Полезное

Для диспетчеризации основным ядром и сердцем системы являются контроллеры, которые представляют собой миникомпьютеры и  могут иметь как модульную структуру, так и реализованы в виде «все в одном». Такие контроллеры обычно используются для малых зданий или индивидуальных систем – они позволяют подключить все необходимые датчики, приводы, исполнительные механизмы, но при этом имеют ограничения по информационной емкости. Информационная емкость контроллера определяется количеством входов и выходов. Всего существует четыре типа сигналов – аналоговые входы/выходы и цифровые входы/выходы. Любая система автоматизации представляет собой комбинацию этих четырех типов сигналов.
  К периферийному оборудованию которым управляют контроллеры относятся всевозможные  исполнительные механизмы, которые воздействуют на клапаны, заслонки и т. п. Однако помимо этих слаботочных механизмов необходимо осуществлять управление оборудованием, являющимся мощным потребителем энергии и требующим внешнего источника питания – двигателями вентиляторов, циркуляционными насосами и т. д. Управление силовыми нагрузками осуществляется посредством электрических шкафов. С точки зрения силовой части существует два типа компоновки систем. Использование той или иной компоновки определяется организацией и структурой службы эксплуатации заказчика. Если на объекте существуют две службы эксплуатации, одна из которых отвечает за системы автоматизации, а другая за системы электроснабжения, то возможна раздельная компоновка шкафов автоматики и силовых электрических шкафов. Возможны также комбинированные щиты автоматики, поскольку в настоящее время существует оборудование, которое позволяет производить установку контроллеров автоматики непосредственно в шкафы управления. В этом случае контроллеры должны отличаться хорошей помехозащищенностью от воздействия сильных электрических полей. Преимуществом является сокращение кабельной продукции и промежуточных клеммных соединений (в случае отдельных силовых шкафов и шкафов автоматики необходимо соединение их между собой кабельными трассами), что в конечном итоге повышает надежность системы при снижении стоимости диспетчеризации.

Следующим этапом автоматизации является создание диспетчерского пункта, представляющего собой, как правило, персональный компьютер серверного класса либо рабочую станцию с определенным набором программного обеспечения. В этом случае встает вопрос выбора протокола обмена информацией.

Некоторое время назад производители оборудования автоматизации использовали свои внутренние закрытые протоколы, поэтому, однажды установив Siemens заказчик был вынужден использовать оборудование того же производителя и для автоматизации других систем. Сейчас многоие производители уходят от закрытого лицензионного софта в сторону открытого протокола CODESYS.  В нынешних реалиях на любом крупном объекте будет установлен некий набор оборудования различных производителей, каждый из которых будет комплектовать свои системы отдельными контроллерами. Например, холодильная машина – законченное устройство с собственной системой управления, работающее в автономном режиме, но при ее эксплуатации есть ряд параметров, необходимых службе эксплуатации для контроля работоспособности оборудования и выполнения сервисных функций. Как всегда встает вопрос обмена информацией между оборудованием различных производителей. Для этого возможно использование ряда популярных протоколов – ModBas, RS485, BАСnet, LON и т.д.

Используемые протоколы обмена информацией могут быть определены на уровне технического задания, либо может быть непосредственно определен производитель оборудования (поскольку заказчик заранее знает, с каким оборудованием он работает, он может в техническом задании определить, например, фирму-производителя щитов управления приводами насосов). Если оборудование работает в автономном режиме, то в принципе не важно, каким будет протокол обмена. Но если есть необходимость в создании диспетчерской службы, все системы должны интегрироваться и должно создаваться единое информационное поле. В этом случае поставляемые устройства снабжаются определенным набором файлов, создается база данных устройств и по шине связи предоставляется доступ к любому устройству.

Простейшая шина связи представляет собой одну пару проводов. К шине связи предъявляются требования помехоустойчивости. Существует программное обеспечение различных уровней. В зависимости от типа системы будет выбран простой или более сложный (и более дорогой) пакет, поддерживающий расширенный набор интерфейсов. Уже на этапе составления технического задания заказчик должен определить, какую структуру системы автоматизации он хочет получить и до какой степени детализации он хочет эту структуру реализовать, поскольку в некоторых случаях достаточно автономного режима работы инженерного оборудования. Другой вариант – если заказчик сам эксплуатирует объект. В этом случае он заинтересован в снижении эксплуатационных расходов и может реализовать более сложную систему управления инженерным оборудованием, позволяющую за счет более гибкого регулирования параметров микроклимата снижать затраты энергии на климатизацию объекта. Для обеспечения надежности и безопасности необходимо соблюдать «правило целостности системы». В этом случае любая вентиляционная установка, кондиционер рассматривается как законченная система, которая может функционировать в автономном режиме. Для этого каждая отдельная система должна управляться одним контроллером. Современное оборудование автоматизации позволяет осуществлять управление, например, несколькими кондиционерами посредством одного контроллера. Не стоит забывать,что цикл опроса одного контроллера гораздо меньше, чем нескольких контроллеров по шине связи, т. е. при использовании нескольких контроллеров время реакции системы увеличивается. При проектировании системы автоматизации заказчику следует учитывать, критична ли такая задержка для данной системы.

Сопряженные системы должны, по возможности, управляться одним контроллером, поскольку при использовании разных контроллеров, объединенных шиной связи, в случае обрыва шины связи система станет неработоспособной (не могут быть запрошены требуемые параметры и т. д.). В случае использования одного контроллера система может работать в автономном режиме и при обрыве шины связи. По этим же причинам системы как можно меньше глобализуются – их стараются разделять на отдельные сегменты, каждый из которых может работать автономно. В случае выхода из строя одного из сегментов системы другой сегмент остается работоспособным. С другой стороны, некоторые системы выгоднее глобализовать: например, для измерения температуры наружного воздуха нет смысла ставить отдельные датчики для каждой системы, для обеспечения работы которой требуются такие данные. Обычно для измерения этого параметра используются два датчика, один из которых располагается на северной стороне здания, а второй – на южной. Измеренные температуры усредняются по определенному алгоритму, причем учитываются время измерения (дневные и ночные температуры), время года (режимы «зима» и «лето») и т. д., что позволяет избежать резких изменений режимов работы оборудования в случае кратковременных колебаний температуры наружного воздуха. Затем эти данные о температуре наружного воздуха могут быть использованы всеми системами, для работы которых необходима такая информация. При увеличении количества физических точек увеличивается поток передаваемой информации, поэтому в случае крупных объектов для снижения трафика используется система распределенных серверов. Здание разбивается на сегменты. При использовании древовидной структуры (сервер и несколько рабочих станций) сервер для повышения надежности резервируется – устанавливается резервный сервер с зеркальной базой данных. При использовании распределенных серверов идеология построения системы меняется – выделяется отдельный сегмент системы, и для этого сегмента ставится сервер на некоторое количество физических точек. Для данного сегмента возможна любая степень детализации. От рабочих станций на сервер поступают перекрестные запросы по IP-протоколу, что снижает трафик и в этом случае пропускная способность сети гораздо выше.

В настоящее время среди специалистов нет единого мнения, какие здания могут называться «интеллектуальными», и в чем отличие «интеллектуального здания» от высокоавтоматизированного здания с развитой системой автоматизации и диспетчеризации. С другой стороны, зачастую нет реальной необходимости в установке высокоавтоматизированных и тем более «интеллектуальных» систем управления. В результате в настоящее время в России реализовано лишь несколько объектов, которые можно отнести к «интеллектуальным».
Наличие единого информационного поля (определенный набор датчиков, сигналов и т. д.) позволяет добиться любого уровня «интеллектуальности» здания. Математическая модель в этом случае представляет собой объемную матрицу, и вариант выборки действий из этой матрицы может быть сколь угодно велик. Однако даже в высокоавтоматизированном здании часть функций может не использоваться в силу отсутствия в них реальной потребности.
С точки зрения автоматизации можно выделить три сегмента: автоматика для малоэтажных жилых домов, автоматика для жилых и общественных зданий и сооружений, автоматика для промышленных зданий. Идеология построения систем автоматизации для этих сегментов одна и та же. Идеология «умного дома» подразумевает, как правило, коттедж «элитного» класса. Однако зачастую в организации единого информационного поля таких объектов нет необходимости. Для этого сегмента есть готовые решения, которые не требуют дорогостоящего инжиниринга. Например, коттедж фактически можно рассматривать как отдельный тепловой пункт, обслуживающий несколько контуров (контур теплого пола, контуры отопления первого и второго этажей и т. д.), соответственно, есть готовый контроллер, предназначенный для решения этих задач. Такие контроллеры подразумевают фиксированную комбинацию подключаемого периферийного оборудования и требуют простейшую пусконаладку. В рамках одного дома нет необходимости в организации шины данных и т. д., хотя с технической точки зрения это вполне осуществимо.
При реализации системы автоматизации оценивается воздействие солнечной радиации, освещенность, температура, наличие людей в помещении, и в результате обработки этой информации осуществляется управление фэнкойлами, осветительными приборами и жалюзи. Набор этих функций позволяет очень гибко осуществлять управление микроклиматом путем подбора различных комбинаций режимов работы устройств, что препятствует перегреву помещений и одновременно снижает нагрузку на систему кондиционирования. Однако вряд ли реализация данной функции в отдельном здании позволяет назвать его «интеллектуальным».

При строительстве элитного жилья и офисных помещений высокого класса компания ControllerGroup использует так называемый «зональный контроль». В этом случае в здании организуется общеобменная вентиляция, которая обеспечивает приточным воздухом большую часть помещений. Локально, посредством доводчиков, в каждой отдельной зоне обеспечивается заданная температура воздуха (например, в офисном помещении рядом могут находиться кабинет руководителя и большое офисное пространство, разделенное открытыми перегородками, и требования к микроклимату этих двух зон могут различаться). В качестве доводчиков, как правило, используются системы на базе фэнкойлов, потолочных либо настенных, но могут применяться и иные решения, например, охлаждающие потолки, балки.
Доводчики комплектуются контроллерами (такие контроллеры выпускаются как фирмами-производителями доводчиков, так и фирмами, специализирующимися на производстве систем автоматики), посредством которых и осуществляется управление для установки требуемой температуры в данной зоне.

Также среди наших заказчиков получи широкое применение еще один тип управления параметрами микроклимата – системы VAV (Variable Air Volume) – системы с переменным расходом воздуха. Эта система очень привлекательна с точки зрения экономии энергии. Помимо регулирования температуры воздуха в помещении, эта система обеспечивает заданный перепад давления, что позволяет, например, не допустить перетекания загрязненного воздуха в смежные помещения. Исходя из этого обстоятельства, возможные области применения систем с переменным расходом воздуха – опасные производства, химические лаборатории, больницы. Это связано с тем, что в случае использования такой схемы определенные ограничения накладываются на поставщика воздуха, т. е. на вентиляционную систему. В этом случае необходимо обеспечить требуемое статическое давление в воздуховоде. Зональное регулирование происходит за счет двух исполнительных механизмов в каждой комнате – одного на притоке, одного на вытяжке.
Если в комнате нет людей (что определяется по датчику движения, ручной установкой режима «Не занято» или с диспетчерского пульта и т. п.), то закрываются обе заслонки, воздухообмен при этом равен нулю. В подающем воздуховоде, в свою очередь, начинает нарастать давление, поэтому необходимо устанавливать датчики статического давления. При нарастании давления система начинает сбрасывать обороты, для чего используются приточные улитки с переменным расходом воздуха или инверторное управление. Необходимость использования подобных устройств приводит к усложнению и удорожанию системы вентиляции. Однако такое удорожание быстро окупается за счет экономии энергии на подогрев или охлаждение воздуха.

Ранее были распространены фэнкойлы с простым термостатным управлением (соленоидный клапан). Такое управление позволяло обеспечивать заданную температуру воздуха только в одном помещении (технология подключения – один модуль управления на один фэнкойл). Это обстоятельство вызывало определенные проблемы при климатизации помещений очень большого объема, микроклимат в которых обеспечивался несколькими установками. С точки зрения автоматизации помещения большого объема определяются как одна климатическая зона, в которой должен быть один температурный режим, а количество исполнительных механизмов для обеспечения этого режима достаточно большое. В этом случае все исполнительные механизмы оснащаются отдельными контроллерами, связанными между собой общей шиной, но при этом один контроллер работает в режиме «Master», а остальные, соответственно, – в «Slave», т. е. реализуется так называемая «групповая логика». Температурный модуль (модуль управления) устанавливается один на зону, но управляет работой нескольких устройств. Ограничение на общее количество устройств накладывается используемым протоколом. Например, протокол LON позволяет управлять работой до 60 устройств в одном сегменте.

Одной из особенностей построения инженерных систем зданий в нашей стране, связанное, главным образом, с менталитетом, является особое положение службы безопасности объекта. Служба безопасности, как правило, уже на уровне технического задания требует ограничения доступа ко всему, что связано с безопасностью, т. е. инженерные системы отделяются от систем контроля доступа, охранного телевидения и т. д. Зарубежный опыт показывает, что очень выгодно использовать комплексные решения, когда, например, один датчик используется и в системе контроля доступа, и в системе климатизации, и для управления освещением. В настоящее время существующие технологии позволяют гибко реализовать подобную концепцию. В частности, один из объектов в нашей стране, на котором такая концепция реализована, – центральный железнодорожный вокзал одного из областных центров России, где была разработана комплексная система высокого уровня, включавшая, помимо устройств автоматизации и диспетчеризации инженерного оборудования систему безопасности в виде охранного телевидения, охранную систему, пожарную сигнализацию. В итоге на одном мониторе можно отслеживать и параметры работы инженерных систем, «картинку» с охранного телевидения и прочую информацию. В случае, например, возникновения пожара, при срабатывании пожарной сигнализации определена (запрограммирована соответствующими скриптами) вся последовательность действий по локализации возгорания, что значительно уменьшает влияние «человеческого фактора» в данной экстраординарной ситуации. Таким образом, с технической точки зрения система безопасности может быть объединена с системой автоматизации оборудования климатизации. Один аспект подобного объединения – совместное использование датчиков, например, для определения нахождения людей в отдельных зонах.

Второй аспект – система безопасности, она накладывает определенные требования на систему климатизации, например, введение пожарного режима должно привести к отключению систем вентиляции, включению подпора воздуха в задымленную зону и т. д. Как правило, эти функции реализовываются на уровне силовых щитов (релейные цепи), но при этом система автоматизации в обязательном порядке получает дублирующий сигнал о введении пожарного режима, иначе остановка оборудования будет интерпретирована как авария данного оборудования со всеми вытекающими последствиями.

В процессе проектирования системы автоматизации особое внимание следует уделять сопряжению этой системы с системой электроснабжения здания. Техническое задание на систему автоматизации выдается разработчикам систем автоматизации, но достаточно часто не доводится до сведения разработчиков систем электроснабжения, или разработчик систем электроснабжения не учитывает пожелания разработчиков систем автоматизации. В результате, например, управление освещением осуществляется от одного датчика, никак не связанного по шине связи с общей системой управления, и при выходе этого датчика из строя освещение будет гореть постоянно, а данную неисправность будет сложно оперативно локализовать.