在新建或現有的商業辦公大樓或企業中,乙太網路供電(PoE)的分散式網路可透過標準的低壓CAT電纜來輸送電力,並將通訊訊號發送到形形色色的端點處,包括LED照明、空調系統控制、攝影機以及其他網路裝置。

PoE照明和自動化系統能夠實現十分創新的建築構思。這類系統的設計可以提高能效、增進生產效率。操作技術(OT)正迅速地將資訊技術(IT)基礎設施所廣泛採用的PoE基礎設施導入商業建築物中,許多重大的翻新工程和試產設施正進行中,而且還有更多的計劃處於準備階段。商業建築的建造商、開發商、設計師事務所以及工程公司都已開始衝鋒在前,展開各種重大的合作,積極地將強大的PoE網路導入商業領域。

富有遠見的採納者將PoE基礎設施視為一種具有協同綜效的資產,有助於實現物聯網(IoT)以及智慧建築計畫──而且,這種資產還可以為建築物開發商、業主以及住戶帶來巨大的價值。各種先進技術已經推動了網路互連照明的應用案例,並在建築物自動化方面推動更多高效率的標準。

相較於需要雙層基礎設施的傳統網路,PoE平台能夠在同一層低壓電纜基礎設施輸送電力與資料。雖然當今大多數應用的控制系統都以專有的解決方案為基礎,然而,主要的技術供應商以及商業建築產業都傾向於採用開放標準,以簡化新型網路的安裝、配置與營運。

0920_Molex_TA31P1 圖1:Transcend連網照明系統示意圖。Transcend是一種PoE照明系統,由Molex的Transcend軟體、思科的網路技術、PoE閘道器、CAT電纜、感測器以及來自其他製造商的照明器材組成 (來源:www.transcendled.com)

在IEEE 802.3標準中明確定義了PoE網路中所使用的技術;該標準為有線乙太網路、電源設備以及使用兩對或四對連接線傳輸電力的裝置指定實體和資料連接層。最初的PoE標準(IEEE802.3af-2003)使用15.4瓦(W)的開關埠功率,在使用兩對電力傳輸模式的PoE+(IEEE802.3at)時可提高到30W。更新的標準採用四對電力傳輸模式,可使每開關埠支援60W的通用乙太網路供電(UPOE),以及超過95W HDBaseT供電(POH)的功率。

UPOE技術利用全部的四對雙絞線,可較PoE+輸送更高的功率以及改善能效與降低通道損耗。例如,使用UPOE後,PoE節點可以接收高達51W的功率。這樣就能在一個UPOE埠上利用菊鍊連接多台裝置,從而最佳化低壓電纜基礎設施,以便減少系統所需的埠數與佈線。新的IEEE標準提高了效率,實現範圍更廣的一系列裝置功能和支援,並且沿用IT產業已經配置了十多年的基礎設施,在低壓的D類(Cat5e)電纜上運行。分散式網路則可在整個建築物或企業內實現精密控制、與其他建築物自動化系統(BAS)整合,提供更詳盡的資料,從而更明智地制訂工作人員和建築物的使用決策。

各種標準和規格為電力輸送和通訊鏈路建立起形形色色的協定,以便進行資料交換。然而,PoE網路在建築物控制系統的價值並不僅止於此,它甚至超出了這些標準和規範。各種智慧技術的普及,開創了一個新的領域,讓處於最前線的建築師、電工及安裝人員可以使用乙太網路供電的LED燈具,使建築物脫胎換骨。傳統的照明燈具可以隨時改裝為LED燈具,以及能夠進行局部智慧控制的感測器。

老式建築物中的照明系統採用交流電(AC)轉換成低壓電源。第一步要做的就是將現有的照明器具改裝為使用LED,替換掉原有的螢光燈和節能燈具。在滲透到商業建築領域後,LED明顯比其他照明技術更具有成本競爭力。LED每瓦功率的照明輸出極為出色,實現較傳統照明技術更大的改進,因而成為商業建築物採用LED的主要推動因素。

先進的LED技術功能日益多樣化,更加高效、安全,能夠在PoE照明系統中支援各種可用的功率。由於能夠將照明控制遷移到基於IP的基礎設施,這使得照明成為一種服務、一種物聯網建築物資產,實現與其他建築物功能的協同控制。更進一步的整合意味著不僅可以提供更好的控制,實現顯著的節能效果、提高住戶的舒適度以及生產力表現,還可以透過照明網路基礎設施一部份的分散式感測器系統,進一步收集更多有意義的資料。

0920_Molex_TA31P2 圖2:軟體整合LED照明系統示意圖。在PoE照明系統內整合的技術(如Transcend),可以實現完全客製化。終端使用者可以根據定義的區域來調整照明需求

PoE閘道器經最佳化後可以提供低壓供電以及可靠的通訊功能,可進行配電,並將光源、感測器節點、牆壁電子式調光器以及其他本地裝置與控制元件連接到IP網路和控制管理中心。每台閘道器都採用Cat5e電纜連接到開關埠。IP節點負責將電力和資料分配到每一台本地裝置。燈具、感測器、電動遮光罩、分配器、馬達和其他裝置都成為了數位物件,可利用軟體進行配置、分組與控制。對於最佳化低壓配電從而提高實施的效率與性價比來說,優質的水平電纜設計具有極為重要的作用。

設計良好的PoE控制系統可以為不斷電服務帶來極高的可用性、提高網路的彈性,以及降低營運成本。由於PoE網路不需要在每台裝置端點處安裝電源插座,因此新的網路與裝置也能更快地配置。商業建築物是採用PoE照明和自動化系統的主要應用,這類系統的設計可以作為建築物基礎設施的一部份,或者在現有的建築結構中改造而成。在設計時必須對電力和資料的分配進行最佳化,從而減少所需的PoE埠數。例如,如果一組裝置的功率要求低於50W,那麼單一台PoE閘道器即可在菊鍊配置中為多個驅動器供電並提供控制。從設計、安裝到現場操作與建築物維護,系統軟體工具在網路化控制系統的整個生命週期內提供支援。

PoE網路的優勢

  • 使用CAT電纜即可在單層基礎設施上提供電力與資料
  • 直流電(DC)適用於低壓LED和感測器應用
  • 無需認證的電工即可在低壓狀態下安全地安裝RJ-45連接器
  • 乙太網路標準久經考驗、具未來性且易於擴充
  • 為可調諧LED燈具及動態/生物自動調整控制器實現先進控制
  • 在商業建築物的連接能力和資料分析方面創造新的典範與價值
  • 數位分區與再分區使建築物針對具體用途實現彈性最佳化,在未來出現新需求時能夠重新調整功能
  • 輕鬆地融合並整合到現有的BAS和基礎設施
  • 顆粒狀感測器陣列提供出色的自動化和資料報告功能
  • 全新應用案例提高生產力與營運效率

PoE技術能夠進一步降低能耗以及改善光線品質,使光強度更加柔和並增強調光功能,還可以動態地調節色溫,讓商業空間內採用的LED照明提升至更高層次,從而提高工作環境的舒適度與生產效率。業主或營運商可以隨時獲得照明狀態、即時能耗、基於感測器的住戶報告、空氣品質、溫度以及其他環境監控參數。綜合資料將轉換為實際的商業洞察力,協助您了解流動模式與空間利用率、此類空間內的狀態,以及各種不同的空間、樓層或建築物在利用率、能源使用與生產力方面如何劃分等級或比較。

由於無需採用雙層基礎設施即可分配電力(如AC電源)及其他資源,在低壓電纜或者以無線方式提供通訊、資料和控制功能,可使得施工過程較傳統硬線的AC/DC分散式照明系統與自動化系統更快、更簡單。建築物內的每台LED燈具或元件採用RJ-45連接器供電,都會收到一個IP位址。空間利用率的變化可縮短安裝時間與降低安裝成本,並且避免重新佈線施工。對於連接網路的系統,可根據空間利用率的需求重新分配感測器,即可快速的更改裝置的參數設定以及分區編程。

最佳化的PoE網路和低壓電纜基礎設施是最具發展前景的技術,可實現照明網路及其他建築物自動化網路的IP融合,但這需要混合配置PoE和分散式功率轉換等多種技術。具有這方面專業知識而又經驗豐富的合作夥伴,將有助於在現有或新建的建築物或企業部署時,有效率地擴展PoE技術。