Статьи

К списку статей

Методология построения интеллектуального здания

Сегодня термин « интеллектуальное здание » уже никого не приводит в благоговейный трепет. Прошли те времена, когда упоминание интеллектуального здания ввергало инвестора и/или заказчика в ступор, вызывая либо полное отторжение, либо такое специфическое отношение как к дорогой престижной отделке. Теперь интеллектуальное здание - это реалия сегодняшнего дня, и инвестор подходит к интеллектуальному зданию чисто прагматически, осознавая, что это, в первую очередь, 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 интеллектуальное здание - «умный дом». Однако далеко не всегда творения отечественных компаний системных интеграторов удовлетворяют клиента, 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 интеллектуального здания, 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». В девяти из десяти случаев вы услышите невнятный лепет 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 сверхсовременной 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 интеллектуальное здание. 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 интеллектуального здания . Как видите, определение оставляет широкое поле для творческой реализации интеллектуального здания или, как его называют в простонародье, «умного дома». Приведем несколько типичных примеров.
Те компании, которые традиционно начинали свой бизнес в IT области, предлагая структурированные кабельные сети (СКС) и активное оборудование, полагают, что, добавив систему управления бизнесом (1С-склад, SAP R3 и т.д.), получаем интеллектуальное здание. 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 интеллектуальное здание Те компании, которые сильны в автоматизации инженерных систем здания (отопления, вентиляции, кондиционирования ), предлагают объединить эти системы посредством использования единой SCADA (АРМ оператора АСУТП). И, наконец, компании, работающие с небольшими частными объектами класса квартир и коттеджей, полагают, что «умный дом» - это сочетание систем управления бытовой аудио-, видеотехникой (AMX, Lutron, CLIPSAL или CRESTRON) и системы управления освещением (EIB).
Компании, которые изначально занимались услугами в области систем безопасности
Компании, которые сильны в автоматизации инженерных систем здания
Компании, которые традиционно начинали свой бизнес в IT области
Компании, работающие с небольшими частными объектами класса квартир и коттеджей

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Однако, невзирая на то, что все описанные решения удовлетворяют определению интеллектуального здания, они, как хорошо видно, абсолютно разные. Для формирования оптимальной методологии построения интеллектуального здания будем отталкиваться от расчета экономической эффективности и надежности интеллектуального здания (см. БДИ № 3/2007 ). Выделим ключевые моменты, влияющие на качество интеллектуального здания.
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 масштабируемость (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.
Использование открытых протоколов. Об открытых протоколах говорилось много и часто. Что же дает применение открытых протоколов при построении интеллектуального здания 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 проверенных технических решений. Наличие в предлагаемом интеллектуальном здании непроверенных технологий или технических приемов приводит к непрогнозируемому времени пуско-наладки и чаще всего к срыву сроков и дополнительным расходам.
Интеграция на уровне протокола посредством аппаратных шлюзов. Существуют 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 интеллектуального здания является выполнение четырех вышеописанных принципов, которые и составляют методологию построения интеллектуального здания. 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 интеллектуальное здание состоит из нескольких частей, объединенных между собой шлюзами. Самая большая часть, охватывающая большинство систем жизнеобеспечения, - сегмент Lonworks. Так же 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:
  1. Общее количество точек ввода-вывода более 15 тыс., т.е. 1500 контроллеров по 10 портов ввода-вывода.
  2. Необходимо обеспечить минимальное время прохождения воздействий класса «контроллер - контроллер».
  3. Необходимо обеспечить минимальное время отклика по запросу от SCADA.
  4. Необходимо минимизировать задержку отображения на SDADA смены состояния опрашиваемого параметра.
Пример построения сети передачи данных автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) высотного здания

Рис. 5

Прокомментируем каждый из перечисленных пунктов.
П. 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.
П. 2. 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.
П. 3. Для обеспечения мгновенного прохождения телеграммы от АРМ оператора до контроллера в целях реализации функции оперативного вмешательства в работу систем автоматики каждое АРМ оператора должно иметь непосредственное подключение к сегменту Lonworks.
П. 4. Отображение контролируемых параметров на однопоточной SCADA происходит на основе регулярного периодического опроса. Таким образом, время обновления сигналов на экране SCADA равно 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 создаются еще одна вертикальная линия и система маршрутизаторов таким образом, чтобы телеграммы периодического опроса не попадали в соседние физические сегменты.

Центральная SCADA использует SQL базы промежуточных

Рис. 6.

Г. Латышев, генеральный директор ООО «СтройГруппАвтоматика»
"Алгоритм Безопасности" № 6, 2007 год.



Интегрированные системы безопасности

Внешний вид С2000-СМК Внешний вид С2000-СМК
С2000-СМК
274

Производитель Болид
Внешний вид С2000-СМК Эстет Внешний вид С2000-СМК Эстет
С2000-СМК Эстет
416

Производитель Болид
Внешний вид ИПР-513-3АМ Внешний вид ИПР-513-3АМ
ИПР-513-3АМ
540

Производитель Болид
Внешний вид С2000-КТ Внешний вид С2000-КТ
С2000-КТ
540

Производитель Болид
Внешний вид С2000-ИК исп.03 Внешний вид С2000-ИК исп.03
С2000-ИК исп.03
892

Производитель Болид
Внешний вид С2000-СП2 Внешний вид С2000-СП2
С2000-СП2
1 063

Производитель Болид
Внешний вид С2000-СП1 Внешний вид С2000-СП1
С2000-СП1
1 685

Производитель Болид
Внешний вид С2000-Ethernet Внешний вид С2000-Ethernet
С2000-Ethernet
1 979

Производитель Болид
Внешний вид С2000-4 Внешний вид С2000-4
С2000-4
2 077

Производитель Болид
Внешний вид С2000-КДЛ Внешний вид С2000-КДЛ
С2000-КДЛ
2 147

Производитель Болид
Найдено товаров: 205
1 2 3 4 5

Возврат к списку

Создание проекта системы видеонаблюдения всего за несколько минут;
Все РЕАЛЬНО: в т.ч. сектора наблюдения, параметры кабельных трасс;
Загрузка готовых планов и их масштабирование;
Спецификация обрудования и смета создается автоматически;
Дружелюбный интерфейс;
Индивидуальные настройки программы и оборудования.
Техподдержка встроена непосредственно в программу.
Регистрация занимает одну минуту.

ОТ ЗАПРОСА ДО ОФОРМЛЕННОГО ПРЕДЛОЖЕНИЯ - 15 МИНУТ