INSTYTUT MECHATRONIKI NANOTECHNOLOGII

Transkrypt

1 INSTYTUT MECHATRONIKI NANOTECHNOLOGII i TECHNIKI PRÓŻNIOWEJ dr inż. Zenon OCIEPA zenon.ociepa@tu.koszalin.pl AUTOMATYKA BUDYNKÓW W INTELIGENTNYCH Plan lekcji 1. Wprowadzenie: zapoznanie z MECHATRONIKĄ, film 2. Automatyka budynków - wykład 3. Aparatura i oprogramowanie pokaz w laboratoriach

2 PODSTAWY WIEDZY TECHNICZNEJ Program lekcji 1. Współczesne potrzeby zarządzania funkcjami budynku 2. Poziomy funkcjonalne, aparatura i oprogramowanie systemów BMCS (Building Managenent & Control System) Uczeń powinien: umieć określić korzyści płynące ze stosowania systemów zarządzania budynkiem, powinien umieć wymienić podstawowe funkcje budynku inteligentnego.

3 Wprowadzenie, definicje, podstawowe pojęcia Budynki inteligentne to duże obiekty budowlane, w których zastosowana jest najnowsza technologia z zakresu sterowania i zarządzania: funkcjami technicznymi, serwisowymi, bezpieczeństwem i przepływem informacji. BI ze względu na specyfikę wymagań, wysoką złożoność funkcjonalną oraz zużywanie bardzo dużych ilości energii należą do budowli bardzo skomplikowanych pod względem wymagań projektowo-wykonawczych, norm, warunków pracy oraz eksploatacji.

4 Wprowadzenie, definicje, podstawowe pojęcia Działanie budynku inteligentnego jako całości nadzoruje wiele jego systemów wewnętrznych, jak np.: BMS (Building Management System), który steruje i monitoruje tzw. funkcje techniczne budynku, np.. systemy HVAC (Heating, Ventilation, Air-Condition), SMS (Security Management System) system odpowiedzialny za integrację podsystemów bezpieczeństwa. Oba te systemy są bardzo często łączone w jeden wspólny zintegrowany system BMCS (Building Managenent & Control System), który zarządza oraz monitoruje wszystkie podsystemy techniczne i bezpieczeństwa w budynku. W każdym z tych systemów występuje przeplatanie się zagadnień i problemów związanych z wieloma dyscyplinami nauki. Budynek inteligentny jest więc wspólną platformą integrującą nie tylko kierunki architektoniczne, budowlane i konstrukcyjne, ale także dyscypliny nauki jak: automatyka, elektronika, optoelektronika, mechatronika, elektrotechnika i informatyka.

5 Definicje: 1 Inteligentny budynek to taki budynek, który maksymalizuje efektywność osób czy instytucji go wykorzystujących i pozwala na efektywne zarządzanie zasobami przy minimalnych kosztach podczas całego okresu eksploatacji One that maximises the efficiency of its occupants and allows effective management of resources with minimum life-time costs (Źródło: European Intalligent Building Group)

6 Definicje: 2 Inteligentny Budynek potrafi bardziej niż zwykłe budynki dostosować się do potrzeb jego użytkowników - posiada zdolność adaptacji do nowej technologii i zmieniających się potrzeb organizacji jego użytkowników One that is more responsive to user needs - ability to adapt to new technology or changes in organisational structures. (Źródło: DEGW)

7 Przykłady Petronas Towers w Malezji 482m

8 Przykłady Hotel Hilton Warszawa, kwiecień 2007 Wydział Biologii Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu - Collegium Biologicum, Kampus Morasko system automatyki i sterowania wraz z centralnym nadzorem BMS w technologii LonWorks dla 120 central klimatyzacyjnych i kompensacyjnych, 65 digestoriów, 90 klimakonwektorów, belek chłodzących, węzła cieplnego oraz monitoringu agregatów wody lodowej i stacji transformatorowej 95m., 22 piętra, 330 pokoi, parking 1150 system automatyki w oparciu o sterowniki TAC Xenta 400, 282 oraz 300. Stacja BMS oparta jest na oprogramowaniu TAC Vista IV w wersji: TAC Vista IV Workstation Standard TAC Vista IV Workstation Manager - druga stacja komputerowa (laptop) dla szefa serwisu TAC Vista IV Server.

9 Korzyści stosowania systemu BMCS 1) Ograniczenie zużycia energii elektrycznej, gazu oraz zimnej i ciepłej wody (25-30%), dzięki zastosowaniu sterowania i dystrybucji tych mediów oraz możliwości k-rzystania z pełnej informacji z całego systemu, 2) Możliwość wytworzenia komfortowych warunków pracy dla wszystkich użytkowników i klientów, co ma istotny wpływ na wydajność pracy i dobre samopoczucie, 3) Możliwość opracowania skutecznych i nowoczesnych procedur alarmowych oraz ewakuacyjnych w przypadku sytuacji awaryjnych lub stwarzających zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi, dzięki pełnej i aktualnej informacji o stanie obiektu, 4) Maksymalne uproszczenie i usprawnienie systemu zarządzania i monitorowania obiektu, kompleksowa organizacja raportowania i archiwizacji danych dotyczących funkcjonowania całego obiektu, możliwość przesyłania danych i raportów do innych baz danych i systemów informatycznych.

10 Korzyści stosowania systemu BMCS cd. 5. Możliwość łączenia wielu oddalonych oddziałów i budynków w ramach jednej sieci rozległej WAN oraz możliwość zdalnego monitorowania i zarządzania systemem poprzez łącza telekomunikacyjne, 6. Elastyczny i wielopoziomowy dostęp do systemu sterowania BMS i SMS zabezpieczany hasłami (np. operator BMS, programista, administrator systemu, serwis itp.), 7. Dowolność i elastyczność w tworzeniu logicznie oddzielonych podsystemów, odrębnie zarządzanych przez innego użytkownika lub podnajemcę części obiektu (outsourcing), 8. Łatwość rozbudowy systemu bez konieczności wyłączania istniejących i działających urządzeń, otwartość systemu, 9. Nowoczesny i kompleksowy system kontroli dostępu i zabezpieczenia alarmowego, 10.Wspomaganie działania systemu sygnalizacji pożarowej i możliwość realizacji nowoczesnego systemu ewakuacji oddymiania.

11 Cechy Inteligentnego Budynku Zintegrowane systemy techniczne Centralny system zarządzania Okablowanie strukturalne

12

13 Zarządzanie budynkiem - systemy niezależne ne Automatyka instalacji Oświetlenie Kontrola dostępu System antywłamaniowy Wykrywanie pożaru Obsługa techniczna CHILERPLANT CHILERPLANT

14 Zarządzanie budynkiem - system zintegrowany Serwis Informacja Organizacja Instalacje Bezpieczeństwo Energia Zdalny dostęp do informacji ILERPLANT CH ILERPLANT CH

15 Integracja systemów... CHI LERPLANT Automatyka HVAC Sterowanie oświetleniem Kontrola dostępu Wykrywanie w³amania Wykrywanie pożaru Telewizja dozorowa Zarz¹dzanie zużyciem energii Nadzór instalacji techn....wspólna magistrala (sieć) ) komunikacyjna oraz jeden standard wymiany informacji np.

16 Zalety integracji na przykładzie algorytmu działania ania wykonywanego podczas alarmu pożarowego. 4 minutowe opóźnienie alarmu ogólnego, zatrzymanie instalacji klimatyzacyjnych i zamknięcie klap dymowych w kanałach wentylacyjnych danej strefy zagrożenia (sterowanie wentylacją, klimatyzacją), oddymianie w strefie zagrożenia oraz przygotowanie dróg ewakuacji - klatki schodowe (instalacja wentylacyjna oddymiająca) zwolnienie dróg ewakuacji ludzi (instalacja kontroli dostępu) sprowadzenie wind na poziom parteru (sterowanie windami) poinformowanie ludzi (system nagłośnienia), wizualizacja elementów systemu na tablicy synoptycznej.

17 Okablowanie strukturalne Jeden standard infrastruktury kablowej w skali całego budynku. Jeden instalator. Uproszczona instalacja. Nadmiarowość okablowania. Obniżone koszty eksploatacyjne. łatwość adaptacji do zmieniających się potrzeb użytkowników i postępu technologicznego. Zachowanie wartości zainstalowanego systemu w przyszłości.

18 Przykładowa instalacja Krosownica okablowania IBS Zespo³y gniazd RJ Regulator oświetlenia Zegar Czujnik temp Detektor ruchu Nastawnik temp. Krosownica okablowania strukturalnego teleinformatycznego Czytnik kart Podniesiona pod³oga Gniazda telefonicznoinformatyczne

19 Centralny system zarządzania - podział funkcjonalny obsługi. Instalacje techniczne System wykrywania pożaru Ochrona, Systemy bezpieczeństwa. CHI LERPLANT

20 Dwa systemy zarządzania? Automatyka HVAC Zarządzanie zużyciem energii Nadzór instalacji techn. Wykrywanie pożaru Kontrola dostępu Wykrywanie włamania Telewizja dozorowa Mechanizmy udostępniania baz danych DDE (AdvancedDDE, FastDDE, Standard/NetDDE, RemoteDDE) Open Data Base Connectivity (ODBC) SQL OLE OPC CHILERPLANT

21 Sterowanie oświetleniem o z punktu widzenia integracji systemów. System autonomiczny System oparty o uniwersalne sterowniki System zintegrowany na poziomie protokołu transmisji System mieszany

22 Zarządzanie zużyciem energii cieplnej i elektrycznej Poziom sterowników Poziom systemowy

23 Zarządzanie zużyciem energii - poziom sterowników Obniżenie nocne Optymalny czas startu/stopu Pasmo zerowej energii Chłodzenie nocne Kontrola obecności Sterowanie oświetleniem N GRZANIE D K PASMO ZEROWEJ ENERGII CPU K CH ODZENIE D N Wp³yw czujki obecnoœci na program czasowy 2 2 Tryb nocny Tryb dyżurny 0 Tryb komfortowy 0 2 Temp Optymalny czas startu Frost Obecnoœæ Optymalny czas stopu Oszczêdnoœci energii TEMP Noc Noc Czas

24 Zarządzanie zużyciem energii - poziom sterowników Chłodzenie nocne Optymalizacja temp. zasilania Kontrola CO2 Obcinanie zużycia szczytowego Kontrola entalpii temp/wilg (T/RH) Programy czasowe Czas od godz. 04:00 do 08:00 Tzewn<Twew Ch³odzenie powietrzem zewnêtrznym RHzewn<RHwew Temperatura wody Temperatura zewnętrzna Nastawa temp. Lato Zima Temperatura zewnętrzna Zu ycie energii elektrycznej Ograniczenie górne Czas

25 Zarządzanie zużyciem energii - rozwiązania zania systemowe Funkcja spójna dla całego systemu w budynku minimalizacja kosztów zużycia energii przy minimalnym marginesie dyskomfortu ludzi. System pozwala na klasyfikację wszystkich odbiorów elektrycznych pod względem priorytetu ważności. 150 indywidualnie wybieranych urządzeń osiem poziomów ważności sześć grup odbiorów elektrycznych. pełna możliwość raportowania wszystkich interesujących operatora danych. generowanie alarmów w przypadku możliwości przekroczenia założonych limitów bez interwencji lub decyzji uprawnionego operatora.

26 Zarządzanie zużyciem energii - rozwiązania zania systemowe System monitoruje średnie zużycia energii elektrycznej w zakładanym interwale czasowym. W przypadku osiągnięcia górnego założonego poziomu system rozpoczyna akcje mające na celu zapobieżenie dalszemu wzrostowi zużycia energii elektrycznej. zmniejszenie o zakładaną wartość nastaw parametrów komfortu w grupach w zależności od priorytetu odbioru, przejście na mniejsze prędkości obrotowe silników wielobiegowych lub sterowanych przez przetwornice częstotliwości. odstawianie / załączanie programowe instalacji mniej ważnych załączanie sekwencyjne instalacji do ruchu, załączenie do ruchu awaryjnego agregatu prądotwórczego, system przywraca założone nastawy oraz programowo załącza do ruchu odbiory elektryczne natychmiast gdy jest to możliwe.

27 Zarządzanie zużyciem energii - rozwiązania zania systemowe strategii działania wg. 3 algorytmów algorytm działania który przelicza chwilowe zapotrzebowanie na energię elektryczną, prognozuje dalszy jego wzrost i jednocześnie zmniejsza nachylenie krzywej wzrostu zużycia energii. Ostatecznie algorytm pozwala na osiągnięcie maksymalnego zużycia lecz nie dopuści do jego przekroczenia. algorytm działania który przelicza chwilowe zapotrzebowanie na energię elektryczną, prognozuje dalszy jego wzrost i nie wprowadza żadnych działań korygujących do momentu gdy prognozowane zużycie energii elektrycznej w następnym interwale czasowym nie przekroczy maksymalnej dopuszczalnej wartości. algorytm działania który przelicza chwilowe zapotrzebowanie na energię elektryczną, prognozuje dalszy jego wzrost i jednocześnie dopuszcza do jego chwilowego przekroczenia o ustaloną wartość w następnym interwale czasowym.

28 Zarządzanie informacją centralna obsługa i monitorowanie różnych systemów transmisja, przetwarzanie i archiwizowanie danych (również dla systemów księgowych, działu personalnego, itp.) graficzne przedstawienie instalacji sygnalizacja i obsługa sytuacji alarmowych rejestracja i wizualizacja trendów historycznych i dynamicznych optymalizacja pracy różnych systemów

29 Automatyka HVAC systemów Automatyka HVAC dla około 270 punktów danych ( 4 sterowniki rodziny XL5000) Bezpośredni dostęp do wszystkich punktów fizycznych oraz programowych, alarmów, programów czasowych, trendów. Ethernet TCP/IP NXN Specjalne algorytmy pozwalające na oszczędzanie energii Moduł zarządzający zasobami technicznymi

30 Automatyka HVAC systemów w sanitarnych Centrale klimatyzacyjne, Nawilżacze, Węzeł cieplny i system CO, CT, CWU, System wody lodowej i chillery, Wentylatory wyciągowe, oddymiające, napowietrzające, sterowanie klimakonwektorami

31 Monitoring intalacji technicznych Kontrola 15 punktów instalacji elektroenergetycznych Monitorowanie czasu pracy urządzeń. Ethernet TCP/IP NXN Detekcja CO w garażach 1 sterownik o architekturze rozproszonej. Profil funkcjonalny LON

32 System nadzoru urządze dzeń ochrony p-poż łącznie 83 punktów do monitorowania położenia klapy p-poż, 1 sterownik o architekturze rozproszonej. Ethernet TCP/IP NXN Profil funkcjonalny LON

33 System Telewizji Dozorowej System dla 54 kamer. Pełna Integracja Krosownic Wizyjnych z Systemem BMS umożliwiające ręczne lub automatyczne alarmowe przełączanie i sterowanie pracą kamer z dowolnego stanowiska PC (organizacyjnie: wspólny komputer z systemem włamaniowym i kontroli dostępu). Terminal Server Ethernet TCP/IP 1 10

34 System Kontroli Dostępu System dla 96 czytników (wraz z wyposażeniem: szlabany, kontakty, zaczepy drzwiowe). Sprzężenie z systemem pożarowym umożliwiające sprawną ewakuację ludzi. W pełni zintegrowany z oprogramowaniem BMS. Ethernet TCP/IP Terminal Server Wspólny komputer z systemem włamaniowym i telewizji dozorowej.

35 System Sygnalizacji Włamania W i Napadu System dla ponad 200 adresów (czujników ruchu PIR, czujek zbicia szkła, przycisków napadowych, kontaktów magnetycznych). Ethernet TCP/IP W pełni zintegrowany z BMS (wspólny komputer z systemem kontroli dostępu i telewizji dozorowej). Terminal Server RS232

36 System Wykrywania i Sygnalizacji Pożaru Ethernet TCP/IP Wykrywanie pożaru: ok adresów (czujek, ROP oraz modułów systemowych). Wykrywanie pożaru - system zastępczy dla zasysającego: 740 adresowalnych czujek punktowych. F-Box Sterowanie i nadzór stałych instalacji gaśniczych. Dedykowany komputer systemu BMS.

37 System Nagłośnienia Alarmowego Ethernet TCP/IP Pełna Integracja na poziomie protokołu transmisji danych z systemem sygnalizacji pożaru 8 kanałowy cyfrowy system dystrybucji komunikatów alarmowych. F-Box Ponad 250 głośników z możliwością podziału na 12 stref nagłośnienia. System Sygnalizacji Pożaru

38 System Identyfikacji Fotograficznej osób Ethernet TCP/IP Dedykowany komputer BMS personalizacji kart kontroli dostępu (drukowanie kart ze zdjęciami użytkowników). Możliwa identyfikacja fotograficzna osób poprzez porównanie obrazu z systemu CCTV oraz zdjęcia z bazy danych. Dodatkowy komputer BMS do przyznawania uprawnień użytkownikom (kartom).

39 KORZYŚCI: Zwiększenie ogólnego bezpieczeństwa i zmniejszenie czasu reakcji obsługi na sytuacje alarmowe. Zwiększenie niezawodności działania wszystkich układów. W przypadku zasygnalizowania pożaru, działanie wszystkich systemów zostaje podporządkowane systemowi pożarowemu - odpowiednie instalacje są wyłączane/ włączane, oraz są odcinane pomieszczenia szczególnie zagrożone. W przypadku potrzeby zmiany algorytmów działania dokonuje się jedynie przeprogramowania systemów. Podział kompetencji służb w budynku (obsługi, ochrony, serwisu, ) i dostępu do systemów dokonuje się dzięki nadaniu odpowiednich praw dostępu.

40 KORZYŚCI cd: Dokładne odzwierciedlenie stanu instalacji w budynku za pomocą grafik oraz obrazu z kamer ułatwia obsłudze odpowiednią interpretację zdarzeń oraz podejmowanie właściwych i szybkich działań. Zwiększenie wydajności i wydolności służb serwisowych. Zapewnienie wydajnego mechanizmu raportowania podnosi sprawność i zmniejsza koszty zarządzania infrastrukturą budynku. Wewnętrzne rozliczenie kosztów energii elektrycznej. Systemy zaprojektowano w sposób pozwalający na redukcję i uproszczenie okablowania. Zapewniono dużą elastyczność i możliwość łatwej rozbudowy systemu w miarę zmieniających się potrzeb użytkowników.