Системи за автоматизация на сгради

Сградната автоматизация представлява автоматичен централизиран контрол на отопление, вентилация, климатизация, осветление и други системи в дадена сграда чрез система за управление на сградата или система за автоматизация на сградата (BA). Целите на сградната автоматизация са подобрен комфорт на хората, ефикасна работа на всички сградни инсталации, както и намаляване на потреблението на енергия и оперативните разходи.

Сградната автоматизация (BA) е пример за разпределени системи за управление - на компютърни мрежи от електронни устройства, предназначени за наблюдение и контрол на механични, охранителни, противопожарни, осветление (особено аварийно осветление), контрол на влажността и вентилационни системи в една сграда. Функционалността на BA поддържа изграждане на климата в рамките на определен диапазон, осигурява светлина в стаите въз основа на графика на заетост (при липса на явни ключове за обратното), следи за ефективната работа и повредите на устройствата във всички системи, регистрира и изпраща аларми за неизправностите до персонала по поддръжката. BA трябва да намали разходите на сградата за енергия и поддръжка в сравнение с неконтролирана сграда. Повечето търговски, институционални и промишлени сгради, построени след 2000 г. включват BA.

Почти всички многоетажни интелигентни сгради са проектирани да използват BA за управление на енергия, съхранение и използване на въздух и вода. Повечето сгради също използват възможно най-много устройства с ниска мощност, обикновено интегрирани с Ethernet по захранващата мрежа, така че по дефиниция винаги са достъпни за BA чрез Ethernet свързаност. Дори една пасивна къща, която не консумира енергия от електроснабдителната мрежа, ще изисква наличието на BA за управление на улавянето на топлината, засенчване и вентилиране, както и използването на устройства по график.

Системата за автоматизация се намира зад „кулисите“, като хардуерните устройства са монтирани на оборудването или са скрити в пода или в тавана. Някои персонализирани управления могат да бъдат монтирани на видно място, за осъществяване на по-лесен достъп до тях. От гледна точка на централно управление, BA представлява софтуер на операторска работна станция (компютър) или е на разположение под формата на уеб страница (сървър).

Управляващи устройства
Различните видове "контролери" управляват свързаното към тях оборудване и обменят информация по мрежата, а сензорите осигуряват входни данни към контролерите. Повечето мрежи в сградната автоматизация се състоят от първична и вторична шина за данни, които свързват контролери от високо ниво (обикновено специализирани за сградна автоматизация, но могат да са и програмируеми логически контролери (PLC) с общо предназначение) с контролери от по-ниско ниво, входно/изходни устройства и потребителски интерфейс (HMI).

Физическа свързаност между устройствата се осъществява от специален оптичен кабел, Ethernet, ARCNET, RS-485, RS-232 или безжична мрежа със специално предназначение. Съвременните системи разчитат на базираната на стандарти мулти-протоколна хетерогенна мрежа. Обикновено се използва IP-базирана мрежова конфигурация, но също така може да се интегрира Ethernet по захранващата мрежата, безжични мрежи с висока пропускателна способност като LTE, IEEE 802.11ac/n и безжичната мрежа с отворен стандарт ZigBee.

Пазарът на контролери все още се доминира от патентован хардуер и всяка компания предлага контролери за специфични приложения. Някои от тях са създадени с ограничени възможности за контрол и без оперативна съвместимост. Софтуерът обикновено няма да се интегрира добре с пакети от други производители. Актуалните системи осигуряват оперативна съвместимост на ниво приложение, което позволява на потребителите да подбират и комбинират устройства от различни производители, за да осигурят интеграция с други съвместими системи за управление на сгради.

В основата си контролерите са малки компютри, които са разработени специално с входни и изходни възможности. Тези контролери се предлагат в различни размери и възможности за управление на устройствата, които често се срещат в сградите, както и за контрол на подмрежи от контролери. Входовете позволяват на контролера да прочете стойностите от сензорите. Изходите позволяват на контролера да изпрати командни и контролни сигнали към подчинени устройства, както и към други части на системата. Входовете и изходите могат да бъдат аналогови или цифрови.

Аналоговите входове се използват за измерване на различни величини и преобразуването им в цифров вид за по-нататъшна обработка от контролерите. Примери за това са сензори за температура, влажност, налягане, дебит на въздух или вода и др.

Цифровият вход показва дали дадено устройство е включено или не. Примери за цифров вход са 24VDC/AC сигнал, токов прекъсвач, преминаване на въздушен поток, безпотенциален (сух) релеен контакт и др. Цифровите входове също биха могли да бъдат импулсни входове, преброяващи броя на импулсите за даден период от време (честота). Пример за това е турбинков дебитомер, предаващ броя на импулсите от въртенето му към входа на контролера.

Аналоговите изходи контролират скоростта или позицията на устройство, като задвижване с променлива честота, преобразувател ток към пневматика или задвижване на вентил или клапа. Пример за това е клапан за гореща вода, отворен на 25%, за да се поддържа зададената точка.

Цифровите изходи се използват за включване и изключване на релета и прекъсвачи, както и управление на товар при команда. Например включване на осветлението в паркинга, когато фотоклетката навън показва, че е тъмно. Друг пример е отваряне на вентил, чрез подаване на захранващо напрежение към него. Цифровите изходи също биха могли да бъдат импулсен тип изходи, генериращи определен брой импулси за даден период от време. Пример за това е управлението на стъпков мотор чрез импулсния изход на контролера, който регулира зададена величина с определена стъпка.

Заетост е един от режимите на работа на системата за сградна автоматизация и обикновено се основава на графици през времето на деня. В режим на заетост, BA има за цел да осигурява комфортен климат и подходящо осветление, често със зонален контрол. Температурният сензор в зоната осигурява обратна връзка с контролера, така че може да се осигури отопление или охлаждане, ако е необходимо.

Приоритетна за BA е ръчно инициираната команда. Например, много стенни температурни сензори имат бутон, който принуждава системата да премине в режим "заетост" за определен брой минути. Когато присъстват, уеб интерфейсите позволяват на потребителите отдалечено да инициират промяна на приоритета на BA. Някои сгради разчитат на сензори за заетост, за да се активират инсталациите за осветление и/или климатизация.

Информираност
Всички съвременни системи за сградна автоматизация имат възможности за регистриране на събития и аларми. По този начин се открива лесно потенциално опасна ситуация и се уведомява този, който може да реши проблема. Уведомлението може да бъде чрез компютър (електронна поща или текстово съобщение), гласово повикване на клетъчен телефон, звукова аларма или всички едновременно. За застрахователни цели всички системи поддържат дневници, където се регистрират събитията и уведомленията.

Алармите могат незабавно да уведомят някого или само да съобщят, кога е регистрирано събитието, с какъв приоритет е или спешност. На места с няколко сгради включени в една система, моментни прекъсвания в електрозахранването могат да предизвикат стотици или хиляди аларми от съоръженията, които са изключени. Те трябва да бъдат скрити и признати като симптоми за по-голяма повреда. Някои системи са програмирани така, че критичните аларми се изпращат автоматично на определени интервали.

Осветление
Осветлението може да бъде включено, изключено или намалено чрез системата за сградна автоматизация или системата за управление на осветлението на базата на времето от деня, сензор за заетост, фотосензори или таймери. Един типичен пример е да се угаси осветлението след половин час в място, където е било отчетено последното движение.

В по-новите сгради, управлението на осветлението се базира на полевата мрежа DALI. DALI (Цифров адресируем интерфейс за осветление) представлява протокол за данни и транспортен механизъм, който е разработен съвместно и специфициран от няколко производители на осветителна техника.