Inteligentní budova (V)

Realizace decentralizovaných koncepcí prostřednictvím LON
Zásadní změnu do koncepce řešení distribuovaných řídících systémů přináší nástup technologie řídících sítí LONWorks s komunikačním protokolem LonTalk, kterou uvedla na trh počátkem 90. let americká firma Echelon. Tato technologie byla vyvinuta proto, aby umožnila integraci zařízení různých výrobců do jediného řídícího systému. Na rozdíl od jiných síťových systémů je koncipována tak, že inteligence je distribuována až do každého jednotlivého prvku systému.

Jednotlivé komponenty řídícího systému - servopohony, snímače, ovladače a přijímače, které jsou v technologii LONWorks označovány jako uzly, jsou vybaveny tzv. neuronovým čipem. Jedná se o mikrokontrolér, který vyrábí dva světoví výrobci součástek, firma MOTOROLA a firma TOSHIBA. Neuronový čip je tvořen trojicí procesorů, první z nich zajišťuje přístup na sběrnici, další řídí přenos dat a v posledním procesoru je realizován aplikační program, přizpůsobující uzel dané aplikaci (snímání teploty, ovládání ventilu ventilu, zapínání čerpadla a podobně). Kromě neuronového čipu obsahuje každý uzel ještě vysílač pro daný typ komunikačního média a přístrojové rozhraní, zajišťující vlastní činnost uzlu ve vztahu k technologii (měření teploty, spínání a pod.).

Inteligentní snímač (čidlo teploty, vypínač, čtečka karet) vybavený neurónovým čipem se nazývá senzor, akční člen (servopohon, čerpadlo, elekronický předřadník zářivky) vybavený neurónovým čipem se nazývá aktuátor. Senzory a aktuátory jsou propojené komunikační sběrnicí pracující s protokolem LonTalk. Síť nevyžaduje ke své činnosti centrální prvek, inteligentní uzly komunikují navzájem mezi sebou, jde tedy o síť typu Peer-to-Peer s náhodným přístupem na sběrnici. Po této síti jednotlivé uzly vzájemně komunikují prostřednictvím standardních síťových proměnných a explicitních zpráv. Proměnné jsou buď výstupní (Netvork Variable Output - zkratka nvo), nebo vstupní (Network Variable Input - zkratka nvi). Každý uzel má potom přiřazeno několik síťových proměnných, na základě jejichž hodnot aplikační program v uzlu rozhoduje o své činnosti. Z tohoto pohledu se uzly rozdělují na tři typy:

• SENZORY - poskytují na síť aktuální hodnoty dané síťové proměnné (vhodné pro snímače teploty, tlaku, rychlosti, hmotnosti, stavu dveří ...),
• AKTUÁTORY - reagují na vstupní síťové proměnné došlé po síti a vykonají v závislosti na jejich hodnotě určitou akci přes přístrojové rozhraní (sepnutí výstupu),
• KONTROLÉRY - čtou vstupní síťové proměnné a zpětně poskytují na síť výstupní proměnné, které jsou v určitém vztahu vůči vstupním.

Pro případ konfigurace uzlu je možné definovat i vstupní konstanty, které uzlu poskytnou nutné konfigurační parametry (například provedou kalibraci snímače). K nejdůležitějším vlastnostem protokolu LonTalk patří především:

vysoce dimenzovaná schopnost adresace koncových zařízení pomocí logického rozdělení sítě do menších celků. Na jedné síti může být více jak 1,000,000,000,000 uzlů, vysoká odolnost protokolu proti rušení daná dokonalou formou zabezpečení přenosu, možnost volby potvrzování zpráv (Acknowledged), nepotvrzování zpráv (Unacknowledged), nepotvrzování zpráv s opakováním, podpora libovolného komunikačního média - možnost přechodu mezi jednotlivými typy komunikačního média pomocí zařízení zvaných router

Technologie LONWorks podporuje široké spektrum přenosových médií, což umožňuje optimalizovat přenos z hlediska maximální propustnosti kanálu při minimální ceně a co nejjednodušší instalaci. V současnosti jsou protokolem a sortimentem routerů podporovány:

kroucený pár rádiový kanál napájecí silová vedení 230V až 10 kV optický kabel infračervený přenos napájecí vedení 48 V ≈

Konfigurace sítě se děje pomocí osobního počítače vybaveného síťovým interfacem. Při tomto procesu (Binding Process) dojde k logickému spojení vstupních a výstupních proměnných jednotlivých uzlů. V okamžiku, kdy daný uzel ví, komu má poskytovat svou výstupní proměnnou a naopak (ví od koho má žádat vstupní proměnnou), se začnou síťové proměnné objevovat na síti a síť funguje. Při konfiguraci je možné definovat celou řadu parametrů jednak komunikačních, jednak konfiguračních pro jednotlivé uzly. Lze dokonce i nahrávat aplikační programy do jednotlivých uzlů. Konfigurace se děje standardním programem firmy ECHELON.

Pro zajištění interoperability - vzájemné spolupráce jednotlivých uzlů pocházejících od různých výrobců na společné síti existuje řada normativů, vydávaných nadnárodní organizací LonMark. Úlohou této asociace je vydávat a aktualizovat výše uvedená doporučení a výrobkům (uzlům), které je splňují, přidělovat značku LonMark^TM. Součástí činnosti asociace LonMark je rovněž standardizace typů nejčastěji používaných síťových proměnných. Za tímto účelem byla vytvořena listina standardních typů síťových proměnných (Standard Network Variable Typ - SNVT), jejichž použití velmi usnadňuje spolupráci různých uzlů na jedné síti.

V současné době je síť LONWorks dynamicky se rozvíjející řídicí sítí, mající podporu celé řady velkých světových firem. Již dnes je síť LONWorks světovým standardem, její aplikace přináší pro koncového uživatele:

finanční úsporu, a to primární (investice do instalace) i sekundární (úspora energie, času) systém snadno modifikovatelný podle jeho požadavků otevřený systém, který umožní pozdější doplnění dalších subsystémů s již minimálními náklady vysoce výkonný systém díky distribuované inteligenci

Systém automatizace budov METASYS^®

Komplexní přístup
V současné době je pobočka Johnson Controls v České republice schopna zajistit dodávky a realizace řídících systémů budov v jakémkoliv rozsahu a komplexnosti. V průběhu předcházejících let byly vytvořeny potřebné kapacity a struktura pracovního týmu pro realizaci rozsáhlých projektů na klíč s využitím nejmodernějších technologií. Komplexní realizace projektu zahrnuje následující služby:

• technické poradenství pro investora nebo inženýrskou organizaci při zpracování investičního záměru a stanovení koncepce řešení
• vypracování projektové dokumentace všech stupňů
• dodávka přístrojů a zařízení
• montáž včetně dodávky rozvaděčů
• dodávka a instalace uživatelského programového vybavení
• odladění navrženého řídicího systému
• zaškolení obsluhujícího personálu uživatele
• následné servisní služby

Vlastní řízení realizace projektu probíhá dle standardů JOHNSON CONTROLS v těsné spolupráci s dodavatelskými technologickými firmami.

V rámci zajištění komplexnosti služeb nabízí firma Johnson Controls svým zákazníkům rovněž zajištění následného servisu v různých úrovních. Využití této možnosti, volba její úrovně a rozsahu je závislá na požadavcích zákazníka a charakteru příslušné aplikace. Nabízený rozsah služeb odpovídá současnému rychlému vývoji v oblasti technického zařízení budov, jedná se o čtyři základní úrovně servisních služeb:

• Preventivní a pravidelný servis stanovených zařízení
• Komplexní servis stanovených zařízení
• Komplexní servis a provozování stanovených zařízení
• Integrated facility management (IFM)

Forma pozáručního servisu vychází z tzv. Johnson Controls Preventivního programu, který stanoví zásady a rozsah prováděných prací a vychází z dlouhodobých zkušeností fy Johnson Controls s prováděním servisních činností.

Firma Johnson Controls s. r. o. nabízí rovněž nový typ komplexních servisních služeb vč. postupné obnovy technického zařízení Johnson Controls. Jedná se o dlouhodobý komplexní servis s pravidelnou kontrolou a údržbou zařízení, kdy Johnson Controls garantuje po dobu trvání této komplexní servisní smlouvy minimálně stejnou technickou úroveň zařízení, která byla v okamžiku převzetí zařízení do výše uvedené komplexní péče. Podmínkou převzetí do této péče je, aby výše uvedené zařízení bylo funkční a splňovalo i jisté meze ekonomické únosnosti provozu tohoto zařízení.

Další vyšší úrovní služeb, která navazuje na komplexní servis, je provozování stanovených technologií. V rámci těchto služeb zajišťuje firma Johnson Controls pro zákazníka rovněž provoz stanovených technologií. Znamená to, že odpovědnost za zabezpečení provozu dané technologie přebírá firma Johnson Controls a zajišťuje ho vlastními silami (technickými, personálními a smluvními).

Nejvýše v pořadí servisních činností stojí tzv. Integrated facility management, tj. kompletní správa budovy, od vysoce profesních činností jako je například údržba regulačních systémů, VZT zařízení nebo topných systémů, přes obsazení operátorských pracovišť, až po zajištění a koordinaci ostrahy a úklidových služeb. Ve spolupráci se svými smluvními partnery je JCI schopen zajistit např. i úpravu parkové zeleně a zimní odklízení sněhu. Stručně lze říci, že Integrated facility management zahrnuje zajištění komplexní správy dané budovy v dohodnutém rozsahu.

Takový způsob správy budovy přináší majiteli i uživatelům budovy řadu výhod:

umožní soustředit se majiteli budovy na jeho vlastní činnost snižuje provozní náklady zvyšuje pružnost a rychlost servisních zásahů zvyšuje kvalitu servisu zvyšuje se provozní spolehlivost technologií připravuje podmínky pro optimalizaci provozu budovy

Komplexní servisní služby snižují náklady na provoz budovy, udržují hodnotu investice a přispívají k ochraně životního prostředí.

Budoucnost systémů automatizace budov
Prognózy, zabývající se vývojem techniky v oblasti automatizace budovy a trendy, které se budou v tzv. inteligentních budovách prosazovat, je třeba brát do určité míry s rezervou. Je třeba si uvědomit, že při sestavování těchto výhledů se vychází vždy z představ poplatných současnému stupni poznání. Je však zřejmé, že systém automatizace budovy bude využívat výhod multimediální technologie a bude představovat integrovaný balík obsahující následující subsystémy:

• Systém automatizace budovy (BAS), kde se ve stále větší míře bude prosazovat integrace autonomních řídících systémů dodavatelů technologického zařízení (např. řízení kotlů, chladících jednotek, záložních zdrojů, výtahů apod.). Vzhledem k poklesu cen procesorů budou ve stále větší míře tyto části technologického zařízení budov dodávány s vlastním mikroprocesorovým kontrolérem umožňujícím kromě optimálního řízení rozsáhlou diagnostiku. Využití autonomního řídícího systému je zpravidla podmínkou záruky na dodávané zařízení. Systém automatizace budovy se potom chová jako nadřazený systém komunikující s lokálními subsystémy tak, aby údaje o technologickém zařízení byly k dispozici ve společné databázi s možností kontroly a řízení daného zařízení z centrálního pracoviště obsluhy.
  Vlastní řízení bude implementováno do stále se rozšiřujícího okruhu komponentů. Vzniká nový pojem mechatronika, který spojuje do kompaktního celku elektroniku a původně čistě mechanická zařízení, jako např. regulátory průtoku vzduchu (čidlo + regulátor + servopohon + mechanická klapka) či spojení kulového ventilu s elektronickým pohonem linearizujícím jeho charakteristiku.
  Současně se bude prohlubovat decentralizace systému. Narůstající počet menších regulátorů na základní procesní úrovni a jejich dislokace co nejblíže řízené technologii znamená snížení počtu datových bodů připadajících na každý z regulátorů. Tím se zkracuje kabeláž k čidlům a akčním orgánům a zvyšuje se spolehlivost systému jako celku. Na jednotlivé regulátory připadne méně rozsáhlý algoritmus řízení, což umožní větší využívání unifikovaných řešení uživatelského programového vybavení a tím úsporu nákladů.
  
  
• Systém požární signalizace s detekcí požáru a hlasovým evakuačním systémem s návaznostmi na ovládání ostatních zařízení (požární větrání, stabilní hasící zařízení, evakuační výtahy apod.).
  
  
• Bezpečnostní systém zahrnující monitorování poplachových hlášení, přístupový kartový systém a uzavřený televizní okruh (CCTV) se vzájemnými vazbami mezi těmito složkami.
  
  
• Systém automatizace administrativy využívající společných komunikačních prostředků a společné databáze dat.

Integrované systémy inteligentní budovy odstraňují nebo alespoň minimalizují nepříznivé vlivy spojené s pobytem člověka v budově, jako jsou chybějící tepelná a světelná pohoda, nedostatečná výměna vzduchu, nadměrné koncentrace znečišťujících látek v ovzduší a umožňují respektování individuálních požadavků na vytvoření komfortního prostředí. Existuje přímá souvislost těchto činitelů pracovního prostředí na produktivitě duševní práce.

Hodnocení komfortu prostředí je do značné míry subjektivní záležitostí jednotlivých uživatelů budovy. Velmi účinným opatřením k dosažení spokojenosti je učinit pracovníka částí řízení budovy, tj. umožnit mu podílet se v určitém rozsahu na určování parametrů jeho pracovního prostředí. Výsledkem realizace tzv. regulace jednotlivých místností nebo prostorových zón s možností nastavení žádaných parametrů přímo v daném prostoru je omezení stížností na kvalitu prostředí a zlepšení zdravotních podmínek i produktivity práce.

K důležitým aspektům, které bude třeba především v administrativních budovách řešit s ohledem na hospodárnost provozu, patří stále rostoucí nerovnoměrnost v obsazení pracovišť během pracovního dne. Vzhledem k nutnosti komunikace s pobočkami firem v jiných částech světa v různých časových pásmech se prodlužuje celková pracovní doba a naopak využívání nových způsobů organizace práce umožňuje nástup pracovníků na pracoviště v různou dobu.

Tato situace vyžaduje odpovídající zásahy do vytápění, klimatizace, větrání, resp. dalších systémů budovy.

Stále větší důraz bude kladen na integraci jednotlivých subsystémů do jednotného prostředí s využitím multimediálních technologií spojujících datovou, hlasovou a videokomunikaci. Tyto subsystémy využívají společnou databázi, mají společné uživatelské rozhraní a společnou komunikační sběrnici. Pracují s využitím strukturované kabeláže, ke komunikaci bude využíván též internet. Díky propojení automatizačního systému budovy se systémem automatizace administrativy bude možná komunikace uživatele s řídícím systémem např. prostřednictvím telefonního přístroje nebo osobního počítače. Volbou určitého číselného kódu v rámci dialogu s hlasovou službou centrály řídícího systému v případě telefonního kontaktu nebo formou e-mailu odeslaného z PC bude moci uživatel provádět podle svého přání změnu nastavení žádaných hodnot parametrů prostředí daného prostoru.

Prostředky pro integraci systémů budou dále rozšiřovány tak, aby bylo možné vzájemně kombinovat části systémů různých výrobců. Tak bude uživateli umožněn širší výběr při doplňování či rekonstrukcích stávajících systémů.

Vzhledem k požadavku na stále se zvyšující spolehlivost systému automatizace budovy bude nezbytná taková architektura systému, ve které výpadek osobního počítače pracujícího v úrovni správy informací a představujícího z hlediska spolehlivosti a životnosti nejslabší článek systému, nezpůsobí ztrátu komunikace s regulátory procesní úrovně a tím výpadek funkce celého systému. Možnost připojení většího počtu PC v úrovni správy informací s volitelným rozsahem jejich přístupu k datům umožní jejich případné zálohování.

Závěrem lze základní trendy v oblasti systémů automatizace budov heslovitě shrnout následujícím způsobem:

• decentralizace systému řízení v základní procesní úrovni
• integrace zařízení různých výrobců řídících systémů
• rozšiřitelnost a zaručená kompatibilita stávajících a nově vyvíjených subsystémů téhož výrobce
• zvyšující se podíl elektroniky v technologickém zařízení
• využívání otevřených komunikačních protokolů
• důraz na možnost individuálního zásahu do nastavení požadovaných parametrů

Cílem těchto snah je dosažení stavu, kdy budova - inteligentní objekt automaticky reaguje na měnící se podmínky jejího využívání, přičemž hlavní důraz je kladen na:

• zvýšení vnitřní pohody prostředí, mající za následek zvýšení produktivity práce
• větší flexibilitu budovy umožňující optimální přizpůsobení měnícím se nájemcům
• zvýšení transparentnosti složitých technických systémů budovy, umožňující efektivnější údržbu a spolehlivější bezporuchový provoz
• snížení spotřeby energie v budově