АСУ жизнеобеспечения позволяет управлять технологическим оборудованием в зависимости от дня недели и времени суток, а интегрированные системы контроля доступа и охранной сигнализации – в зависимости от занятости помещений персоналом. Все это и называется менеджментом энергосбережения.
Показательно, что на Западе термину «Интеллектуальное Здание» все чаще предпочитают «Зеленое Здание» (Green Building). У нас пока по разным причинам стимул энергосбережения является далеко не первостепенным. Скорее наоборот, расходы на внедрение энергосберегающих технологий, наряду с убытками от их неправильного применения, превышают эффект от самой экономии непозволительно дешевых ресурсов. Однако остальные преимущества ИЗ, а именно:
повышение эффективности и надежности систем жизнеобеспечения здания;
сокращение расходов на эксплуатацию;
повышение уровня безопасности;
повышение комфорта;
обеспечение масштабируемости подсистем;
снижение расходов на этапе строительства и при вводе здания в эксплуатацию;
уменьшение расходов на страхование,
при переносе на отечественную почву ценности не теряют.
Итак, эти преимущества обеспечиваются в первую очередь за счет вышеназванного синергетического эффекта – интегрированного взаимодействия различных подсистем в составе комплекса.
Основная подсистема ИЗ – автоматизированная система управления жизнеобеспечением. На Западе объект автоматизации этой АСУ принято называть HVAC (Heating, Ventilation, Air Condition). Он включает в себя вентиляцию, тепло– и холодоснабжение, кондиционирование и электроснабжение.
Система имеет классическую трехуровневую структуру (рис. 1), характерную для обычных промышленных АСУ ТП. Фактически здание тоже можно рассматривать как технологический процесс.
1-й уровень (field level) – периферийные устройства (датчики и исполнительные устройства), непосредственно связанные с объектами автоматизации.
В качестве датчиков температуры используются термопреобразователи сопротивления с нормированными характеристиками. Для измерения давления применяют датчики с унифицированными аналоговыми выходными сигналами. А исполнительными устройствами служат клапаны и заслонки с электроприводом.
Одним из самых распространенных типов исполнительных устройств в здании является насосное оборудование. Его ведущие производители, чья продукция установлена в подавляющем большинстве новых или строящихся зданий, – это датская компания Grundfos и немецкая Wilo. Их изделия являются хорошим примером составляющих ИЗ: наиболее важное – насосное – оборудование включает в комплект поставки встроенные средства, позволяющие автономно управлять основными параметрами насоса и контролировать их, при этом они имеют все, что нужно для объединения с другими системами автоматизации. На этом уровне используются устройства с высокой степенью стандартизации входных/выходных сигналов, типичной для АСУ зданий.
Особенностью первого уровня автоматизации является использование «интеллектуальных» устройств, позволяющих строить системы с распределенными функциями управления. Наибольшее распространение получили устройства, построенные на базе стандартов EIB и LonWorks и использующиеся в основном для целей так называемой офисной автоматики: управление зонным микроклиматом, освещением, жалюзи и оборудованием конференц-залов. Эти устройства способны автономно выполнять несложные функции контроля и управления.
Обычно они позиционируются как отдельные периферийные устройства автоматики первого уровня, которые просто конфигурируются для типовых задач. Но при реализации гораздо более сложных алгоритмов автоматического управления они не находят широкого применения.
2-й уровень (automation level) – электросиловая и релейная часть автоматики, модули ввода-вывода и контроллеры, сетевые коммуникации между устройствами.
Это основной уровень, на котором выполняются задачи автоматического управления и контроля. Современные АСУ используют распределенный обмен сигналами между периферийными устройствами и контроллерами, обеспечивая тем самым высокую надежность и гибкое конфигурирование системы.
Современные контроллерные средства являются перепрограммируемыми, они способны конфигурироваться под решение любых задач автоматизации в здании (чаще всего для локального автоматического управления, включающего защитные блокировки и мониторинг аварийных ситуаций). Коммуникация между контроллерами и верхним (операторским) уровнем осуществляется по сетям, построенным, как правило, на физическом уровне по интерфейсу RS485. На программном уровне в большинстве случаев использовались внутренние протоколы производителей, однако сегодня прослеживается явная тенденция стандартизации типа LonWorks, BACnet и ProfiBus.
3-й уровень (management level) – операторские станции со SCADA-системой[Supervisory Control and Data Acquisition (англ.) – сбор данных и управление], управляющие панели и сетевые коммуникации.
На этом уровне выполняется дистанционный контроль через SCADA-систему на операторской станции – как правило, это обычный персональный компьютер со встроенным сетевым интерфейсом и установленной на нем SCADA-системой. На этом уровне обеспечивается дистанционный операторский контроль и управление, регистрация аварийных сообщений, сбор данных для построения графиков изменений и подготовки отчетов. Практически все крупные производители АСУ имеют свои собственные SCADA-системы.
Кроме АСУ жизнеобеспечения есть и другие составляющие «интеллекта» здания – подсистемы пожарной и охранной сигнализации, контроль доступа, системы видеонаблюдения и др. По структуре они во многом сходны с АСУ жизнеобеспечения. Действительно, имеется первый уровень, включающий в свой состав различные периферийные устройства: считыватели, контактные и инфракрасные датчики охранной сигнализации, дымовые и температурные датчики пожарной сигнализации, видеокамеры и управляемые элементы в виде приводных замков и противопожарных клапанов.
Второй уровень этих подсистем также может включать в себя контроллеры со встроенными функциями автоматической обработки входных/выходных сигналов от периферийных устройств и коммуникационные средства для связи с верхним уровнем. В отличие от АСУ жизнеобеспечения, этот уровень «интеллектуализирован» гораздо меньше, тут используются не столь мощные процессорные и коммуникационные средства, – вызвано это более узкой функциональностью подсистем, а также существенно меньшим количеством сигналов и параметров.
На третьем уровне используются информационно-управляющие панели или операторские станции на базе обычных персональных компьютеров. Во многих случаях производители таких систем выполняют интеграцию уже на уровне продуктов, не требуя внешнего ПО. Например, при срабатывании элемента охранной сигнализации на экран оператора автоматически выводится изображение с соответствующей камеры видеонаблюдения.
Особняком стоит структурированная кабельная сеть (СКС), обеспечивающая связь между компьютерами, связь между IT-оборудованием и цифровую телефонию. СКС является самой высокотехнологичной подсистемой, пронизывающей здание сверху донизу. Большая гибкость в конфигурации и коммуникационные возможности делают ее особенно привлекательной в качестве основного интеграционного средства интеллектуального здания.
Это одна из ведущих компаний в области автоматизации зданий. Основная ее продукция – средства автоматизации для автоиндустрии и комплексы автоматизации зданий.
Главной составляющей является система Metasys 5. Johnson Controls выпускает полный набор периферийных устройств, начиная от датчиков и клапанов и заканчивая бесконтактными считывателями для систем контроля доступа.