Réduire les coûts de câblage BMS grâce à LoRaWAN et au Robustel R1520-LG :
Comment Robustel & Voytech Systems facilitent le déploiement des systèmes modernes de gestion des bâtiments en remplaçant le câblage par des appareils sans fil LoRaWAN®.
Étude de cas – Faits marquants
Client final
Voytech Systems – https://www.voytech-systems.co.uk/
Voytech Systems est une entreprise britannique spécialisée dans l'automatisation des bâtiments, fondée en 2014 par le Dr Richard Fargus afin de repenser les systèmes de gestion des bâtiments autour des technologies cloud et IoT. L'équipe combine une expérience approfondie dans le développement et la fabrication de produits BMS avec des services de conseil et de R&D pour des fournisseurs tiers. Sa plateforme principale, Sitelink, prend en charge plusieurs protocoles d'automatisation, notamment BACnet, Modbus et LoRaWAN, ce qui lui permet de s'intercaler entre les contrôleurs BMS conventionnels et les appareils sans fil modernes. Voytech peut ainsi fournir des solutions allant de l'intégration de l'IoT à l'infrastructure BMS existante à la surveillance et au contrôle autonomes du chauffage, de la climatisation et de la ventilation dans divers secteurs du bâtiment.
Défis
Les projets BMS traditionnels consacrent souvent une grande partie de leur budget au câblage des capteurs distribués, en particulier dans les rénovations et les bâtiments complexes. Les options sans fil antérieures, telles que Zigbee, les systèmes propriétaires sub-GHz ou le Wi-Fi, rencontraient des difficultés en termes de portée, de pénétration dans les bâtiments, de maturité de l'écosystème et d'intégration dans les contrôleurs BMS courants. Voytech avait besoin d'une technologie sans fil capable d'atteindre les salles techniques et les espaces occupés, de s'adapter facilement à tous les étages et de présenter les données au BMS sous forme d'objets BACnet familiers avec lesquels les ingénieurs de mise en service pouvaient travailler.
Résultats
En standardisant LoRaWAN pour les capteurs, les passerelles R1520-LG LoRaWAN pour le backhaul et un contrôleur Sitelink hébergeant le réseau LoRaWAN local et les serveurs d'applications, Voytech a fourni une architecture BMS sans fil qui se comporte comme un système BACnet natif. Les déploiements sur le terrain ont démontré que les liaisons LoRa couvrent jusqu'à 14 étages et connectent de manière fiable plus de 200 capteurs, même lorsque les appareils sont stockés dans un bâtiment séparé situé à 100 mètres. Les entrepreneurs en électricité peuvent installer des appareils LoRaWAN préconfigurés sans compétences spécialisées en radio, ce qui réduit les coûts d'installation tout en permettant un contrôle plus précis du chauffage et de la climatisation afin de réduire la consommation d'énergie.
Rendre le BMS sans fil pratique grâce à LoRaWAN et BACnet
Voytech Systems a été fondée dans le but de repenser la gestion des bâtiments autour du cloud computing et des technologies IoT plutôt que de se contenter de mises à niveau incrémentielles des panneaux de contrôle existants. Sa plateforme Sitelink se situe entre les contrôleurs BMS traditionnels et les appareils de terrain modernes, et prend en charge des protocoles tels que BACnet, Modbus et LoRaWAN afin que les intégrateurs puissent combiner des installations existantes avec de nouvelles capacités de détection et de contrôle. Dans cette optique, le sans-fil devient un moyen de placer des capteurs et des actionneurs exactement là où ils sont nécessaires, sans être limité par les chemins de câbles existants ou les calendriers de rénovation.
LoRaWAN s'est imposé comme la solution la plus adaptée, car il combine une radio longue portée et basse consommation avec un écosystème en pleine expansion de capteurs et d'actionneurs destinés spécifiquement aux applications de construction. Lors d'une démonstration de faisabilité à Londres, Voytech a montré que les liaisons LoRa couvraient facilement les 14 étages d'un immeuble commercial. Des déploiements ultérieurs ont permis à plus de 200 capteurs répartis sur trois étages d'atteindre de manière fiable les passerelles installées dans les locaux techniques, même lorsque ces capteurs étaient temporairement stockés dans un bâtiment séparé situé à 100 mètres. Grâce à ce type de propagation et à une architecture conçue pour faciliter la densification des passerelles, Voytech a pu se concentrer sur l'intégration et la mise en service plutôt que de lutter contre les contraintes RF de base.
Défis commerciaux
1. Coûts élevés de câblage et perturbations dans les projets nouveaux et de modernisation
Qu'il s'agisse d'une nouvelle construction ou d'une rénovation, l'ajout de capteurs dans un bâtiment implique généralement d'importants travaux de câblage : tirer des câbles jusqu'aux locaux techniques, percer des murs, contourner les installations existantes et les barrières coupe-feu, et coordonner les travaux avec les autres corps de métier. Chaque point supplémentaire entraîne un coût supplémentaire qui peut rapidement limiter le nombre de points de mesure et de contrôle qu'un projet peut justifier. Dans les bâtiments anciens, les perturbations et l'impact esthétique liés à la pose de nouveaux câbles peuvent rendre presque impossible la mise à niveau des capteurs ou l'ajout de commandes au niveau des pièces, même lorsque les avantages en termes d'énergie ou de confort sont évidents.
Cette contrainte oblige à faire des compromis : les intégrateurs sous-équipent de vastes zones, les propriétaires d'immeubles reportent les mises à niveau et les concepteurs se contentent d'une couverture « suffisante » au lieu d'un contrôle optimal. Au fil du temps, cela se traduit par un système CVC moins réactif, une mauvaise visibilité des conditions réelles dans les espaces occupés et des factures d'énergie plus élevées que nécessaire. Voytech avait besoin d'un moyen de dissocier le nombre de capteurs de la quantité de câblage, afin d'obtenir des données plus riches et un contrôle plus granulaire sans la charge de travail traditionnelle.
2. Limites et fragmentation des technologies sans fil antérieures
Avant LoRaWAN, les intégrateurs BMS avaient testé Zigbee, des systèmes propriétaires 433/458/868 MHz, Bluetooth Low Energy et même Wi-Fi pour connecter des appareils sans fil. Chacun présentait des inconvénients : portée limitée à l'intérieur des bâtiments à 2,4 GHz, écosystèmes fermés liés à des fournisseurs uniques, gamme de capteurs réduite ou difficulté d'intégration avec des contrôleurs BMS tiers. Dans de nombreux cas, combler les lacunes de couverture impliquait une planification radio complexe ou l'installation de répéteurs propriétaires, ce qui ajoutait une couche supplémentaire d'équipements à gérer.
Ces problèmes techniques ont eu un impact direct sur le risque commercial. Si un système sans fil nécessitait une mise en service spécialisée, une intégration sur mesure ou des études approfondies du site, les économies promises par rapport au câblage s'évaporaient rapidement. Pire encore, si un système offrait une couverture inégale ou souffrait d'interférences, les intégrateurs pouvaient se retrouver avec des installations sans fil non fonctionnelles et peu de recours. Cette histoire a rendu de nombreux professionnels des systèmes de gestion technique des bâtiments (GTB) prudents à l'égard du sans fil, et toute nouvelle approche devait démontrer de manière convaincante qu'elle évitait les mêmes écueils tout en offrant un écosystème plus riche de dispositifs.
3. Relier le LoRaWAN orienté cloud à l'architecture BMS locale du site
LoRaWAN est intrinsèquement compatible avec le cloud : de nombreuses implémentations supposent que les passerelles transmettent le trafic à un serveur réseau et à un serveur d'applications hébergés hors site. Pour le contrôle des bâtiments, ce modèle soulève des problèmes de latence et de fiabilité, car les décisions de contrôle peuvent dépendre de réponses rapides et déterministes, même lorsque la connectivité Internet est dégradée. De plus, les contrôleurs BMS ont tendance à fonctionner avec des objets BACnet (températures, points de consigne, états binaires) plutôt qu'avec des charges utiles brutes décodées à partir de trames sans fil. Sans pont, les données LoRaWAN ne sont pas directement utilisables par les équipements BMS conventionnels.
La mise en service est un autre point sensible. Si l'intégration de LoRaWAN nécessite la présence sur site d'ingénieurs spécialisés en radio ou en cloud, le coût global du projet et la complexité du calendrier augmentent. Pour que la vision de Voytech fonctionne, les entrepreneurs en électricité et en contrôle-commande avaient besoin d'une expérience plug-and-play : installer des appareils préconfigurés, les mettre sous tension et les voir apparaître dans le BMS comme des points familiers. Cela impliquait non seulement de résoudre la conversion technique entre LoRaWAN et BACnet, mais aussi de simplifier les flux de travail afin que les professionnels existants puissent gérer l'installation sans nouvelles compétences ni nouveaux outils.
Présentation de la solution
L'architecture de Voytech repose sur des capteurs et des actionneurs LoRaWAN alimentés par batterie, tels que les vannes de radiateur intelligentes Vicki de MClimate, déployés dans les pièces et les espaces techniques d'un bâtiment. Ces appareils envoient des données via la radio LoRa à une ou plusieurs passerelles LoRaWAN Robustel R1520-LG, qui fournissent une interface LoRaWAN à huit canaux dans un boîtier industriel robuste. Les passerelles transmettent les charges utiles LoRaWAN cryptées via IP en utilisant Ethernet ou une liaison cellulaire selon les besoins vers le contrôleur Sitelink de Voytech installé sur site. L'unité Sitelink héberge à la fois le serveur réseau LoRaWAN (LNS) et le serveur d'applications localement, garantissant ainsi que les fonctions de surveillance et de contrôle ne dépendent pas d'un cloud externe.
Au sein de Sitelink, les messages LoRaWAN sont déchiffrés, décodés et mappés en objets BACnet qui reflètent les températures individuelles, les positions des vannes, les états binaires et les points de consigne. Du point de vue du système BMS principal, ceux-ci apparaissent comme des points BACnet standard, de sorte que les contrôleurs CVC centraux peuvent lire la demande, ajuster les objectifs de température ambiante, effectuer la programmation et surveiller les alarmes à l'aide d'outils familiers. L'infrastructure LoRaWAN étant locale, la boucle de contrôle peut fonctionner de manière fiable même en cas de perte de connexion Internet dans le bâtiment. Lorsque la couverture doit être étendue, les intégrateurs ajoutent simplement des passerelles R1520-LG supplémentaires à des emplacements pratiques ; LoRaWAN les traite comme faisant partie d'une seule « antenne distribuée », ce qui facilite la densification du réseau.
Les déploiements sur le terrain soulignent le caractère pratique de cette conception. Dans le cadre d'un projet, Voytech a installé plus de 200 capteurs LoRaWAN dans un bureau de trois étages, qui pouvaient tous communiquer avec les passerelles situées dans les locaux techniques, même lorsqu'ils étaient stockés hors site avant leur déploiement. Une autre installation a utilisé environ 60 vannes de radiateur intelligentes Vicki intégrées via Sitelink, permettant un contrôle centralisé du chauffage de l'usine et des pièces sans aucun nouveau câblage à l'extérieur de la salle des machines. Les appareils sont livrés sur site préconfigurés, ce qui permet aux électriciens standard de les installer sans expertise LoRaWAN spécialisée, ce qui permet de maîtriser les coûts de main-d'œuvre tout en élargissant la portée du BMS.
Pourquoi Voytech a choisi le R1520-LG:
- Capacité LoRaWAN élevée dans un format compact : la passerelle offre une interface LoRaWAN à huit canaux avec des performances RF robustes, parfaitement adaptée aux déploiements en intérieur dans des environnements denses tels que les bureaux, les bâtiments publics et les usines.
- Conception industrielle et large plage de températures : grâce à son boîtier robuste, ses connecteurs industriels et sa large plage de températures de fonctionnement, cet appareil est adapté aux locaux techniques et aux environnements de construction difficiles, réduisant ainsi le risque de pannes sur le terrain.
- Plateforme de gestion cloud gratuite : un service de gestion cloud inclus permet la surveillance et la configuration à distance des passerelles lorsque cela est nécessaire, complétant ainsi le contrôleur Sitelink sur site et facilitant les opérations de gestion de flotte dans plusieurs bâtiments.
- Smart Roaming pour la gestion des cartes SIM : les fonctionnalités Smart Roaming intégrées permettent de gérer les cartes SIM en itinérance dans les déploiements qui utilisent une liaison cellulaire, améliorant ainsi la résilience lorsque la connectivité fixe n'est pas disponible ou trop coûteuse.
Principaux résultats
Pour les propriétaires et exploitants d'immeubles, l'approche combinée Voytech et LoRaWAN transforme le BMS sans fil d'une expérience risquée en une option pratique. Au lieu d'être limités par le câblage existant ou les budgets de rénovation, ils peuvent ajouter des capteurs et des commandes là où ils apportent le plus de valeur : dans les pièces, les zones et les installations qui étaient auparavant difficiles d'accès. Les équipes de mise en service installent des appareils préconfigurés et les voient apparaître dans le système BMS comme des points BACnet standard, sans avoir besoin de comprendre le fonctionnement interne de LoRaWAN. Au fil du temps, ces données plus riches et ce contrôle plus granulaire favorisent les projets d'efficacité énergétique, l'amélioration du confort et de meilleures stratégies de maintenance.
« Je suis convaincu que LoRaWAN résout enfin le défi de l'intégration des composants de surveillance et de contrôle sans fil dans les applications BMS conventionnelles. LoRaWAN surmonte toutes les limites des autres technologies radio qui ont conduit les intégrateurs BMS à traiter la technologie sans fil avec une grande prudence. En particulier, la portée spectaculaire de LoRa permet d'utiliser des appareils sans fil sans avoir besoin de plans détaillés du site ou d'installer de nombreux répéteurs. Pour les petits bâtiments, une seule passerelle est généralement nécessaire ; pour les bâtiments plus grands, des règles empiriques simples peuvent être utilisées pour positionner quelques passerelles autour d'un bâtiment afin d'assurer une couverture adéquate. La gamme disponible de capteurs et d'actionneurs sans fil se développe rapidement, ce qui permet d'ajouter (ou de moderniser) facilement de nombreuses fonctionnalités différentes à un système de contrôle de bâtiment, par exemple le comptage, la détection de la qualité de l'air et la surveillance des défauts. » – Dr Richard Fargus – Directeur général de Voytech Systems.
- Coûts d'installation et de modernisation réduits : les capteurs et vannes sans fil éliminent le besoin de nouveaux câblages à l'extérieur du local technique, ce qui réduit le temps de travail et les perturbations dans les projets de construction neuve et de modernisation.
- Couverture fiable dans les bâtiments complexes : la forte propagation à l'intérieur des bâtiments et la possibilité d'ajouter des passerelles supplémentaires sous forme d'« antennes distribuées » permettent à LoRaWAN d'offrir une connectivité fiable dans les bureaux, les immeubles à plusieurs étages et les locaux techniques.
- Workflows de mise en service simplifiés : les appareils préconfigurés installés par des électriciens standard, combinés à une représentation native BACnet dans le système de gestion technique du bâtiment (GTB), réduisent le besoin de faire appel à des ingénieurs spécialisés en radio ou en cloud sur site.
- Contrôle plus précis et économies d'énergie : les capteurs installés dans chaque pièce et les vannes de radiateur intelligentes permettent un contrôle intelligent des espaces occupés, améliorant ainsi le confort tout en réduisant la consommation d'énergie liée au chauffage et à la climatisation.
- Résilience locale pour les boucles de contrôle critiques : l'hébergement du réseau LoRaWAN et des serveurs d'application sur le contrôleur Sitelink permet de maintenir les fonctions de surveillance et de contrôle opérationnelles même en cas de perte de la connexion Internet externe.
- Écosystème de capteurs prêt pour l'avenir : l'accès à un écosystème étendu et en pleine expansion de capteurs et d'actionneurs LoRaWAN facilite l'ajout de nouveaux points de surveillance, tels que la qualité de l'air, le comptage ou la détection des défauts, sans avoir à repenser l'architecture centrale.
Produits phares
Passerelle LoRaWAN Robustel R1520-LG
Plateforme de gestion des appareils RCMS
Itinérance intelligente
