Click to order
Total: 

Построение энергоэффективных решений на базе открытых протоколов

При обсуждении вопросов энергоэффективности следует понимать, что данная тема является многоплановой. Тут и использование современных осветительных приборов, и утепление строительных конструкций, и применение водосчетчиков, и, наконец, применение «правильных» систем автоматики. В данной статье речь пойдет именно об автоматике с точки зрения применяемой структуры решения и концепции, а также о подборе оборудования.
Главная идея, излагаемая здесь, — рассмотреть уже хорошо изученный феномен «интеллектуального здания» (ИЗ) применительно к тематике энергоэффективности. Как будет показано далее, сама концепция ИЗ предусматривает снижение эксплуатационных расходов, в том числе энергопотребления здания.

Первое упоминание термина «интеллектуальное здание» (Intelligent Building) было сделано компанией Lucent Technologies в одноименной книге. В нашей стране читатели смогли с ней познакомиться по переводу, сделанному компанией «Черус» в 1998 году. Вот определение, которое было дано в этой книге:
Интеллектуальным» называется здание (или комплекс зданий), содержащее несколько разнородных систем. Состав технических средств, структура, взаимосвязи и управление этими системами интегрированы в едином комплексе. Они обеспечивают комфортные условия для осуществления бизнес-процесса и быструю реакцию на изменение потребностей пользователя, а также четкое взаимодействие всех подсистем для обеспечения этой цели.
С тех пор было сделано несколько «уточняющих» определений ИЗ. Так, в статье А.А. Волкова «Интеллект зданий: формула» (журнал «Промышленногражданское строительство», март, 2012 год) на основе выполненных автором исследований в терминах абстрактной кибернетики, теории множеств, системного и функционального анализа (теории меры, теории функций), математической логики впервые предложено универсальное формальное определение понятия ИЗ, включающее абсолютный и проектный уровни абстракции, абстрактное определение «коэффициента интеллекта зданий», расширяемое для любых задач построения прикладных теорий и использования в практике строительного проектирования и управления.

Теперь о практической стороне вопроса. Целью книги компании Lucent было проанализировать эксплуатационные расходы обычных (так называемых «базовых») зданий и «интеллектуальных».

Согласно выводам компании Lucent, стоимость «удовлетворения» изменяющихся потребностей пользователей в ИЗ резко ниже, что приводит к окупаемости ИЗ уже через 3 года. Применительно к энергоэффективности уточняющая методика расчета приведена в моей статье «Экономическое обосно

Три поколения систем автоматики

Самые первые примеры автоматики были чисто механическими и восходят еще к античности.
Наиболее ярко механические системы автоматики развились в эпоху первой индустриализации.

Как только эта автоматика перестала быть просто электромеханической, т.е. в связи с началом применения вычислительной техники для задач автоматизации, появилась тематика передачи данных в целях реализации алгоритма управления технологическим процессом. Однако электронные приборы управления за последние 70 лет претерпели кардинальную эволюцию, и каждый раз вслед за этим менялись применяемые протоколы передачи данных.

Обозначим основные вехи этой эволюции: централизованные системы, иерархические системы, распределенные одноуровневые системы.

Первое поколение электронных управляющих систем. Централизованные системы
Основные характеристики:

  • дизайн «сверху-вниз»;
  • единый центральный процессор;
  • неинтегрированный интеллект;
  • зависимость от сбоя центра;
  • обслуживание сводится к обслуживанию центрального ЦПУ «Автоматика и протоколы передачи данных».
Один управляющий узел обрабатывает сигналы от всех датчиков и выдает управляющие воздействия на все задействованные приводы. Наиболее яркий пример — завод «Форд» в Детройте, где всем сборочным конвейером управляла одна ЭВМ IBM-360, занимавшая несколько комнат. Во времена таких «электронных монстров» не существовало никакого различия между протоколами передачи данных из области IT и области АСУТП.
Второе поколение электронных управляющих систем. Иерархические системы
Основные характеристики:

  • дизайн для расположения в шкафу;
  • центральный процессор для приложения;
  • распределенные модули ввода-вывода;
  • количество критичных к сбою узлов снижено;
  • обслуживание сводится к обслуживанию ПЛК.

Согласно этой идеологии контроллеры делятся на контроллеры нижнего и верхнего уровня. Контроллеры нижнего уровня производят первичную обработку измеряемого сигнала, переводят измеряемые параметры в цифровой вид (применительно к датчикам) и наоборот вырабатывают управляющие воздействия на приводы (применительно к приводам).

Контроллеры нижнего уровня всю информацию передают и принимают в цифровом виде контроллерам второго уровня, которые уже умеют «думать», т.е. реализовывать алгоритм управления технологическим процессом. Здесь мы имеем уже жизненно необходимый цифровой протокол передачи нижнего уровня, обеспечивающий обмен между контроллером верхнего уровня и контроллерами нижнего уровня, подчиняющимися ему.

Для сбора данных (уже обработанных и обобщенных) с контроллеров верхнего уровня применен протокол верхнего уровня, обслуживающий обмен между рабочей станцией АРМ диспетчера АСУТП и контроллерами верхнего уровня. В качестве протоколов нижнего и верхнего уровня прекрасно подходили протоколы с дискредитационным доступом к среде передачи (подразумевает механизм арбитража, кто принимает, а кто передает). Чаще всего использовался RS485 в различных модификациях.
Третье поколение. Распределенные одноуровневые системы
Основные характеристики:

  • дизайн интеллектуализированных узлов;
  • нет центрального процессора;
  • полностью распределенный интеллект;
  • нет критичных к сбою узлов вообще;
  • обслуживание не зависит от производителя оборудования.
Согласно этой идеологии каждый датчик и привод снабжены микроконтроллером, способны обрабатывать сигнал, реализовывать алгоритм управления и общаться по сети передачи данных не только с рабочей станцией АРМ АСУТП но и между собой, в целях реализации некого распределенного алгоритма управления.

Другими словами, 3-е поколение систем автоматики полностью соответствует девизу Sun Microsystems «Сеть — это компьютер», возникнувшему в эпоху становления Интернета. Именно особенности функционирования распределенных систем автоматики формируют список требований к протоколам передачи данных для современных управляющих сетей.
Не буду здесь еще раз приводить выдержки из аналитической статьи П. Мадаха «Обзор современных технологий автоматизации», датированной 1989 годом, приведу только перечень требований к протоколу:

  • открытость и наличие описания, разбитого на главы по уровням семиуровневой модели OSI/ISO;
  • объем адресного пространства не меньше 12 000 адресов;
  • дноуровневый доступ к среде передачи, логическая сегментация;
  • поддержка нескольких сред передачи (в каждой области свои предпочтения: витая пара для BMS, RF для старых зданий и т. д.);
  • поддержка пособытийного опроса;
  • высокая помехоустойчивость (даже за счет относительного снижения скорости);
  • поддержка квитирования (одноадресного, многоадресного, циркулярного, без квитирования);
  • поддержка телеграмм переменной длины;
  • возможность горячего подключения контроллера к сети;
  • высокая прогнозируемость сетевого обмена;
  • наличие встроенных механизмов сетевой диагностики;
  • возможность удаленного программирования контроллеров;
  • наличие достаточно удобного инструментального программного обеспечения для настройки контроллеров, диагностики и конфигурирования сети;
  • выделенный прикладной процессор.
Полный текст статьи, включая сравнительные таблицы по нескольким существовавшим тогда протоколам, вы можете скачать на сайте www.sga-bms.ru
20 лет спустя
Статья предвосхищала первое официальное опубликование открытого протокола Lonworks, которое состоялось в 1990 году. Одновременно с ним в Европе вышло описание протокола EIB.
Во многом протоколы схожи и примерно одинаково решают перечисленные требования. Отличаются они в количественных характеристиках и в приоритетности требований.
Так, например, Lonworks при максимальной универсальности имеет весьма относительную надежность, а EIB обладает абсолютной надежностью и помехозащищенностью, но его сфера применения охватывает только управление освещением и микроклиматом и диспетчеризацию.

На сегодняшний день можно назвать еще одного «идеологического собрата» этих протоколов — CAN OPEN.

Теперь посмотрим, какие протоколы реально лидируют по использованию в системах автоматики на сегодня: TCP/ IP (в реализации физического уровня Ethernet, FAST Ethernet, Industrial Ethernet, Wi-Fi), Lonworks, Modbus, ProfiBus, KNX (EIB), RS485 (в различных реализациях, в том числе C-Bus), BACNET (в реализации поверх RS485, TCP/IP или LonTalk TP/FT-10).

По используемым физическим средам передачи данных лидеры таковы: витая пара 6-й категории (реализация поверх Ethernet), витая пара J-Y-(St)-Y (большинство классических протоколов), радиочастота (Wi-Fi 802.11 b/g, реализация поверх Ethernet), радиочастота (GSM/GPRS).

Таким образом, можно констатировать, что Ethernet не только не сдал своих позиций из-за слабой надежности и никудышной помехозащищенности, но, наоборот, получает все большее распространение благодаря появлению в последнее время Wi-Fi.

По большей части использование Ethernet обусловлено активным использованием сети Интернет при условии имплементации используемого протокола в TCP/IP. Даже такой апологет распределенной сети как компания Echelon выпустил прибор I-lon600 и активно пропагандирует построение вертикального сегмента сети на Ethernet с использованием трансмедийных маршрутизаторов Lonworks, у которых одна сторона Lon TP/FT-10, а другая — TCP/IP Ethernet.

В свою очередь Lonworks за прошедшие с момента опубликования годы до - Рис. 2. Пример №3 2012 www.avoknw.ru 57 вел «общее поголовье» проинсталлированных во всем мире контроллеров до 100 миллионов, стал национальным стандартом в Финляндии, но так и не занял абсолютного лидирующего положения. Из последних достижений следует назвать TurboLNS и Pixos.

EIB объединился с BATIBUS и EHS, стал называться KNX, продекларировал спецификацию узлов версии «А», подразумевающую самонастраивающуюся сеть, своеобразный распределенный plug-and-play, а также TCP/IP в качестве варианта среды передачи данных. К сожалению, реализации этих технологических чудес пока нет.

Отмечу, что RS485 и иерархические системы все еще используются и, видимо, будут использоваться, а открытые системы так и не вытеснили закрытые фирменные.

Компания Siemens обещает в скором времени выпустить серию радиочастотных устройств KNX, работающих на радиочастоте, разрешенной к использованию в России.

Феномен BACNET

Особого внимания заслуживает протокол BACNET. Протокол является открытым, но при этом он старше самой семиуровневой модели OSI/ISO и не предполагает каких-либо специализированных средств передачи данных.
В оригинале он использовал RS485, затем появилась имплементация в TCP/IP (полная сравнительная характеристика приведена в виде таблицы в «Обзоре современных технологий автоматизации»).
Собственно само описание стандарта содержит только описание объектов взаимодействия верхнего уровня — типы и содержание полей. Секрет жизнеспособности предельно прост — стандарт имеет от рождения статус международного ISO и одновременно является федеральным стандартом США. В итоге все произошедшие революционные нововведения в мировой автоматике благополучно обошли его стороной, лишь немного покачав на волнах, но так и не утопив.

И вот сегодня мы наблюдаем гениальный ход компании Siemens, решившей реанимировать «старичка», скрестив его с Lonworks. Так появилась линейка контроллеров Siemens Desigo, использующая имплементацию спецификации объектов BACNET поверх протокола LonTalk (соответствует трем нижним уровням Lonworks согласно семиуровневой модели OSI/ISO). Ход чрезвычайно эффективен.

Судите сами:

  • протокол формально соответствует BACNET, что позволяет его использовать во всех странах;
  • протокол удачно разрешает 13 из 14 требований перечисленных в данной статье благодаря LonTalk;
  • никто, кроме «Сименс», не выпускает аналогичного оборудования, т.е. конкурентов пока нет.
Учитывая активнейшую PR-кампанию, развернутую за последний год, включая срочное создание ассоциации BIG.RU и статью в газете «Автоматизация Зданий», вхождение Desigo на отечественный рынок можно назвать образцом агрессивного маркетинга.
Автор данной статьи не претендует на то, чтобы быть истиной в последней инстанции и обрисовывает ситуацию исключительно со своей точки зрения, поэтому заранее просит прощения у тех коллег, которые будут обижены подобной классификацией.

Обзор современного рынка ИЗ, классификация предлагаемых решений

Всего в здании насчитывается потенциально более 40 подлежащих автоматизации систем. Определение ИЗ не регламентирует, какие именно системы входят в комплекс. Главное — чтобы они были автоматизированы и существовал механизм свободно алгоритмизируемой интеграции. Таким образом, на существующем рынке ИЗ наличествуют совершенно разные по сути предложения, называемые, тем не менее, совершенно одинаково. Попытаемся привести несколько примеров.
Решения на основе структурированных кабельных систем
Те компании, которые традиционно имеют опыт в построении компьютерных сетей, предлагают решения, построенные на базе программных пакетов для пользовательских рабочих станций. Классическими примерами могут служить ПО «1С-склад», SAPR3 и т.д. По формальному признаку данное решение может быть названо интеллектуальным зданием, чем указанные компании активно пользуются.
Решения на основе охранно-пожарной сигнализации
Следующий тип — предложения от компаний, традиционно предлагающих системы безопасности. «Интеллектуальное здание» от таких компаний — это комбинация комплекса систем безопасности, дополненная высокоскоростной СКС.
Решения на основе инженерных систем
Ведущие вендоры автоматики для инженерных систем традиционно предлагают решения, представляющие собой интеграционный комплекс, объединенный через единую SCADA. С одной стороны — данное предложение максимально соответствует духу определения, но, как будет показано далее, является наименее производительным и мало надежным.
Решения на основе бытовой автоматики
Будет неправильно не упомянуть очень распространенный типаж предлагаемого на рынке продукта, основанный на оборудовании управления светом, шторами, электронагрузками и микроклиматом. Очень много компаний добавляет к решению систему «мультирум» и предлагает результат как «умный дом». В большинстве случаев, у обывателя именно этот вариант ассоциируется с интеллектуальным зданием.
Не важно «что», важно «как»
Однако, не взирая 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. журнал «Безопасность. Достоверность. Информация», № 3 (72) май-июнь 2007 год).

Энергоэффективное здание как оптимальное интеллекутальное

Выделим основные принципы оптимальной методики построения ИЗ:
  • децентрализованная архитектура;
  • использование открытых протоколов;
  • использование испытанных тех. решений;
  • интеграция на уровне протокола
и рассмотрим подробнее каждый из этих принципов.
Одноуровневая распределенная (децентрализованная) архитектура.

Децентрализованные системы имеют два основополагающих преимущества: абсолютная масштабируемость (одинаково легко строится и маленькая и большая инсталляции) и 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.

Принцип построения распределенных систем. 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.

Использование испытанных технических решений

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

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.
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 используются и другие открытые протоколы — такие, как, например, ModBus, BACNET, EIB. На рис. 2 приведен реальный пример такого объединения.

Рис. 2. Пример
Нейрончип и топологии соединений
Микросхема «Нейрончип», изобретенная компанией Эшелон в 1990 году и являющаяся краеугольным камнем всей технологии LonWorks, содержит, на самом деле, три процессора. На рис. 3 вы можете видеть структурную схему этого кристалла.

Модель MC143150B1FU1, выпускаемая фирмой Motorola, имеет:

  • три 8-битных процессора конвейерной архитектуры для одновременной обработки кода приложения и сетевых пакетов;
  • программируемый 11-контактный порт ввода/вывода, имеющий 34 режима работы;
  • два 16-битных таймера/счетчика;
  • 5-контактный коммуникационный порт для подключения сетевого трансивера;
  • 2Кб статической ОЗУ;
  • 512 байт флэш-памяти и встроенный накристальный преобразователь напряжения для ее перепрограммирования;
  • 48-битный идентификационный серийный номер, уникальный для каждого кристалла;
  • энергопотребление 16ma на частоте 10Mhz, 4ma на частоте 625Khz и 15ma в энергосберегающем режиме;
  • позволяет адресовать до 64Кб внешней ОЗУ(16 из них необходимы для реализации протокола LonWorks).

Рис. 3. Структурная схема кристалла
При использовании контроллеров с трансиверами TP/FT-10 компании Echelon сеть контроля и управления строится в соответствии с правилами «свободной топологии». Проиллюстрируем их на примерах.

На рис. 4 приведен пример топологии, называемый «общая шина».

При таком соединении ограничение на длину сегмента составляет 130 м, что почти в два раза больше ограничений для всех остальных способов соединения.
Все устройства навешиваются параллельно на общий кабель типа витая пара категории 5. На концах линии обязательно присутствуют терминаторы, электрическая схема которых приведена на врезке слева (см. рис. 4).

Можно терминировать линию только с одного конца, но тогда максимальная допустимая длина сегмента снижается вдвое. При этом импеданс терминатора должен быть уже не 105, а 53 Ома. Обратите внимание на присутствующий на схеме источник питания постоянного напряжения 42В 36Ватт. Предполагается, что контроллеры могут питаться как от собственных источников питания, так и от линии. Суммарная потребляемая контроллерами мощность не должна превышать 36 Ватт.

Рис. 4. Вариант топологии «общая шина» 60 www.isjournal.ru №3 2012
Следующий вариант соединения — «звезда».
Провода от всех контроллеров сое - диняются вместе на единой соедини - тельной колодке. Туда же подключаются контакты источника питания и термина - тора. В ряде случаев такое соединение наиболее естественно. Кроме того, при обрыве провода будет потеряна связь лишь с одним контроллером, а не с по - ловиной контроллеров, как в предыду - щем случае.

Кольцевая топология соединения применяется исключительно для по - вышения устойчивости сети к единич - ным обрывам.

Рис. 5. Вариант топологии «звезда»
Действительно, сигнал от одного контроллера до другого может идти двумя путями: по левой стороне кольца и по правой. Это, однако, потребовало от разработчиков микросхемы Neuron немало изобретательности, ведь один и тот же пакет приходит к получателю как минимум дважды. На практике это дает неоспоримые преимущества. Предположим, вы уже проложили и эк - сплуатируете сеть контроля и управле - ния, но ваш кабель проходит по подвалу или производственным помещениям, где он может быть случайно поврежден

Рис. 6. Вариант топологии «кольцо»
Благодаря усилиям разработчиков из Echelon вы можете просто продубли - ровать первый кабель вторым, парал - лельным ему электрически, но прохо - дящим где-то в другом месте.

Вариант смешанной топологии наи - более жизненный.

В нем угадываются элементы всех трех предыдущих топологий: общая шина, звезда и кольцо. Ни одна другая технология не позволяет таких вольно - стей! Единственное ограничение: коль - цевой участок должен быть только один.

Рис. 7. Вариант смешанной топологии
Компрометирующее воздействие на систему
Методы действий, применяемые злоумышленником, всецело зависят от типа системы автоматизации. Системы автоматики делятся на централизованные и децентрализованные.
В централизованных системах обработка сигнала от датчиков, реализация алгоритма управления технологическим процессом и выдача управляющих воздействий на сервоприводы или актуаторы производятся одним единственным процессорным узлом. В таком случае злоумышленник либо должен внедриться во внутренние цепи процессорного узла, либо подключиться к измерительным или исполнительным цепям. Первый случай не имеет смысла рассматривать, поскольку злоумышленник имеет абсолютный контроль над системой. Во втором случае бороться со злоумышленником можно, контролируя целостность измерительных и исполнительных цепей.

В децентрализованных системах вместо одного процессорного узла реализовано несколько небольших самостоятельных микропроцессорных устройств, называемых узлами. Каждый узел кроме функций обработки измерительных и исполнительных цепей и реализации алгоритма управления, имеет сетевой интерфейс для обмена информацией с другими узлами. Зачастую в таких системах один узел пользуется резуль- татами измерений другого узла. И наоборот, узел реализующий алгоритм управления некоторым сервоприводом, может не иметь возможности напрямую управлять им, так как тот подключен к абсолютно другому узлу. Таким образом, описанный узел передает информацию о требуемом положении сервопривода на другой узел, а тот исполняет ее как прямой приказ. В децентрализованных системах возможности злоумышленника по реализации компрометирующего воздействия колоссальны. Несмотря на это большинство производителей оборудования для систем распределенной автоматики не предпринимают никаких мер против этого. Ставка делается на «закрытость» протокола обмена, т.е. всего лишь на то, что язык протокола обмена знает только узкий круг специалистов.

Следует отметить, что проблема необходимости контроля целостности измерительных и исполнительных цепей точно также актуальна и для децентрализованных систем тоже. Однако компрометация путем посылки ложной информации по сети передачи данных децентрализованной системы во много раз опасней. Уточним терминологию и назовем такой случай «сетевым компрометирующим воздействием».

Единственным методом борьбы с сетевым компрометирующим воздействием является аутентификация отправителя сообщения. Поддержка аутентификации может быть реализована либо на сеансовом уровне модели OSI/ ISO, либо на уровне приложения. Так, например, когда один контроллер сети автоматики высылает другому пакет информации, суть содержания которого должна привести к некоторому критическому действию, второй контроллер «желает» удостовериться в «личности» отправителя. Для наглядности предположим, что речь идет о команде подъема графитового стержня в ядерном реакторе. В качестве доказательства полномочий отправителя (аутентичности) либо используется цифровая подпись, либо механизм запрос-ответ, где в запросе высылается некое случайное число (фраза), а в качестве ответа используется число (фраза) зашифрованная на ключе, известном только этим двум контроллерам.

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, чилеры, ВРУ, насосы холодного водоснабжения, установки центрального кондиционирования и многое другое, зависящее от 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 децентрализо- ванная автоматика.
Рассмотрим решение 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:

  1. Общее количество точек вводавывода более 15 тысяч (т.е. 1500 контроллеров по 10 портов ввода-вывода).
  2. Необходимость обеспечить минимальное время прохождения воздействий класса контроллер-контроллер.
  3. Необходимость обеспечить минимальное время отклика по запросу от SCADA.
  4. Необходимость минимизировать задержку отображения на SDADA смены состояния опрашиваемого параметра.
Прокомментируем подробнее каждый из перечисленных пунктов.


1. 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 вертикальные 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.
2. Lonworks сеть должна быть единой и «дотягиваться» до каждого контроллера.Использование открытых протоколов
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.

3. подключение к сегменту Lonworks
3. 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.

4. 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 телеграммы периодического опроса не попадали в соседние физические сегменты.
Примеров крупных объектов на Lonworks много. Ни один другой протокол не может похвастаться таким «поголовьем» проинсталлированных контроллеров. Сегодня их более 100 миллионов. Наиболее интересными являются: комплекс аэропорта Хитроу (Англия), система АСКУЭ Италии (30 миллионов контроллеров), комплекс Ропонги хилс (Япония), в России наиболее интересны башня «Федерация» и офис компании ТНК (Арбат, д. 1).
В качестве заключения
Сейчас, осенью 2012 года, общая ситуация на рынке автоматизации зданий и энергоэффективности обусловлена следующими влияющими на нее факторами:
  • вступление в ВТО и изменение экспортно-импортной политики государства;
  • новые технические регламенты и ведомственные нормативы (включая закон об энергоэффективности);
  • все еще не закончившийся экономический кризис в Европе;
  • решающая доля участия государства в реальных секторах экономики;
  • отсутствие значимых иностранных инвестиций, преобладание государственного финансирования;
  • политическая нестабильность и отток капитала (а далее — специалистов).

Обрисованная «фоновая» картина абсолютно безрадостна, однако ситуация в большинстве европейских стран еще хуже, поэтому нам ничего не остается кроме как работать, работать и работать.
Последние тенденции российского рынка
В качестве таковых приведем следующие факты:
  • улучшение качества сдаваемых строительных объектов, снижение сроков строительства;
  • растущая популярность протокола KNX в секторе частного и малоэтажного строительства;
  • преобладание в сфере недвижимости «настоящих» покупателей вместо «инвестиционных»;
  • появление профессиональных управляющих компаний;
  • принятие собственного «зеленого» стандарта;
  • рост квалификации монтажных и пуско-наладочных организаций;
  • рост спроса на автоматику в регионах;
  • рост конкуренции между пусконаладочными компаниями.

В общем и целом налицо внутренняя структурная перестройка рынка, повышение квалификации и конкуренции. И хотя ярко выраженных лидеров рынка пока еще нет — они обязательно появятся
Есть вопросы по оборудованию? Обсудите свой проект со специалистом и мы подберем для вас оптимальное решение.