Системи за сградна автоматизация

Броят на инсталациите в съвременните сгради става все по-голям. Съвременните обществени и промишлени сгради налагат специфични изисквания за сградната автоматизация и за тях има разработени специфични стандарти. Съществува тенденция всички сградни инсталации да са на базата на интелигентни устройства, които комуникират помежду си и с централни станции и/или пултове за контрол и управление чрез общи системни или индивидуални интерфейси.
В тази статия ще се разгледат някои от сравнително новите тенденции в инсталациите и в автоматизацията на сградите като се набляга и на интерфейсите, тъй като те определят до голяма степен, архитектурата, ефективността, скоростта на работа и надеждността на системите. Освен това познаването им позволява по-лесна поддръжка и разширяване на системата.

Терминът автоматизация на сгради или сградна автоматизация (СА) или на английски Building Automation (BA) навлиза все по-широко през последните десетина години както в жилищното и общественото строителство, така и в строителството на подвижни и стационарни инфраструктурни съоръжения - мостове, тунели и други, включващи в себе си множество датчици, сигнализации, управляващи и изпълнителни устройства от различен тип. За нормалното функциониране на тези строително-технически съоръжения са необходими разпределени интелигентни системи, които дават възможности на операторите на съоръженията да наблюдават и да управляват дейността им в една или друга степен. Става дума за така наречените разпределени управляващи системи (distributed control systems - DCS), които в първоначалните си варианти бяха най-вече само системи за събиране и визуализиране на данни (data acquisition systems), а понастоящем са натоварени с все повече управляващи и оптимизиращи функции. Съвременните сгради и съоръжения, включват множество специализирани системи, като всяка система има собствена комуникация и един или повече интерфейси с различни параметри.

Понякога тези специализирани системи са комбинирани в една обща система управляваща цялата сграда, като тази система може да е самостоятелна или част от системата за управления на група сгради. Понастоящем последното е актуално най-вече например при военни, медицински и промишлени обекти или други обекти от специален тип, но става все по-важно и за сградите в гъсто населените градски райони. Всъщност по-масовата сградна автоматизация (СА) има много общо и може би води началото си от автоматизацията на големите бойни кораби, която започна да се развива бързо след първата световна война. Най-често СА се свързва с осветлението, климатизацията и системите за управление на достъпа понеже хората са в постоянен досег с тези функции, но тя далече не е само това.

Автоматизация на зали и специални помещения
СА включва в най-простия случай автоматизация на отделни специализирани зали и помещения, а в по-сложите случай се разпространява на цели сгради и комплекси. За да функционират нормално някой специализирани помещения трябва да имат определена степен на подходяща автоматизация. Такива помещения са зали за концерти, зали за лекции, зали за презентации, конгресни зали, зали за дистанционни конференции (conference calls), зали за дистанционно обучение (distance learning/trainings rooms), медицински операционни зали, чисти помещения за определени производства, помещения за почистване и измиване на машини и хора, помещения за обеззаразяване на хора и животни, спортни зали, сауни и много други. В тази категория са и помещенията за боядисване на детайли, машини, купета, шасита и цели автомобили. Пребиваването на хора в тези помещения е невъзможно или нежелателно.

Автоматизираните автомивки са един опростен пример на автоматизация на специализирано помещение, което изисква комбиниране на няколко системи като система за подаване на вода, топъл и студен въздух, течност за измиване, електромеханична система от движещи се съоръжения правещи почистването, система за пропускане и придвижване на автомобила, система за отчитане на плащането и др.

Залите за лекции и конференции също имат нужда от автоматизация. Те обикновено включват аудио-визуална система, система за избор и разпространяване на превод на няколко езика, система за контролиране на прозорците, пердетата и щорите, система за контрол на достъпа, пожароизвестителна система, система за гасене на огъня, система за вентилация и климатизация и други системи и подсистеми. Обикновено всичките тези системи са свързани с различни интерфейси към пулт или зала за единно управление на автоматизацията. Тъй като експлоатационните условия в тези зали и помещения са много специфични, то и автоматизацията е много различна, като обикновено има производители специализирани за всеки определен тип помещения и сгради.

Системи за жилищна автоматизация
Системите за автоматизация на дома (САД) или home automation systems (HAS), придобиха популярност около 1980 година, когато цените на 8-битовите микропроцесори и микроконтролери се намалиха значително, а от друга страна производителността на малките компютри стана значителна. Понастоящем концепцията се развива под формата на интелигентния дом (smart home) и на пазаря се предлагат хиляди продукти започвайки от интелигентни дистанционни термометри, които показват температурата извън сградата и вътре в сградата, мине се през домашни метеостанции, термостати, автоматизация на врати и прозорци и на климатизиращи системи и се стигне до автоматизация на кухнята и мебелите, особено за хора в безпомощно състояние. Всъщност автоматизацията на сградите е започнала с различни механични устройства много преди появата на електрическите прибори, но стана по-популярна едва след тяхната масова употреба. Тя засегна дори и домашните любимци, за които също има интелигентни помощни устройства.

Понастоящем САД обхващат огромна част от ежедневните дейности у дома и като се съобразява по предварително зададен алгоритъм с часовете в денонощието, дните от седмицата, сезона, моментното състояние на времето извън дома, броят и разположението на обитателите и животните у дома, наличето на превозни средства в гаражите или в подходите към тях, наличие на минувачи около дома или на посетители на входната врата и т.н. Домашната автоматизация може да управлява и аудиовизуалните системи у дома, като например може да събужда или да приспива обитателите с избрани картини и звуци (пеене на птици, шум на море или на водопади и т.н.) и да изпълва помещенията с предварително избрани миризми.

Датчици и изпълнителни механизми
СА изисква масивното използване на множество датчици, които стават все по-интелигентни. Това са основно датчици за температура, влажност, атмосферно налягане, отворени и затворени врати и прозорци, консумиран ток, за позицията на изпълнителните механизми, за нивото на шум, за наличие на вредни газове, за дим, за цялост на прозорците, за автоматично разпознаване на звук от счупени стъкла, за наличие на електромагнитни излъчвания и много други. Масово се използват датчици, които определят дали в помещенията има персонал, в какво количество е той (occupancy/vacancy sensors) и къде се намира. Те се използват за регулиране на климатичната инсталация, на осветлението, на системите за достъпа и др.

СА използва активно и множество изпълнителни механизми, главно от електромеханичен тип. Тук се включват релета, електромагнитите и двигателите от различен тип (променливотокови еднофазни и трифазни, постояннотокови) подбрани и инсталирани в зависимост от товарите и начина на управление.

Тестващ и управляващ софтуер
Инсталирането и поддръжката на компютъризираните системи за автоматизация на сгради (Computerized Building Automation Systems, CBAS) изискват специфичен хардуер и софтуер, който се предлагала обикновено от производителя на системата. С цел да се понижи цената на предлаганите решения, част от тези системи използват персонални компютри, като централни работни станции, на които се изпълнявана специализиран софтуер. Софтуерните продукти за CBAS може да се предлагат в няколко варианта, като напр. стандартна (професионална), разширена (пълна), ограничена (лека), за обучение (training), безплатна, мобилна (GSM- based), безжична (wireless), интернет базирана, затворена (локална) и т.н. в зависимост от предназначението на системата.

Всъщност всички етапи на моделиране, проектиране, инсталиране, използване и поддръжка на CBAS са свързани със специфичен софтуер, който може и да не е в един продукт, доставян от един производител. На практика се оказва, че в една система може да има хиляди устройства произведени от различни производители в различно време и работещи с различен софтуер. Може да се окаже че има различни версии на устройства и софтуер от един и същ производител. Ако не се води точна регистрация и отчетност на продуктите и версиите обикновено възникват съществени проблеми след изтичане на гаранционния срок на системата или на устройствата в нея. Например, може да се окаже че фирмата инсталирала повредената интелигентна входна врата на вашето жилище с дистанционно управление вече не съществува и поправката на блоковете за електронно управление и електрическо задвижване е невъзможна поради липсва на подходящи резервни части. Налага се да подмените цялата врата, а това означава и нови строително-монтажни работи. Ето защо въпросът за съвместимостта и приемствеността на интерфейсите, устройствата, командите и софтуера за СА излиза на преден план.

СА и Интернет технологии
През последните години се наложи още едно направление в СА – автоматизацията основана на протокола на Интернет (Building Automation System Over Internet Protocol, BAS/IP). Големи фирми като CISCO, Johnson Controls и други я реализират на практика. Въпреки съществуващата определена съпротива в изграждането на подобни централизирани системи за СА, главно от съображения за сигурност, то вече се върви усилено в тази насока. Става дума не само за страх от злоумишлени действия, но и от природни бедствия и аварии, които може да доведат и до непредсказуемо поведение на системата. Тъй като Интернет технологиите се използват вече за обслужване на част от смарт измерителите се планира тяхното прилагане навсякъде, където има интелигентни устройства. Това става възможно с драматичното понижаване на цената на 16- и 32-битовите микроконтролери с вградени комуникационни възли.

С помощта на СА чрез Интернет сградите се превръщат в гигантски термостати, в които се поддържат оптималните за работа и производство условия и то при оптимизирани разходи на енергия. Друго голямо предимство е на цялостната СА чрез Интернет e възможността бързо да се оцени състоянието на цялата сграда с цел да се планира поддръжката или ремонта, например след бедствие или при промяна на предназначението. При тези решения все още няма нито единен подход нито унифицирани платформи, например част от сървърите и приложенията засега са под някоя от версиите на Linux или UNIX, а други използват Windows. Независимо от това има реализации на СА в тази насока, но скорошна пълна стандартизация не се очаква. Да си припомним колко десетилетия бяха необходими на телекомуникационната индустрия, радиоразпръскването, аудио техниката и на телевизионното разпръскване да стигнат до стандарти, които макар и международни не са едни и същи за всички страни. При СА чрез Интернет проблемите са аналогични, например трябва да се постигне съгласие за форматите на файлове, структурите от данни, алгоритмите за обработка, компресиране и декомпресирането на информацията, сигурността и много други проблеми, което едва ли ще е скоро.

Интернет стана неотменима част от комуникацията между отделни индивиди, бизнес организации и производствени предприятия. Независимо от показаните слабости на Интернет технологиите, чието отстраняване не се вижда в близко бъдеще получените успехи се считат за обнадеждаващи и затова се работи усилено за изграждане на СА чрез Интернет. Предполага се, че още десетилетия споменатите по-горе стари и изпитани интерфейси, протоколи и методи ще се използват и усъвършенстват, като част от функциите ще се поемат от Интернет, работещ понякога и като дублираща мрежа. Тук трябва да се отбележи че голяма част от информацията за СА и всякаква друга автоматизация е частна собственост независимо от степента и на публикуваност и отвореност, което затруднява постигането на съгласие по насоките на развитие на СА. Освен това за момента няма Интернет базирано решение, което да покрива всички нужди на специализираните мрежи и интерфейси участващи в СА. Дори и да се разработи такова решение ще минат десетилетия докато се провери, приеме и започне да се реализира масово. А през това време вече съществуващите решения също ще продължат да се развиват. Освен това засега Интернет технологиите изискват значителни изчислителни ресурси, които не са на разположение в масово произвежданите 8-битови микроконтролери. Интернет изисква високоскоростен обмен на големи количества информация, което не е случая с повечето датчици използвани в СА.

Интернет обаче предлага широк набор от софтуерни продукти и популярни хардуерни платформи като персонални компютри, които могат да донесат ново качество и стойност в СА. Съществуват технологии за изграждане на бази данни с Интернет, които са полезни за съхраняване и използване на огромното количество информация предоставяно от СА.