Интегрированный контроль и управление систем автоматизации здании

Интегрированный контроль и управление систем автоматизации здании

Со стороны владельцев недвижимости и менеджеров агентств все настойчивее звучат голоса о необходимости построения интегрированных систем, которые бы помимо автоматизации зданий включали в себя систему противопожарной безопасности и контроля доступа, причем не только на уровне организации операторского места, но и на уровне технических решений.

Ханс Р. Кранц

Подобные решения требуют разработки процедуры координации. Координация необходима уже на этапе проектирования, предшествующем этапу реализации. Интеграцию разнородных систем предполагается проводить на основе стандартизированных коммуникационных протоколов. Одним из таких проколов, способных объединить различные системы здания, является протокол BACnet, уже принятый в международном масштабе и описанный в стандарте EN ISO 16484-5. В разделе «BACS functions» документа определен круг функционального назначения протокола в целом. Функционально протокол соответствует всем аспектам автоматизации и контроля зданий, за что и был выбран универсальным языком конструкторов-разработчиков систем автоматизации зданий, а также тех, кто реализует «в железе» и эксплуатирует подобные системы.  Функциональная организация сети разнородных систем не может обойтись без трудностей на этапах проектирования и реализации. В рамках же протокола BACnet унифицированные объекты автоматизации обеспечивают надежную основу для интеграции вместе с WEB-службами и другими XML-технологиями передачи данных по сети. К числу коммуникационных протоколов, применяемых в автоматизации зданий, помимо BACnet, относятся такие как: LonWorks, и KNX/EIB, - а также, может быть, менее «открытые» протоколы OPC и MODbus.

Стандарт LonWorks относится к числу наиболее распространенных в Европе и Америке. Правообладатель этого стандарта, компания Echelon Inc., предлагает его, в основном, для передачи данных, а также для комплексной автоматизации помещений, меньших по размерам по сравнению с теми, что обслуживаются в рамках стандарта BACnet. Стандарт LonMark относится к числу «частных» разработок и создавался как вспомогательный для стандарта LonWorks.

Стандарт KNX/EIB также относится к числу часто применяемых в Европе и Америке, однако к нему прибегают для обеспечения 100% совместимости электрооборудования при обеспечении интегрированной автоматизации помещений.

Автоматизация и контроль зданий, а также их интеграция с ранее установленными системами зданий, требуют более глубокой проработки вопроса функциональности. Итак, BACnet стал международным стандартом коммуникационных протоколов, применяемых в системах автоматизации и диспетчеризации зданий. LonTalk (транспортный протокол стандарта LonWorks) и KNX/EIB вошли в нормативную базу BACnet, так что их элементы можно найти в международной (EN) и американской (ISO) версиях этого стандарта автоматизации и диспетчеризации зданий. Для применения LonMark совместно с BACnet необходим шлюз (Gateway), который соединяет различные семантические системы.

Технический менеджмент интегрированных систем

Технический менеджмент систем представляется, наверное, одной из самых важных задач в рамках управления зданием в процессе эксплуатации. Под этим термином (технический менеджмент) подразумевается решение задачи управления как встроенными системами здания, так и установленным в нем оборудованием (Рис. 1).

Контроль на предприятиях с целью технического обслуживания зданий, а также мониторинг в процессе эксплуатации здания на протяжении его жизненного цикла с целью обеспечения безопасности, проведения политики энергосбережения и надзор над распределением энергоресурсов – все это задачи технического менеджмента систем здания. Эксплуатация современных промышленных и офисных зданий требует четкой постановки цели. · В коммерческой сфере технический менеджмент заключается в диспетчеризации и управлении процессами. · По своей инфраструктуре технический менеджмент представляет собой совокупность сервисов, предоставляемых при эксплуатации здания. · Для осуществления технического менеджмента используются средства наблюдения и вмешательства. В реализации телекоммуникационного сервиса, с помощью которого, собственно, общаются люди и функционируют защитные системы с сигнализацией, используются такие средства, как: телефон, пейджер, селекторная и радиосвязь, а также пейджинговая система оповещения технического персонала. Если говорить о промышленной сфере, то, в рамках цеха, а также между ними, связь реализуется на основе сетей и коммуникационного протокола. В работе специалистов, участвующих в создании систем автоматизации и диспетчеризации, становится все более важным обсуждение вопросов именно интеграции и касается применения системы шин или иных сетевых решений, являющимися оптимальными для автоматизации зданий. Главным вопросом здесь является решение проблемы однозначного понимания «функциональной» информации различными системами, без чего информационный обмен невозможен. Всесторонний менеджмент информационных проектов в сфере недвижимости при этом гарантирует более дешевое жилье (если рассматривать весь жизненный цикл здания). Это связано с тем, что в процессе эксплуатации жилья ведется единая база данных, а также устраняется несогласованность данных различных баз, как локального значения, так и по различным департаментам. Таким образом, пользователь жилья получает финансовые преимущества, которые гарантируют конкурентоспособность.

Объединение технических систем здания

Для того чтобы понять потребность в интеграции систем, необходимо рассмотреть, как сочетаются различные системы, которые устанавливаются в здании. Особенно важно рассмотреть взаимодействие оборудованных сигнализацией охранной и противопожарной систем с другими системами автоматизации здания.

Эксплуатация современных промышленных и офисных зданий требует крайне ясной определенности в отношении постановки задач управления. Европейские органы, курирующие вопросы стандартизации, подразделили задачи следующим образом:

Менеджмент офисных зданий. Заключается, в основном, в осуществлении контроля за работой офисных помещений. Наиболее часто используемые параметры управления:

• Управление договорами,
• Tennant billing (выставление счетов жильцам/арендаторам),
• Планирование и контроль расходов,
• Object accounting (ведение бухгалтерии по объекту),
• Поставки оборудования,
• Руководство проектом.

Инфраструктура контроля зданий. Включает в себя общие службы сервиса, поставляемые на всем протяжении жизненного цикла здания:

Системы обеспечения безопасность и контроля доступа. Мы можем подразделить эти системы на следующие составляющие:

• Сигнализация об общей опасности,
• Система противопожарной сигнализации,
• Охранная сигнализация,
• Система обнаружения вмешательства,
• Система передачи тревожного сигнала.

На практике, с системами регистрации вмешательства, оснащенными сигнализацией, часто объединяют следующие системы: автоматического тушения огня, пожарной сигнализации, кабельного телевидения для мониторинга помещений, контроля доступа и генерации отчетов.

Критерии оценки систем обеспечения безопасности и приватности

Понятия «интеграция» и «цельность» хоть и звучат похоже (в оригинале «integration» и «integrity»), с точки зрения инженера по безопасности представляются совершенно разнородными. Для обеспечения безопасности цельность действительно необходима. Любой толковый словарь прольет свет на эту терминологическую путаницу.

• integer (от латин.) – нетронутый, целый, прочный;
• integration (от англ.): – акт объединения или добавления частей, чтобы получить единое целое.

Проведенный опрос потребителей, уже пользующихся системами безопасности, выявил ряд общих интересующих вопросов, суть которых свелась к следующему:

• надежность/применимость,
• доля ложных срабатываний,
• оперативность и надежность обслуживания,
• современные технологии,
• простота применения,
• качество обслуживания,
• надежность поставки,
• конфиденциальность.

(Интересно то, что вышеупомянутые критерии зачастую рассматриваются и учитываются как более приоритетные по сравнению со стоимостью проекта!)

Система автоматизации и диспетчеризации зданий

Сегодня разрозненные концепции «система наблюдения», «централизованная система контроля» или «менеджмент систем здания» уходят в прошлое, и их сменяет единая концепция автоматизации и диспетчеризации зданий. Эта новая система включает в себя цифровые измерения параметров, на основе которых строится автоматизация и контроль помещений зданий в целом.

Работа системы автоматизации и диспетчеризации зданий незрима для людей. Работа ее операторов гарантирует экологичность, экономическую эффективность и безопасность жильцов. Опыт прошлого подсказывает, что без стандартизации семантики невозможно обеспечить слаженную работу системы в целом.

Функции системы автоматизации и диспетчеризации зданий

Промышленный подход к автоматизации зданий требует, чтобы автоматические функции были ясно определены и стандартизированы. Это снижает риски возможные как на этапе проведения тендера, так и на этапе строительства.

К числу функций автоматизации здания относятся различные по назначению функции: ввода/вывода, обработки информации и оптимизации работы, «контроль включения оборудования», «контроль очередности», «защита от наледи», «ночная прохлада», «ограничение пиковой нагрузки», «история», «динамический дисплей». Именно поэтому так долго не было единого стандарта на функции автоматизации зданий, а также коммуникационного протокола с описанием семантики объектов коммуникации.

Общее определение функций системы автоматизации и диспетчеризации зданий (в оригинале «BACS functions») дается в международном стандарте EN ISO 16484-3. Это описание и стало тем «языком», на котором «говорят» все участники проектов автоматизации и диспетчеризации зданий. Все объединено в 50-ти стандартных функциях, среди которых функции ввода/вывода, а также функции комплексной обработки информации, оптимизации и взаимодействия с оператором.

Эти пятьдесят стандартных функций распределены по следующим классам:

1) Для регистрации событий, проведения измерений, включения оборудования и его приведения в действие. Используются сугубо аппаратные, базовые функции ввода/вывода и, вместе с ними некоторые коммуникационные функции (группа basic I/O functions).

2) Для обработки ошибок или превышения допустимых пределов величин. Используются функции мониторинга и показа различных процессов, а также функция сигнализации.

3) Функции «процессинга» – обработки данных с целью обеспечения надежной локальной автоматизации, для чего применяются схемы с замкнутым/разомкнутым кольцом связей, а также ПИД-регулирование (пропорционально-интегрально-дифференциальное). Используются во многих сервисах, выбираемых по желанию клиента.

4) Локальная обработка данных. Позволяет осуществлять функцию энергосбережения (локальная оптимизация).

5) Централизованная обработка данных. Включается по заданному расписанию и используется для оптимизации работы всех компонентов в комплексе. На предприятии это называется общей оптимизацией и координацией работы.

6) Контрольные функции интерфейса взаимодействия с человеком. Включают в себя сервисы «полевого» (местного) действия и напрямую задействуют локальные процессы контроля параметров среды.

7) Статистический анализ действующих (или как вариант накопленных) значений параметров процессов. Функция предусмотрена для принятия решений.

8) Инструменты вычисления (или оценки, оптимизированных параметров эксплуатации). Необходимы для программирования новых режимов эксплуатации.

9) Функция обмена данными. Без нее невозможно осуществить взаимодействие с другими системами (интеграция системы).

10) Дистанционное управление и контроль через веб-интерфейс или локальную сеть общего доступа.

11) Инструменты для модификации, расширения и тестирования систем.

12) Функция архивации данных. Обязательна для последующего восстановления данных (при необходимости).

Проблемы объединения систем

Сегодня системы обнаружения огня уже успешно интегрируются и эксплуатируются. Уже не первый год существуют вентиляторы системы HVAC (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха) и датчики контроля влажности, которые способны регистрировать появление дыма. Но эти системы построены на основе реле, которое контролируется системой противопожарной сигнализации. Такого рода «интеграция» требует применения систем HVAC с постоянным объемом, к средствам управления которой относятся только контроль включения/выключения вентиляторов и увлажнителей (последние имеют градацию регулировки от полного открытия до полного закрытия).

Многие современные HVAC намного более сложны. Они способны распознать переменный воздушный объем и систему контроля индивидуально для каждого помещения, что существенно снижает потребление электроэнергии. Чтобы управлять статическим давлением воздуха на выходе кондиционеров этим системам требуются сложные алгоритмы контроля, действие которых может быть направлено на регулировку частоты вращения вентиляторов либо зазора входного направляющего аппарата осевого компрессора. Боксы переменного объема управляют потоком воздуха от кондиционеров, причем управление индивидуально для каждого помещения и дополняется увлажнителями воздуха. Для функционирования системы необходимо, чтобы она была объединена с противопожарной сигнализацией, которая была бы выведена на контрольную систему HVAC. Система имеет оптимальную зону контроля появления дыма, что позволяет контроллерам HVAC эффективно управлять оборудованием.

Интеграция систем

При планировании комплексного решения, предусматривающего интегрированное управление зданием, необходимо учесть взаимодействие системы противопожарной и охранной сигнализации с системами автоматизации и диспетчеризации зданий. Скоординировать взаимодействие процедур автоматизации необходимо еще на стадии выбора проекта (не говоря уже об этапе детальной разработки).

Другим важным аспектом разработки интегрированных систем, на который следует обратить внимание, является планируемая взаимозависимость разнородных функций. Например, сигнал от системы безопасности (пожар/вторжение) должен приводить в соответствующее состояние систему освещения, лифты и электроснабжение. Обмен информацией между электронными системами не ограничивает их автономию и полезен для всех вовлеченных в работу систем.

Следует помнить, что автоматические «вторичные» реакции могут уберечь персонал, да и само здание, от значительного урона. К числу «вторичного действия» охранных систем может относиться звуковая сигнализация систем противопожарной и охранной безопасности. А «первичным» назначением этих систем является, например, звонок в противопожарную службу и включение систем пожаротушения. Часто эти функциональные связи предусматриваются уже на этапе возведения здания.

Интеграция систем не сводится исключительно к поставке оборудования, а является во многом отдельной задачей. По этой причине реализация функции автоматизации требует, чтобы объекты автоматизации и сопряженные с ними сервисы, которые используются во взаимодействии систем, были стандартизованы (Рис. 3).

Также актуальна потребность в ограничении разнообразия методов передачи данных. В настоящее время принята модель взаимодействия открытых систем OSI (Open System Interconnection) или модель ISO/OSI. Она определяет интерфейс описания данных и их передачи (так называемый «транспортный протокол») и, что более важно, объекты применения (application objects).

Характеристика интегрированных систем

Так называемые «объединенные системы» функционируют в рамках действующих стандартов, что гарантирует отсутствие влияния ошибок на исполнение главных функций. Если в работе какого-либо узла происходит ошибка, то она никак не сказывается на работе и функциональности других систем в целом.

Что касается интегрированных систем, то их функционирование характеризуется совместной работой компонентов системы, взаимодействующих через интерфейсы. В свете этого существует необходимость в появлении более детальных стандартов. При разработке этих стандартов необходимо сохранить целостность индивидуальных компонентов системы.

Сейчас все более важным становится вопрос о включении в эти системы сигнальных компонентов (сигнализация). Дискуссия на эту тему, в которой принимает участие инженеры-разработчики, выводит на первый план значимость различий между системами и сетевыми протоколами, применяемыми для автоматизации зданий. В корне вопроса лежит проблема однозначного обмена данными между различными техническими системами. Все вместе это называется «интеграцией систем».

Методы объединения различных систем

Соединение разнородных систем может быть осуществлено несколькими способами: параллельной передачей через соединенные реле, а также последовательной передачей (что практикуется для автоматизации больших комплексов зданий). Системы должны понимать, но не вмешиваться в работу друг друга. Более важно то, что упомянутые выше меры вовсе не снижают функциональной возможности объединения систем.

Также необходимо оставить разработчикам возможность индивидуального учета вклада каждого компонента в отдельности. Следует осознавать, что интеграция систем или даже простое объединение функций подчинены некоторым ограничениям, связанным с необходимостью соответствия инструкциям по безопасности.

Мы видим, что различия мнений экспертов в области автоматизации и безопасности значительны. Спрос на интегрированные системы на рынке растет, поэтому крайне важно найти точки соприкосновения, не забывая учитывать и оценивать эти системы с точки зрения безопасности.

Большее разнообразие и сложность систем может также означать значительную взаимозависимость между различными компонентами их составляющими. Для осуществления поставленной задачи при проектировании и собственно проведении монтажных работ, а также последующая процедура приемки привлекают к работе над проектом все больше людей разных специализаций, которым по сути работы необходима кооперация и сотрудничество.