Интеграция управления инженерным оборудованием зданий

В настоящее время интеграцию управления инженерным оборудованием зданий обычно связывают с созданием интеллектуального дома. Первые "интеллектуальные дома" появились у достаточно благополучных американцев в середине 50-х годов. Микроволновые печи, стиральные машины, кондиционеры, вентиляторы, встроенные в стенку телевизоры с дистанционным управлением, - все это было в этих домах. Они стали называться по-американски "smart home", что можно переводить по-разному, в том числе и как "интеллектуальный дом". Интеллект - это ум, разум, мыслительные способности. Поэтому употребление понятия "интеллектуальный дом" предполагает наличие у него интеллекта. Никакого интеллекта у того, что называют "интеллектуальным домом", конечно, нет. Поэтому "smart home" лучше было бы переводить как "услужливый дом", "комфортный дом", "управляемый дом".

Например, И.Тимофеев в [6] так описывает дом такого типа: "Сегодня "интеллектуальный" дом ухаживает за своим пресыщенным хозяином, как горничная, повар и дворецкий, вместе взятые. ...Вы просыпаетесь и встаете с постели, а тем временем в спальне и душевой кабине устанавливается нужная температура, ванна заполняется водой, нагретой до любимых именно вами градусов, затем включается кофеварка, а может, миниалкогольный стаканный морозильник для третьего за последние два часа заимствованного от душки Хэма тропического "дайкири". И соответственно все в том же духе и т. д. и т. п. Понятно, что четкого набора компонентов интеллектуального дома в мире не существует. Его элементами могут стать все бытовые приборы, работающие автоматически: пол с подогревом, навесные потолки с подсветкой и прочее, по мелочи. Благодаря smart home поливальная установка в зимнем саду будет в ваше отсутствие включаться и выключаться сама в заданном режиме. Специальная звуковая система разбудит вас приятными словами, напомнит ребенку, что пора делать уроки или ложиться спать, сообщит, что начинается по телевизору"

В настоящее время накопилось довольно много статейного материала, популяризирующего "интеллектуальный дом", практически каждая фирма, выпускающая электрооборудование, имеет свой набор технических средств для создания интеллектуального дома. Строительные фирмы, специализирующиеся в области создания инженерных сетей зданий, предлагают широкий набор услуг по созданию "интеллектуального дома". Все больше появляется заказчиков, желающих иметь в своем доме такой уровень комфортности, который позволяет называть его интеллектуальным. Ориентироваться в многообразии предлагаемых технических решений и применяемом оборудовании становится все трудней и трудней, а технологии проектирования, учитывающей в полной мере интересы заказчика, практически не существует.

Интеллектуальность дома обеспечивает техническая система, относящаяся к классу управляющих. Для простоты эту систему будем называть системой интеллектуализации дома или сокращенно СИД.

Системы автоматизации зданий относятся к классу управляющих и прошли эволюционный путь, аналогичный системам управления в промышленности, заимствуя и используя опыт, накопленный в этой области, с естественным отставанием, обусловленным динамикой насыщения зданий инженерным оборудованием и формированием требований к его комфортной, безопасной и экономичной работе. Средства локального управления инженерными системами здания (лифтами, вентиляцией и т.п.) развились от простых релейных сборок до контроллерных и компьютерных решений. Требования к системам автоматизации и диспетчеризации жилых и общественных зданий, сформулированные в предыдущие годы в строительных нормах и правилах [7, 8] создали заделы для интеграции локальных решений в единую систему управления зданием. В настоящее время во всех вновь строящихся и капитально ремонтируемых зданиях, от крупных общественных и жилых сооружений до коттеджей, устанавливаются средства контроля и управления, а многие из них оснащаются интегрированными системами управления. Требования по повышению безопасности функционирования инженерного оборудования, сокращению времени на выявление и устранение неисправностей и опасных ситуаций, повышению уровня комфорта, экономии энергии уже давно привели к необходимости создания комплексных систем автоматизации зданий.

Но все эти системы были рассчитаны, прежде всего, на автоматизированное управление теми технологическими процессами и оборудованием административных и промышленных зданий, которыми иначе управлять невозможно. Несмотря на сложность этих систем, необходимость, важность и несомненное влияние на комфортность пребывания в здании людей, эти системы до определенного времени не относили к классу СИД. Спрашивается почему? Да именно потому, что они не являлись услужливыми в том смысле, как об этом говорилось выше. Например, они поддерживали определенный температурный режим в здании зимой согласно соответствующим нормам и правилам, и это, конечно, жизненно необходимо, но они не умели выполнять капризы конкретного человека в конкретной комнате, если ему вдруг по каким либо причинам захотелось изменить тот температурный режим, который ему навязывают централизованные системы управления. Чтобы это стало возможным, должны были появиться датчики (сенсоры) и исполнительные органы (активаторы) или специальное оборудование (например, сплиттеры), которые в совокупности с локальными или централизованными контроллерами были способны выполнять человеческие "капризы", обеспечивать человеку в здании более высокий комфорт и, в конце концов, более высокое качество жизни. После того, как это стало возможным, традиционные архитектуры систем автоматизации зданий становились все более и более интеллектуальными в указанном выше смысле. И теперь на базе этих архитектур, стало возможным создавать СИД различных классов и уровней. Рассмотрим, какова теперь архитектура СИД, поглотившая опыт создания систем автоматизации зданий, используемых до эры интеллектуального дома.

Архитектура систем интеллектуализации дома включает следующие подсистемы:

· локальные (встроенные или спроектированные для конкретного объекта) подсистемы управления (ЛСУ) инженерными системами здания: внутреннего и наружного освещения, теплоснабжения и горячего водоснабжения, приточно-вытяжной вентиляции, кондиционирования, холодоснабжения, пожарной сигнализации и пожаротушения, дымоудаления, водоснабжения и канализации, лифтового хозяйства, гаражных подъемников, безопасности (видеонаблюдения и контроля доступа), видео-акустики, бассейна, ванн, бань, обогрева полов и водостоков и ряд других;

· подсистему централизованного контроля и управления (СЦКУ) состоянием инженерных систем и домом в целом, включающую также технический и коммерческий учет электрической и тепловой энергии, потребления воды, газа;

· подсистему контроля качества технического обслуживания инженерных систем здания.

В идеальном варианте система автоматизации здания может быть построена в рамках единой идеологии и на единых технических и программных средствах. В этом случае отсутствовали бы трудности интеграции ЛСУ и СЦКУ, в полном объеме и наиболее рационально реализовывались функции автоматизации. Однако инженерное оборудование здания обычно включает встроенные или спроектированные для конкретного объекта, оснащенные собственными щитами и панелями управления ЛСУ. Более того, из соображений безопасности и соблюдения гарантий съем сигналов из щитов ЛСУ возможен только силами или с участием фирм-поставщиков инженерного оборудования здания и обычно требует установки в этих щитах дополнительной аппаратуры.

Для большинства инженерных систем здания в зависимости от требуемого уровня их автоматизации сформировались технические решения собственно ЛСУ и интеграции их с СЦКУ. Рассмотрим несколько таких решений, классифицируя их по типам управляемых инженерных подсистем здания.

Электрическое освещение. Здесь достаточно широкий спектр решений автоматизации - от централизованного контроля состояния электрических цепей (ЛСУ отсутствует) до проектирования электрического освещения на базе стандартизированных распределенных систем, включающих установочные изделия, датчики, исполнительные механизмы, контроллеры, сенсорные панели и даже программное обеспечение конфигурирования и визуализации на ЭВМ (SCADA-системы). Наиболее известные системы - IEB (шинная организация), х10 (передача данных по электропроводке), LonWorks (использование радиосвязи). Для небольших установок, которые располагаются в домах, деловых помещениях и изолированных офисах в больших зданиях хорошо адаптирована и крайне проста в применении слаботочная система с радиальной структурой Lexel IHC корпорации Schneider Electric, которая обеспечивает повышенную безопасность путем обесточивания не используемых в данный момент электрических цепей. Еще более проста конфигурируемая с помощью кнопок управления модульная система управления AMIGO этой же фирмы. Эти системы обеспечивают контроль и других параметров - протечек воды, несанкционированного присутствия, температурных режимов помещений, управления жалюзями. "Интеллектуальное здание" в значительной мере может быть построено с помощью этих программно-технических средств. Однако остается наиболее острая проблема - интеграция средств автоматизации всех инженерных систем здания: стыковка их контроллеров и программного обеспечения с другими системами.

Теплоснабжение и горячее водоснабжение, приточно-вытяжная вентиляция, кондиционирование, холодоснабжение. Каждая из перечисленных инженерных систем может быть оснащена локальной системой автоматизации, в т.ч. на базе контроллеров. Наиболее развитые ЛСУ объединяют управление этими инженерными системами (например, системы "чиллер-центральный кондиционер-фэнкойлы"), позволяя добиться наиболее комфортной среды и экономичного функционирования инженерного оборудования. В этих ЛСУ наиболее часто используются средства автоматизации фирм Honewell, Jonson Controls, Andover Controls.

Системы безопасности. Мультиплексоры современных систем безопасности (MPX и др.) имеют возможность связи с компьютером через интерфейсы RS-232C/485 и позволяют передавать информацию о состоянии видеокамер, появлении движущихся объектов, принимать команды на изменение угла поворота и включение камер.

Лифты и подъемники. Информация из ЛСУ лифтами, гаражными подъемниками о их состоянии и местоположении из соображений безопасности и соблюдения гарантий на оборудование может быть выведена на внешние выводы фирмами, осуществляющими поставку и монтаж этого оборудования. Фирмы-производители предлагают системы компьютерного мониторинга и диагностики лифтового оборудования, представляющие выделенный программно-технический комплекс, изолированный от возможности интеграции в единую систему контроля здания.

Централизованный контроль и управление объектами здания, не охваченными локальными системами управления, для зданий площадью менее 5000 кв.м. (длина трасс от датчиков до диспетчерской - до 100 м.) обычно реализуется сгруппированными в диспетчерской техническими средствами обработки информации (компьютеры, контроллеры Simatic, Modicon, Omron, CONTINUUM и т.п.). Для крупных зданий, а также при наличии нескольких щитовых помещений целесообразно использование распределенных сетей контроллеров и средств сбора данных. Интегрированные системы управления зданием Infinity и Continuum американской корпорации Andover Controls Из отечественного оборудования здесь эффективно применение недорогих и надежных распределенных средств ДЕКОНТ. При невозможности прокладки трасс кабелей от датчиков применяется оборудование, позволяющее передавать информацию по электрическим сетям здания или по радиоканалам (Х10, LonWorks, Crestron, AMX, ДЕКОНТ и др.).

Датчиковое хозяйство СЦКУ конкретного здания может быть представлено десятками типов устройств: счетчики расходов воды, газа, электроэнергии, датчики утечки газа, протечки и уровнея воды, температуры воды и воздуха, влажности, освещенности и др. Исполнительные механизмы могут включать: приводы заслонок приточной вентиляции, термостатические регуляторы, реле управления различными устройствами и электрическими цепями и т. п. Устанавливаемое в здании инженерное оборудование должно позволять получать в СЦКУ информацию о его состоянии. Например, вспомогательные устройства для автоматических выключателей электрооборудования фирмы Merlin Gerin позволяют снимать сигналы состояния и повреждения автоматов, дистанционно их отключать.

В здании может быть до 50 инженерных систем, все они абсолютно разнородны. Раньше строительные технологии существенно перевешивали инженерные системы по затратам. Сегодня они сравнялись. Оценки специалистов показывают, что вложения в создание интеллектуального здания на этапе строительства окупаются через 3-5 лет, после чего здание начинает приносить своему владельцу реальную прибыль, точнее, сокращать эксплуатационные издержки.

Через локальную сеть или интерфейсы RS 232/485 с сервером связаны ЛСУ, имеющие компьютерные интерфейсы, и программируемые контроллеры, обеспечивающие связь с датчиками и ЛСУ, не имеющими компьютерные интерфейсы.

На сервере и рабочих станциях устанавливаются SCADA-системы (InTouch, Trace Mode, Genie и т.п.) или оригинальное программное обеспечение визуализации, разрабатываемое на языках C+, Delphi и др. Такие SCADA-системы, как например, InTouch создают возможность одновременной визуализации для нескольких компьютеров в локальной сети, в сети Интернет, приема и выдачи SMS-сообщений на сотовые телефоны. Стоимость лицензионного программного обеспечения зависит от количества компьютеров, на которых устанавливается SCADA-система, числа переменных в системе, состава подключаемого оборудования, и обычно составляет от 2 до 7 тысяч долларов США. Для моделей контроллеров, широко используемых в отечественной промышленности, имеются необходимые программные средства обмена данными с компьютером (OPC-серверы, драйверы, программы сетевой поддержки), что позволяет через интерфейсы RS-232/485 или непосредственно в единой локальной сети подключать их к SCADA-системам или оригинальному программному обеспечению СЦКУ. Так интегрированные системы управления зданием Infinity и Continuum американской корпорации Andover Controls имеют более 100 драйверов для подключения оборудования сторонних производителей. Для многих ЛСУ, построенных на специализированных контроллерах, или использующих закрытое программное обеспечение, возникает задача разработки программных средств связи с компьютером.