Click to order
Total: 

Методология построения интеллектуального здания

Сегодня термин «Интеллектуальное Здание» уже никого не приводит в благоговейный трепет. Прошли те времена, когда упоминание ИЗ ставило Инвестора и/или Заказчика в ступор, вызывало либо полное отторжение, либо отношение как к дорогой престижной отделке.
Сейчас Инвестор подходит к ИЗ чисто прагматически, осознавая, что это один из способов экономии денег. Даже сам термин Интеллектуального Здания все чаще заменятся на АСДУ (Автоматизированная система диспетчерского управления). Наряду с этим, на рынке частных квартир и коттеджей прижился второй синоним термина ИЗ – Умный Дом. Однако далеко не всегда творения отечественных компаний Системных Интеграторов удовлетворяют Заказчика, заказавшего «Умный Дом». Причина кроется как в терминологических сложностях, так и в применяемой структуре технического решения. Целью данной статьи является анализ существующих на рынке подходов к созданию ИЗ, выбор оптимальной методологии его построения.
Терминологический казус
Хотите привести в замешательство менеджера компании системного интегратора, предлагающего вам Умный Дом? Спросите у него определение Умного Дома.
Интеллектуальным называется здание, в котором существует свободно программируемый механизм задания взаимодействия между системами жизнеобеспечения
В девяти из десяти случаев вы услышите невнятный бред рекламного толка и манипулирование красивыми, но бестолковыми картинками. Тем не менее, определение существует и оно следующее: «Интеллектуальным называется здание, в котором существует свободно программируемый механизм задания взаимодействия между системами жизнеобеспечения». Обратите внимание, что определение никак не конкретизирует в какой мере и на каком техническом уровне осуществлена автоматизация каждой из этих систем жизнеобеспечения. Здание может быть оборудовано сверх-современной автоматикой и не быть Интеллектуальным, если нет указанного в определении «Свободно-программируемого механизма взаимодействия». С другой стороны, согласно определению, достаточно всего лишь двух систем жизнеобеспечения, увязанных между собой таким «свободно-программируемым механизмом» и мы формально уже имеем ИЗ. Самое забавное, что формально в здании может насчитываться до 42!! различных систем жизнеобеспечения – от основополагающих отопления и вентиляции до системы управления освещением и часофикации.
Обзор рынка ИЗ
Как видите, определение оставляет широкое поле для «Творческой» реализации ИЗ или как его называют в простонародье – Умного Дома. Приведем несколько типичных примеров.
Решения на основе структурированных кабельных систем
Те компании, которые традиционно начинали свой бизнес в области Ай-Ти, предлагая Структурированные кабельные Сети (СКС) и активное оборудование, полагают, что добавив систему управления бизнесом (1С-склад, SAP R3 и т.д.) , получаем Интеллектуальное Здание.
Решения на основе охранно-пожарной сигнализации
Те компании, которые изначально занимались услугами в области систем безопасности (Охранная и пожарная сигнализации, видеонаблюдение и контроль доступа), считают, что если к указанным системам добавить СКС (телефонию и компьютерные сети), то получим ИЗ
Решения на основе инженерных систем
Те компании, Которые сильны в автоматизации инженерных систем здания (отопления, вентиляции, кондиционирования ), предлагают объединитlatyshev@ь эти системы посредством использования единой SCADA (АРМ оператора АСУТП).
Решения на основе бытовой автоматике
И наконец, компании, работающие с небольшими частными объектами класса квартир и коттеджей, полагают, что умный дом это сочетание систем управления бытовой Аудио/Видео техникой (AMX , Lutron, CLIPSAL или CRESTRON) и системы управления освещением (EIB).
Однако. Невзирая на то что все описанные решения удовлетворяют определению ИЗ, они как хорошо видно абсолютно разные. Для формирования оптимальной методологии построения ИЗ будем отталкиваться от расчета экономической эффективности и надежности ИЗ (см БДИ______). Выделим ключевые моменты, влияющие на качество ИЗ.
1. Одноуровневая распределенная (децентрализованная) архитектура
В развитии систем автоматического регулирования принято выделять три поколения: Централизованные системы, иерархические системы и децентрализованные системы. Децентрализованные системы имеют два основополагающих преимущества:
  • Абсолютная массштабируемость (одинаково легко строится и маленькая и большая инсталляции)
  • Максимальная отказоустойчивость. (чтобы вывести из строя систему нужно уничтожить все контроллеры)
Эти два свойства в частности позволяют налаживать систему по частям, не дожидаясь полной строительной готовности объекта.

2. Использование открытых протоколов
Об открытых протоколах говорилось много и часто. Что же дает применение открытых протоколов при построении ИЗ для инвестора?
  1. Экономия средств на этапе выбора оборудования на этапе строительства и (или) модернизации (независимость от одного производителя)
  2. Возможность организации тендера на реализацию проекта
  3. Возможность интеграции подсистем на уровне протокола
  4. Широкий выбор устройств со встроенной поддержкой протокола.

3. Использование проверенных технических решений

Наличие в предлагаемом ИЗ непроверенных технологий или технических приемов приводит к непрогнозируемому времени пуско-наладки и чаще всего к срыву сроков и дополнительным расходам.

4. Интеграция на уровне протокола посредством аппаратных шлюзов
Существует три способа интеграции систем между собой: Сухой контакт, единая SCADA и аппаратный шлюз протокольного уровня. По сути, аппаратный шлюз протокольного уровня – это контроллер, подключенный к двум разным протоколам, работающий как переводчик с языка одного протокола на язык другого протокола. Такой метод является максимально универсальным и гарантирует передачу максимального объема сигналов от одной системы к другой и назад при минимальной задержке прохождения управляющего воздействия.
Как видите, ключом к построению экономически эффективного и надежного ИЗ является выполнение четырех вышеописанных принципов, которые и составляют методологию построения ИЗ. Автор данной статьи надеется, что смог донести кратко и доступно содержание этих принципов.
От теории – к практике
На сегодняшний день существует несколько открытых протоколов, автоматизирующих те или иные системы жизнеобеспечения здания. Каждый из них характеризуется своей областью применимости.
Самая широкая область применимости принадлежит протоколу Lonworks, что позволяет использовать его как основную информационную магистраль систем автоматики здания. Наряду с этим, есть системы жизнеобеспечения, для которых характерен иной протокол. Так например для Дизель-генераторов традиционен другой открытый протокол – ModBus. Для некоторых систем Lonworks не является оптимальным – как пример можно назвать системы управления освещением, которые более эффективно реализуются на EIB. Таким образом, на практике, оптимальное ИЗ состоит из нескольких частей, объединенных между собой шлюзами. Самая большая часть, охватывающая большинство систем жизнеобеспечения – сегмент Lonworks. Также будут использоваться и другие открытые протоколы – такие как например ModBus, BACNET, EIB. На рисунке приведен реальный пример такого объединения.
Пример построения сети передачи данных Автоматизированной Системы Диспетчерского Управления (АСДУ) высотного здания
При создании систем автоматики высотных зданий возникает целый ряд специфических проблем, несвойственных зданиям обычным.
Ради снижения удаленности обслуживаемых помещений от технологического оборудования, это обслуживающее оборудование размещается также на высотных этажах, а не только в подвале, чердаке или пристройке, как обычно. В итоге здание разделяется на блоки по несколько этажей. В каждом таком блоке есть специальный технический этаж, где и размещается все технологическое оборудование, обслуживающее этажи данного блока. Таким образом, на техническом этаже размещены Тепловые пункты, чилера, ВРУ, насосы холодного водоснабжения, установки центрального кондиционирования и многое другое, зависящее о специфики здания.

Требования, накладываемые надежностью, приводят к тому, что каждый такой блок должен сохранять свою работоспособность при выходе из строя остальных. При этом необходимо наличие механизма централизованного воздействия на любой механизм здания. Совокупности этих требований может удовлетворить только децентрализованная автоматика . В данной статье проводится анализ решения для высотного здания до 100 этажей на базе открытого децентрализованного протокола Lonworks, относящегося к протоколам третьего поколения систем автоматики.

Для начала обрисуем основные сложности, присущие такому зданию с точки зрения сети передачи данных системы автоматики:
Общее количество точек ввода-вывода более 15 тысяч, т.е. 1500 контроллеров по 10 портов ввода-вывода.
Дисциплина доступа к среде передачи в Lonworks – CSMA. Это означает, что существует ограничение на максимально допустимый трафик внутри физического сегмента сети в 30% от максимальной пропускной способности сегмента. Реально это приводит к ограничению количества контроллеров в одном физическом сегменте. Таким образом, в таком здании будет более 235 физических сегментов, разделенных маршрутизаторами . Здание будет иметь высокоскоростные вертикальный сегменты, объединяющие каждые 5 этажей и низкоскоростные горизонтальные сегменты, имеющие возможность закольцовывания линии и свободной топологии. Блоки по 6 этажей объединены общим вертикальным высокоскоростным сегментом, пронизывающим все здание на всю высоту.
Необходимо обеспечить минимальное время прохождения воздействий класса контроллер-контроллер.
Lonworks сеть должна быть единой и «дотягиваться» до каждого контроллера. Это есть залог обеспечения мгновенности прохождения сигнала от одного контроллера к другому, даже если они находятся в разных концах здания. Маршрутизаторы должны быть настроены заранее так чтобы обеспечить прохождения такого воздействия.
Необходимо обеспечить минимальное время отклика по запросу от SCADA.
Для обеспечения мгновенного прохождения телеграммы от АРМ оператора до контроллера в целях реализации функции оперативного вмешательства в работу систем автоматики, каждый АРМ оператора должен иметь непосредственное подключение к сегменту Lonworks.
Необходимо минимизировать задержку отображения на SDADA смены состояния опрашиваемого параметра.
Отображение контролируемых параметров на однопоточной SCADA происходит на основе регулярного периодического опроса. Таким образом, время обновления сигналов на экране SCADA равна времени завершения опроса всех контроллеров, охватываемых SCADA. Для того, чтобы ускорить процесс опроса применяется несколько промежуточных серверов, осуществляющих опрос своей части контроллеров и ведущих отдельные SQL базы данных. Центральная SCADA использует SQL базы промежуточных. Одновременно существует еще одна существенная проблема – увеличение сетевого трафика в результате периодического опроса. Для того, чтобы работа SCADA не ухудшала параметров сети, в здании создается еще одна вертикальная линия и система маршрутизаторов таким образом, чтобы телеграмм периодического опроса не попадали в соседние физические сегменты.
Есть вопросы по оборудованию? Обсудите свой проект со специалистом и мы подберем для вас оптимальное решение.