre e solo le informazioni ottimizzate per l’uso ed il contest richiesti

•! Attraverso un opportune “filtraggio” dei dati, gli utenti accederanno solo a quello di cui necessitano davvero

•! Nessun rischio di confusione •! Ottimizzazione della banda •! Nessuna tassonomia complicate relativa ai protocolli di campo da imparare o instradare


Haystack Integra e controlla

•! Haystack permette una interconnessione fra dati normalizzati creando un layer di connessione unico EDGE to cloud, item to item

•! Ciascun sottosistema può essere egualmente comandato, supervisionato ed analizzato •! Gli operatori autorizzati potranno accedere trasparentemente ai dispositive e siti utilizzando un unico tool per tutte le operazioni

dalla messa in servizio alla manutenzione •! Haystack e quindi una soluzione estensibile che può controllare qualunque sottosistema aldilà dell’HVAC e della sicurezza

Site Field level

Edge

WAN/CLOUD

Fire Detection

Access Control

Intrusion Detection

Lighting Control

IT Asset Mgmt.

Audio Server

Video Server

Renewable Energy

API REST API REST API REST

HVAC DHW Metering

TCP/IP

Edge

Field level TVCC Other

systems


Haystack gestisce

WAN/CLOUD

TCP/IP

WAN/CLOUD

TCP/IP

WAN/CLOUD

TCP/IP

#britishLibrary #london #greatherLondon

#uniLibrary #oxford #oxfordshire

#chemDept #manchester #greatherManchester


Haystack analizza ed esplora

I dati normalizzati in Haystack sono condivisi come se fossero una tabella ad una riga in formato CSV

Essendo dati solo testo che trasportano i valori delle variabili, la data e l’ora di campionamento, possono essere memorizzati in un database di tipo TSDB

I Time Series Data Base sono super efficienti e molto più veloci rispetto ai database relazionali o sequel RDMB/SQL nell’impiego in grafici rollup a scorrimento

Haystack sarà quindi l’unico tool necessario per analizzare e confrontare variabili da ciascun sottosistema

TSDB Vs SQL Performance

2006 2019

Time Stamp #Tag Haystack Easy to create powerful Rollup UI

Large data users implementation


Filtered alarm/event

Event x

Alarm 2

Alarm 1

Event x

2

Filtered alarm/event

Smart Alarm Handling Gli allarmi possono essere filtrati grazie ai tag •! Gli allarmi sono davvero significativi per i

destinatari •! Ogni filtro può essere associato a una

destinazione •! Quando un allarme passa attraverso

il filtro, un messaggio push può essere inviato a una destinazione specifica: non è necessario passare attraverso i server o avere una console di allarme in esecuzione

Gli allarmi sono davvero attivi •! Ogni filtro può generare un'azione

•! Quando un allarme passa attraverso un filtro, è possibile generare un'azione in un processo logico per aggirare la situazione fino a quando la situazione non viene ripristinata

Pushed message

Or Triggered

action


FDD & MCP Le variabili con tag Haystack, correttamente implementate in

processi standard, (modelli o template) possono essere verificate rispetto alle normali condizioni di lavoro e ad altre fonti di informazioni ridondanti (ad es. Sensori di temperatura in condizioni simili, edifici a latitudini simili)

Un sistema che utilizza correttamente la codifica Haystack ad ogni livello e si basa su template di automazione può quindi essere completamente ottimizzato utilizzando modelli di controllo predittivo (dato un range specifico di input, l'output può variare solo entro determinati valori)

I modelli di automazione e i modelli di controllo predittivo possono facilitare l'implementazione della logica diagnostica di rilevamento guasti appropriata: •! Se dato un range specifico di valori di input, il risultato è

fuori portata, le operazioni da eseguire per individuare il problema possono essere comunicate al team di manutenzione del sito

•! Al fine di ridurre la quantità di operazioni manuali, il sistema può applicare una logica di emergenza per definire / isolare il componente difettoso: ad es. Se forzando una variabile di ingresso su alcuni valori specifici, la variabile di uscita assume valori corretti, il problema potrebbe essere nel sensore o nel cablaggio, viceversa, il problema forse nell'attuatore o nel suo cablaggio


Industry Foundation Classes

Modello Architettonico

Modello Strutturale

Modello Meccanico

Modello Elettrico

Modello Idraulico

Modello Costruttivo

Altri Modelli

Layout di: •! Spazi •! Sistemi •! Impianti

Progettazione

Dati su •! Prodotti •! Layout as built •! Tags •! S/N •! Garazie •! Ricambi

Costruzione Conduzione

Industry Foundation Classes rappresenta uno standard per lo scambio dati da BIM verso i vari attori coinvolti nel progetto. Originariamente sviluppato per superare le barriere dei vari step dal preliminare all’as built e mantenere vivo il modello progettuale per tutta la vita dell’edificio, questo standard consente di classificare oggetti assegnandogli degli attributi definiti della norma ISO 16739 La schematizzazione dei dati ed il formato di file di scambio è rispettivamente Express (definito in ISO 10303-21) ed XML (Mapping definito in ISO 16379-1) I differenti cluster di informazioni per utente (strutturista, contractor, SI, etc.) rappresentano ciascuna un MVD (Model View Definition) L’approccio COBie consente poi l’integrazione delle informazioni essenziali nel processo BIM a supporto delle attività operative, e mutuate dall’intero processo di progettazione e costruzione, con un impatto determinante nell’uso e nella manutenzione dell’edificio stesso.


Da BIM ad Haystack e viceversa La classe IFC IfcDistributionFlowElement, ad esempio, definisce gli elementi di un sistema di distribuzione dell’energia sotto forma di aria, acqua o elettricità. Può correlare dispositivi come sensori o attuatori a dispositivi di controllo mediante l’attributo HasControlElements

In un open framework è quindi possibile costruire una REST per estrarre i dati dall’Ineritance graph della classe IFC che si vuole mutuare, rendendo effettiva e diretta l’importazione dal BIM dei dati e delle variabili di processo di un sistema tecnologico. Contenendo l’IFC anche le note relazionali e spesso anche quelle di controllo, importandole con Haystack è possibile definire una vera e propria ontologia formale dei dati, integrando l’intero processo logico-relazionale dietro gli stessi. Haystack trasforma la complicata semantica dei metadata di IFC in semplici «TAG»

REST API

Valori Variabili


Esempi di Tags standard Haystack

Esempio di alcuni dei tag standard supportati da Haystack: • ac: Indica una corrente alternata (AC) in una misura o in un

dispositivo. • ahu: è una Unità Trattamento Aria che prepara l’aria destinata ad

un ambiente. • ahuRef: associa una unità terminale al dispositivo di aria primaria. • air: variabile associata ad una misura o ad un controllo di aria. •! area: area a pavimento o di un sito misurata in ft! or m!. •! boiler: dispositivo scaldacqua usato per generare acqua calda o

vapore. • centrifugal: indica un compressore di un chiller che usa un flusso

continuo di fluido attraverso una girante. •! cloudage: il fattore di oscuramento del cielo. •! cmd: classifica un punto come una uscita/commando analogica o

digitale •! co: punto di misura del monossido di carbonio in "ppm".

La lista complete dei tags può essere consultata all’indirizzo: https://project-haystack.org/tag La metodologia Haystack è anche estensibile in modo da lasciare a ciascun operatore la possibilità di creare I propri tag personalizzati per associare ulteriori informazioni, oltre quelle di base, alle variabili.

Project Haystack è una community aperta a qualunque partecipante voglia cimentarsi nel creare un set di tag standard e referenze per applicazioni terze.


Conclusioni: Haystack infrastruttura del dato

Utilizzando Haystack e referenziando i tags standard con le classi IFC è possibile:

•! Avere una semantica comune per tutti i sistemi di controllo in tutti gli edifici

•! Utilizzare uno strumento di supervisione ed analisi unico per tutto il parco edifici progettato, realizzato, connesso e manutenuto ed eseguire chiamate standard delle variabili normalizzate, avendo la certezza di ottenere i dati richiesti

•! Avere la possibilità di realizzare una sola volta i «modelli standard di controllo» di ogni impianto/sottosistema/componente ed applicare a questi solo le variabili di processo configurate da progetto, standardizzando il flusso di lavoro ed eliminando gli errori di esecuzione.

•! Modellizzare in anticipo il comportamento degli edifici, esportando i dati di progetti in moderni Framework con DDC control incorporato che siano in grado di simulare la risposta degli impianti

•! Impostare da principio un modello di manutenzione ed intervento con FDD alarming e gestione ticketing con esportazione delle azioni eseguite dal manutentore come riscontri dal sistema BMS nella cartella del BIM dell’edificio

•! Usare il BIM model come ambiente di visualizzazione 3D virtual or augmented reality

Grazie!

Q&A Time! Di Canosa Domenico Tel: +39 345 461 3279 Mail: [email protected]

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