Zainteresowanie inteligentnymi budynkami jest coraz większe i np. w Niemczech już blisko połowa nowo budowanych budynków wyposażonych jest w inteligentną instalację.
Budownictwo nie tylko na świecie, ale i w Polsce w ostatnich latach przechodzi pod względem instalacyjnym wyraźny postęp technologiczny. Coraz częściej mówi się o inteligentnych budynkach nie tyle z uwagi na komfort użytkownika, ile ze względu na bezpieczeństwo ludzi przebywających tych budynkach. Niemniej jednak nie każdy inwestor decyduje się na kompleksowe zastosowanie wszystkich modułów wchodzących w skład inteligentnego budynku. Od zawsze w budownictwie najwyższym priorytetem jest i była ochrona zdrowia i życia. Ochrona ta przekłada się na ochronę przeciwpożarową i przeciwwybuchową. Z punktu widzenia bezpieczeństwa ochrony mienia stosuje się zintegrowane systemy kontroli dostępu, monitoringu oraz systemy ochrony antywłamaniowej. Jeśli dodać do tego całą sieć teleinformatyczną oraz system zasilania, to mamy rdzeń całego inteligentnego „systemu nerwowego” budynku. W skład systemu zasilania budynku mogą wchodzić:
– Rozdzielnice wraz z wyposażeniem, instalacja elektryczna oświetleniowa i zasilanie w gniazdkach, zdalne sterowanie obwodami.
– Zasilanie rezerwowe oświetleniowe – zazwyczaj brane jest z generatorów prądu włączonych do rozdzielnicy za pomocą SZR (samoczynne załączenie rezerwy); generatory, w zależności od mocy, są włączane ręcznie lub automatycznie (z użyciem akumulatorów i rozruszników).
– System UPS (zasilanie napięcia gwarantowanego używanego w sieci strukturalnej). Sieć strukturalna jest elementem sieci logicznej budynku i nie jest elementem instalacji inteligentnego budynku, ponieważ jest to sieć techniczno-biurowa rządząca się własnymi prawami, a jedynym elementem wspólnym jest zasilanie UPS, które może być wykorzystywane do awaryjnego zasilania wszystkich modułów magistrali EIB, oczywiście po przetworzeniu napięcia z 230 V AC na 24 V DC.
© Danilo Rizzuti – Fotolia.com
Wystarczy, aby na odpowiednim etapie producenci poszczególnych układów, wchodzących w skład systemów, umieli uzgodnić między sobą protokół komunikacyjny, tworząc niejako fundamenty bardzo złożonego systemu do zbierania informacji, przetwarzania jej oraz wygenerowania odpowiedzi w postaci komunikatu na panelu operatorskim czy podania sygnału sterującego zgodnego z algorytmem działania. Wszelki przepływ informacji w postaci bitów danych, jakie płyną po obwodach magistrali, musi odbywać się według ściśle określonych reguł i procedur. Odpowiednia struktura i forma tych danych stanowi właśnie protokół komunikacyjny. Dzięki niemu jest możliwa wszelka komunikacja i wymiana danych między poszczególnymi modułami systemu połączonymi ze sobą za pomocą magistrali danych. Moduły mogą pochodzić od każdego producenta, który uzyskał certyfikat zgodności ze standardem KNX. KNX jest otwartym standardem dla wszystkich rodzajów instalacji sterujących w budynkach od sterowania oświetleniem i żaluzjami do różnych systemów bezpieczeństwa, przeciwpożarowego, ogrzewania, wentylacji, klimatyzacji, monitoringu, instalacji alarmowych, sterowania instalacjami wodnymi, zarządzania energią, pomiarów, jak również instalacji typowo domowych, takich jak instalacje audio, wideo i wiele innych. Technologie tę można stosować zarówno w budynkach nowych, jak również w już istniejących.
Obecnie nie ma jeszcze jednolitego standardu ogólnoświatowego, w Europie dominuje system KNX wywodzący się z EIB (European Installation Bus – Europejska Magistrala Instalacyjna) i utworzony na podbudowie EIB.
Twórcą i właścicielem technologii KNX – światowego standardu KNX – jest stowarzyszenie KNX.
Każdy producent wytwarzający moduły na potrzeby systemu KNX/EIB musi być członkiem stowarzyszenia KNX, przez co jest zobligowany do zachowania i utrzymania standardu, zapewniając kompatybilność swoich modułów z innymi modułami. Moduły przez niego wytwarzane muszą spełniać wymagania:
– Systemu jakości zgodnego z ISO 9001.
– Normy Europejskiej EN 50090-2-2 (obejmującej takie zagadnienia, jak EMC, bezpieczeństwo elektryczne, warunki środowiskowe urządzeń magistralnych) i odpowiedniej dla wyrobu normy. Zgodność z normą może być wykazana przez złożenie do stowarzyszenia KNX deklaracji CE.
– Tomu 3 i tomu 6 specyfikacji KNX, pierwszy podaje narzędzia i właściwości protokołu KNX, a drugi wymienia dozwolone profile stosu KNX, w oparciach o pierwszy.
– Współpracy KNX dotyczącej znormalizowanych formatów danych i (opcjonalnie) uzgodnionych bloków funkcjonalnych.
Standard KNX na świecie został zatwierdzony i zapisany jako:
– standard europejski (CENELEC EN 50090 i CEN EN 13321-1);
– standard międzynarodowy (ISO/IEC 14543-3);
– standard chiński (GB/Z 20965);
– standard amerykański (ANSI/ASHRAE 135).
Warto dodać, że standard KNX oparty jest na ponad piętnastoletnich doświadczeniach, jakie mieli jego poprzednicy, standardy: EIB, EHS i Bati Bus. W celu niezawodnej współpracy urządzeń produkowanych przez wielu producentów stworzono procedurę (schemat) certyfikacji urządzeń.
W ramach systemu opartego na EIB wszystkie jego komponenty (poza zasilaniem) łączone są magistralą danych. Napięcie zasilania na skrętce (TP) magistrali EIB wynosi 24 V DC. Napięcie zasilania komponentów wynosi 230 V. Są cztery rodzaje mediów komunikacyjnych:
– TP (skrętka utp) medium komunikacyjne z szybkością transmisji 9600 bit/s.
– PL (PLC) medium komunikacyjne po liniach energetycznych. Prędkość transmisyjna do 1200 bit/s.
– RF (transmisja radiowa) transmisja na częstotliwości f = 868 MHz o maksymalnej mocy promieniowania P = 25 mW przy prędkości transmisji 16,384 kbit/s. Transmisja jedno- lub dwukierunkowa.
– IP (Ethernet). Użycie sieci LAN do trasowania trasy lub tunelu telegramu KNX.
Skrętka (TP) na magistrale poddana jest również odpowiednim restrykcjom bezpieczeństwa. Poza parametrami transmisyjnymi spełnia również wymagania odnośnie do próby palności:
– PN-EN 50265-2-1,
– IEC 60332-1,
– PN-89/E-04160/55.
Sterowanie systemem EIB jest zdecentralizowane dzięki zastosowaniu tzw. logiki rozmytej. Logika ta polega na tym, że każdy element systemu jest w pełni autonomiczny. Element taki może pracować w systemie samodzielnie jako „wyspa”, co jest ważne w przypadku uszkodzeń innych modułów wchodzących w skład systemu. Ma to istotne znaczenie w czasie awarii zasilania, przerwania magistrali danych czy uszkodzenia jednego z urządzeń wchodzących w skład systemu. Każdy taki układ np. po awarii zasilania umie sam się „podnieść”, nie czekając na sygnały z centralnego panelu sterowania. Do wizualizacji i kontaktu z użytkownikiem używa się panelu kontrolno-sterującego.
Są jeszcze używane inne systemy, niekoniecznie w standardzie EIB, ale np. w standardzie BMS. System BMS zawiera już jednostkę centralną w postaci komputera PC włączonego do sieci i specjalistycznego oprogramowania. Ta jednostka jest integralną częścią systemu sterowania i nadzoru. Ewentualna różnica, jaka byłaby między jednostką centralną a panelem operatora stosowanym w sieci EIB, jest taka, że z poziomu panelu operatora programuje się wszystkie funkcje poszczególnych komponentów z widoczną wizualizacją ich pracy. Panel ten po zakończeniu programowania nie bierze już udziału w zarządzaniu systemem. Z kolei jednostka centralna to komputer PC lub inny sterownik, który włączony do sieci pełni funkcje Master, zbiera wszystkie alarmy systemu, kontroluje jego prace i podejmuje w swoim algorytmie decyzje na temat sterowania i zarządzania wszystkimi urządzeniami. BMS decyduje również o arbitrażu dwóch lub więcej jednakowo pod względem priorytetów sygnałów odebranych w tym samym czasie.
Budynek nie musi mieć na wyposażeniu systemu EIB czy BMS, aby postrzegany był jako budynek inteligentny. Wymagane jest, aby całe sterowanie i zadawanie funkcji przez użytkownika było dokonywane z jednego miejsca, czyli np. z panelu operatora, oraz aby budynek był wyposażony w odpowiednie urządzenia wykonawcze. W droższych rozwiązaniach łączy się ze sobą poszczególne autonomiczne systemy.
Każdy taki system jest wysoko specjalizowanym układem, którego wytworzenie poprzedzone było licznymi badaniami, obliczeniami i poddawane rygorystycznym testom. Wszystko odbywać się musi zgodnie z obowiązującymi normami. Na przykład systemy bezpieczeństwa oraz przeciwpożarowy z uwagi na złożoność konstrukcji i pełnione funkcje powinny być ustawione przez osoby znające się na ochronie przeciwpożarowej oraz ustawiane jednorazowo do kolejnej zmiany ewentualnej konfiguracji systemu. System przeciwpożarowy powinien mieć dużą autonomię pracy i może mieć najwyższy priorytet działania w całym systemie. Współpracują one również z systemem spryskiwaczy, wentylacji i klimatyzacji oraz z systemem oddymiania. W chwili pożaru kontrolę nad systemem zasilania budynku powinien przejąć moduł przeciwpożarowy. Sterowałby odpowiednimi obwodami zasilającymi, odłączając zasilanie ze strefy objętej pożarem.
Wszystkie systemy charakterystyczne dla inteligentnego budynku stosuje się również w Polsce, najczęściej w budynkach użyteczności publicznej, takich jak biurowce czy centra handlowe. Czy stać przeciętnego Polaka na wprowadzenie tych systemów w domu mieszkalnym? Chyba jeszcze nie te czasy. Można się pokusić jednak o rozwiązania alternatywne, które nie kosztują tak wiele, a spełniają wymogi bezpieczeństwa.
W Polsce są już firmy, które tworzą systemy inteligentnego domu. Przykładem jest firma APA z Gliwic i utworzony przez tę firmę system o nazwie Visionsystem. Protokół komunikacyjny, jaki jest stosowany przez tę firmę i nie tylko nią, to protokół przejęty ze strefy automatyki przemysłowej Modbus (ten protokół komunikacyjny służy do komunikacji z programowalnymi kontrolerami), specyfikacja jego jest dobrze opisana w internecie. Innym przykładem jest również polska firma F&F – producent podzespołów wchodzących w skład automatyki domowej i przemysłowej.
Biorąc pod uwagę specyfikę polskiego rynku budowlanego, zasobność portfela inwestora, jak również rodzaj budynku, w którym miałaby być dokonana inwestycja z instalacją systemu inteligentnego, można wyróżnić dwie grupy obiektów:
– budynki użyteczności publicznej w postaci biurowców, hurtowni, muzeów, centrów handlowych;
– domki jednorodzinne, prywatne pensjonaty, małe firmy.
Pierwsza grupa w zasadzie była opisana wyżej. Wszystkie wspomniane systemy stosowane są w dużych obiektach publicznych. Druga grupa obiektów to budynki, w których instalacja systemu inteligentnego może być realizowana na cztery sposoby:
– Korzystanie z EIB i całej gamy urządzeń wchodzących w skład systemu. Może być też inny system, np. Xcomfort firmy Eaton, korzystający z transmisji bezprzewodowej, przeznaczony dla małych obiektów mieszkalnych.
– Korzystanie z systemu podobnego do Visionsystem firmy APA, w skład którego wchodzą urządzenia od różnych producentów, np. tych od systemu alarmowego, sytemu monitoringu jednostki centralnej, powiązane ze sobą magistralą z protokołem Modbus.
– Wykorzystanie sterowników PLC stosowanych w automatyce przemysłowej.
– Wykorzystanie innych dedykowanych systemów mikroprocesorowych mających funkcje jednostki centralnej powiązanych ze sobą specjalistycznymi czujkami i możliwością współpracy również z innymi podsystemami.
Mogą być również używane niezależne systemy, które montowane są w obiekcie nie tyle jako system domu inteligentnego, ile układy spełniające określone funkcje zgodne z oczekiwaniami użytkownika.
Takim układem jest np. hybrydowy system sygnalizacji alarmu, powstający w koszalińskim Biurze Inżynierskim Automatyki. Jest to system zbierający wszelkie informacje z czujek, np. dymu i ognia, tlenku węgla, czujek ruchu, gazu miejskiego z wyłączników krańcowych montowanych np. na drzwiach. Systemy, które również wchodzą w skład hybrydowego systemu sygnalizacji alarmu, to podsystem antywłamaniowy i podsystem Hydrostrefa-system (zabezpieczenie przeciw zalaniu wodą z sieci wodociągowej). Hybrydowy system sygnalizacji alarmu zbudowany jest z kilku modułów funkcyjnych, każdy z nich przypisane ma swoje miejsce wejścia/wyjścia i może być jednym ze składników systemu inteligentnego budynku lub może również funkcjonować jako niezależny system.
Od nas, inżynierów i inwestorów, zależy, w którą stronę w Polsce pójdzie rozwój instalacji domów inteligentnych.
mgr inż. Marek Burian
