Integracja systemów alarmowych z systemem BMS w obiektach logistycznych

Transkrypt

1 BUDZYŃSKI Daniel 1 BUCZAJ Marcin 2 Integracja systemów alarmowych z systemem BMS w obiektach logistycznych WSTĘP Integracja systemów sterowania i nadzoru w obiektach logistycznych ma na celu realizację następujących zadań: ograniczenie kosztów instalacji i użytkowania systemu, podniesienie komfortu użytkowania oraz zwiększenie możliwości technicznych. Rezultatem tych zadań jest możliwość realizacji przez współpracujące ze sobą systemy nowych funkcji i zadań niedostępnych w klasycznych autonomicznych układach sterowania. sterowania i nadzoru instalowane w budynkach to układy umożliwiające automatyczną realizację założonych w algorytmie sterowania zadań przez układy wykonawcze na podstawie informacji pochodzących od elementów detekcyjnych systemu [3, 6, 7, 8, 10, 11]. Obecnie współpracujące ze sobą systemy sterowania i nadzoru są ze sobą powiązane sprzętowo lub stanowią jeden zintegrowany system zarządzania [3, 4, 5, 8]. Taki zintegrowany system określany jest często mianem systemu BMS (ang. Building Managment System). System ten umożliwia zarządzanie pracą systemów oświetlenia, ogrzewania, wentylacji, klimatyzacji oraz realizację zadań stawianym systemom alarmowym i systemom bezpieczeństwa [3, 4, 5, 9, 12]. Do grupy BMS zaliczane są systemy i standardy techniczne umożliwiające pełnienie nadzoru nad wszelkimi procesami energetycznymi, zgodnie z zaprogramowanymi przez użytkownika bądź instalatora funkcjami, lub poprzez bezpośredni wpływ użytkownika na stan systemu [10, 11, 13]. Szczególną rolę w systemach sterowania urządzeniami i nadzoru nad stanem chronionego obiektu stanowią systemy alarmowe realizujące funkcje systemów sygnalizacji włamania i napadu. Działanie systemów alarmowych względem systemów BMS jest zawężone do kontrolowania kluczowych dla bezpieczeństwa chronionego obiektu funkcji oraz sygnalizacji wystąpienia niepożądanych sytuacji [1, 2]. alarmowe możemy podzielić na kilka grup: systemy sygnalizacji włamania i napadu (SSWiN); systemy kontroli dostępu (SKD); systemy monitoringu wizyjnego (CCTV); systemy sygnalizacji pożarowej (SSP). W przypadku małych instalacji i niewielkich obiektów sens integracji kilku systemów alarmowych z zewnętrznymi układami odpowiadającymi za sterowanie funkcjami energetycznymi budynku jest wątpliwy. Jest to związane między innymi kosztami takiej instalacji oraz z istnieniem niewielkiej infrastruktury technicznej i instalacyjnej. Lepszym rozwiązaniem jest zastosowanie centrali alarmowej (układu decyzyjnego) o bardziej rozbudowanych możliwościach. Jednak istnieją sytuacje, w których dla podniesienia poziomu bezpieczeństwa, komfortu użytkowników lub ułatwienia prowadzenia nadzoru nad chronionym obiektem zastosowanie takiej rozproszonej struktury zarządzającej może okazać się celowe i istotne [2, 3, 4, 5, 7, 9, 12]. W artykule zostanie przedstawiona koncepcja sprawowania nadrzędnej kontroli nad systemami alarmowymi z poziomu urządzeń magistralnych systemu KNX. Za pomocą zbudowanego modelu umożliwiającego integracje z systemem BMS opartym o system KNX i magistralę EIB dwóch niezależnych systemów alarmowych. Celem prowadzonych badań będzie ocena możliwości współpracy i określenie przydatności takiego rozwiązania w obiektów logistycznych. 1 Politechnika Lubelska, Koło Naukowe Technik Zabezpieczenia Mienia Sabotaż, Lublin, ul. Nadbystrzycka 38A Tel.: ; Fax.: ; daniel.budzynski@pollub.edu.pl 2 Politechnika Lubelska, Wydział Elektrotechniki i Informatyki, Lublin, ul. Nadbystrzycka 38A Tel.: ; Fax.: ; m.buczaj@pollub.pl 620

2 1. SYSTEMY STEROWANIA I NADZORU W BUDYNKACH nadzoru mają najczęściej strukturę scentralizowaną, czyli wszelkie urządzenia wejściowe jak i wyjściowe połączone są bezpośrednio z centralną jednostką sterującą zarządzającą danym systemem. W przypadku systemów alarmowych, oprócz centrali alarmowej, jako jednostki decyzyjnej można wyróżnić następujące elementy składowe: urządzenia wejściowe: czujki ruchu (PIR, mikrofalowe, dualne), czujniki magnetyczne (kontaktrony), czujki dymu, gazu, temperatury, zalania, wibracyjne, piloty i przyciski napadowe; urządzenia wyjściowe (sygnalizatory); urządzenia komunikacyjne: manipulatory, panele operatorskie, translatory magistral, moduły komunikacyjne GSM, GPRS. Współdziałanie wymienionych urządzeń ma zapewnić osobie nadzorującej ciągły dostęp do informacji o stanie i działaniu systemu. Współdziałanie poszczególnych systemów daje możliwość ingerencji oraz wzajemny dostęp do funkcji realizowanych przez poszczególne systemy lub opracowanie wspólnych dla kilku systemów algorytmów działania. W momencie wykrycia zagrożenia generowany jest sygnał alarmowy i może być skierowany do komórki systemu odpowiedzialnej za neutralizację danego typu zdarzenia [3, 4, 5, 6, 9, 12]. Sygnał alarmu może wystąpić bezpośrednio w dozorowanym obiekcie, ale może też być przesłany do alarmowego centrum monitorującego. Tak zorganizowany system jest w stanie realizować zarówno funkcje alarmowe, ale również umożliwiać przeciwdziałanie zaistniałemu zagrożeniu i stanowić podstawową strukturę systemu bezpieczeństwa. Struktura organizacyjna systemu bezpieczeństwa została przedstawiona na rysunku 1. bezpieczeństwa wykonawcze sygnalizacji zagrożeń i nadzoru gaśnicze Blokady przejścia Zasilanie awaryjne SSWiN Kontrola dostępu SSP CCTV Rys. 1. Schemat organizacyjny systemu bezpieczeństwa Wśród podstawowych systemów sterowania i nadzoru można wyróżnić systemy związane z wykrywaniem zagrożeń oraz systemy związane z rejestracją zdarzeń w zabezpieczanym obiekcie logistycznym. Ich wzajemna integracja umożliwia przenoszenie pewnych funkcji i zadań z jednego rodzaju systemu do innego [2, 3, 10, 11]. I tak na przykład, systemy monitoringu wizyjnego (CCTV), służą do rejestracji i archiwizacji zdarzeń i zagrożeń, a jednocześnie mogą być stosowane do nadzorowania procesów produkcyjnych. Coraz częściej stają się elementem powiązanym z systemami SSWiN czy SKD oferując możliwości detekcji ruchu za pomocą kamer. Centralnym elementem w przypadku tradycyjnej instalacji CCTV jest rejestrator zawierający nośnik danych, na którym zapisywane są zdarzenia uchwycone przez kamery. W przypadku nowoczesnych rozwiązań z kamerami IP, typowe rejestratory mogą być zastąpione przez dyski sieciowe czy serwery ftp. 621

3 Kontrola dostępu to zespół rozwiązań mających na celu utrzymanie określonej organizacji w obiekcie, wraz z identyfikacją osób. Polega na wsparciu barier mechanicznych elektronicznymi metodami uwierzytelnienia, co ma niebagatelny wpływ na bezpieczeństwo kluczowych elementów obiektu. Struktura systemu różni się tylko w przypadku systemów sygnalizacji pożarowej, gdzie urządzenia podłączone są do jednej lub kilku linii alarmowych. Ich działanie nie obejmuje detekcji ruchu, a jedynie wykrywanie niepożądanego wzrostu temperatury w pomieszczeniu, lub obecności dymu. BMS są dość różnorodną grupą, do której należą układy o różnej topologii i różniące się zastosowanymi rozwiązaniami. Spotykane są systemy o strukturze scentralizowanej, jak i magistralne, a także rozwiązania bezprzewodowe. Użyty w badaniach system KNX opiera się na istnieniu magistrali EIB, która łączy poszczególne elementy wchodzące w skład systemu, czyli zasilacze magistralne, sprzęgła liniowe, elementy wejściowe (sensory), urządzenia wyjściowe (aktory), porty komunikacyjne. 2. INTEGRACJA SYSTEMÓW STEROWANIA I NADZORU Proces integracji systemu sterowania i nadzoru to proces polegający na współdziałaniu poszczególnych autonomicznych pod względem pełnionych funkcji w obiekcie instalacji w jeden system realizujący wszystkie zadania stawiane poszczególnym częściom wchodzącym w skład systemu. zintegrowane sterują wieloma funkcjami i kontrolują jednocześnie wiele urządzeń wykonawczych w budynku [3, 5, 6]. Na szczególne wyróżnienie zasługują obwody: sterowania oświetleniem, sterowania ogrzewaniem, sterowania wentylacją i klimatyzacją, sterowania pracą systemu alarmowego (włamaniowego i pożarowego), sterowania pracą systemu kontroli dostępu. Integracja autonomicznych systemów może odbywać się na kilka sposobów [3, 6]: poprzez realizację funkcji przypisanych poszczególnym systemom przez ten sam układ sterujący, poprzez współdzielenie przez systemy elementów detekcyjnych i wykonawczych, poprzez wymianę informacji pomiędzy autonomicznymi systemami. W przypadku systemów w pełni zintegrowanych pod względem sprzętowym i funkcyjnym wszystkie elementy podłączone są do jednego sterownika (rysunek 2). Dzięki temu, występuje tylko jeden układ nadzorujący, który ma dostęp do wszystkich informacji pochodzących z elementów detekcyjnych i w zależności od ustalonego przez użytkownika stanu (trybu) pracy realizuje założone funkcje i steruje układami wykonawczymi systemu sterowania i nadzoru. Współdzielenie elementu sterującego przez systemy (system integrowany) D1 UW1 D2 UW2 D3 Wspólny zintegrowany układ sterujący UW3 D4 UW4 D5 UW5 Detektory Układy sterujące Układy wykonawcze Rys. 2. Integracja poprzez zastosowanie centralnej jednostki sterującej 622

4 Integracja systemów poprzez współdzielenie elementów polega na podłączeniu do niezależnych od siebie central zarządzających pracą poszczególnych obwodów elementów stanowiących część wspólną między systemami. Ogólny schemat układu przedstawiający integrację systemów poprzez współdzielenie elementów został przedstawiony na rysunku 3. Rys. 3. Integracja poprzez współdzielenie elementów detekcyjnych i wykonawczych Integracja systemów poprzez wymianę informacji to najprostszy sposób współdziałania pomiędzy autonomicznymi systemami. Wszystkie systemy działają w sposób autonomiczny, jednak wymieniają się między sobą informacjami o stanach określonych wejść i wyjść. Schemat opisujący powiązania między poszczególnymi systemami wchodzącymi w skład zintegrowanego poprzez wymianę informacji układu został przedstawiony na rysunku 4. Rys. 4. Integracja poprzez wymianę informacji pomiędzy systemami Obecnie występuje wiele rodzajów systemów umożliwiających realizację funkcji systemów automatycznego sterowania pracą urządzeń i nadające się do zastosowana w zintegrowanych systemach sterowania i nadzoru. Największą popularnością cieszą się trzy podstawowe grupy systemów: systemy oparte na magistrali EIB, systemy oparte na sterownikach PLC, system oparte na mikroprocesorowych systemach wbudowanych. 623

5 3. MODEL ZINTEGROWANEGO Z AUTONOMICZNYMI UKŁADAMI SYSTEMÓW ALARMOWYCH SYSTEMU BMS Model instalacji składa się z magistrali EIB, do której podłączone zostały: zasilacz magistralny 320mA, moduł RS-232 do komunikacji z PC i konfiguracji urządzeń, moduł przycisków Triton 5-krotny z dedykowanym portem magistralnym, aktor rolet z czterema niezależnymi wyjściami. Kolejnymi segmentami modelu są dwa systemy alarmowe oparte o centrale alarmowe: Integra 32 i Integra 24. W obu zostały zamodelowane wejścia (poprzez przełączniki monostabilne), a funkcję fizycznych urządzeń wyjściowych pełniły diody sygnalizacyjne. Jedyną różnicą były zastosowane manipulatory. W przypadku Integry 32 manipulator z fizycznymi przyciskami i wyświetlaczem LCD, a w przypadku Integry 24 manipulator dotykowy z kolorowym panelem LCD. Ponadto obie centrale zostały podłączone poprzez magistralę ekspanderów do modułów ch, które z kolei poprzez port szeregowy połączony były z portami magistralnymi. Same porty magistralne były już częścią magistrali EIB. Schemat blokowy modelu zastosowanego do przedstawienia możliwości integracji systemów alarmowych z instalacją EIB w obiekcie logistycznym został przedstawiony na rysunku 5. Manipulator Manipulator Sensory Sensory Centrala alarmowa INTEGRA Centrala alarmowa INTEGRA Sygnalizator Sygnalizator Magistrala KNX/EIB Zasilacz magistrali Urządzenia wejściowe Urządzenia wyjściowe Rys. 5. Struktura zintegrowanego systemu sterowania i nadzoru dla obiektu logistycznego Konfiguracja urządzeń systemu KNX polegała na utworzeniu kilku adresów grupowych i przyporządkowaniu im funkcji poszczególnych urządzeń. Z kolei w przypadku central alarmowych konfiguracja opierała się na manipulacji wejściami i wyjściami central. Ponadto, zastosowanie manipulatora dotykowego zmniejszyło ilość koniecznych zmian w funkcjonowaniu wyjść wirtualnych centrali, na rzecz makropoleceń, które komunikują centralę z magistralą EIB. 624

6 4. PREZENTACJA MOŻLIWOŚCI SYSTEMU Po wykonaniu niezbędnych połączeń systemu i konfiguracji poszczególnych elementów zintegrowanego systemu należy przeprowadzić test sprawności układu oraz weryfikację poprawności działania układu. Takie czynności umożliwiają sprawne przeprowadzenie badań, a w przypadku rzeczywistego układu ograniczenie problemów technicznych w okresie eksploatacji systemu. Następuje to poprzez sprawdzenie kolejno wszystkich zaprogramowanych algorytmów, jak i kontrolę narzędzi programu ETS przeznaczonych do monitorowania magistrali i przesyłanych przez nią telegramów. Ze strony central alarmowych można tylko sprawdzić komunikację z modułem INT- KNX, (na którym miga czerwona dioda LED). Komunikacja z modułem i resztą urządzeń KNX jest możliwa do weryfikacji tylko z poziomu programu ETS i niezbędne jest wykorzystanie monitora magistrali lub monitora grup. Za pomocą wymienionych narzędzi możliwe jest potwierdzenie poprawności komunikacji wszystkich urządzeń podłączonych do magistrali EIB. Algorytm pracy systemu jest tak opracowany, że program wyświetla każdy telegram wysyłany zarówno z modułu przycisków Triton, jak i z systemów alarmowych i umożliwia rozróżnianie poszczególnych parametrów. W przypadku wysyłania informacji z central alarmowych można było zauważyć, że program wyświetla źródło telegramu, jako nieznane ( NOT Found w kolumnie Source ). 1 Sensor KNX (przycisk modułu Triton) 2 Sensor (urządzenie wejściowe) 3 Sensor (urządzenie wejściowe) Centrala alarmowa Centrala alarmowa 1 Centrala alarmowa INT- KNX Magistrala EIB Aktor KNX Centrala alarmowa 2 Rys. 6. Diagramy działania systemu: 1) sterowania funkcjami systemu alarmowego z poziomu systemu KNX, 2) sterowania funkcjami systemu KNX z poziomu systemu alarmowego, 3) komunikacja pomiędzy systemami alarmowymi za pośrednictwem magistrali EIB 625

7 Pierwszym z uruchomionych algorytmów było sterowanie roletami (rysunek 6 proces 1). Odbywało się ono przez naciśnięcie przycisku na module Triton, czyli wewnątrz systemu KNX, jak i poprzez sterowanie z central. W przypadku INTEGRY 24 sterowanie polegało na naciśnięciu odpowiedniej ikony makra na wyświetlaczu, gdzie jedna odpowiadała za podnoszenie, druga za opuszczanie rolety. Z kolei w drugiej z central konieczne było wyzwolenie pierwszego wejścia fizycznego (zamodelowanego sensora obecności), który wyzwalał odpowiednie wyjście, komunikując się tym samym z magistralą EIB. Testy wypadły pomyślnie, w każdym przypadku żarówka sygnalizująca ruch rolety świeciła się przez zaprogramowany czas. Kolejnym algorytmem (rysunek 6 proces 2) było uzbrajanie i rozbrajanie central z poziomu systemu KNX. Naciśnięcie przycisku modułu Triton (odpowiednio nr2 dla centrali INTEGRA 24 i nr 3 dla centrali INTEGRA 32). Próba wypadła pomyślnie, po pierwszym naciśnięciu odpowiedniego przycisku centrala rozpoczynała uzbrajanie z zaprogramowanym czasem na wyjście, po ponownym naciśnięciu rozpoczynała odliczanie czasu na wejście do rozbrojenia. Kolejne próba (rysunek 6 proces 3) związana jest z wzajemną komunikacją pomiędzy centralami. Po naciśnięciu ikony makra na manipulatorze dotykowym centrali INTEGRA 24 następowało uzbrojenie drugiej z central, a po naciśnięciu przycisku wejścia nr 2 w centrali INTEGRA 32, następowało uzbrojenie centrali INTEGRA 24. Powtórne naciśnięcie tych przycisków działało analogicznie, rozbrajając systemy. WNIOSKI Istotną zaletą opisanego rozwiązania jest możliwość wyeliminowania zbędnych etapów w procesie przekazywania informacji o wystąpieniu zdarzenia. Informacja dochodzi do administratora systemu BMS. Skracany jest w sposób istotny czas reakcji użytkownika (osoby zarządzającej przepływem informacji), która to osoba może bezzwłoczne przystąpić do procesu neutralizacji zagrożenia. Istotna z punktu widzenia bezpieczeństwa cecha takiego systemu to możliwość kształtowania w sposób dowolny przez nowoczesne systemy realizujące, zarządzające i nadzorujące przepływ informacji, dostępności danych w poszczególnych węzłach systemu nadzorującego. Nadawanie użytkownikom priorytetów dotyczących dostępności do danych daje możliwość sprawnego prowadzenia procesu nadzorowania. Zastosowane w modelu translatory magistral umożliwiają współpracę pomiędzy systemami, które w założeniu miały funkcjonować niezależnie. Jednocześnie, dzięki integracji poprzez wymianę informacji pomiędzy systemami, nie mają one negatywnego wpływu na wzajemną pracę. Przedstawiona struktura integracji może przyczynić się do zwiększenia komfortu użytkowników i oszczędności wynikających z eksploatacji. Oszczędności względem autonomicznych systemów można również osiągnąć poprzez zastąpienie elementów systemu KNX urządzeniami przeznaczonymi do współpracy z systemami alarmowymi. Zaproponowane rozwiązanie techniczne charakteryzuje obniżenie poziomu bezpieczeństwa względem instalacji działających w sposób autonomiczny. Jest to spowodowane mniejszą odpornością na sabotaże oraz brak separacji obwodów alarmowych od obwodów sterowania i zarządzania funkcjami energetycznymi instalacji. Dlatego do realizacji systemów nadzoru w obiektach o wymaganym wysokim poziomie bezpieczeństwa mimo wszystko zaleca się stosowanie autonomicznych systemów SSWiN i SSP. Streszczenie nadzoru nad stanem zabezpieczanego obiektu to systemy umożliwiające sprawowanie kontroli nad dozorowanym obiektem przez użytkowników systemu. Powinny one zapewnić użytkownikowi zarówno realizację funkcji monitoringu aktualnego stanu obiektu (funkcje informacyjne) jak i umożliwić ingerencję w aktualne tryby pracy poszczególnych elementów systemu oraz algorytmy realizowanych przez system działań (funkcje sterowania). W artykule zostaną przedstawione techniczne możliwości integracji wielu autonomicznych systemów alarmowych z istniejącą w obiekcie infrastrukturą systemu BMS zbudowanego w oparciu o standard EIB. Założony zakres testów i wykonanych zadań ma na celu określenie możliwości zarządzania autonomicznymi 626

8 systemami alarmowymi z poziomu systemu EIB. Realizacja tych zadań zostanie określona na zbudowanym modelu zintegrowanego systemu sterowania i nadzoru stworzonym z dwóch systemów alarmowych klasy INTEGRA powiązanych z systemem BMS zbudowanym na bazie urządzeń standardu KNX. Słowa kluczowe: systemy alarmowe, systemy BMS, Integra, EIB, KNX Integration of alarm systems with BMS systems in logistics buildings Abstract Supervision systems and protected systems in building this systems enable control over the guarded object by the users of the system. They should provide the user with both the implementation of the monitoring function of the current state of the object (information functions) and enable to intervention in the current procedure of system components and allow to management the algorithms implemented by the system (control functions) in on-line mode. The paper will be presented to the technical possibilities of integration of multiple autonomous alarm systems in the building with the existing infrastructure of the system BMS built based on the EIB standard. Founded range of tests and performed research tasks have on target determine the possibility of management of autonomous alarm systems from level of the EIB system. Implementation of the assumed tasks will be performed on the model an integrated control and supervision system. The system was created with two alarm system controllers classes INTEGRA associated with the BMS system in building and equipment of KNX class. Keywords: alarm systems, BMS system, Integra, EIB, KNX system BIBLIOGRAFIA 1. PN-EN :2009, alarmowe. sygnalizacji włamania i napadu. Część 1: Wymagania systemowe. Wydawnictwo PKN, Warszawa Brzęcki M., Elektroniczne systemy ochrony osób i mienia. Poradnik praktyczny. Wydawnictwo KaBe, Krosno Buczaj M., Integracja systemów sterowania i nadzoru w budynkach w aspekcie realizacji przez nie zadań systemów alarmowych. Logistyka 2011, nr 6, s Buczaj M., sterowania i nadzoru szyte na miarę. Zabezpieczenia 2012, nr 6(88), s Buczaj M, Sumorek A., Wykorzystanie generatorów komunikatów głosowych w zintegrowanych systemów sterowania i nadzoru opartych na rozproszonej strukturze decyzyjnej sterowników PLC. Logistyka 2014, nr 6, s Buczaj M., Wpływ konfiguracji i sposobu integracji systemów alarmowych z systemami sterowania i zarządzania pracą urządzeń w budynkach na dobór wielkości zasilania rezerwowego. Przegląd Elektrotechniczny 2013, vol. 89, nr 5, s Horyński M., Zastosowanie sieci o inteligencji rozproszonej w celu optymalizacji zużycia energii we współczesnych budynkach. Przegląd Elektrotechniczny 2013, vol. 89, nr 4, s Horyński M., Pietrzyk W., Współpraca komponentów inteligentnego budynków sterowaniu oświetleniem. Teka Komisji Motoryzacji i Elektryfikacji Rolnictwa 2011, vol. 11, s Hulewicz A., Sterowniki PLC w systemach zarządzania inteligentnym budynkiem. Przegląd Elektrotechniczny 2013, Vol. 89, Nr 1a, s Mikulik J., Budynek Inteligentny. Tom II. Podstawowe systemy bezpieczeństwa w budynkach inteligentnych. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice Niezabitowska E., Budynek inteligentny. Tom I. Potrzeby użytkownika a standard budynku inteligentnego. Wydawnictwo Politechnik Śląskiej, Gliwice Pałka N., Szustakowski M., Życzkowski M., Ciurapiński W., Kastek M., Zintegrowany, optoelektroniczny system ochrony obiektów rozległych infrastruktury krytycznej, Przegląd Elektrotechniczny 2010, Vol. 86, Nr 10, s Petykiewicz P., Nowoczesna instalacja elektryczna w inteligentnym budynku. Wydawnictwo COSiW SEP, Warszawa