Умный дом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• 1. Общая характеристика
• 2. Маркетинговые исследования рынка в развитых странах дальнего и ближнего зарубежья, в Украине. Перспективы и тенденции развития
• 3. Технологический расчет объекта и выбор электромеханического оборудования
• 4. Проектирование системы электропривода: составление функциональной и структурной схем, расчет параметров
• Сравнительный анализ. Заключение
• Список литературы
• Приложение А

1. Общая характеристика

«Умный дом» -- это интеллектуальная система управления, которая объединяет в единый комплекс все оборудование, решающее различные задачи в сфере обеспечения безопасности, жизнеобеспечения, развлечений и связи. Любая система «умный дом» состоит из датчиков, через которые поступает информация, и исполнительных устройств.

«Умный дом» -- это неотъемлемый атрибут любого современного жилища, в котором так много различных инженерных систем: освещение, силовая электрика, отопление, вентиляция, кондиционирование, техника домашнего кинотеатра, охранно-пожарная сигнализация. Без комплексного подхода к решению этих задач, невозможно достигнуть желаемого уюта. Только система «умный дом» способна присматривать за всей инженерией вашего жилища круглосуточно 365 дней в году.

Одно из главных достоинств интеллектуальных зданий -- это комфорт, который они обеспечивают своим жильцам. Управление освещением дома и придомовой инфраструктуры позволяет создавать различные варианты световых сцен, любые комбинации, в зависимости от времени суток и настроения, одним нажатием на кнопку. Система климат-контроль дает возможность в одно и то же время в разных комнатах воссоздать условия различных климатических зон. Для этого всего лишь нужно задать требуемую температуру на сенсорной управляющей панели.

Еще одно неоспоримое достоинство «умного дома» -- это система безопасности. Причем системы автоматизации продуманы так, что предполагают защиту от любой чрезвычайной ситуации. Во-первых, они обеспечивают защиту от вторжения с помощью камер видеонаблюдения, автоматизации дверей, ворот, роль ставней, охранной сигнализации. Во-вторых, нет практически ни единого шанса пожара -- оставленные включенными утюг, щипцы или духовка, будут вовремя выключены, а в случае любого возгорания или задымления сработает пожарная сигнализация. Система контролирует расход воды, электроэнергии, тепла. Это достигается с помощью максимально рационального использования.

В каждом современном здании (доме) в той или и иной степени функционирует большое количество оборудования, обеспечивающего быт, комфорт, уют, связь и безопасность, помогающего отдохнуть и создающего полноценную рабочую среду. Удобство управления этими системами, их интеграция друг с другом, возможность слаженно работать вместе, увеличивая тем самым функциональность каждой из них в отдельности -- все это и дает возможность назвать такой дом -- умным домом.

В отсутствии человека система «умный дом» будет поддерживать оптимальным образом постоянный микроклимат, сохраняя тем самым уют, комнатные растения и мебель. Она выключит ненужный свет или наоборот будет создавать видимость вашего присутствия, включая и выключая освещение в той или иной комнате время от времени. «Умный дом» позволит вам спокойно и беззаботно отдыхать.

Также не останется незамеченным проникновение в дом постороннего. Система «умный дом» постарается выпроводить его сама, создавая неприятные условия его нахождения в доме и, конечно, сообщит вам и на пульт охраны об этом происшествии, воспользовавшись мобильной связью или электронной почтой.

Хозяин может сообщать «умному дому» не только о том, что он возвращается, но может постоянно управлять им и получать информацию о состоянии систем в доме, находясь при этом, где угодно. Поэтому вам не нужна больше нянька, которая будет следить, чтобы дети не сидели перед телевизором, пока вас нет дома. Вы сможете сделать это сами -- удаленно. И «умный дом» поможет Вам в этом.

«Умный дом» -- это система интеллектуальной автоматики для управления инженерными системами современного здания.

Любому человеку в доме, в квартире или в офисе важно чувствовать себя комфортно и безопасно. Именно эти две задачи плюс эстетика внешнего вида устройств и есть основные целевые установки, на которые ориентированы системы «Умный Дом». Интеллектуальная автоматика управляет всеми инженерными системами в доме, позволяет человеку централизованно устанавливать комфортные для себя температуру, влажность, освещенность в комнатах и т. д.

Итак, система «умный дом» включает в себя следующие объекты автоматизации:

- управление освещением;

- управление электроприводами;

- климат-контроль;

- управление системой вентиляции;

- централизованное управление системами:

- мультирум;

- системы видеонаблюдения;

- ОПС (охранно-пожарная сигнализация);

- СКД (системы контроля доступа);

- контроль нагрузок и аварийных состояний;

- управление инженерным оборудованием с сенсорных панелей;

- сервер управления.

Способы управления и классификация

Для начала давайте рассмотрим средства управления системой «умный дом».

Управление через Internet

Чтобы управлять настройкой дома из офиса, машины и т.д. программа системы «умный дом» использует электронную почту, через которую передаются необходимые команды. Для этого основная программа разделяется на два независимых модуля, один из которых находится в доме и ждет команд. Другой же находится вместе с вами на вашем рабочем компьютере, планшете или смартфоне.

Дистанционное управление

Для управления бытовыми устройствами непосредственно в доме был создан пульт дистанционного управления, позволяющий совмещать в себе управление телевизором, видеомагнитофоном, музыкальным центром, спутниковым ресивером. Он так же позволяет включать и отключать: осветительные приборы, управляемые электрические розетки, различные сценарии освещения. При помощи комбинаций нескольких кнопок можно открыть ворота, поставить дом на охрану и совершить много других различных действий.

Контроль и управление всем домом посредством пульта системы «Умный Дом»

Настенный пульт -- основной пульт системы, позволяющий вам полноценно работать со всеми функциональными возможностями системы. Предназначен для ввода информации в систему и её отображения. При входе в умный дом вы с помощью него снимаете систему с охраны, а уходя из дома -- устанавливаете систему на охрану. Вы можете просмотреть протокол сообщений о событиях, произошедших за ваше отсутствие, ввести номера телефонов, по которым будет производиться дозвон в аварийных ситуациях и.т.д.

Управление посредством КПК Palm

Различными режимами и устройствами в умном доме можно управлять с помощью миниатюрного и приятного по дизайну жидкокристаллического экрана Touch Screen. Эта возможность реализована на базе карманных персональных компьютеров (КПК) семейства Palm, подключаемых к системе «умный дом».

Управление с компьютера (РС)

Дружественная для пользователя программа, работающая в среде операционной системы Windows, позволяет включать и выключать определённые режимы системы «умный дом», а также производить настройки её работы, читать и выводить на печать протокол сообщений.

Технология X-10

X10 -- это международный открытый индустриальный стандарт, применяемый для связи электронных устройств в системах домашней автоматизации. Стандарт X10 определяет методы и протокол передачи сигналов управления электронными модулями, к которым подключены бытовые приборы, с использованием обычной электропроводки или беспроводных каналов.

Стандарт X10 был разработан в 1975 году компанией Pico Electronics (Гленротс, Шотландия) для управления домашними электроприборами.

Для связи модулей сети X10 используется обычная домашняя электрическая сеть. Закодированные цифровые данные передаются с помощью радиочастотного импульса вспышки частотой 120 кГц, длительностью 1мс и синхронизированы с моментом перехода переменного тока через нулевое значение. За один переход через нуль передаётся один бит информации. Приёмник также формирует окно ожидания вблизи перехода напряжения через 0. Размер окна -- 200 мкс. Наличие импульса вспышки в окне -- логическая «1», отсутствие -- логический «0».

Сами модули сети обычно просто вставляются в розетку, хотя существуют более сложные встраиваемые модули, например заменяемые розетки, выключатели и пр.

Относительно высокая несущая частота не позволяет сигналу распространяться через трансформаторы или между фазами в многофазных сетях и сетях с расщеплённой фазой. Для сетей с расщеплённой фазой, при передаче сигнала с фазы на фазу может использоваться обычный конденсатор, но для многофазных сетей и тех сетей с расщеплённой фазой, где простого конденсатора мало, необходимо использовать активный повторитель. Но при передаче сигнала с фазы на фазу необходимо учитывать вышеназванное условие -- передача бита начинается при пересечении нуля. Именно по этой причине, при переходе с фазы на фазу, сигнал сдвигается на 1/6 цикла.

Ещё одним важным моментом является возможность блокирования сигналов за пределами действия сети, чтобы, например, модули одной сети X10 не влияли на сеть X10 в соседнем доме. В таких случаях для блокирования сигналов используется индуктивный фильтр.

Передаваемый по сети пакет состоит из адреса и команды, отправляемых контроллером управляемому модулю. Более сложные контроллеры также умеют опрашивать такие же управляемые модули об их статусе. Этот статус может быть достаточно простым («включено» или «выключено»), указывать числовое значение (текущее значение яркости, температуры или данные с других датчиков).

Вне зависимости от среды передачи (электрическая сеть или радиосигнал), пакеты X10 состоят из:

1. 4 бита -- код дома;

2. 4 бита -- код модуля (может быть задано несколько модулей);

3. 4 бита -- команда.

Недостатки:

1. Протокол X10 очень медленный. Около 3/4 секунды занимает передача адреса устройства и команды. Это может быть незаметным при использовании настольного контроллера, но может стать ощутимым при использовании двусторонней связи или при управлении через интеллектуальный контроллер (например, подключённый к компьютеру), особенно при использовании какого-либо сценария для управления несколькими устройствами.

2. В сети X10 может передаваться только одна команда в конкретный момент времени. Если в одно и то же время будет вестись передача двух и более команд, это вызовет коллизии: команды не будут корректно приняты или же будут выполнены неверные действия.

3. Устройства защитного отключения могут ослаблять сигнал настолько, что он не будет прочитан.

4. Некоторые блоки питания, используемые в современной аппаратуре (компьютерах, телевизорах, ресиверах), могут «съедать» проходящие мимо команды сети X10. Это происходит из-за использования конденсаторов на входе блоков питания, которые создают низкое сопротивление для высокочастотного сигнала, сглаживая сигнал. Для подобных устройств существуют входные фильтры, которые позволяют пакетам X10 беспрепятственно проходить мимо подобных устройств.

5. Некоторые модули X10 некорректно работают (или не работают вообще), если управляют устройством с низкой потребляемой энергией (менее 50 Ватт), например, флуоресцентными лампами.

Реализация системы «Умный дом». Умный дом на базе ПК

Важным элементом системы является центральный блок управления. Компьютер обеспечивает универсальность, гибкость, расширяемость, простоту в использовании. С помощью компьютера можно решать огромное количество совершенно разных задач в рамках одной системы. Большое количество доступного программного обеспечения, библиотек, фреймворков, позволяют наделить систему обширнейшей функциональностью. В компьютере есть практически все для аппаратного и программного объединения различных элементов в единую систему. Современное движение производителей оборудования к использованию широко распространенных протоколов и стандартов (RS232, USB, Ethernet, TCP/IP, Wi-Fi), принятых в компьютерном мире, значительно облегчает интеграцию блоков и создание системы «умного дома». «Умный дом» нужно понимать не только как управление коммуникациями, климатом и оборудованием, сколько средой для обмена и трансформации данных, медиа-сервером, контент-сервером, чем-то таким, что не только помогает экономить энергоресурсы и повысить комфорт, но и средством развлечения и общения, позволяющим качественно изменить уровень жизни. Создание на базе ПК «умного дома» из программно-аппаратных средств, оснащенных Web-интерфейсом, является перспективным и интересным занятием, в котором может участвовать не один разработчик-пользователь.

Web-сервер домашней автоматизации -- это всего лишь интерфейс, а не основное ядро системы. Ядром системы является комплекс скриптов, работающих постоянно или запускаемых по расписанию, через cron, которые записывают результаты своей работы в базу данных. Например, каждые 5 минут запускается PHP-скрипт, который опрашивает все датчики температуры и записывает полученные данные в соответствующие таблицы БД. Программы, которые запущенны постоянно -- это, например, скрипт-сервер дискретных датчиков 1-wire, скрипт управления отоплением, скрипт управления аэрацией, программа для видеонаблюдения, сервер 1-wire сети owfs, сервер синтеза речи и т.д. Скрипты, написанные для web нужны для отображения состояния систем, модулей и управления «ядерными» программами и процессами.

Умный дом на базе контроллера. Общая информация. Преимущества и возможности MegaD-328

1. Децентрализация:

При использовании контроллера все элементы «умного дома» работают сами по себе. Они могут обмениваться информацией, посылать друг другу команды, но никакого единого центра, который бы собирал всю информацию и принимал решение, нет (рисунок 1а). Учитывая это обстоятельство, а также то, что вычислительные ресурсы отдельных элементов очень невелики, в децентрализованных схемах невозможно реализовать какие-либо интеллектуальные алгоритмы управления. Как правило, это очень примитивные схемы, которые с натяжкой можно назвать по-настоящему «умным домом». Преимущество децентрализованного подхода только в том, что при выходе из строя одного или нескольких элементов, все остальные системы будут работать. Например, если сломался холодильник, это не означает, что вы не сможете воспользоваться микроволновкой.

2. Централизация:

Все элементы системы подчиняются главному управляющему элементу (контроллеру, компьютеру, серверу (рисунок 2а)). Все события стекаются в единый центр, и только главный компьютер принимает решение что делать, что включить, а что выключить. Такой подход является наиболее перспективным с точки зрения реализации интеллектуальных алгоритмов, а также позволяет программировать систему централизованно. И чем большими ресурсами обладает компьютер, чем он мощнее, тем больше потенциал у системы. Такой «умный дом» способен не только управлять инженерными системами, безопасностью, освещением, но и взять на себя многие ресурсоемкие мультимедийные задачи: видеонаблюдение, распознавание речи, образов и многое другое. В прошлом в качестве главного элемента, как правило, выступал какой-либо маломощный контроллер, но сегодняшние реалии все чаще заставляют применять более производительное оборудование. Сегодня в качестве такого «умного» контроллера используют компьютер, сервер. Именно он позволяет создавать красивые, функциональные и удобные web-интерфейсы, с помощью которых пользователь общается с «умным домом» посредством коммуникаторов, планшетов, iPad'ов, персональных компьютеров, ноутбуков, как из дома, так и из-за его пределов. Но у централизации есть один очень неприятный недостаток. Как только возникает проблема с сервером, абсолютно вся система перестает работать.

MegaD-328. Некоторое совмещение подходов

Модуль MegaD-328 является устройством, которое может работать как в децентрализованной схеме, так и в централизованной. Например, к одному подключены кнопки и светильники. Пользователь посредством web-интерфейса настраивает устройство таким образом, чтобы при нажатии на кнопку, включались те или иные светильники или другие подключенные приборы. При этом существует возможность удаленного управления подключенными нагрузками и изменением логики работы с помощью встроенного в MegaD-328 web-интерфейса.

Когда же в системе есть сервер, в котором заложены все интеллектуальные алгоритмы, MegaD-328 при нажатии на кнопку сообщает об этом событии ему и внимательно слушает ответ. Если сервер приказал включить или выключить те или иные потребители, MegaD-328 незамедлительно выполняет эти команды. Сервер также по собственной инициативе (по заложенному в программе алгоритму) или по команде пользователя может послать любую команду для включения и выключения приборов. Таким образом, пользователь может работать через свой планшет или смартфон с красивым web-интерфейсом, а сервер в свою очередь будет передавать команды устройствам MegaD-328 по сети Ethernet (рисунок 3а).

Но и это еще не все. MegaD-328 может всецело подчиняться серверу, но как только произойдет сбой и сервер исчезнет из сети, MegaD-328 при возникновении события (например, нажатия кнопки-выключателя света) будет самостоятельно переключать лампы в зависимости от настроек по умолчанию, которые заданы пользователем (рисунок 4а).

Иными словами логику устройства можно выразить так: есть сервер -- работаем с ним, нет сервера -- работаем сами. Пользователь всегда может рассчитывать на интеллектуальное управление со стороны сервера, но при возникновении аварии ключевые функции по-прежнему будут работать (рисунок 5а).

2. Маркетинговые исследования рынка в развитых странах дальнего и ближнего зарубежья, в Украине. Перспективы и тенденции развития

Российский рынок

Российский рынок систем домашней автоматизации и автоматизации небольших офисов «умный дом» (далее кратко - «умный дом») в последние годы динамично развивается и растет. Факт активного роста соответствует общим тенденциям рынков развитых стран, однако текущие темпы роста рынка «умный дом» в России ощутимо выше среднемирового уровня. По итогам 2012 года темпы роста рынка «умный дом» составили 25,6%. По перечисленным группам продукции, согласно оценке Директ ИНФО, объем рынка «умный дом» превысил 56 млн. евро в отпускных ценах производителей (без учета наценок дилеров, только за оборудование, без учета стоимости работ по установке систем). В 2013 году по предварительным оценкам объем рынка «умный дом» составил 65 млн. евро или почти 3 млрд. рублей или около 130% от показателей 2012 года. В ближайшие годы несмотря на кризисные явления в экономике рынок продолжит активно развиваться. К 2017 году общий объем рынка «умный дом» может достигнуть 176 млн. евро или 7,9 млрд. рублей. За пять лет объемы рынка может вырасти более чем в три раза по отношению к уровню 2012 года (важно отметить, что прогноз построен в предположении, что кризиса или дефолта в экономике России не произойдет).

Важной тенденцией последних лет стал активный переход пользовательских интерфейсов для управления «умный дом» на мобильные платформы. С учетом глубины проникновения мобильной связи и огромного числа мобильных пользователей, будущее данного направления в России выглядит весьма перспективным. Тенденция «мобилизации» автоматизации сохранится в ближайшие годы. С приходом «интернета вещей» многое изменится и на рынке «умных домов и офисов». В целом, российский рынок «умный дом» можно охарактеризовать как сформировавшийся, но находящийся в самом начале своего «осознанного» развития (позиция «низкого старта»). Согласно мнению экспертов (более 30 представителей рынка -- производителей, дистрибуторов и системных интеграторов) прогнозируется, что в ближайшие пять лет российский рынок систем автоматизации «умный дом» будет расти со средними темпами 24% в год.

Росту объемов рынка «умный дом» будет способствовать, прежде всего, рост тарифов на электроэнергию, который составит порядка 7,5-14 % в год.

Анализ рынка энергоэффективных домов Украины

Спрос на них повышается: владельцы и арендаторы «зеленой» недвижимости предпочитают немного переплатить при покупке, чтобы иметь возможность существенно сэкономить на коммунальных платежах. Растущие тарифы ЖКХ очень скоро сделают популярным «зеленое» строительство и в Украине.

Толчок к развитию «зеленого» строительства дал нефтяной кризис 70-х годов прошлого столетия, когда резко выросла плата за электричество, кондиционирование и отопление домов и офисов. Первое экспериментальное энергоэффективное здание было построено в 1972 г. в Манчестере. Чуть позже зеленые дома появились в Финляндии, Германии и Австрии.

Но как только цена на энергоресурсы начала снижаться, интерес к возведению энергоэффективных зданий поутих, чтобы снова возродиться в Европе и США уже в 90-е годы, когда энергоресурсы опять стали стремительно дорожать. К этому времени строить экономные дома стало не только выгодно, но и модно. Тогда же, в 90-е, появились и первые стандарты «зеленого» строительства (британский BREEAM и американский LEED), определившие направления дальнейшего развития отрасли.

Развитые страны взяли «зеленое» строительство под контроль, стимулируя его развитие безотказным методом кнута и пряника. Государство может обязать застройщиков возводить экономные дома, соответствующим образом изменив строительные нормы и правила.

К примеру, начиная с 2016 г. все новые здания, построенные в Великобритании, должны быть zero-carbon -- пассивны с точки зрения выбросов парниковых газов. Аналогичная поправка внесена в законодательство американского штата Калифорния. Второй путь -- фискальные и административные инструменты, поощряющие возведение зеленых зданий. К примеру, правительство США гарантирует девелоперам ускоренную процедуру согласований для таких домов. Многие муниципалитеты в Америке также требуют, чтобы здания, построенные за бюджетные деньги, соответствовали стандартам LEED.

Впрочем, фискальных стимулов в чистом виде (субсидий, налоговых льгот) Штаты не используют. Отчасти это связано с тем, что перед США не стоит проблема энергозависимости, которую приходится решать Европе. А потому ЕС внедряет самые радикальные стимулы для поддержки энергосбережения, в том числе и в строительной отрасли. К примеру, в Европе субсидии на возведение зеленых зданий (в зависимости от страны) могут достигать 50%.

Субсидируются материалы и оборудование, используемые для роста энергоэффективности. В первую очередь, поддерживаются пилотные проекты зданий с нулевым выбросом CO2 с использованием внутренних поглотителей. Речь идет о герметичных домах, где применяются различные методы утилизации CO2. Например, используются «зеленые» стены или «зеленые» потолки из растений, которые поглощают углекислый газ, плюс экологичные материалы, а также обеспечивается внутренний микроклимат. Активнее всего на Западе развивается строительство энергоэффективных коммерческих зданий, потому что именно оно получает основную государственную поддержку.

«Зеленое» строительство обходится, как правило, дороже обычного. По данным Всемирной организации «зеленого» строительства (World Green Building Council), инвестиции в экономное здание в среднем превышают затраты на обычный объект недвижимости на 12-15%, а срок окупаемости этих дополнительных расходов составляет порядка восьми лет. Но в процессе совершенствования проектов и инженерии их цена постоянно снижается. К примеру, десять лет назад пассивные дома в Германии были дороже обычных на 25%, а сегодня только на 5-10%. Более того, возведение некоторых известных европейских «зеленых» офисных зданий оказались всего на 2-4% дороже традиционных.

Зато экодома дешевле в эксплуатации. Если брать весь цикл жизни здания (от возведения до сноса), то на строительство приходится лишь 20% общих затрат, остальные 80 % -- на его последующую эксплуатацию (ремонты, оплату энергоносителей, воды, вывоз мусора и уход за состоянием конструкций). В общих расходах на жизненный цикл дома, удорожание, связанное с использованием «зеленых» технологий, составляет лишь 2-4%. А вот экономия средств на эксплуатацию такого объекта может достигать 50%.

Интерес европейских и американских инвесторов к этому сегменту рынка легко объясним. Наличие «зеленого» сертификата повышает рыночную стоимость готового офисного здания на 10-15% по сравнению с аналогами. Экообъекты привлекают крупные корпорации, способные платить по повышенным арендным ставкам. Несмотря на то что аренда квадратного метра в «зеленом» здании обходится на 15-25% дороже, чем в обычном офисном центре, эксплуатационные расходы тут значительно ниже (только экономия электроэнергии составляет от 30 до 55%, а воды -- от 40 до 49%). Поэтому интерес к «зеленому» строительству растет.

Статистика показывает, что большинство крупнейших девелоперских компаний мира уже задекларировали, что к 2015 году свыше 60% их проектов будут реализовываться по стандартам «зеленого» строительства.

В Украине это направление находится на самой начальной стадии развития. В большинстве случаев девелоперы используют приставку «эко» к зданиям, расположенным вблизи леса или водоема. Некоторые застройщики рекламируют свой объект как «зеленый» только потому, что применяют клеёный или профилированный брус, или потому, что в квартирах устанавливается панорамное качественное остекление (мол, естественное освещение лучше, а следовательно, проект «зеленый»). Нередко строительные компании полагают, что дом является «зеленым», если в нем есть внутренний дворик с газонами и цветниками.

Покупатели смотрят на это иначе. Вот что говорит управляющий партнер компании ArtBuild Hotel Group Дарон Роуз: «В умах потребителей глубоко укоренились мифы о том, что «зеленое» здание -- это солнечные батареи на крыше, висячие сады на фасаде или экологически чистые, но безумно дорогие материалы в интерьере. На самом деле все совсем не так».

«Зеленый» дом начинается с самых ранних стадий -- выбора места строительства, проектирования, дизайна. К примеру, нельзя назвать здание «зеленым», если на месте его возведения были вырублены деревья. Большое значение уделяется форме дома, которая должна способствовать максимальному использованию дневного освещения. В экодоме применяются технологии, которые позволяют собирать, накапливать и перераспределять солнечное тепло зимой и отражать его летом, тем самым уменьшая потребность и в отоплении, и в кондиционировании. Это могут быть даже традиционные ставни и навесы, защищающие здание от летней жары. Могут быть использованы и современные устройства, такие как солнечные батареи или тепловые насосы. В любом случае применяются, как правило, технологии использования ресурсов закрытого цикла.

К примеру, из сборника дождевой воды, установленного на крыше здания, очищенная вода может подаваться в туалет и на кухню, а затем вновь собираться и использоваться для полива лужайки. Наибольший эффект достигается, если жители могут регулировать энергопотребление с помощью технологий «умный дом».

В Украине здания, возведенные по «зеленым» технологиям, есть, но пока это только единичные проекты. Например, архитектор Татьяна Эрнст построила себе дом в Киеве, который стал первым отечественным проектом, занесенным в международный каталог пассивных домов. Среди других проектов: энергоэффективный отель «Ковчег» на горе Мегура в Карпатах с автономной энергосистемой (энергия солнца и ветра), проект индивидуальных жилых экодомов в селе Радиславка Ровенской области. Но, к сожалению, ни один из них официально не является «зеленым», то есть сертифицированным по одной из международных систем.

Большинство украинских девелоперов не готовы переходить на «зеленые» технологии, жалуясь на отсутствие спроса на энергоэффективные здания. Мол, покупатели и арендаторы недвижимости в основном не принимают во внимание стоимость эксплуатации домов, поскольку коммунальные платежи у нас сравнительно невысокие. Впрочем, причина не только в этом: застройщики и сами не хотят использовать экологичные, а значит, более дорогие материалы, следуя принципу: «вложить по минимуму -- получить по максимуму».

Самое простое решение этой проблемы -- пойти по западному пути развития отрасли: планомерно ужесточать строительные нормы, внедрять разнообразные государственные дотации и льготы, поощряющие использование возобновляемых источников энергии. К примеру, государство может на законодательном уровне запретить или ограничить использование вредных материалов и параллельно освободить застройщиков, которые применяют «зеленые» технологии, от уплаты некоторых налогов.

Не менее важной является популяризация «зеленых» проектов. Именно этим планирует заниматься новосозданная общественная организация -- Украинский совет по «зеленому» строительству (Ukrainian Green Building Council, UAGBC).

Вряд ли в ближайшие годы можно ожидать, что в нашей стране массово развернется «зеленое» строительство. На поддержку государства не стоит рассчитывать -- наши власти до сих пор не могут решить более актуальные проблемы: упорядочить градостроительство, обновить строительные нормативы. Так что все будет зависеть от желания девелоперов инвестировать в «зеленые» технологии в расчете на более высокую прибыль от продажи и готовности покупателей и арендаторов заплатить больше в расчете на то, что эти затраты окупятся более дешевой эксплуатацией. Хорошим стимулом и для одних, и для других станет постоянный и существенный рост коммунальных тарифов, тут уж поневоле придется задуматься об энергоэффективности.

3. Технологический расчет объекта и выбор электромеханического оборудования

Поскольку каждый вид системы «умный дом» значительно отличается друг от друга, точный расчет мы произвести не можем. Но можно показать, какой вид оборудования при установке такой системы нам понадобится.

Рассмотрим это на примере минимального комплектования «умного» здания, а именно: управление системами отопления, освещения, вентиляции, обогрева ливнестоков. Для данного аппаратно-программного комплекса нам потребуется:

- контроллер;

- устройство сопряжения;

- модули дискретного вывода;

- модули аналогового вывода;

- модули дискретного ввода;

- модули аналогового ввода;

- панель управления оператора;

- набор исполнительных механизмов.

Кроме того, нам потребуется программное обеспечение 2 видов:

- ПО для непосредственного функционирования системы

- интерфейс для управления системой

4. Проектирование системы электропривода: составление функциональной и структурной схем, расчет параметров

Как мы уже знаем, система «умный дом» может состоять из нескольких конфигураций. Но эти конфигурации также содержат подкатегории (рисунок).

Рисунок 1 -- Основные категории системы УД

Давайте рассмотрим полную структурную схему объекта нежилого назначения, который имеет инженерную конфигурацию.



Рисунок 2 -- Структурная схема системы управления зданием

На рисунке выделено три основные системы: интегрированная система автоматизации, интегрированная система диспетчеризации, интегрированная система безопасности. Они объединены единым управлением. Основное оборудование системы управления располагается в специальном шкафу и включает в себя: сервер управления с монитором и источником бесперебойного питания (ИБП), сетевой коммутатор (СК) и мультиплексор-расширитель (МПР) (рисунок).

Рисунок 3 -- Основное оборудование системы управления зданием

Теперь рассмотрим схему автоматизированного рабочего места (АРМ), которое представляет собой рабочую станцию со специализированным программным обеспечением управления и мониторинга инженерных систем жизнеобеспечения. АРМ располагается в специальном помещении -- пультовой или операторной и оборудуется двумя мониторами. Связи между АРМ и сервером управления осуществляется через сеть с протоколом TCP/IP.

Интегрированная система автоматизации (рисунок) обеспечивает: автоматизированное управление освещением, системой водоснабжения и другими управляемыми электронагрузками, в том числе системой электроснабжения. Команды на включение-отключение освещения, подачу-отключение воды и электроэнергии могут поступать согласно запланированному расписанию (с использованием встроенной функции астрономических часов), по информации с контрольных датчиков, информации о наличии людей в помещениях (с использованием охранной сигнализации), при необходимости - с центрального поста. Сетью связи между системой управления и контроллерами системы автоматизации является RS485.

Рисунок 4 -- Схема интегрированной системы автоматизации

Интегрированная система диспетчеризации (рисунок) обеспечивает мониторинг и управление системами вентиляции, кондиционирования, теплоснабжения, лифтовым хозяйством и другим инженерным оборудованием, имеющим собственные интерфейсы и протоколы управления.

Рисунок 5 -- Схема интегрированной системы диспетчеризации

В состав интегрированной системы безопасности (рис.) входят системы видеоконтроля, контроля и управления доступом и охранно-пожарной сигнализации. Система безопасности работает под управлением собственного сервера (сервер ИСБ). К серверу ИСБ подключены контроллеры охранно-пожарной сигнализации (КОПС) и контроллеры системы управления и контроля доступа (КСКД). Сетью связи между сервером ИСБ и контроллерами также является RS485. Непосредственно к контроллерам подключаются датчики и исполнительные устройства охранно-пожарной сигнализации, считыватели и замки системы контроля доступа.

умный дом интеллектуальный автоматизация



Рисунок 6 -- Схема интегрированной системы безопасности

Для видеоконтроля прилегающей к жилому дому территории используются 24 видеокамеры уличной установки. Видеокамеры подключаются к видеосерверу, на котором ведется обработка и архивация видеоизображения. Для контроля над безопасностью используется автоматизированное рабочее место интегрированной системы безопасности (АРМ ИСБ), представляющее собой рабочую станцию со специальным программным обеспечением.

АРМ ИСБ оборудуется двумя мониторами. Связь между системой управления, АРМ ИСБ, сервером ИСБ, видеосервером осуществляется по протоколу TCP/IP. Комплекс может быть спроектирован, смонтирован и введен в эксплуатацию поэтапно, начиная с минимально необходимого набора средств, обеспечивающего эксплуатацию здания в современных условиях с дальнейшим усложнением задач.

Чтобы увидеть элементы управления более детально, давайте рассмотрим одну из схем более подробно. Например, систему управления отоплением и кондиционерами, т.е. систему климат-контроль. На рисунке показано 3 метода управления системой:

- реализация управления внешними «сухими» контактами

- управление по Ethernet-интерфейсу

- управление по сети LonWorks

Рисунок 7 -- Объединенная схема управления системой климат-контроль

Реализация управления внешними «сухими» контактами

Данная система способна управлять климатом помещения в автоматическом и ручном режиме. К недостаткам данной схемы интеграции можно отнести:

- ограниченное число команд управления внутренним блоком;

- отсутствие полноценной обратной связи внутреннего блока и контроллера;

- построение системы по типу «звезда», что потребует проводки для каждого внутреннего блока собственной шины управлении, это неприемлемо для крупных систем управления климатом с большим количеством управляемых элементов.

Достоинства данной схемы:

- доступность данного решения для небольших помещений;

- полная интеграция системы управления климатом в «умном доме».

Рисунок 8 -- Схема подключения устройств («сухие» контакты)

Управляющими элементами системы являются контроллер BC9000 Ethernet TCP/IP Bus Terminal Controller, модуль ввода дискретных сигналов KL120x , модуль вывода дискретный сигналов KL 2408 компании Beckhoff.

Данную систему можно отнести к разряду бюджетных, она реализована на достаточно дешевых модулях KL и устройствах MAC-397I-E. Контроллер BC9000 имитирует управление «Сухие контакты». Функционально контроллер осуществляет включение и выключение внутренних блоков, блокировку пульта, установку режимов и температуры, как в автоматическом режиме, так и посредством панелей управления.

Управление по Ethernet-интерфейсу

Управляющим элементом такой системы является контроллер Embedded-PC CX1000 с интерфейсом Ethernet. По стоимости реализации данная схема управления дороже схемы на «сухих контактах», однако, если при реализации схемы на сухих контактах при увеличении числа управляемых устройств стоимость системы управления увеличивается, то в данном случае стоимость системы управления будет уменьшаться из расчета стоимости управления одним устройством.

Функционально контроллер осуществляет полное управление системой кондиционирования, получает и обрабатывает информацию от системы, координирует работу по сценариям управления. Реализуется возможность ручного управления.

Говорить о недостатках данной схемы управления не имеет смысла, поскольку она полностью реализует возможности управляемого объекта. Система построена по топологии «шина», что позволяет упростить монтаж управляющих элементов, кабелей и управляемых устройств. Такая схема управления может применяться как в бытовой серии, так и в полупромышленной. Управление по Ethernet-интерфейсу применимо также для мультизональных VRF-систем CITY MULTI.

Управление по сети LonWorks

Управляющим элементом такой системы является контроллер Embedded-PC CX1000 с интерфейсом Ethernet и модулем - LON KL6401. LON-технология сейчас является одной из ведущих при автоматизации инженерных систем зданий. Большое количество производителей различного оборудования встраивают в свои изделия LON контроллеры.

Рисунок 9 -- Схема подключения устройств (Ethernet)

Большим плюсом LonWorks является ее децентрализованность, построение системы автоматизации на одной шине, большое количество различных установочных устройств: выключателей, панелей управления с разнообразным дизайном, что делает ее особо интересной для автоматизации жилых комплексов.

Сравнительный анализ. Заключение

Мы рассмотрели различные системы автоматизации зданий и сооружений «умный дом». Все они очень разные, но их объединяет одна общая характеристика: в качестве управляющей базы таких систем могут выступать либо ПК, либо контроллеры. Давайте подытожим отличия этих видов управления.

Рисунок 10 -- Схема подключения устройств (LonWorks)

На базе ПК важным элементом является центральный блок управления. С помощью ПК можно решить множество различных задач в рамках одной системы. И. благодаря программному обеспечению, библиотекам, Фреймворкам, система является многофункциональной. Безусловно, возможности такой системы определяются программой, однако, в большинстве случаев их вполне достаточно, чтобы обеспечить следующее:

1. Контроль состояния входных цепей, в качестве которых могут выступать шлейфы сигнализации, датчики системы «Умный дом» (протечки воды, температуры, освещенности и т.п.).

2. Управление различными исполнительными устройствами, в зависимости от состояния упомянутых цепей, а также по заранее заданному расписанию и дистанционно.

3. Контроль над состоянием устройств «умного дома» с возможностью передачи соответствующей информации владельцу системы.

На базе контроллера были рассмотрены два способа работы системы: централизация и децентрализация.

При децентрализации все элементы работают сами по себе, и поломка одного элемента не способствует выходу из строя всех элементов. Они обмениваются информацией и посылают друг другу команды, поэтому на этой базе нет единого центра.

При централизации же, элементы подчиняются главному управляющему элементу (контроллер, компьютер, сервер), соединяясь воедино в центре, и главный компьютер решает, что ему делать с элементами. Поэтому при таком подходе «Умный дом» способен решать ресурсоемкие мультимедийные задачи, видеонаблюдение и др. Но при сбое сервера перестает работать вся система.

Плюсы данной системы:

1. Централизованное расположение интеллектуального оборудования в одном или нескольких щитах (поэтажно, поквартирно).

2. Высокие интеллектуальные возможности даже самого простого контроллера, вплоть до использования контроллера Embedded PC, являющегося настоящим промышленным ПК.

3. Возможность использовать для задач «умного дома» дешёвое оборудование с простыми интерфейсами (например, простой выключатель с интерфейсом «сухой контакт»).

4. Возможность использовать любое сложное оборудование с любыми открытыми интерфейсами (LON, EIB (KNX), RS232, RS485, и т.д.).

Минусы данной системы:

1. Централизованное интеллектуальное оборудование: при выходе из строя процессора или программы работы процессора вся подсистема обслуживаемая контроллером парализуется;

2. Высокая стоимость контроллера делает невыгодным его использование для простых задач (например, управление с пяти выключателей пятью группами света).

Кроме того, мир компьютерного оборудования развивается чрезвычайно быстро и с каждым днем завоёвывает новые позиции на рынке. Поэтому из выше сказанного следует, что целесообразнее использовать систему на базе ПК.

Данный анализ показал, что перспективным является система на базе ПК, потому что «умный дом» с ПК может управлять не только коммуникацией, климатом и оборудованием, но и средой для обмена и трансформацией данных, медиа-сервером, контент-сервером. И при наличии web-интерфейса система на базе ПК является перспективным и интересным решением, по сравнению с системой на базе контроллера.

Но все-таки, каждый сам решает, какую систему ему использовать, потому что любая система имеет свои достоинства и недостатки.

Список литературы

1. http://www.ydom.ru/

2. http://www.insyte.ru/ru/smarthome/

3. http://hosm.ru/forum/topic105.html

4. http://www.shouse.by/main/section.do?mainId=7&selId=144

5. http://rutracker.org/forum/viewtopic.php?t=2260297 (историческая справка)

6. http://ltdholding.kz/smart-home.html (принцип действия)

7. http://hosm.ru/info/aircontrol.html (вентиляция и кондиционирование)

8. www.intelkey.ru (центральный пылесос)

9. www.elite-systems.ru (связь и АТС)

10. http://www.re-e.ru/glav/system/water/sneg/

11. http://www.tria-komm.ru/complex.html (о контроллерах)

12. http://www.benuks.ru/oborud.html#1

13. http://www.vira.ru/enc/engineer/clever/

Приложение А

Рис. 1. Схема децентрализованной системы «умный дом» без управляющего контроллера

Рис. 2. Схема централизованной системы «умный дом» с главным компьютером

Рис. 3. Схема использования MegaD-328 без сервера. Управление автоматически и через встроенный Web-интерфейс



Рис. 4. Схема использования MegaD-328 с сервером. Управление нагрузками как напрямую, так и по команде с сервера

Рис. 5. Схема работы в случае функционирующего сервера и в случае его отказа

Размещено на Allbest.ru

...