Достижения современной науки и техники существенно расширили возможности человека во всех сферах деятельности, однако наряду с этим и поставили перед ним ряд проблем, которые необходимо решать уже сейчас. Особенно это относится к рациональному использованию и сбережению различного рода ресурсов, прежде всего, энергетических. Значительно возросли и требования к удобству, комфорту деятельности человека, безопасности среды его обитания.
В первую очередь, это относится к тем объектам, з которых современный человек проводит большую часть своей жизни — жилым помещениям, домам, общественным и производственным зданиям. Часть из этих проблем (например, обеспечение безопасности) уже сейчас решается созданием отдельных систем. Однако комплексное решение проблемы уже в настоящее время может быть в достаточной степени осуществлено на основе концепции «интеллектуального дома» (ИД), различные варианты которой разработаны ведущими европейскими и американскими фирмами-производителями электротехнической продукции: ABB, Siemens (Германия), STROMFORS (Финляндия), американских фирм «Automated Logic» и «Andover Controls».
Понятие «ИД» — это обобщённый термин, под которым подразумевается квартира, жилой дом (коттедж), гостиница, общественное здание (медицинское, учебное, культурно-просветительное, торговое и т.п.), административное здание (офис), помещения и объекты производственного и непроизводственного (стоянки, склады и т.д.) назначения.
Точного определения «ИД» ещё не существует. Специалисты, работающие над созданием таких объектов, понимают под ИД автоматизированную систему с определённой, в зависимости от решаемых задач, структурой, вїостав которой входят:
— чувствительные элементы (датчики), контролирующие изменения среды, происходящие как снаружи, так и внутри здания;
— исполнительные устройства, реагирующие на сигналы от датчиков по линиям связи таким образом, чтобы исключить или ограничить до минимума вредные воздействия среды, обеспечить рациональное потребление ресурсов, в первую очередь, энергетических, создать комфортные условия для обитателей дома, обеспечить их безопасность;
— простые и легкодоступные органы управления. ИД—это новый качественный уровень в развитии автоматизированных и автоматических систем, применяемых в зданиях, возникающих в результате:
— комплексной оптимизации использования ресурсов различного рода;
— повышения экономичности содержания и эксплуатации здания;
— быстрого реагирования на новые требования пользователей за счёт адаптивности системы ИД;
— простоты и удобства управления и взаимодействия системы ИД с пользователями.
Реализация концепций ИД в Европе в настоящее время осуществляется, в основном, с использованием технологии Е1В (European Installation Bus — европейская инсталляционная шина), основанной на общеевропейском стандарте международной ассоциации Е1ВА, объединяющей производителей электротехнической продукции. Эта технология обеспечивает:
— совместимость продукции различных производителей;
— достаточно простое интегрирование ранее установленного в систему оборудования;
— гибкое и быстрое наращивание возможностей системы ИД, её адаптацию в соответствии с требованиями заказчика без существенных затрат на изменение уже существующих коммуникаций;
— минимизацию затрат на обслуживание дома после введения системы в эксплуатацию;
— выбор самых разнообразных технических решений при проектировании и создании системы ИД за счёт широкого ассортимента устройств (более 4000), серийно выпускаемых 111 производителями и совместимых с технологией EIB;
— уменьшение потребления энергии в пределах до 30%.
Технология Е1В позволяет использовать для связи между элементами, подсистемами ИД проводные каналы связи, силовые провода; телефонные и радиоканалы; инфракрасные сигналы; интерфейсы компьютерных сетей; оптоволоконные каналы. Эта технология также определяет единые общие требования к каналам связи, формату циркулирующей в ИД информации, принципы взаимодействия элементов ИД с пользователем.
Концепция «интеллектуального дома» США
В основу американской системы ИД заложено требование совместимости периферийного оборудования различных производителей (кондиционеры, обогреватели, насосные системы, дизель — электростанции и т.п.) и возможности управления территориально распределенными объектами с использованием информационной сети Интернет. Для этого была создана специализированная сеть BACnet (Building Automatisation and Control Network — автоматический контроль и управление зданием). BACnet является национальным стандартом США, он также принят и в качестве предварительного европейского стандарта (европейский стандарт CEN 247 для пользователей шины BACnet). Продукция производителей электротехнической продукции, работающих по стандарту CEN 247, обязана проходить сертификацию на совместимость с шиной BACnet. Перечень сертифицированных изделий размещается в Internet на сайге www.bacnet. association.com.
Сеть BACnet применяется в самых разнообразных зданиях и сооружениях: административных, промышленных, коммерческих и территориальных комплексах, лечебных и учебных учреждениях. Достижения США в развитии систем типа ИД можно проиллюстрировать на примерах автоматизированных систем американских фирм «Automated Logic» и «Andover Controls».
Так, система ИД «Aunomated Logic» может управляться извне через Internet. Она представляет собой сеть персональных компьютеров и контроллеров, связанных общей шиной BACnet по схеме типа «дерево» (могут быть и другие варианты). От датчиков (пожарной системы, системы освещения, управления вентиляцией, системы безопасности, различных приборов, измеряющих показатели и параметры каких-либо сетей, датчиков бойлерных и т.д.), а также исполнительных механизмов информация по шине BACnet поступает к различным контроллерам, основная функция которых заключается в ее обработке по определённым алгоритмам. Особо следует отметить, что удобство управления ИД «Automated Logic» обеспечивает «дружественный» интерфейс, представляющий на дисплеях информацию о состоянии здания в виде, очень удобном для пользователя. Система ИД «Automated Logic» обеспечивает как централизованное управление зданием, так и локальное управление его отдельными помещениями или системами.
Основой ИД, разработанного фирмой «Audover Controls», также служит сеть BACnet, В её состав входят различные типы датчиков, устройства управления и контроля, исполнительные механизмы и устройства регулирования. Эта система ИД обеспечивает погодное программное регулирование, управление автономной котельной, системами кондиционирования, электроосвещения, водоснабжения, локальными калориферами, управление через сеть Ethernet группами зданий.
Фирма «Andover Controls» вышла на европейский рынок (штаб-квартира находится в Англии, филиалы — в Германии, Франции, Италии, Ирландии, в Польше созданучебный центрр). Всего в мире насчитывается около 40000 объектов, оборудованных системой ИД этой фирмы.
Европейская концепция «интеллектуального дома»
Согласно этой концепции, ИД комплексно реализует такие основные функции, как контроль и управление климатом внутри ИД, электрооборудованием и освещением; контроль доступа в помещения различного назначения, контроль и управление телефонной связью, компьютерными сетями, контроль доступа к хранилищам информации и т.п.; обеспечение безопасности среды обитания; обеспечение индивидуального комфорта; обеспечение дополнительных услуг (например, удаленное взаимодействие с ИД, получение сведений о погоде и др.). По мнению специалистов, эффективность функционирования ИД можно оценить по таким показателям: оптимальность потребления энергоресурсов; уровень обеспечения безопасности (технологической, пожарной, охранной, санитарной); степень удовлетворения запросов потребителей (комфортность, производительность и качество труда и т.п.).
ИД структурно состоит из подсистем управления:
технических, безопасности, потребительских (в основном, это создание комфортных условий и дополнительных услуг).
В состав каждой из подсистем входят: устройства фиксации событий (каждое из которых в свою очередь состоит из датчика, приёмника и передатчика команд); интерфейсов для взаимодействия с другими подсистемами; исполнительных механизмов (вентилей, выключателей, задвижек и др.).
Все подсистемы обеспечивают с помощью датчиков регистрацию событий, информация о которых в виде команд по каналам связи передаётся на исполнительные механизмы.
В качестве типовых устройств фиксации событий могут использоваться датчики температуры, освещённости, движения, воды, огня, угарного и природного газа, концевики и контакты (фиксирующие открытие/закрытие окон, дверей, включение/выключение), таймеры (для отсчёта временных интервалов программ включения/выключения), счётчики электро — и теплоэнергии, расхода газа, воды и т.п.; голосовые распознающие устройства; устройства для идентификации действующих лиц по карточке, паролю, отпечаткам пальцев и пр.; видеокамеры для наблюдения, фиксации и обработки изображений.
К исполнительным устройствам, обеспечивающим выполнение команд, относятся: реле (например, для коммутации электроцепей; электро- и сервоприводы для открывания/закрывания вентилей, клапанов, заслонок, жалюзи, штор и т.п.; диммеры для плавной регулировки яркости искусственных источников света, цифровые команды, обеспечивающие выполнение «интеллектуальным» техническим устройством (например, персональным компьютером) определённого действия или режима функционирования.
Технические подсистемы управления осуществляют в определенных границах локальное управление устройствами, системами:
— вентиляции и кондиционирования воздуха (для регулирования температуры и влажности воздуха, поддержания параметров воздуха в пределах санитарных норм, перевода систем приточной и вытяжной вентиляции в энергосберегающие режимы работы в часы пониженных нагрузок, перевода этих систем в аварийные режимы функционирования в определённых ситуациях (например, удаление дыма; включение и выключение местных вентиляционно-кондиционирующих установок по заданным алгоритмам);
— тепло- и водоснабжения (котельной здания, поддержание тепловых режимов систем центрального и горячего водоснабжения; обеспечение стабильного давления в системах тепло- и водоснабжения; перевод этих систем в аварийные режимы работы, например, выключение насосов при резком падении давления в системе);
— электроснабжения (непрерывный контроль значений параметров электросети с сохранением данных при развитии аварийной ситуации для последующего контроля), а также положения коммутационных аппаратов узлов электросети, обнаружения аварийных и предаварийных ситуаций в питающей и распределительной сетях по выходу параметров на допустимые пределы, дистанционное управление коммутационными аппаратами и узлами электросети; автоматическое переключение на резервное или автономное электроснабжение при отключении или выходе из строя основного питания; постоянный контроль энергопотребления;
— освещения (плавная регулировка освещения в зависимости от времени суток, погоды, присутствия людей в помещении; управление жалюзи и шторами;
включение/выключение соответствующих режимов освещения: ночной, дежурный, аварийный, рабочий, имитация присутствия);
— возобновляемых источников энергии (контроль функционирования солнечных батарей, ветровых электростанций), выбор источника энергии в зависимости от погодных условий;
— телекоммуникационных подсистем (управление информационными каналами связи между ЕІВ-совместимыми устройствами; управление каналами передачи аудио- и видеосигналов; обеспечение телефонной и другой связи с внешним миром).
Подсистемы безопасности предназначены для ведения наблюдения за состоянием ИД, предотвращения и ликвидации аварийных и опасных ситуаций. Эти подсистемы контролируют работу технических подсистем. При этом для контроля и устранения аварийных ситуаций могут использоваться датчики, интерфейсы и исполнительные механизмы технических подсистем, если это не ухудшает работу подсистем безопасности.
К подсистемам безопасности, по мнению спец листов, относятся: подсистема контроля и управлеї электропотребителями (в первую очередь, это заі та людей от поражения электротоком, защита элерооборудования в аварийных режимах и т.п.); подсистема контроля и управления внутренним климаї (задымленности, запылённости, загазованности, температуры и других параметров воздушной среі. подсистема контроля водоснабжения (использоваї воды, отключение подачи воды, включение откачки воды при аварийных ситуациях); подсистемы охранной и пожарной сигнализации; подсистема контр’ состояния внешней среды (наблюдение погодных явлений и управление энергоресурсами в соответствии с состоянием окружающей среды); подсистема и контроля и управления доступом к ресурсам здания (обеспечивает идентификацию пользователей и сторонних лиц, контроль и ограничение доступа к основным техническим системам, оборудованию и аппаратуре здания и прилегающей к нему территории, видеонаблюдение); подсистема контроля детей (обеспечивает контроль присутствия детей дома, наблюдение за их перемещением по дому и прилегающей территории, наблюдение и ограничение доступа детей к технологическому оборудованию); подсистема контроля и обслуживания домашних животных (наблюдение за перемещением животных по wh прилегающей территории, ограничение доступа животных к технологическому оборудованию, автоматическое кормление). Три последних подсистемы, как правило, используют одни и те же технические устройства (например, видеокамеры, датчики движения и др.), но для решения различных задач.
Подсистемы создания комфортных условий и дополнительных услуг обеспечивают индивидуальные условия комфортности для пользователя в конкретной обстановке, а также предоставляют ему необходимую информацию. К ним относят подсистемы управления видео- и аудиоаппаратурой (например, управление режимами видео- и аудиоаппаратуры, подбор видео- и аудиокомпозиций под конкретного пользователя), устройства дополнительного индивидуального управления техническими подсистемами (например создание освещения в соответствии с требованиями пользователя («мягкий свет»), требуемой температуры в помещении, вентиляции и др.), подсистемы телеуправления персональным компьютером, средствами связи (посредством телефонной связи, мобильного телефона и т.д.).