Авторизация на сайте

Запомнить меня
Автоматизация здания на базе LONWORKS

Высокие требования к гибкости и удобству эксплуатации оборудования зданий привели к широкому развитию и применению систем автоматического контроля и управления. Наиболее широко применяемыми во всем мире технологиями автоматизации являются LonWorks, в основе которых лежит "шинная" технология.

LonWorks "de facto" стал стандартом автоматизации зданий в США, в Европе широко применяется стандарт EIB - совместный европейский проект объединения различного электрического и климатического оборудования на базе европейской установочной шины.

Оборудование более, чем от 150 фирм-производителей соответствует самым высоким требованиям.
Используя открытые протоколы обмена данными между различными системами здания, структурированные кабельные и LAN/WAN сети, сетевые контроллеры системы управления зданием позволяют создать инженерную инфраструктуру, которая имеет высокую степень открытости для наращивания и быстрой модернизации инженерных систем. В максимальной конфигурации система управления зданием сможет осуществлять централизованный мониторинг оборудования и управление следующими инженерно-техническими системами и комплексами:
 

  • Системы гарантированного и бесперебойного электроснабжения;
  • Система электрораспределения;
  • Системы освещения (комнатные, коридорные, фасадные и аварийные);
  • Система вентиляции;
  • Система отопления;
  • Система горячего и холодного водоснабжения;
  • Системы канализации и дренажные системы;
  • Система оперативной связи и видеоконференций;
  • Система воздухоподготовки, очистки и увлажнения;
  • Система холодоснабжения
  • Система кондиционирования и климат-контроля;
  • Система контроля загазованности;
  • Транспортные системы;
  • Системы учета и контроля расходования ресурсов;
  • Система охранно-пожарной сигнализации;
  • Система противопожарной защиты и пожаротушения;
  • Система охранного видеонаблюдения;
  • Система контроля и управления доступом;
  • Система управления паркингом;
  • Метереологическая система;
  • Система часофикации;

Все эти инженерные системы могут подключаться к системе управления зданием как одновременно, так и поэтапно. Отладка оптимальных алгоритмов работы инженерии и системы управления интеллектуального здания осуществляется в первые месяцы работы в здании людей, поскольку BMS должна накопить определенный объем информации о привычках людей и режимах работы инженерии здания.


Технология LonWorks


В основе технологии LonWorks лежит концепция реализации систем управления при помощи "распределенного интеллекта" - управляющей сети (Local Operating Networks - LON), которая имеет минимальное количество уровней иерархии, и в которой нет выраженного центрального устройства (Master).

Особенности технологии LonWorks:


В основе технологии лежит стандартизованный протокол LonTalk (EIA-709.1 - Control Network Protocol Specification). Протокол предложен фирмой Echelon (США). Создана независимая ассоциация производителей оборудования по технологии LonWorks - LonMark, которая вырабатывает стандартные виды представления информации, стандартные профили управления устройствами и системами, а также проверяет совместимость устройств и систем с выдачей соответствующего сертификата. Технология LonWorks предоставляет разработчику систем управления все семь уровней модели ISO/OSI, в отличие от других систем, где предлагаются только низшие уровни. На прикладном уровне в LonWoks доступны прикладной сетевой интерфейс и менеджмент, а на уровне представления данных - сетевые переменные, при помощи которых производится обмен. Оборудование, функционирующее по технологии LonWorks, поддерживает различные сетевые топологии. К ним относятся шина, звезда, кольцо, а также широко распространенная смешанная топология. На рынке имеются несколько типов маршрутизаторов, которые обеспечивают подключение к различным промышленным или общественным сетям. На физическом уровне поддерживаются различные среды:

  • витая медная пара
  • оптический кабель
  • радиочастоты
  • силовая сеть

В LonWorks используется модифицированный произвольный доступ с контролем несущей (CSMA/CD). Для уменьшения нагрузки на сеть используется событийный механизм обмена сообщениями, т.е. данные передаются только тогда когда произошли какие либо изменения. Также для сокращения внутрисетевого трафика можно использовать сегментацию сети при помощи маршрутизаторов, которые выпускаются различными фирмами. Для построения устройств по технологии LonWorks фирмой Toshiba и Cypress Sem выпускаются специализированные микропроцессоры Neuron Chip. Каждый микропроцессор содержит три специализированных процессора:

 

  • процессор приложений
  • процессор доступа к среде (уровни 1 и 2 модели ISO/OSI)
  • сетевой процессор (уровни с 3 по 6 модели ISO/OSI)

Существуют программные интерфейсы, позволяющие реализовать протокол LonTalk на других платформах (Intel, Motorola и др.). Для описания параллельных процессов управления в сети LonWorks разработан язык параллельного программирования Neuron-C, основанный на асинхронных обменах сообщениями с косвенной адресацией. Имеется встроенная поддержка распределенной операционной системы Развитые сетевые службы (LonWorks Networks Services - LNS) на основе технологии клиент-сервер. LNS архитектура определяет два основных компонента: NSS - сервер сетевых служб (Networks Servises Server); NSI - интерфейс сетевых служб (Networks Servises Interface). LNS поддерживают инсталляцию и конфигурацию узлов, загрузку прикладной задачи в узел сети, мониторинг шины. Это все облегчает процессы планирования, создания и эксплуатации системы. В качестве платформы LNS служат, как специальные устройства, так и широко распространенные операционные системы (Windows). Технология LonWorks ориентирована на построение территориально распределенных систем с огромным количеством узлов. В наибольшей степени все ее преимущества раскрываются при построении автоматизированных систем управления инженерными системами (освещение, отопление, вентилляция, кондиционирование, системы доступа, охраны) жилых и промышленных зданий (концепция интеллектуального здания). Концепция интеллектуального здания подразумевает тесную взаимосвязь между такими инженерными системами. Возможностями управления наделяются самые элементарные компоненты инженерных систем, вплоть до датчиков (датчики температуры, давления, датчики присутствия, датчики дыма и т.д.) и регулирующих элементов. Составной частью концепции "интеллектуального здания" являются подсистемы ограничения доступа в помещения и системы охраны. При этом используются Lon узлы, имеющие интерфейс для считывания идентификационной информации. Neuron Chip поддерживает несколько протоколов работы с подобными устройствами. Включение таких узлов в сеть позволяет отслеживать маршруты передвижения, гибко менять стратегию систем доступа и одновременно использовать эту информацию для других систем.

Технические аспекты концепции «Интеллектуальное здание»


В сегодняшнее деловое здание устанавливают от 25 до 50 и более разнородных систем жизнеобеспечения, которые отличаются не только назначением и выполняемыми функциями, но и принципами работы: электрические, механические, транспортные, электронные, гидравлические и т.д. Каждая из этих систем поставляется производителем, как правило, в виде комплекта оборудования, на базе которого можно создать законченное решение с собственной системой контроля и управления. Для того чтобы все эти разрозненные инженерные системы работали в едином комплексе, осуществляли между собой обмен данными и контролировались и управлялись из единой диспетчерской, главным звеном интеллектуального здания является система управления зданием (англ.: Building Management System – BMS).

Система управления зданием, которую в России называют еще и системой автоматизации и диспетчеризации инженерного оборудования, является ядром интеллектуального здания и представляет собой аппаратно-программный комплекс, осуществляющий сбор, хранение и анализ данных от различных систем здания, а также управление работой этих систем через сетевые контроллеры (процессоры).

Интеллектуальные сетевые контроллеры, использующие открытые протоколы и стандарты передачи данных LonWork, осуществляют контроль и управление работой подведомственных им инженерных систем, а также обмен данными с другими сетевыми контроллерами системы управления зданием. На основе собранной информации сетевые контроллеры автономно посылают управляющие команды на контроллеры инженерных систем в рамках заложенных в них алгоритмов реакции на события в штатных или нештатных ситуациях.


Такая архитектура системы управления зданием позволяет:

  • в автоматическом режиме управлять работой систем вентиляции, кондиционирования, отопления, освещения и др., обеспечивая в каждом помещении наиболее комфортные условия для персонала по температуре, влажности воздуха и освещенности;
  • получать объективную информацию о работе и состоянии всех систем и своевременно сообщать диспетчерам о необходимости вызова специалистов по сервисному обслуживанию в случае отклонения параметров любой из систем от штатных показателей;
  • контролируя максимально возможное число параметров оборудования, точек контроля в здании и показателей загруженности систем, перераспределять энергоресурсы между системами, обеспечивая их эффективное использование и экономию энергоресурсов;
  • ввести оптимальный режим управления инженерным оборудованием с целью сокращения затрат на использование энергоресурсов, потребляемых инженерными системами здания (горячей и холодной воды, тепла, электроэнергии, чистого воздуха и т.д.);
  • обеспечить централизованный контроль и управление при нештатных ситуациях:
  • осуществлять своевременную локализацию аварийных ситуаций;
  • оперативно принимать решения при аварийных и нештатных ситуациях (пожаре, затоплении, утечках воды, газа, несанкционированном доступе в охраняемые помещения);
  • ввести объективный анализ работы оборудования, действий инженерных служб и подразделений охраны при нештатных ситуациях на основе информации автоматизированных баз данных, документирующих все принятые решения и многое другое.



Программное обеспечение BMS уже настроено на прием, обработку и систематизацию данных о работе различных инженерных систем. Оно имеет интерфейсы для работы с сетевыми контроллерами и интерфейсы отображения информации о работе каждой системы интеллектуального здания.


Эксплуатационные аспекты концепции «Интеллектуальное здание»


Помимо значительного снижения численности персонала, обслуживающего инженерные системы здания, за счет максимальной автоматизации процессов управления и контроля работы систем жизнеобеспечения, владелец интеллектуального здания может рассчитывать на получение следующих выгод:

  • Увеличится в 2 раза срок бесперебойной работы инженерных систем за счет автоматического поддержания оптимальных условий работы оборудования.
  • При возникновении аварийных ситуаций операторы, осуществляющие контроль работы оборудования, будут иметь полную информацию о работе каждой системы и рекомендации BMS по выбору оптимального и наиболее безопасного выхода из ситуации. При этом большая часть задач будет решать автоматика здания.
  • При появлении сбоев в работе оборудования BMS будет своевременно информировать службы эксплуатации, отвечающие за работу данного оборудования, а также главную службу эксплуатации и смежные подразделения. Иными словами, если оператор системы электроснабжения уснул на рабочем месте и BMS не видит его реакции на тревожные сообщения, то она отправляет тревогу главному диспетчеру.
  • Расходы на техническое обслуживание оборудования и инженерных систем будут минимальными; поскольку мониторинг параметров всех систем осуществляется круглосуточно и при своевременном вызове сервисных бригад, случаи серьезного ремонта оборудования будут исключены.
  • Все действия автоматики и операторов систем протоколируются BMS, поэтому вероятность возникновения ситуаций коллективной безответственности за остановку или сбой в работе оборудования близка к нулю.


Экологические аспекты концепции «Интеллектуальное здание»


Использование энергосберегающего оборудования, интеллектуальных систем управления и экологически чистых технологий поддержания комфортных условий в помещениях интеллектуального здания позволят:

  • Создать безопасные для здоровья и экологически чистые условия работы сотрудников компании или, например, фирм-арендаторов помещений бизнес-центра;
  • Снизить число заболеваний сотрудников за счет обеспечения тех климатических условий в помещениях (температура, влажность воздуха и освещенность рабочих мест), которые наиболее комфортны для их обитателей, поскольку BMS отслеживает привычки людей по каждому помещению в отдельности;
  • Повысить престижность работы в компании, работающей в интеллектуальном здании, а также конкурентные преимущества для бизнес-центра по сравнению с другими центрами;
  • Снизить расходы компании на восстановление работоспособности персонала, страховые выплаты и лечение заболеваний.
Представленная концепция интеллектуального здания может быть доработана под задачи и требования заказчика с учетом специфики здания и требований к работе инженерных систем с последующим выполнением эскизного проекта всех инженерно-технических систем здания, объединенных комплексной системой управления.
 


© Создание сайта - компания "Студиум"