Plumbing. Heating. Conditioning. Energy Efficiency.

Интеграция систем кондиционирования в автоматизированные системы управления зданием

(0) (1907)
Опубликовано в журнале СОК №2 | 2016
Rubric:
Air conditioning, ventilation
Автор:

За последние несколько десятилетий существенно возросло энергопотребление, усложнились управление и мониторинг всех инженерных сетей, включая системы кондиционирования и отопления. И во многом для решения этих проблем появились системы автоматизации, которые должны обеспечивать достижение эффективного, безопасного и энергосберегающего функционирования здания.

Кондиционеры уже давно входят в стандартный набор инженерных систем современного здания, дополняя комплекс традиционных систем. Но активное развитие инженерных сетей обернулось не только повышением комфорта — как известно, у любой медали есть обратная сторона. За последние десятилетия существенно возросло энергопотребление, усложнились управление и мониторинг всех инженерных сетей. Это в равной степени относится как к крупным промышленным объектам, так и к относительно небольшим объектам жилого комплекса. И во многом именно для решения этих вопросов активное развитие получили системы автоматизации зданий.

Всё чаще, приобретая систему кондиционирования, заказчик интересуется возможностями интеграции в «умный дом». Под этим термином многие в России стали подразумевать огромный спектр решений по управлению и мониторингу инженерных сетей. Любые решения, начиная с управления отдельными устройствами с помощью мобильного телефона и заканчивая полноценной автоматизированной системой управления зданиями, слились в одно понятие. Это вызывает путаницу, но не отменяет сути — такие решения востребованы на рынке и продолжат развиваться, даже несмотря на экономические катаклизмы.

В последние годы практически во всём мире активно развивался рынок систем автоматизации зданий. Общие темпы роста были довольно впечатляющими — от 15 до 25 %. Но стоит отметить, что причины, побуждающие клиентов к заказу таких систем в разных странах, могли сильно отличаться. Например, если в Европе основным мотивом для автоматизации является энергосбережение, и только потом идёт комфорт, то в России традиционно было две крайности. Либо на первом плане был комфорт и имиджевая составляющая без оглядки на финансовые аспекты, либо минимальный бюджет и функционал на уровне охранно-пожарной сигнализации. С учётом изменения экономической ситуации ожидается, что основные мотивы, побуждающие российских клиентов к интеграции в АСУЗ, скорректируются, но темпы роста сохранятся практически на том же уровне. И вне зависимости от мотивов заказчика интеграция систем кондиционирования и отопления в автоматизированные системы управления зданием является одной из основных задач.

Немного терминологии

Умный дом (англ. smart house и intelligent building) — система управления и мониторинга, которая обеспечивает безопасность, ресурсосбережение и комфорт для пользователей. А также жилой дом современного типа, организованный для проживания людей при помощи автоматизации и высокотехнологичных устройств.

АСУЗ, Автоматизированная система управления зданиями (англ. Building Management System, BMS) — это интегрированная сеть данных и система управления, предназначенная для автоматизации, мониторинга и контроля инженерных систем здания: вентиляции, отопления и кондиционирования, водоснабжения и канализации, электроснабжения, освещения и т.д. Система должна обеспечивать достижение эффективного, безопасного и энергосберегающего функционирования здания.

Хотя АСУЗ является более обобщающим понятием, а «умный дом», по сути, одним из её вариантов, который используется для относительно небольших жилых объектов, в России эти два термина в лексиконе клиентов сливаются в один — «умный дом». Тем не менее, в рамках этой статьи, говоря в общем обо всех решениях по автоматизации, я буду использовать аббревиатуру АСУЗ.

Ведь, с одной стороны, на эти системы приходится более 40 % эксплуатационных затрат здания, а с другой — именно они непосредственно отвечают за комфорт пользователей.

Интеграция систем кондиционирования в автоматизированные системы управления зданием . 2/2016. Фото 1

Преимущества автоматизации

АСУЗ — одна из самых прогрессивных концепций взаимодействия человека с жилым пространством, когда в автоматизированном режиме в соответствии с внешними и внутренними условиями задаются и отслеживаются режимы работы всех инженерных систем и электроприборов. Она позволяет автоматизировать большинство рутинных процессов, при этом существенно повысив эффективность, экономичность и надёжность при эксплуатации здания, оперативность при возникновении аварийных ситуаций, а также комфорт любого пользователя.

Например, система отопления никогда не будет работать против системы кондиционирования, а поддерживаемая температура будет корректироваться по прогнозу погоды, в зависимости от текущих условий, таких как температура и влажность уличного воздуха, сила ветра, время суток и т.п. Исключается необходимость пользоваться несколькими пультами при просмотре ТВ, большим количеством выключателей при управлении освещением, отдельными контроллерами при управлении кондиционированием, вентиляцией и отоплением, системами видеонаблюдения и др.

Помимо этого можно отметить ещё два важных аспекта — диспетчеризация инженерных систем и автоматический сбор статистических данных.

Диспетчеризация обеспечивает круглосуточное наблюдение за работой всех систем в режиме реального времени. АСУЗ отслеживает даже минимальные отклонения от нормы и тут же информирует диспетчера о потенциальной опасности или ожидаемой поломке. А статистические отчёты о результатах работы инженерного оборудования позволяют анализировать её эффективность и в случае необходимости провести поднастройку систем.

Выбор решения

Благодаря тому, что данное направление весьма востребовано, на сегодняшний день практически все ведущие производители кондиционеров предлагают те или иные решения по интеграции в АСУЗ с помощью различных адаптеров, конверторов и шлюзов. Но из-за того, что каждый производитель использует собственные внутренние протоколы обмена данных, большинство дополнительных устройств интеграции не являются универсальными. С другой стороны, базовые принципы выбора решения по автоматизации и его реализации являются общими для любого производителя.

Учитывая, что задача по интеграции системы кондиционирования, как правило, не предполагает полной разработки всей системы автоматизации здания с нуля, я не буду подробно останавливаться на классификации систем АСУЗ, их особенностях и нюансах, но приведу пример блок-схемы, позволяющей предложить корректный вариант при выборе системы автоматизации (рис. 1).

Таким образом, в большинстве случаев задача сводится к интеграции в один из сетевых протоколов, применяемых в системах автоматизации зданий и сетях управления. И несмотря на то, что таких протоколов очень много, можно выделить наиболее часто применяемые — KNX, Modbus, LonWorks (LonTalk) и BACnet.

Интеграция систем кондиционирования в автоматизированные системы управления зданием . 2/2016. Фото 2

Диспетчеризация обеспечивает круглосуточное наблюдение за работой всех систем в режиме реального времени. АСУЗ отслеживает даже минимальные отклонения от нормы и тут же информирует диспетчера о потенциальной опасности или ожидаемой поломке. А статистические отчёты о результатах работы инженерного оборудования позволяют анализировать её эффективность и в случае необходимости провести поднастройку систем

Именно для этих протоколов многие производители имеют готовые решения по интеграции. Если на объекте необходимо интегрироваться в другой протокол, то, как правило, подбирают дополнительный конвертор сторонних производителей. С его помощью согласовывают одно из решений, предлагаемых производителем кондиционеров, с протоколом, который уже есть на объекте.

Управление сплит-системами у всех производителей осуществляется через цифровой сигнал по аналоговому каналу. Любое централизованное управление требует дополнительных адаптеров и конверторов. Наиболее доступными являются решения по интеграции в KNX и Modbus, а также индивидуальное управление со смартфона через Wi-Fi.

В VRF-системах большинство производителей используют свои протоколы обмена данных на основе интерфейса RS-485. Несмотря на ряд достоинств, эти решения имеют небольшую скорость передачи данных и ряд ограничений по построению сети. В VRF-системах GENERAL используется высокоскоростной модифицированный протокол LonTalk с увеличенным фреймом. Обмен данными происходит по экранированному неполярному двухжильному LON-совместимому кабелю. Подключение производится без учёта полярности и последовательности компонентов, возможно соединение звездой. Как правило, мультизональные системы можно относительно легко интегрировать в LonWorks и BACnet.

В качестве наглядного примера интеграции систем кондиционирования в АСУЗ рассмотрим решения, предлагаемые для оборудования GENERAL (рис. 2).

Конверторы для интеграции в KNX и Modbus

Долгое время производители кондиционеров не обращали внимание на запросы по автоматизации небольших жилых объектов и не выпускали конверторы для таких протоколов, как KNX, Modbus и др. Это упущение взялись исправить независимые компании, такие как Intesis и Cool Automation.

Intesis выпускает широкий ассортимент конверторов для интеграции не только в KNX и Modbus, но и другие протоколы для большинства ведущих производителей кондиционеров. Для GENERAL это сетевой конвертор FJ-RC-KNX-1i для интеграции в сеть управления KNX и сетевой конвертор FJ-RC-MBS-1 — для Modbus. Оба конвертора удобны в монтаже, имеют компактные размеры и не требуют дополнительного подключения электропитания. Конверторы допускают подключение до 16 внутренних блоков на одно устройство (будут работать как одна группа). Оба конвертора позволяют интегрировать внутренние блоки сплит-, мультисплит- и VRF-систем. Но данные решения оказались не очень удобными и дорогостоящими в случаях, когда было необходимо подключить более 6-8 внутренних блоков VRF-систем.

Немного по другому пути пошли в Cool Automation, предложив разные решения для сплит-систем и мультизональных систем кондиционирования.

Так, для интеграции сплит- и мультисплит-систем предлагается конвертор CooLinkNet, который, используя интерфейсы RS-232, RS-485 и коммуникационные порты Ethernet, позволяет интегрироваться в такие системы автоматизации зданий, как, например, KNX, HDL, Control4, Crestron, AMX, RTI, SMART и др.

А для VRF-систем предлагается шлюз CoolMasterNet, который использует соединение через USB-переходник и позволяет интегрировать сеть VRF, в которой может быть до 10 наружных и 128 внутренних блоков в АСУЗ на базе Modbus, KNX, HDL, Control4 и др. Также с помощью этого шлюза можно подключить систему кондиционирования к персональному компьютеру, либо управлять со смартфона или планшета через облачный сервер компании.

В 2016 году Fujitsu General Ltd. предложила для оборудования GENERAL новый конвертор UTY-VMGX, который позволяет интегрироваться в Modbus. К одному новому конвертору допускается подключение 128 внутренних и 100 наружных блоков. В одной сети управления VRF может быть до 9 сетевых конверторов UTY-VMGX.

Интеграция систем кондиционирования в автоматизированные системы управления зданием . 2/2016. Фото 3

Конвертор для интеграции в LonWorks

Конвертор для интеграции в LonWorks UTY-VLGX позволяет подключать до 128 внутренних и 100 наружных блоков, объединенных в единую сеть управления VRF без ограничения количества используемых переменных. В первую очередь это касается мультизональных систем, но и сплит-системы могут быть также подключены. Для этого каждый внутренний блок сплит- и мультисплит-системы должен быть сначала интегрирован в сеть VRF при помощи одного из специальных сетевых конверторов GENERAL. Подключив сплит-системы к сети управления VRF GENERAL, пользователь получает возможность включать и выключать блоки, выбирать режимы работы, изменять значения температуры и скорости вентилятора, а также настраивать таймер и блокировать операции с индивидуальных пультов через единое центральное управление (центральные пульты, системный контроллер или BMS-системы). К одному сетевому конвертору возможно подключение от 1 до 16 внутренних блоков. При этом все блоки, подключённые к сетевому конвертору, будут восприниматься системой как одна группа с пультом ДУ (иметь одни и те же настройки). Так как каждый сетевой конвертор, подключённый к сплит- и мультисплит-системам, воспринимается системой как один холодильный контур, то количество подключённых сетевых конверторов в одной сети не может превышать 100 штук. Итак, интеграция в LonWorks получается удобной и выгодной для объектов среднего и малого размера, в которых в основном применяются мультизональные системы.

Немного о протоколах, используемых в АСУЗ

Протокол KNX/EIB (European Installation Bus) был разработан и изначально ориентирован на жилые здания. Основные принципы его построения — «каждый с каждым», децентрализация и событийное исполнение. Часто KNX сравнивают с другой популярной платформой LonWorks. Основное отличие KNX состоит в том, что он дешевле, но скорость передачи данных в нём ниже, а пакеты компактнее. С другой стороны, выше помехоустойчивость и надёжность систем. Конфигурирование приборов KNX проще, а сама настройка сетей занимает, как правило, меньше времени.

Протокол Modbus основан на клиент-серверной архитектуре. Он разработан для использования в программируемых логических контроллерах. В настоящее время является очень распространённым протоколом, используемым в различных промышленных системах. Его часто используют поверх интерфейса RS-485, что позволяет добиться относительно высокой скорости передачи и больших расстояний. Широкая распространённость протокола Modbus, обусловленная его простотой и надёжностью, позволяет легко интегрировать устройства, поддерживающие Modbus, в единую сеть.

Платформа LonWorks использует протокол LonTalk (который иногда сокращённо называют LON). Широко используется для построения распределённых систем автоматизации зданий, транспортных сетей и систем автоматизации промышленных предприятий. Несомненным преимуществом сетей LON является полная совместимость устройств, наличие всех уровней от физического до программного, свобода в выборе сетевых топологий и система аутентификации сообщений. LonWorks, как правило, используется на коммерческих и промышленных объектах среднего размера.

Протокол BACnet представляет из себя набор правил, позволяющих обмениваться данными через компьютерные сети. Этот набор правил имеет вид описанных спецификаций, с помощью которых обусловлено, что именно должно соответствовать протоколу. BACnet гарантирует возможность взаимодействия между устройствами различных производителей, если алгоритмы этих устройств реализованы на основе стандартных функциональных блоков BIBB (BACnet Interoperability Building Block). В качестве канального/ физического уровней BACnet использует технологии ARCNET, Ethernet, BACnet/IP, PTP (Point-To-Point) через RS-232, MS/TP (Master-Slave/Token-Passing) через RS-485 и LonTalk. BACnet получил широкое распространение при автоматизации крупных коммерческих и промышленных объектов.

Шлюз для интеграции в BACnet

Интерфейсный шлюз для сети BACnet UTY-ABGX является программным продуктом, то есть взаимодействие с системой кондиционирования осуществляется напрямую с компьютера с установленным программным обеспечением. UTY-ABGX позволяет в полной мере производить мониторинг и управление 4 независимыми сетями с общим количеством до 400 наружных и 1600 внутренних блоков с единого (для всех инженерных систем здания) диспетчерского пульта с помощью сетевого протокола BACnet. В программное обеспечение входит управляющая оболочка, которая позволяет осуществлять контроль и мониторинг системы, а также осуществлять расчёт затрат на электроэнергию. Расчёт происходит без применения дополнительных электросчётчиков, и, соответственно, требуется вручную заносить данные, полученные от поставщика электроэнергии, а система самостоятельно распределит это значение по пользователям в зависимости от работы внутренних блоков за отчётный период. Интеграция в BACnet рекомендуется для автоматизации средних и больших объектов с большим количеством различного инженерного оборудования.

Интеграция системы кондиционирования воздуха в АСУЗ даёт пользователю ряд важных преимуществ в области комфорта, энергосбережения и безопасности

Интеграция систем кондиционирования в автоматизированные системы управления зданием . 2/2016. Фото 4

Другие решения

Но не всегда требуется полноценное решение по автоматизации всех инженерных систем здания. Довольно часто пожеланием клиента является только дистанционное управление и мониторинг работы кондиционера при помощи мобильного телефона, смартфона или планшета. А для решения такой задачи независимыми производителями уже выпускается несколько моделей мобильных контроллеров. Такие решения, как правило, на порядок дешевле любой АСУЗ. Как пример можно привести беспроводные контроллеры Air Patrol, с помощью которых пользователь может удалённо, независимо от своего местонахождения задавать нужные настройки для своей сплитсистемы. Air Patrol выпускается в двух основных модификациях: Air Patrol Wi-Fi и Air Patrol Nordic GSM.

Air Patrol Wi-Fi использует защищённые беспроводные каналы для передачи команд кондиционеру, но в местах установки кондиционера и отправки команд требуется устойчивая беспроводная связь с Интернетом.

Air Patrol Nordic GSM работает с SIM-картой через мобильные сети операторов. В любом варианте управление осуществляется через удобное мобильное приложения для iOS, Android или Windows Phone. Кондиционер выполнит команду, полученную от пользователя, и к его приходу в квартире уже будет создана приятная прохлада или комфортное тепло. Контроллеры будут полезны и в загородных домах, например, зимой в отсутствие владельцев с их помощью можно удалённо отслеживать и регулировать температуру, избегая таким образом чрезмерного охлаждения дома и заморозки водопроводных труб, а также контролируя расход электричества.

Резюме

Интеграция системы кондиционирования воздуха в АСУЗ даёт пользователю ряд немаловажных преимуществ в области комфорта, энергосбережения и безопасности. Спектр предлагаемых решений весьма широк и позволяет подобрать наилучший со всех точек зрения вариант. Но необходимо обязательно учитывать не только особенности различных протоколов АСУЗ, но и конкретных брендов кондиционеров.

Интеграция систем кондиционирования в автоматизированные системы управления зданием . 2/2016. Фото 5

Читайте по теме:
Comments
  • В этой теме еще нет комментариев
Add a comment

Your name *

Your e-mail *

Your message