Bartosz Kowalski Marcin Kubicki INTELIGENTNY BUDYNEK, SYSTEMY STEROWANIA, PROGRAMY KOMPUTEROWE DO OBSŁUGI I ZARZĄDZANIA ELBLĄG 2005 1
Spis treści 1. Wstęp... 3 2. Opis działania inteligentnego systemu budynków... 3 2.1. Dostępne standardy... 3 3. Sterowanie EIB...4 3.1. System sterujący różnorodnymi urządzeniami instalowanymi w budownictwie ma bardzo wiele zastosowań. Wymienić można jedynie przykłady:...4 3.2. Podział urządzeń magistralnych ze względu na pełnione funkcje... 4 3.3. Jak pracuje magistrala EIB...6 3.4. Co to oznacza w praktyce...7 4. Komputerowe zarządzanie EIB... 7 4.1. Komputerowa wizualizacja EIB...7 4.2. Wprowadzenie do programu ETS...8 4.3. Cechy dobrego komputerowego systemu nadzoru nad systemami w inteligentnym budynku...8 5. Literatura...10 2
Inteligentny budynek, systemy sterowania, programy komputerowe do obsługi i zarządzania. 3 1. Wstęp Czy zastanawiałeś się kiedyś czy wyłączyłeś żelazko wychodząc z domu? Dlaczego muszę obejść cały dom przed wyjściem, żeby wyłączyć wszystkie lampy? Dlaczego ogrzewanie może obniżyć się samoczynnie w nocy? Wyobraź sobie dom, który spełnia wszystkie Twoje oczekiwania, dopasowuje temperaturę do Twoich indywidualnych potrzeb, załączy oświetlenie gdy przyjmujesz gości, a ograniczy je gdy oglądasz telewizję. Oczekujemy, że nowoczesna technika uwolni nas od wielu uciążliwych, codziennych czynności i zapewni nam komfort, wygodę, bezpieczeństwo, a także ograniczy koszty utrzymania domu. Stworzenie inteligentnego budynku nie musi się wiązać z gigantycznym wydatkiem. Okazuje się, że taki inteligentny system można zainstalować we własnym domu, mieszkaniu lub firmie, przeznaczając na to kilka do kilkudziesięciu tysięcy złotych. Należy zaznaczyć, że jest to inwestycja dość kosztowna, jednak poczynione dzięki niej oszczędności, zwiększenie poziomu bezpieczeństwa oraz wygoda uzasadniają taki wydatek. Inteligentne systemy w budynkach są elastyczne pod względem zmiany przeznaczenia i możliwości modernizacji. Łatwo jest nim zarządzać i nadzorować pracę wszystkich systemów. Większość procesów odbywa się w sposób automatyczny. Poszczególne systemy występujące w takim budynku współpracują ze sobą. 2. Opis działania inteligentnego systemu budynków 2.1. Dostępne standardy Obecnie stosuje się kilka standardów inteligentnych instalacji elektrycznych: EIB PowerNet RadioBus LonWorks System X10 Spośród wymienionych najszerzej stosowany jest Instabus EIB, ale już wypierają go systemy pracujące w zdecydowanie tańszym standardzie (np. LonWorks). Ciągły postęp techniczny w branży elektrycznej oraz pokrewnych - elektronice, telekomunikacji, automatyce - sprawia, że wciąż powstają nowe, a dotychczasowe są rozszerzane. Standardy definiują zasady działania sieci, protokół wykorzystywany do transmisji telegramów oraz dzielą elementy składowe systemu. Instalacja EIB jest systemem nerwowym budynku łączącym w sobie wszystkie funkcje zarządzania budynkiem. Napięcie 230V jest doprowadzone tylko i bezpośrednio do odbiorników prądu (lampy, gniazdka elektryczne). Czujniki, klawisze sterujące (wyłączniki) komunikują się z systemem poprzez jeden dwużyłowy przewód biegnący wokół całego budynku. 3
Inteligentny budynek, systemy sterowania, programy komputerowe do obsługi i zarządzania. 4 Istnieje możliwość takiego poprowadzenia instalacji, aby nie trzeba było od razu wydawać pieniędzy na system sterowania, a mieć możliwość zainstalowania go w przyszłości. Obwody zasilania elektroenergetycznego są oddzielone od wszelkich funkcji sterowniczych, pomiarowych, kontrolnych i regulacyjnych. Informacje niezbędne do realizowania tych funkcji transmitowane są za pośrednictwem przewodu magistralnego (2x2x0,8mm2). Obecnie wykorzystuje się tylko dwie żyły (czerwoną i czarną), a pozostałe dwie są traktowane jako rezerwowe. Przewód magistralny wraz z dołączonymi do niego urządzeniami zasilany jest napięciem stałym 24VDC typu SELV (Safety Extra Low Voltage). 3. Sterowanie EIB 3.1. System sterujący różnorodnymi urządzeniami instalowanymi w budownictwie ma bardzo wiele zastosowań. Wymienić można jedynie przykłady: wspólne sterowanie systemami ogrzewania i oświetlenia pozwala realizować obniżanie temperatury w pomieszczeniach w których czujniki ruchu nie wykrywają obecności, ten sam zegar, sterujący załączaniem oświetlenia dowolnych fragmentów budynku, może równocześnie nie nakazywać obniżanie danej temperatury, czujki ruchu i czujniki otwarcia okna będące elementami systemów bezpieczeństwa mogą w określonym czasie służyć do sterowania oświetleniem i ogrzewaniem (otwarcie okna powoduje obniżenie poziomu danej temperatury, sygnał czujnika ruchu załącza oświetlenie), sterowanie poborem mocy szczytowej polegające na płynnym, niezauważalnym obniżaniu zużycia energii (np. poprzez chwilowe ściemniania źródeł światła lub nieznaczne obniżenie temperatury dowolnych pomieszczeń), zamknięcie drzwi na klucz uruchamia dowolnie określone przez użytkownika procedury wykonywane przez układy oświetlenia, ogrzewania, sterowania żaluzjami, 3.2. Podział urządzeń magistralnych ze względu na pełnione funkcje Ze względu na funkcje pełnione w systemie urządzenia magistralne (Aparaty EIB) dzieli się na sensory i aktory: Sensory to urządzenia sterujące, które przekształcają wielkości fizyczne (np. przyciśnięcie przycisku, natężenie oświetlenia, temperatury) w telegramy i wysyłają telegramy na magistralę. Sensorami są na przykład: Przyciski mogą pełnić różne funkcje w zależności od wybranej wersji programu aplikacyjnego. Przy pomocy przycisków możemy realizować np. sterowanie oświetleniem czy żaluzjami. Przyciśnięcie przycisku powoduje wysłanie telegramu na magistralę. Wejście cyfrowe odczytuje stan styków i w zależności od programu aplikacyjnego wysyłają na magistralę odpowiedni telegram. 4
Inteligentny budynek, systemy sterowania, programy komputerowe do obsługi i zarządzania. 5 Wejście analogowe służy do podłączenia do EIB standardowych mierników różnych wielkości fizycznych. Wejście przetwarza sygnał 0...10V, 0...20mA, 4...20mA na sygnał cyfrowy i w zależności od programu aplikacyjnego wysyła na magistralę odpowiednie telegramy Regulator temperatury przy współpracy z urządzeniem wykonawczym (np. wyjście cyfrowe, siłownik zaworu) pozwala utrzymywać zadaną dla danego pomieszczenia temperaturę. W zależności od odebranego z magistrali telegramu regulator może utrzymywać różne poziomy temperatury pomieszczenia. W ofercie ABB znajduje się przycisk Triton z regulatorem temperatury i wyświetlaczem, który poza standardowymi funkcjami regulatora realizuje funkcje przycisku sterującego oświetleniem lub żaluzjami. Czujniki ruchu i obecności wysyłają na magistralę telegramy, które mogą np. spowodować załączenie oświetlenia czy ogrzewania w pomieszczeniu. Zegar sterujący w zależności i zgodnie z ustalonym programem, wysyła na magistralę telegramy EIB, zawierające rozkazy 1 i 8- bitowe. Sygnały z zegara mogą np. wyłączać oświetlenie czy obniżać poziom utrzymywanej temperatury po godzinach pracy. Przyłącze antywłamaniowe monitoruje działanie detektorów, np. czujników zbicia szyby lub otwarcia okna i wysyła telegramy na magistralę. Aktory to urządzenia wykonawcze. Odbierają one telegramy wysyłane przez sensory, przetwarzają otrzymane rozkazy i wykonują określone czynności (np. łączenie lub ściemnianie). Aktorami są na przykład: Wyjście cyfrowe działa jak styk przekaźnika uruchamiany rozkazem z magistrali, który pozwala sterować urządzeniami elektrycznymi np. grupą lamp czy silnikiem wentylatora. Poza funkcjami takimi jak opóźnienie załączania lub wyłączania czy realizacją prostych funkcji logicznych między kanałami istnieje możliwość wysyłania na magistralę tzw. statusu, czyli informacji o stanie styków. Jest to informacja o stanie załączenia konkretnego kanału, czyli o załączeniu danego urządzenia. Sterownik żaluzji jest wyjściem binarnym do sterowania żaluzjami i roletami. Mamy tu do czynienia z dwoma trybami pracy. Jeden rodzaj telegramów magistralnych powoduje całkowite podniesienie lub opuszczenie żaluzji lub rolet, a drugi zatrzymanie rolet w trakcie opuszczania lub zmianę kąta nachylenia lamelek. Te dwa rodzaje telegramów wysyłane są najczęściej z przycisków odpowiednio po ich krótkim i długim naciśnięciu. Aktor załączająco - ściemniający umożliwia sterowanie oprawami świetlówkowymi wyposażonymi w elektroniczny statecznik do ściemniania świetlówek. Ściemniacz uniwersalny służy do płynnej regulacji lamp żarowych oraz halogenowych zasilanych z transformatorów elektronicznych lub konwencjonalnych. Sterownik ściemniacza produkcji ABB umożliwia sterowanie dwoma grupami ściemniaczy uniwersalnych. Każda z nich może składać się maksymalnie z 9 sztuk. Sterowanie może odbywać się przez magistralę lub przyciskami konwencjonalnymi. Przy zastosowaniu modułów rozszerzających ściemniaczy mamy do dyspozycji dwa kanały, z których każdy może sterować grupą opraw o mocy do 27kW. Wyświetlacze wyświetlają komunikaty. Niektóre mają możliwość modyfikacji pokazywanych wartości np. wyświetlenie i zmiana wartości natężenia oświetlenia ściemniacza. 5
Inteligentny budynek, systemy sterowania, programy komputerowe do obsługi i zarządzania. 6 3.3. Jak pracuje magistrala EIB W instalacji konwencjonalnej odbiory elektryczne są załączane przyciskami i wyłącznikami zainstalowanymi bezpośrednio w obwodzie elektrycznym. (patrz rysunek 1). W systemie EIB jest inaczej. Polecenia są wysyłane przez sensory (np. przyciski, czujniki ruchu itd.) po dwużyłowym kablu i odbierane przez aktory. Aktory wykonują otrzymane rozkazy i na przykład załączają obwód (patrz rysunek 2). 6
Inteligentny budynek, systemy sterowania, programy komputerowe do obsługi i zarządzania. 7 3.4. Co to oznacza w praktyce Instalacja EIB ma liczne zalety: duże oszczędności energii związane z eksploatacją budynku. wygoda, bezpieczeństwo niezawodność działania, odporność na awarie tylko jeden, wspólny przewód kontrolny (system jest przejrzysty, oszczędności na okablowaniu, mniejsze ryzyko pożaru, łatwy i tani serwis). Obciążenie elektryczne może być załączane niezależnie od obwodu elektrycznego ( np. oświetlenie w korytarzu może być załączane z pokoju lub z jakiegokolwiek innego miejsca w domu). Stan załączenia obciążeń elektrycznych może być sygnalizowany na tablicy synoptycznej, ekranie komputera lub wyświetlaczu LCD. System pozwala na realizację funkcji logicznych, które mogą one być zaprogramowane tak, by wykonywane były automatycznie. (np. jeżeli natężenie oświetlenia spada poniżej pewnej ustalonej wartości po godzinie 18:00, żaluzje opuszczają się i jest załączane światło w korytarzu na 80% maksymalnego natężenia). Obciążenie elektryczne może być załączane przez kilka sensorów i nie komplikuje to oprzewodowania instalacji. konkurencyjna w stosunku do systemów konwencjonalnych cena (w przypadku bardziej kompleksowych instalacji). Możliwa jest współpraca urządzeń EIB pochodzących od różnych producentów. Powiązania funkcjonalne między aktorami i sensorami mogą być w dowolnej chwili modyfikowane i dostosowywane do indywidualnych wymagań. 4. Komputerowe zarządzanie EIB 4.1. Komputerowa wizualizacja EIB Aby wykorzystać wielorakie możliwości EIB w sposób prosty i przejrzysty oraz realizować bardziej kompleksowe zadania w zakresie sterowania można zastosować tablicę synoptyczną lub komputer. Sporządzona według wymagań klienta tablica synoptyczna, umożliwia szybkie zorientowanie się w aktualnym stanie wszystkich odbiorników, np. w chwili opuszczania domu lub w przypadku awarii i ewentualnej konieczności interwencji. Alternatywnie może być dokonana również wizualizacja przy pomocy komputera lub wyświetlacza. Oprogramowanie wizualizacyjne umożliwi ogarnięcie tego jednym spojrzeniem. Jest ono proste w obsłudze, umożliwia graficzne przedstawienie na monitorze komputera każdego pomieszczenia i każdej kontrolowanej instalacji. Przez klikniecie w symbole odbiorów w każdej chwili istnieje możliwość interwencji np. załączenia w programie wizualizacyjnym grupy lamp lub innego odbiornika. Przydatne jest do rutynowej kontroli oraz jako system ostrzegawczy. Także w zakresie utrzymania i serwisu instalacji wizualizacja jest ekonomiczna. Na monitorze komputera pokazywane są kontrolowane wielkości pomiarowe (takie jak przepływ, temperatura chłodziwa, ciśnienie oleju itp.), informacje o awariach i nieprawidłowościach. Pozwala to zaoszczędzić w ciągu roku na personelu 7
Inteligentny budynek, systemy sterowania, programy komputerowe do obsługi i zarządzania. 8 kontrolnym i serwisowym pokaźnych kwot. Dobór odpowiednich urządzeń umożliwia klientowi zdalne sterowanie całego systemu także przez Internet, SMS oraz WAP. 4.2. Wprowadzenie do programu ETS Do zaprojektowania, uruchomienia i późniejszego serwisowania instalacji niezbędny jest program narzędziowy ETS2 (European In-stallation Bus Tool Software). Jest to standardowy program do instalacji systemu EIB, rozprowadzany przez zrzeszenie producentów urządzeń do systemu EIB - EIB A. Program ETS jest przeznaczony do pracy w środowisku Windows, standardowo w trzech wersjach językowych - niemieckiej, angielskiej i francuskiej. Instaluje się go i uruchamia w sposób identyczny z innymi programami pracującymi w tym środowisku. Minimalne wymagania sprzętowe to: komputer PC z procesorem 486, 8 MB RAM, 40 MB pamięci dyskowej, monitor kolorowy 14", myszka. 4.3. Cechy dobrego komputerowego systemu nadzoru nad systemami w inteligentnym budynku O jakości systemu sterowania i monitoringu świadczy łatwość i możliwości obsługi operatorskiej. Przypatrując się komputerowemu stanowisku operatorskiemu warto zwrócić uwagę na następujące kwestie: - możliwość programowego powiązania różnych systemów, - nawigacja w systemie, przejrzystość i jednoznaczność określenia aktualnej pozycji operatora w systemie, - możliwość tworzenia i zmiany grafik podczas pracy systemu, - możliwość dostępu do poszczególnych punktów wejść/wyjść obiektowych, interaktywny kontakt ze sterownikami (możliwość zmiany programu z poziomu stanowiska operatorskiego), - możliwość tworzenia programów czasowych, sterowanie globalne, - funkcje alarmowe, możliwość przenikania stanów alarmowych przez wszystkie aplikacje, - funkcje raportowania, możliwości tworzenia raportów zgodnie z potrzebami klienta, 8
Inteligentny budynek, systemy sterowania, programy komputerowe do obsługi i zarządzania. 9 - trendy, ich skalowalność, możliwość wykorzystania programów Microsoft Office, - poziomy dostępu operatora, segregacja informacji wizualnych i alarmów dla poszczególnych operatorów i stacji operatorskich, - możliwość przedstawienia konfiguracji sprzętowej systemów. Dotychczas ekonomicznie uzasadnionym rozwiązaniem było wybranie jednego dostawcy, który potrafił zapewnić skuteczną integrację wszystkich podsystemów lub w przypadku bardzo dużych przedsięwzięć inwestycyjnych skutecznym rozwiązaniem okazywało się tworzenie rozwiązań doraźnych, których koszt był relatywnie mały wobec skali całego zadania inwestycyjnego. Oczekiwania użytkowników i postęp technologiczny stworzyły nową jakość, która jest określana mianem systemów otwartych. Mówiąc z pewnym uproszczeniem systemy otwarte charakteryzują się otwartym protokołem komunikacyjnym, który daje możliwość zestawienia w jeden system urządzeń różnych producentów. Z punktu widzenia użytkownika otwartość systemów może być zdefiniowana jako elastyczność w wyborze spośród oferty dostawców systemów budynkowych najlepszych produktów, systemów i usług za optymalną cenę. 9
Inteligentny budynek, systemy sterowania, programy komputerowe do obsługi i zarządzania. 10 5. Literatura Paweł Petykiewicz Nowoczesna instalacja w inteligentnym budynku Internet: http://www.energopol-soft.com.pl/inteli.htm http://www.honeywell.com.pl/automatyka_budynkow/z_prasy/puls_biznesu/ http://www.anko.torun.pl/ibudynek/ http://www.honeywell.com.pl/automatyka_budynkow/z_prasy/praktyczne_rady/ http://www.iss.pl/index.php/plain/content/view/full/150 http://www.elektroinstalator.com.pl/artyk/2005-05/44_inteligentny.htm http://www.gesis.ccpartners.pl/gesis6.htm http://www.plug.com.pl/index.php?option=com_content&task=view&id=30&itemid=1 http://www.honeywell.com.pl/automatyka_budynkow/z_prasy/tendencje_rozwoju/ http://www.elektronics.com.pl/content/view/eib_-_inteligentny_budynek,38/eib_- _Inteligentny_Budynek,71/ + załącznik 10