Бондарьков Денис Петрович, средняя школа № 1275, 11 класс
Введение
Работа состоит из четырех разделов. В первом рассматривается концепция и определение интеллектуального здания. Во втором проводится анализ различных систем управления и применяемых протоколов взаимодействия устройств. В третьем разделе приведены описания двух проектов системы интеллектуального здания и рассмотрен вариант построения интегрированной системы интеллектуального здания на примере музея-усадьбы Н.Е. Жуковского. Четвертый раздел – заключение.
1. Интеллектуальное здание и его концепция
Необходимость появления интеллектуального здания
Любое здание (административное, производственное или жилое) состоит из некоторого набора подсистем, отвечающих за выполнение определенных функций, которые решают различные задачи в процессе функционирования этого здания. По мере усложнения этих подсистем и увеличения количества выполняемых ими функций, управление ими становилось все сложнее. Также стремительно росли расходы на содержание и обслуживание персонала, ремонт и обслуживание этих подсистем. Впервые эти проблемы встали при эксплуатации больших административных и производственных комплексов.
Если мы рассмотрим любое административное здание, то увидим, что в нем действуют все службы, являвшиеся ранее непременными атрибутами городского хозяйства. В таких зданиях обычно существует административная служба или администратор, которые используют или обслуживают эту систему практически круглосуточно. Хотя есть немало средств автоматики, которые сами справляются с возложенными на них задачами, такими, как отопление, вентиляция, поддержание микроклимата, освещение, пожарная сигнализация, дымоуничтожение, контроль входа/выхода и т.п., но управление и обслуживание всех этих систем требует наличие администрирующего персонала. Его обязанностью является контроль работы этих подсистем и принятие мер в случае выхода из строя. Но есть ситуации, когда даже действия квалифицированного персонала могут оказаться неэффективными. Это случаи возникновения угрозы зданию и находящимся в нем людям, имеющие глобальный характер – пожар и другие стихийные бедствия. В подобном случае необходимо быстро принимать экстраординарные меры. Реакция и правильность действий людей в критической ситуации может оказаться недостаточной. В таком случае необходимым становится вмешательство автоматизированной системы управления зданием.
Традиционные системы обеспечения различных аспектов жизнедеятельности в прошлом проектировались как автономные. Такие системы создавались отдельно для каждой функции и объединялись для произвольной части здания. В зданиях устанавливались системы только с теми возможностями и с той степенью сложности, которые были необходимы на текущий момент построения здания. Дальнейшее расширение и модернизация данных систем были сложными и дорогостоящими задачами из-за множества различных факторов.
Затраты на эксплуатацию такой системы складываются из затрат на эксплуатацию каждой автономной системы в отдельности и стоимости обучения персонала.
Стоимость эксплуатации этих систем высока – в силу их автономности каждая из них поддерживается отдельно. Стоимость обучения персонала столь же высока, поскольку операторы должны быть ознакомлены с каждой автономной системой.
Основные положения концепции интеллектуального здания
В настоящее время для комплексного решения вышеперечисленных проблем используется подход, называемый «Интеллектуальное здание». Интеллектуальное здание – не очень точный перевод английского термина «intelligent building». Под интеллектом в этом подходе понимается умение распознавать определенные ситуации и определенным образом на них реагировать. Вместе с тем, в соответствии с буквальным переводом с английского, ИЗ можно интерпретировать как «разумно построенное». В то же время здание должно быть спроектировано так, что все сервисы могли бы интегрироваться друг с другом с минимальными затратами (с точки зрения финансов, времени и трудоемкости), а их обслуживание было бы организовано оптимальным образом.
Концепция интеллектуального здания содержит в себе следующие положения:
Создание интегрированной системы управления зданием – системы с возможностью обеспечения комплексной работы всех инженерных систем здания: освещения, отопления, вентиляции, кондиционирования, водоснабжения, контроля доступа и многих других.
Передача функций контроля и принятий решений подсистемам интегрированной системы управления зданием. В эти подсистемы как раз и закладывается «интеллект» здания – то, как оно будет реагировать на изменение параметров датчиков системы и другие события типа чрезвычайных ситуаций.
Реализация механизма немедленного отключения и передачи при необходимости управления человеку любой подсистемой интеллектуального здания. Вместе с этим человеку должен предоставляться удобный и единообразный доступ к управлению и отображению всех подсистем и частей «Интеллектуального здания».
Обеспечение корректной работы отдельных подсистем в случае отказа общей управляющей системы или других частей системы.
Минимизация стоимости обслуживания и модернизации систем здания, что должно обеспечиваться применением общих стандартов в построении подсистем, автоматическое конфигурирование и обнаружение новых устройств и модулей при их добавлении в систему.
Наличие в здании проложенной коммуникационной среды для подключения к ней устройств и модулей систем. Наряду с этим возможность использования в качестве коммуникационной среды в системе управления различных типов физических каналов: слаботочные линии, силовые линии, радиоканал.
Технические возможности интеллектуального здания
Интеллектуальное здание имеет массу преимуществ перед неинтеллектуальным. Интегрированная система управления зданием позволяет владельцам здания создавать сколь угодно сложные и интеллектуальные процедуры функционирования этого здания, так как все исполнительные системы этого здания могут работать согласованно и совместно. Отсюда следует реализация множества ресурсосберегающих процедур, процедур контроля доступа и обеспечения безопасности здания, учета контроля практически всех параметров систем здания и оперативное реагирование на их критическое изменение, причем реакция является комплексной и мгновенной, процедур удаленного контроля и управления зданием, так как все информационные и управляющие каналы связи в такой системе являются цифровыми.
2. Системы управления интеллектуальным зданием
2.1. Рынок технологий систем управления интеллектуальным зданием
Системные решения и оборудование для систем автоматизации зданий представлены многими именитыми и не очень именитыми производителями. В этот перечень входят такие компании как Crestron, AMX, ABB, GIRA, SIEMENS, IBM, MARMITEK и многие другие. Все вышеперечисленные компании используют достаточно ограниченный ряд протоколов передачи команд и данных: EIB, CeBus, X10 и еще несколько, менее распространенных.
По перспективности развития систем автоматизации зданий в России сейчас видится три стандарта:
А. В сфере больших проектов лидирует шина EIB. Имеется также LonWorks, в России этим стандартом занимается лишь два - три инсталлятора, да и в Европе EIB не очень популярна. Хотя из серьезных протоколов LonWorks предпочтительнее, но стоимость реализации проекта на основе этого протокола огромна: стоимость лицензии превышает 250000$, стоимость вступления в ассоциацию EIBA - 50000$, стоимость программного обеспечения приблизительно равна 10000$. Но и EIB, и LonWorks лидируют только на рынке больших проектов, и лишь только в новостройках или при капитальном ремонте зданий, где вся электропроводка и инженерные коммуникации переделываются.
В. На рынке частных проектов (до 2000 кв.м.) перспективным видится CeBus – идеология понятна, реализовать можно систему любой сложности, протоколы открыты. Сигналы передаются по технологии SpreadSpectrum - система сама понимает где помехи, а где данные, сигнал является шумоподобным, так что зашумливать его дальше трудно. Управляющие сигналы на скорости 9600 надежно передаются, и включиться в передаваемую команду постороннему не получится. К тому же существуют переходники CeBus - Х10 и наоборот. Кроме того, протокол передачи управляющих команд CeBus планируют использовать основные производители бытовой электроники - Panasonic, Sony, JVC. Но спектр CeBus-продуктов очень узок, производителей оборудования, поддерживающих базовый протокол передачи команд, мало. Оборудование на 220В испытано только в Норвегии (для этой страны делает оборудование Emerald, Gateaway) и в Австралии.
С. В диапазоне частных и коммерческих проектов (до 1500 кв.м.) у X10 нет конкурентов по соотношению: цена - качество - диапазон представленного оборудования. Недаром свыше 5 миллионов объектов по всему миру оборудованы именно X10.
Из вышеперечисленного следует, что существует большое количество систем по управлению жилыми комплексами. Большинство из них предназначены для инсталляции во вновь строящиеся здания и сооружения. Это связано с тем, что для большинства из них требуется осуществить прокладку кабеля внутри здания и монтаж датчиков, исполнительных модулей и систем управления.
Моя задача усложнялась тем, что данный объект является историческим памятником, и любое проведение строительно-монтажных работ в нем абсолютно исключается.
После проведения анализа возможностей различных систем мой выбор остановился на стандарте X10 – стандарте, который позволяет автоматизировать управление различными системами дома (освещение, охрана, отопление) без прокладки дополнительных кабелей, а с использованием уже существующей электропроводки здания.
2.2. Описание системы управления интеллектуальным зданием по протоколу X10