Кіріспе

Автоматтандыру саласы
коммерциялық ғимараттардағы автоматтандыру

Құрылыс автоматтандыруы (BAS), сонымен қатар ғимаратты басқару жүйесі (BMS) немесе ғимараттың энергияны басқару жүйесі (BEMS) деп аталады, бұл ғимараттың ЖЖЖ (жылу, желдету және ауа кондициялау), электр жабдықтары, жарықтандыру, көлеңкелеу, кіруді бақылау, қауіпсіздік жүйелері және басқа да өзара байланысты жүйелердің автоматты орталықтандырылған басқаруы. Құрылыс автоматтандырудың мақсаттарының кейбірі – тұрғындардың жайлылығын арттыру, ғимарат жүйелерінің тиімді жұмыс істеуін қамтамасыз ету, энергия тұтынуды азайту, пайдалану және техникалық қызмет көрсету шығындарын төмендету және қауіпсіздікті күшейту. BAS функционалдығы ғимараттың климатын белгіленген шекте ұстауға, бөлмелерді адамдардың болуына қарай жарықпен қамтамасыз етуге, жүйелердің жұмысын және құрылғылардың істен шығуын бақылауға, сондай-ақ ғимаратты күтіп ұстау қызметкерлеріне ақаулар туралы ескертулер жіберуге мүмкіндік береді. BAS бақылаусыз ғимараттармен салыстырғанда ғимараттың энергия және техникалық қызмет көрсету шығындарын азайтуға көмектеседі. 2000 жылдан кейін салынған көптеген коммерциялық, мемлекеттік және өнеркәсіптік ғимараттарда BAS орнатылған, ал ескі ғимараттарға жаңа BAS жүйесі қосылуы мүмкін. BAS басқаруындағы ғимарат көбінесе «ақылды ғимарат» немесе (тұрғын үй болса) «ақылды үй» деп аталады. Коммерциялық және өнеркәсіптік ғимараттар дәстүрлі түрде сенімді, сынақтан өткен протоколдарды (мысалы, BACnet) пайдаланса, үйлерде меншік протоколдар (мысалы, X 10) қолданылып келді. Сымсыз сенсорлық желілер мен «Заттар интернеті» пайда болғаннан бері, ақылды ғимараттардың саны артып, жергілікті сенсорларды, атқарушы механизмдерді және өңдеу құрылғыларын байланыстыру үшін Zigbee, Bluetooth Low Energy және LoRa сияқты аз қуатты сымсыз байланыс технологияларын пайдалануда. Көп қабатты «жасыл» ғимараттардың көпшілігі энергияны, ауаны және суды сақтау мүмкіндіктері үшін BAS жүйесімен жабдықталады. Электр құрылғыларының сұранысқа жауап беруі BAS-тің стандартты функциясы болып табылады, сондай-ақ «жабық» оқшауланған ғимараттар үшін қажетті желдету және ылғалдылықты бақылау да осыған жатады. Көптеген «жасыл» ғимараттар мүмкіндігінше көптеген аз қуатты DC құрылғыларын қолданады. Тіпті ешқандай энергияны тұтынуға мұқтаж емес пассивтік үйдің дизайны үшін де жылуды жинау, көлеңкелеу және желдетуді басқару, сондай-ақ құрылғыларды пайдалану кестесін жасау үшін BAS қажет болады.

Сипаттамалары

Ғимаратты басқару жүйелері көбінесе кең ауқымды механикалық, ЖЖС (Жылу, желдету және кондициялау) және электр жүйелері бар ірі жобаларда жүзеге асырылады. BMS-ке қосылған жүйелер әдетте ғимараттың энергия тұтынуының 40% құрайды; егер жарықтандыру да ескерілсе, бұл көрсеткіш 70% шамасына жетеді. BMS жүйелері энергия сұранысын басқарудың маңызды құралы болып табылады. Дұрыс конфигурацияланбаған BMS жүйелері ғимараттың энергия тұтынуының 20% немесе АҚШ-тағы жалпы энергия тұтынуының шамамен 8% құрайды деп саналады. Ғимараттың ішкі ортасын бақылаудан өзге, BMS жүйелері кейде кіруді бақылауға (ғимаратқа кіруге және шығуға рұқсат етілгендерді анықтайтын кіреберістер мен есіктер) немесе жабық телеарна (CCTV) және қозғалыс датчиктері сияқты басқа да қауіпсіздік жүйелерімен байланыстырылуы мүмкін. Өрт сигнализациясы жүйелері мен лифттер де кейде мониторинг үшін BMS-ке қосылады. Егер өрт анықталса, өрт сигнализациясының пульті ғана желдету жүйесіндегі клапандарды жауып, түтіннің таралуын тоқтатуға, ауа тазартқыштарды өшіруге, түтінді шығару желдеткіштерін іске қосуға және барлық лифттерді бірінші қабатқа түсіріп, оларды пайдаланудан алып қоюға мүмкіндік береді. Ғимаратты басқару жүйелері сондай-ақ құрылыстарды жер сілкінісінен сақтауға арналған апаттық жағдайларға жауап беру механизмдерін (мысалы, негізді оқшаулау) қамтиды. Соңғы уақыттарда компаниялар мен үкіметтер су тасқынына бейім аймақтарда және теңіз деңгейінің көтерілуіне байланысты жағалау аймақтарында осы сияқты шешімдерді іздестіруде. Өзін-өзі реттейтін жүзу ортасы, Вашингтон штатының SR 520 және Жапонияның Mega Float сияқты бетон көпірлер мен ұшу-қону жолақтарын жүзуге пайдаланылатын қолданыстағы технологияларды пайдаланады.

Датчиктер

Аналогтық кірістер өзгермелі өлшеуді оқу үшін пайдаланылады. Мысалдарға температура, ылғал және қысым датчиктері жатады, олар термистор, 4-20 мА, 0-10 вольт немесе платиналық кедергі термометрі (кедергі температура детекторы), немесе сымсыз датчиктер болуы мүмкін. Цифрлық кіріс құрылғының қосулы немесе өшірілгенін көрсетеді. Цифрлық кірістердің мысалдары есік байланыс қосқышы, ток қосқышы, ауа ағыны қосқышы немесе кернеусіз релелік контакт (құрғақ контакт) болуы мүмкін. Цифрлық кірістер белгілі бір уақыт аралығында импульстарды санайтын импульстік кірістер де болуы мүмкін. Мысалы, турбиналық ағын өлшегіш ағын туралы деректерді импульстар жиілігі түрінде кіріске жіберуі мүмкін. Сымсыз жүктемені бақылау – бұл электрлік немесе магниттік сипаттамалары арқылы құрылғыны немесе басқа жүктемелерді анықтау үшін цифрлық сенсорлар мен алгоритмдерге сүйенетін бағдарламалық құрал. Дегенмен, ол оқиғаны аналогтық тәсілмен анықтайды. Бұл жүйелер пайдалануда өте тиімді және жабдықтың ақауларын, желідегі бұзылыстарды, іске қосылу кезіндегі өзгерейтін мәндерді анықтау үшін ғана емес, сонымен қатар пайдалы.

Бақылау

Аналогтық шығыстар құрылғының жылдамдығын немесе орнын басқарады, мысалы, өзгермелі жиілікті жетек, токтан пневматикаға (I P) түрлендіргіш, клапан немесе демпферлі іске қосу механизмі. Мысалы, белгіленген мәнді сақтау үшін ыстық су клапаны 25%-ға ашылуы мүмкін. Тағы бір мысал, қатты іске қосылуды болдырмау үшін моторды біртіндеп жылдамдататын өзгермелі жиілікті жетек. Цифрлық шығыстар релелер мен қосқыштарды ашу және жабу үшін, сондай-ақ команда бойынша жүктемені қосу үшін қолданылады. Мысалы, фотоэлемент сыртта қараңғы екенін көрсеткенде тұрақ жарығын қосу. Тағы бір мысал, клапанды 24 В тұрақты ток/айнымалы ток арқылы қуаттандыратын шығыс арқылы ашу. Аналогтық шығыстар сонымен қатар белгілі бір уақыт ішінде импульстар жиілігін шығаратын импульстік шығыстар болуы мүмкін. Мысалы, энергия есептегіші kWh есептеу кезінде импульстар жиілігін шығаруы мүмкін.

Бақылаушы

Басқарушылар – кіріс және шығыс мүмкіндіктері бар, арнайы құрылған шағын компьютерлер. Бұл басқарушылар ғимараттарда кең таралған құрылғыларды және басқарушылардың кіші желілерін басқару үшін әртүрлі өлшемдерде және мүмкіндіктерде келеді. Кірістер басқарушыға температураны, ылғалдылықты, қысымды, ток күшін, ауа ағынын және басқа да маңызды факторларды оқуға мүмкіндік береді. Шығыстар басқарушыға құл құрылғыларға және жүйенің басқа бөліктеріне басқару сигналдарын жіберуге мүмкіндік береді. Кірістер мен шығыстар цифрлық немесе аналогтық болуы мүмкін. Цифрлық шығыстар кейде өндірушіге байланысты дискретті деп те аталады. Ғимаратты автоматтандыруға қолданылатын басқарушыларды үш топқа бөлуге болады: бағдарламаланатын логикалық басқарушылар (PLC), жүйелік/желілік басқарушылар және терминалдық блок басқарушылары. Дегенмен, үшінші тарап жүйелерін (мысалы, жеке кондиционер жүйесін) орталық ғимаратты автоматтандыру жүйесіне біріктіру үшін қосымша құрылғы қажет болуы мүмкін. Терминалдық блок басқарушылары көбінесе жарықтандыруды және/немесе топтама шатыр блогы, жылу сорғысы, VAV қорабы, желдеткіш катушкасы сияқты қарапайым құрылғыларды басқаруға арналған. Орнатушы әдетте басқарылатын құрылғыға ең қолайлы алдын ала бағдарламаланған параметрлердің бірін таңдайды және жаңа басқару логикасын жасау қажеттілігі тумайды.

Жұмыс істейтіндер саны

Ғимараттың автоматтандырылған жүйесінің екі немесе одан көп жұмыс режимдерінің бірі – «Қоныстанған» режимі; «Бос», «Таңертеңгі жылыну» және «Түнгі уақыт» режимдері де кең таралған. «Қоныстанған» режимі әдетте күннің уақытына сәйкес кестеге негізделген. «Қоныстанған» режимінде, ғимараттың автоматтандырылған жүйесі (BAS) жайлы климатты және жеткілікті жарықтандыруды қамтамасыз етуге тырысады, көбінесе аймақтық басқару арқылы, сонда ғимараттың бір жағындағы пайдаланушылардың термостаты (немесе басқа жүйесі немесе қосалқы жүйесі) қарама-қарсы жағындағы пайдаланушылардан өзгеше болады. Аймақтағы температура сенсоры контроллерге кері байланыс жібереді, осылайша қажет болған жағдайда жылыту немесе салқындату жүзеге асырылады. Егер қосылған болса, «Таңертеңгі жылыну» (MWU) режимі «Қоныстанған» режимінен бұрын іске қосылады. «Таңертеңгі жылыну» кезінде BAS ғимаратты «Қоныстанған» режиміне орайтын уақытта қажетті температураға жеткізуге тырысады. BAS көбінесе сыртқы жағдайларды және тарихи мәліметтерді ескере отырып, «Таңертеңгі жылынуды» оңтайландырады. Бұл «Оңтайлы бастау» деп те аталады. Кейбір ғимараттар жарықтандыруды немесе климатты баптауды іске қосу үшін қозғалыс сенсорларын пайдаланады. Ғимараттың жеткілікті түрде салқындауы немесе жылынуы үшін уақыт көп қажет болатындықтан, климатты баптау көбінесе қозғалыс сенсоры арқылы тікелей іске қосылмайды.

Жарықтандыру

Жарықтандыруды күннің уақытына, қозғалыс сенсорларына, фотосенсорларға және таймерлерге негізделген ғимаратты автоматтандыру немесе жарықтандыруды басқару жүйесі арқылы қосуға, сөндіруге немесе жарықтың күшін азайтуға болады. Мысалы, соңғы қозғалыс тіркелгеннен кейін бөлмедегі жарық жарты сағатқа қосылып тұрады. Ғимараттың сыртына орналастырылған фотоэлемент қараңғылықты және күндізгі уақытты анықтап, сыртқы кеңселер мен тұрақтардағы жарықты реттей алады. Жарықтандыру сұранысқа жауап беру жүйесі үшін өте қолайлы, көптеген басқару жүйелері DR (демандқа жауап беру) арқылы жеңілдіктер мен үнемдеулерді алу үшін жарықты азайтуға (немесе сөндіруге) мүмкіндік береді. Жаңа ғимараттарда жарықтандыруды басқару Digital Addressable Lighting Interface (DALI) далалық шинасы негізінде болуы мүмкін. DALI балластары бар шамдарды толығымен реттеуге болады. DALI сонымен қатар DALI шамдарындағы шам мен балластың бұзылуын анықтап, сигнал береді.

Көлдірлеу және шынылау

Көлденең және шынылау ғимарат жүйесінің маңызды бөліктері болып табылады, олар пайдаланушылардың көру, дыбыстық және жылулық жайлылығына әсер етеді және пайдаланушыға сыртқа қарау мүмкіндігін береді. Автоматтандырылған көлеңке және шынылау жүйелері күннің жылуын алуды және жарықтың шағылысуын басқару үшін ұсынылған шешімдер. Бұл технологияны сыртқы немесе ішкі көлеңке құрылғыларын (мысалы, жалюзилер мен ролеттер) немесе шынының өзін басқару үшін пайдалануды білдіреді. Жүйе күн, жел сияқты сыртқы ортаның және температура, жарықтандыру, пайдаланушылардың қажеттіліктері сияқты ішкі ортаның әртүрлі өзгерістеріне жылдам және тиімді жауап береді. Ғимараттардың көлеңке және шынылау жүйелері энергияны үнемдеу және жайлылық тұрғысынан жылу беруді және жарықтандыруды жақсартуға көмектеседі.

Динамикалық көлеңкелеу

Динамикалық көлеңке беру құрылғылары сыртқы жағдайларға, жарық талаптарына және күннің орналасуына қарай, үй-жайларға күн сәулесі мен күн энергиясының енуін реттеуге мүмкіндік береді. Көбінесе қолданылатын құрылғыларға жалюзилер, роликтер, ламельдер және жалаңдар жатады. Олар әдетте шынылау жүйесінің ішкі жағына орнатылады, себебі оларға техникалық қызмет көрсету арзан, бірақ сыртқы жағына немесе екеуінің комбинациясына да орнатуға болады.

Дабылдар мен қауіпсіздік

Барлық заманауи ғимаратты автоматтандыру жүйелерінде дабыл мүмкіндіктері бар. Егер мәселені шеше алатын адамға хабарланбаса, қауіпті немесе қымбат жағдайды анықтаудың өзі көп пайда бермейді. Хабарлау компьютер (электрондық пошта немесе мәтіндік хабарлама), пейджер, ұялы телефон арқылы дауыстық қоңырау, дыбыстық дабыл немесе осылардың барлығы арқылы жүзеге асырылуы мүмкін. Сақтандыру және жауапкершілік мақсатында барлық жүйелер кімге, қашан және қандай тәсілмен хабарланғаны туралы жазбаларды сақтайды. Дабылдар бірден хабарлауы мүмкін немесе дабылдардың қауіптілік немесе шұғылдық деңгейі белгілі бір шегіне жеткенде ғана хабарлауы мүмкін. Бірнеше ғимараттан тұратын объектілерде қуаттың уақытша үзілуі өшірілген жабдықтан жүздеген немесе мыңдаған дабылдарды тудыруы мүмкін – мұндай дабылдарды жою керек және оларды үлкенірек ақаудың белгілері ретінде тану қажет. Кейбір объектілер маңызды дабылдарды әртүрлі интервалдармен автоматты түрде қайта жіберуге бағдарламаланған. Мысалы, қайталанатын маңызды дабыл (үзіліссіз қуат көзінің 'байпас' режимінде жұмыс істеуі) 10 минуттан кейін, 30 минуттан кейін және дабылдар шешілгенге дейін әр 2-4 сағат сайын қайтадан дыбысталуы мүмкін. Қауіпсіздік жүйелерін ғимаратты автоматтандыру жүйесімен байланыстыруға болады. Хакерлер ғимараттарды олардың ортасын өлшеу немесе өзгерту үшін пайдалана алады: сенсорлар бақылауға мүмкіндік береді (мысалы, қызметкерлердің қозғалысын немесе тұрғындардың әдеттерін қадағалау), ал атқарушы механизмдер ғимараттарда әрекеттер орындауға мүмкіндік береді (мысалы, бұзушылар үшін есіктер мен терезелерді ашу). Бірнеше сатушылар мен комитеттер өздерінің өнімдері мен стандарттарында, соның ішінде KNX, Zigbee және BACnet (жаңа стандарттарға немесе стандарттардың жобаларына қараңыз) қауіпсіздік мүмкіндіктерін жақсартуға кірісті. Алайда, зерттеушілер ғимаратты автоматтандыру қауіпсіздігінде әлі де шешілмеген бірнеше мәселелер бар екенін хабарлайды. 2019 жылдың 11 қарашасында Гёко Крстич және Сипке Меллема авторлық құқығындағы "Мен сіздің ғимаратыңыздың иесімін (Басқару жүйесі)" атты 132 беттік қауіпсіздік зерттеу жұмысын жариялады, онда әртүрлі сатушылардың әртүрлі ғимаратты басқару жүйелері мен кіруді бақылау шешімдеріндегі 100-ден астам осал жағдайлар қарастырылды.

Бөлме автоматтандыруы

Бөлме автоматтандыруы – ғимараттарды автоматтандырудың бір саласы және олардың мақсаты ұқсас: бір немесе бірнеше жүйені орталықтандырылған басқаруға біріктіру, бірақ бұл жағдайда тек бір бөлмеде. Бөлме автоматтандыруының ең көп кездесетін мысалдары – корпоративтік кеңес бөлмелері, презентация залдары және лекция залдары. Мұндай бөлмелерде бөлменің функциясын анықтайтын көптеген құрылғыларды (мысалы, бейнеконференция құралдары, бейнепроекторлар, жарықтандыруды басқару жүйелері, дыбыс күшейткіш жүйелер және т.б.) қолмен басқару өте қиын. Көптеген бөлме автоматтандыру жүйелері әрбір операцияны басқару үшін сенсорлық экранды қолданады.