Elektryczne Systemy
Inteligentne
Studia dzienne
Wydział Elektrotechniki i
Informatyki
Elektryczne Systemy
Inteligentne
Studia dzienne
Wydział Elektrotechniki i
Informatyki
Definicje inteligentnego
budynku
• Inteligentny budynek łączy w sobie różnego
rodzaju innowacje technologiczne lub inne, oraz
dzięki sprawnemu zarządzaniu maksymalizuje
zwrot kosztów całej inwestycji.
• Inteligentny budynek to taki, który zapewnia
wysoką produktywność oraz wydajne środowisko
pracy poprzez optymalizację jego podstawowych
elementów
struktury,
systemów,
usług
i
zarządzania i powiązań między nimi.
• Inteligentne budynki pomagają właścicielom,
menadżerom oraz użytkownikom zrealizować
własne cele w zakresie kosztów eksploatacji,
komfortu, wygody, bezpieczeństwa, elastyczności
oraz stałej obecności na rynku.
Definicje inteligentnego
budynku c.d.
• Inteligentny Budynek to taki, który stwarza środowisko
maksymalizujące wydajność osób w nim przebywających
i jednocześnie pozwala na efektywne zarządzanie
zasobami, przy minimalnych kosztach operacyjnych.
• Inteligencja domu zawarta jest w nim samym, w jego
usytuowaniu,
rozwiązaniach
przestrzennych,
architektonicznych, materiałowych.
Określenie budynek inteligentny związane jest zarówno
z konstrukcją budynku jak i jego wyposażeniem
technicznym. Dotyczy przede wszystkim inteligencji
układów
sterowania
i związanych z nim urządzeń, sterowanych optymalnie.
Co to znaczy inteligentny budynek? Jaki budynek
możemy
nazwać
inteligentnym?
Jeśli budynek jest wyposażony w systemy: alarmowy, klimatyzacji,
ogrzewania, wentylacji, sterowania oświetleniem, roletami,
żaluzjami, markizami to NIE ZNACZY, że jest inteligentny.
Inteligencja budynku polega na tym, iż wyżej wymienione
systemy są zintegrowane, tzn. każdy system dysponuje informacją
o każdej zmianie stanu innego systemu. Na przykład, jeżeli czujka
dymu
wykryje
w budynku pożar to nie tylko włączy się alarm, ale również
zostanie wysłany sygnał do systemu klimatyzacji i wentylacji. Ten
zachowując się inteligentnie zapobiega rozprzestrzenianiu się
pożaru poprzez wytworzenie podciśnienia w pomieszczeniach nim
objętych. Inny przykład: gdy mamy opuszczone markizy i otwarte
okna dachowe a czujnik wiatru wykryje, iż jest on zbyt silny -
informacja ta dotrze do systemu sterowania markizami i oknami,
które zostaną automatycznie zamknięte.
Definicje inteligentnego
budynku cd.
• Budynek, który dzięki swej konstrukcji i wyposażeniu
spełnia wymagania energooszczędności wynikającej z
zarządzania
pracą
odbiorników
energii
oraz
zapewniający wygodę użytkowania nazywa się
Budynkiem Inteligentnym.
Podstawowe cechy budynku inteligentnego:
Podstawowe cechy budynku inteligentnego:
Sieć komputerowa
Telekomunikacja
Sterowanie
Bezpieczeństwo
Wnętrza
Topologia sieci w domu
przyszłości
Wszystkie systemy zainstalowane w
budynku możemy podzielić na trzy
podstawowe grupy:
• Podsystemy zabezpieczenia i nadzoru, chroniące
życie, zdrowie oraz mienie na terenie budynku.
• Podsystemy
sterowania,
zwiększające
funkcjonalność
i komfort obiektu.
• Systemy
zarządzające
wymienionymi
podsystemami.
Integracja to współdziałanie komponentów
systemu, polega na wspólnym wykorzystaniu
urządzeń albo pasma transmisyjnego.
Podstawowe cechy systemu
zarządzania
•
Otwartość
na
podsystemy,
czyli
zdolność
do
komunikowania się z podsystemami innych producentów.
•
Skalowalność, czyli możliwość budowy bardzo małych jak i
bardzo dużych systemów.
•
Bezawaryjność i pewność działania.
•
Bezpieczeństwo, czyli odporność na sabotaż z zewnątrz jak
i wewnątrz systemu.
•
Łatwość obsługi, czyli przyjazny interfejs.
Dokładna
struktura
zintegrowanego
systemu
zarządzania nie jest określona, zależy od producenta
systemu.
Główne typy podsystemów wchodzące
w skład budynku inteligentnego
I. Podsystem sterowania i nadzoru instalacji technicznych.
• podsystem ogrzewania;
• podsystem wentylacji;
• podsystem klimatyzacji;
• podsystem sterowania oświetleniem;
• podsystem monitorowania zużycia wody, prądu, gazu.
II. Podsystem
centralnego
monitoringu
instalacji
bezpieczeństwa.
• podsystem wykrywania i sygnalizacji pożaru;
• podsystem sygnalizacji przeciwwłamaniowej;
• podsystem kontroli dostępu;
• podsystem telewizji dozorowej;
• podsystem nagłośnienia ewakuacyjnego.
III. System zintegrowanego zarządzania.
• podsystem wizualizacji;
• centralne sterowanie podsystemami
Zaawansowanie integracji systemów
budynkowych możemy podzielić na
cztery poziomy:
• 1 poziom, najniższy stopień integracji. W instalacjach,
każdy system stanowi odrębną całość, komunikacja
między systemami możliwa jest poprzez zastosowanie
fizycznych połączeń.
• 2 poziom integracja podsystemów, za pomocą łącza
szeregowego, poprzez specjalny kontroler.
• 3 poziom obejmuje systemy, które połączone są ze
sobą za pośrednictwem lokalnej sieci komputerowej.
• 4 poziom odnosi się do systemów, w których wszystkie
urządzenia podłączone są do wspólnej magistrali
systemowej.
Klasyfikacja systemów zarządzania
budynkami inteligentnymi pod
względem ich złożoności
Klasyfikacja systemów zarządzania
budynkami inteligentnymi pod
względem ich złożoności c.d.
Kategorie instalacji budynków
inteligentnych
Kategorie instalacji budynków
inteligentnych c.d.
Połączenie klas i kategorii daje pełny obraz
integracji instalacji w inteligentnym budynku.
Przykładowo obiekt klasy „5A” oznacza budynek
w pełni inteligentny, natomiast „5B” oznacza
obecnie
najwyższy
standard
budynku
inteligentnego.
Korzyści wynikające z zastosowania
zintegrowanego systemu zarządzania
budynkiem
• maksymalizacja bezpieczeństwa
• większa funkcjonalności
• wzrost komfortu
• minimalizacja kosztów eksploatacji
• łatwa rozbudowa i modernizacja
Podział zintegrowanych systemów
• System
z
procesorami
funkcyjnymi
niezależnymi.
• System
z
procesorami
funkcyjnymi
niezależnymi, dołączonymi do procesora
głównego.
• System z procesorem wielofunkcyjnym i
wydzielonymi torami dozorowymi.
• System z procesorem wielofunkcyjnym i
torami
dozorowanymi
mieszanego
przeznaczenia.
System z procesorami funkcyjnymi
niezależnymi
Każdy z procesorów jest niezależny i przeznaczony
do przetwarzania niezależnych sygnałów.
System z procesorami funkcyjnymi
niezależnymi, dołączonymi do procesora
głównego
Niezależne podsystemy mogą być dołączone do
procesora głównego realizującego funkcje sterujące
i obrazującego informację.
Zalety systemów z niezależnymi
procesorami:
• Możliwość działania jako podsystemy niezależne
(w systemie bez procesora głównego).
• Potencjalnie najwyższa niezawodność.
• Koncentracja danych i ograniczenie personelu
(w systemie z głównym procesorem).
• Poprawa wydajności działania (w systemie z głównym
procesorem realizującym funkcje sterujące).
Wady tych systemów to:
• Wysoki koszt całego systemu zintegrowanego.
System z procesorem
wielofunkcyjnym i
wydzielonymi torami
dozorowymi
Zalety:
• Podstawowe zalety integracji.
• Możliwość
dokładniejszego
przedstawienia
monitorowanego
środowiska,
co
pozwala
na
sprawniejsze sterowanie i odpowiedzi na stany
alarmow
Wady:
• Integracja kilku funkcji w jednym procesorze może
znacząco zmniejszyć prędkość odpowiedzi na sygnały
dochodzące z systemu.
• Awaria wspólnych urządzeń sterujących i obrazujących
prowadzi do utraty więcej niż jednej funkcji.
System z procesorem wielofunkcyjnym i
torami dozorowanymi mieszanego
przeznaczenia
Zalety:
•
Obniżka
kosztów
okablowania
wynikająca
z
zastosowania tych samych kabli do sygnalizacji
różnych stanów.
•
Obniżka kosztów urządzeń, uzyskiwana poprzez użycie
wspólnych urządzeń wejściowo/wyjściowych.
•
Możliwość dokładnego przedstawienia środowiska
monitorowanego
pozwalająca
na
sprawniejsze
sterowanie i szybkie odpowiedzi na sygnały alarmowe.
•
Zmniejszenie
liczby
procesorów
i
urządzeń
obrazujących może zwiększyć niezawodność całego
systemu.
•
Połączenie wielu funkcji w jednym procesorze
zmniejsza liczbę połączeń między podsystemami, co
również ma wpływ na poprawę niezawodności całego
systemu.
Wady:
• Awaria wspólnych urządzeń sterujących i
obrazujących prowadzi do utraty więcej niż
jednej funkcji.
Zintegrowany system zarządzania i kontroli
dostępu.
Wymagania stawiane BMS:
• duża elastyczność (zmiana konfiguracji w ślad za
zmianą potrzeb);
• skalowalność (rozbudowa od małego do dużego
systemu, obejmującego wiele obiektów).
Ideą zarządzania inteligentnym budynkiem za
pomocą systemu BMS jest skoncentrowanie w
jednym miejscu wszystkich funkcji sterowniczych i
kontrolnych.
Interfejs użytkownika realizowany jest głównie
poprzez interfejs graficzny – GUI (ang. Graphics User
Interface), czyli oprogramowanie wizualizacyjne,
które pozwala na stałe monitorowanie stanu
wszystkich systemów oraz graficzne przedstawienie
na monitorze komputera każdego pomieszczenia i
każdej kontrolowanej instalacji.
Sfera działań BMS obejmuje:
• system kontroli dostępu;
• bezpieczeństwa;
• przeciwpożarowy;
• wykrywania dymu;
• oświetlenia;
• komunikacji;
• okablowania;
• zarządzanie eksploatacją i informacją;
• automatykę biurową;
• nadzór wind;
• kontrolę HVAC.
System komunikacji z protokołem
BACnet
• BACnet (ang. Building Automation and Control
Network) umożliwia współpracę i komunikowanie się
ze sobą różnych systemów automatyzacji budynków
różnych producentów oraz komunikowanie się ze
sterownikami i urządzeniami peryferyjnymi bez
stosowania modułów transalatorów.
• BACnet jest protokołem komunikacyjnym dla sieci
sterowania i automatyki budynków, służącym do
wymiany
danych
między
poszczególnymi
urządzeniami DDC (Direct Digital Control –
Bezpośrednie
Sterowanie
Cyfrowe)
systemów
zarządzania budynkiem.
System wentylacji ogrzewania i
klimatyzacji
• Sterowanie wentylacją zgodnie z zapotrzebowaniem
obejmuje kilka różnych procedur, stosowanych w
zależności od typu budynku. Zaliczamy do nich:
kontrolę punktową, kontrolę proporcjonalną,
kontrolę opartą na tempie zwiększania się
stężenia CO2.
• Obiekty, w których zastosowana jest wentylacja
mechaniczna, wyposaża się również w podsystemy
klimatyzacyjne, które mają za zadanie utrzymanie
zadanej temperatur.
System sterowania oświetleniem
Urządzenia sterujące oświetleniem powinny
wykonywać następujące zadania:
• sprzęganie światła naturalnego z oświetleniem
sztucznym przy wykorzystaniu do maksimum
oświetlenia dziennego;
• oświetlanie tylko tych obszarów lub pomieszczeń,
w których aktualnie przebywają ludzie;
• włączanie i wyłączanie źródeł światła.
System sterowania oświetleniem
c.d.
System sterowania oświetleniem ma możliwość:
• monitorowania podsystemów,
• kompatybilność
z
innymi
systemami
zarządzania
budynkiem,
• testowanie oświetlenia awaryjnego,
• programowanie czasowe ułatwia optymalne wykorzystanie
energii elektrycznej zużywanej na oświetlenie,
• w czasie przerwy lub poza normalnymi godzinami pracy
natężenie oświetlenia może być znacznie zredukowane za
pomocą ściemniaczy, do poziomu niezbędnego dla
personelu sprzątającego lub dla służb ochraniających
obiekt,
• realizacji wielu niezależnych funkcji.
System sterowania oświetleniem
c.d.
• Automatyczne urządzenia sterujące oświetleniem
wymuszają zmianę strumienia świetlnego źródła w
funkcji
zmiany
poziomu
natężenia
oświetlenia
pochodzącego od światła naturalnego, a także
wyłączają je, kiedy udział oświetlenia dziennego jest
odpowiednio wysoki.
• Detektory ruchu, stosowane w automatycznych
urządzeniach sterujących oświetleniem, powodują
wyłączenie oświetlenia lub ściemnienie do określonego
poziomu,
kiedy
w
danym
pomieszczeniu
lub
określonym obszarze nikt nie przebywa. Dzięki temu
można
znacznie
ograniczyć
zużycie
energii
elektrycznej.
System bezpieczeństwa
Kontrola dostępu jest pierwotna względem pozostałych
usług. Najlepsze, bowiem zabezpieczenia techniczne i
organizacyjno-administracyjne
budynku
będą
bezużyteczne, jeżeli proces przypisywania uprawnień
użytkownikom i ich kontrolowania będą wadliwe.
Integralność budynku gwarantują systemy sygnalizacji
pożarowej oraz sygnalizacji włamania i napadu.
Wspólne
zarządzanie
systemami
alarmowymi,
szczególnie w wielkich, inteligentnych budynkach,
prowadzi system integrujący, który między innymi
wspomaga działania osób odpowiedzialnych za
bezpieczeństwo szczególnie w przypadku pojawienia
się zagrożeń.
System bezpieczeństwa c.d.
Ochrona osób i zasobów powinna być realizowana za
pomocą podstawowych usług (podobnie jak w ochronie
informacji) określanych jako:
• kontrola dostępu (ang. access control) – ochrona przed
nieuprawnionym dostępem do stref i zasobów z
zachowaniem rygorów czasowych;
• integralność budynku (ang. building integrity) -
gwarancja
zachowania
zdrowia
i
życia
osób
przebywających w budynku oraz zabezpieczenie zasobów
przed zniszczeniem lub nieuprawnionymi zmianami;
• uwierzytelnianie (ang. authentication) - weryfikacja
tożsamości
użytkowników
poprzez
analizę
charakterystycznych cech;
• poufność (ang. confidentiality) - ochrona danych
(zasobów)
• przed nieuprawnionym uzyskaniem informacji.
System bezpieczeństwa c.d.
W
inteligentnym
budynku
możemy
wyróżnić
następujące elektroniczne systemy zabezpieczeń:
• system alarmowy sygnalizacji włamania (ang. IS -
Intrusion System),
• kontroli dostępu (ang. ACC - Access Control),
• telewizji dozorowej (ang. CCTV - Closed Circuit
Television),
• system sygnalizacji pożarowej (ang. FAS - Fire Alarm
System).
• nagłośnieniowo-ewakuacyjny
(ang.
PA
-
Public
Address).
Inne systemy:
•
Systemy centralnego sterowania i nadzoru instalacji
technicznych BAS (ang. Building Automation System).
•
Systemy centralnego monitoringu instalacji
bezpieczeństwa DMS (ang. Danger Management
System, nazywane też SMS – Security Management
System).