معرفی سیستمهای مدیریت هوشمند ساختمان
معرفی سیستمهای مدیریت هوشمند ساختمان
در راستای استفاده بهیـنه انرژی و کنتـرل فرایند مصرف آن ، کارشناسان و متخصصان عرصه فناوری دیجیــتال با ارائه روش ها و ابـزارهای خاص ، سعی در کنترل هوشـمند مصـرف انرژی در بخش های مختـلف نمـوده اند. انقلاب منطق فازی در عرضه دیجیتال با ایجاد تحول عظیم موجب توانایی بیشتر برای طراحان و برنامه نویسـان نرم افزارشده تا هرچه دقیق تر به تعریف فرایندهای کنترلی و هوشمندسازی اقدام نمایند. سیستم مدیریت هوشمند ساختمان با بکارگیری آخرین فرایندها درصدد آن است که شرایطی ایده آل همراه با مصـرف بهینه انرژی در ساخـتمان ها پدید آورد. این سیستم ضمن نظارت بر بخش های مختلف ساختمان و ایجاد شرایط محیطی مناسب با ارائه خدمـات همـزمان ، سبب بهینه سازی مصرف انرژی ، ارتقای سطح کارایی و بهره وری دستگاه ها ، ارزش افزوده و امکانات موجود در ساختمان می شود. بدیهی است با این کار سرمایه اولیه ای که صرف اجرای این سیسـتم شده است از راه صـرفه جوئی های حاصـل از آن بازگـشت خواهد داشت. در این سیستم انرژی به درستی مصـرف شده و ضمن محـافظت از انرژی تولید شده، راه های صـرفه جوئی و بهره وری نیز نشان داده می شود. سطح اتوماسیون در ساختمان‌های مسکونی و تجاری به طور روز افزونی افزایش می‌یابد. در ادامه به معرفی راهکارهای مدیریت هوشمند در ساختمان های مسکونی و ساختمان های تجاری می پردازیم:
اتوماسیون ساختمان در ساختمان‌های مسکونی خصوصی
اتوماسیون نقش‌های مختلفی در ساختمان‌های مسکونی مدرن بر عهده دارد. یکی از آشکارترین نمونه‌ها، استفاده از نقش‌های کنترلی در سیستمهای گرمایشی برای تنظیم بهینه مصرف انرژی می‌باشد. امروزه، تاسیسات مدرن دارای کنترل کننده‌های احتراق و رگولاتورهای دمای اتاق (ترموستات) می‌باشند. این ترموستات‌ها معمولاً دارای یک برنامه سویچ تایمر داخلی برای کاهش خودکار دمای اتاق در شب هنگام هستند.
کنترل روشنایی خودکار مثال دیگری از اتوماسیون در ساختمان‌های مسکونی به شمار می‌رود. روشنایی خارج ساختمان اغلب به دتکتورهای حرکتی متصل است و در هنگام ورود فرد به سالن به طور خودکار روشن می‌شوند. ، این ویژگی همراه با یک سنسور روشنایی اطمینان می‌دهد که چراغ‌ها زمانی که منطقه تاریک باشد روشن می شوند. اگر چه این مثال عملکرد ساده ای از اتوماسیون است اما تلفیقی از کنترل رویداد و اتصالات منطقی را نشان می‌دهد. این مثال روی راحتی و کاربرد آسان معطوف می‌شود. مثال پیچیده‌تری از اتوماسیون قابلیت روشن کردن همه چراغ‌ها در یک خانه یا خاموش کردن آنها از یک نقطه مرکزی می‌باشد- خصوصاً زمانی این اتوماسیون قابل کاربرد و مفید می‌باشد که شما متوجه یک مهاجم یا دزد در خانه خود در شب هنگام شوید. برای دستیابی به این موضوع با یک تاسیسات برقی مرسوم نیاز به سیم‌کشی زیادی دارید، چون چنین لامپ‌هایی هر کدام نیاز به سیم‌های مخصوص خود دارند که مستقیماً به یک کلید متصل می‌شوند. با اتصال تمامی کلیدها به یک سیستم باس (ترمینال) که از طریق آن با لامپ‌ها ارتباط برقرار می‌کنید، نیازی به سیم‌کشی اضافی نیست و کار اجرایی را با فشار دادن این کلید به راحتی انجام می شود در اینجا ما روی امنیت ساختمان متمرکز می‌شویم. به طور خلاصه، اتوماسیون در ساختمان‌های مسکونی خصوصی روی موضوعات زیر معطوف می‌شود: • به صرفه بودن و کاهش مصرف انرژی • راحتی و آسانی کار • امنیت
اتوماسیون ساختمان در ساختمان‌های تجاری
ساختمان‌های تجاری در قالب مفهومی اتوماسیون ساختمان؛ ساختمان‌هایی هستند که برای مقاصد عملی مانند دفتری، مراکز خرید، بیمارستان‌ها، ایستگاه‌های راه آهن، ترمینال‌های فرودگاهی و پارکینگ‌های زیر‌زمینی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
در ساختمان‌های مدرن، سیستمهای اتوماسیون زیادی برای گرمایش، سرمایش و تهویه هوا وجود دارند (شکل زیر را مشاهده کنید). برای اطمینان از اینکه این سیستمها به طور اقتصادی و مناسبی عمل می‌کنند، چنین سیستم‌هایی به کنترلرهای مناسبی مجهز شده‌اند که اغلب از طریق فیلد باس‌ها و شبکه‌ها به همدیگر و به یک مرکز کنترل متصل می‌شوند. یک سیستم تهویه در یک ساختمان تجاری این سیستمهای کنترلی مصرف انرژی را بهینه می‌سازند و پرسنل پشتیبانی و نگهداری را قادر می‌سازند تا کار خود را به طور موثرتری انجام دهند.
مطالعات انجام شده در محیط کاری نشان داده‌اند که عملکرد و کارایی پرسنل در یک محیط راحت به بیشترین حد می رسد ،برای مثال زمانی که دمای محیط کار در طول تابستان خیلی بالا باشد بازدهی پرسنل نیز کاهش می‌یابد. این موضوع منجر به نصب سیستمهای تهویه‌ها در دفاتر ساختمان‌های تجاری جدید گردیده است. حتی روشیکه ما این سیستمها را راه‌اندازی می‌کنیم نیز تغییر کرده است. امروزه، نقاط کور و چراغ‌ها را می‌توان از طریق کامپیوترهای دفتری کنترل کرد و راحتی و آسایش و دسترسی به آنها افزایش یافته است و در نتیجه عملکرد و بازدهی کارمندان نیز به همین ترتیب افزایش نشان داده است (STAUB01)
سیستمها در ساختمان‌های تجاری باید انعطاف پذیر باشند. اگر شرکتی بخواهد طرح یک دفتر را با تبدیل یک اتاق کنفرانس بزرگ به تعدادی از دفاتر کوچکتر تغییر دهد، طرح و تنظیمات تجهیزات عملیاتی ساختمان نیز باید تغییر نمایند. سیستمهای اتوماسیون ساختمان شما را قادر می‌سازد که یک سویچ لامپ را به یک لامپ دیگر ، با برنامه‌ریزی مجدد ساده بخش‌های هوشمند به جای سیم‌کشی مجدد، متصل نمایید. نقطه تمرکز ما در اینجا روی قابلیت انعطاف می‌باشد.
به طور خلاصه، اتوماسیون در ساختمان‌های تجاری روی موضوعات زیر متمرکز می‌شود: • به صرفه بودن و کاهش مصرف انرژی • برقراری ارتباط از طریق سیستمهای باس و شبکه‌ها • راحتی استفاده و کاربرد • قابلیت انعطاف
کنترل و دسترسی سیستم مدیریت هوشمند ساختمان (BMS) با استفاده از نرم افزارهای مربوطه از هر نقطه در داخل ساختمان و خارج از آن از طـریق تلفن و اینـترنت به سهولت مقدور می باشد. اتوماسیون ساختمان، سیستمی یکپارچه از زیر سیستم های مختلف مانند تهویه مطبوع (HVAC)، روشنایی، دوربین مدار بسـته، کنترل دسترسی، اعلام حریق، و غیره می باشد. برخی از این زیر سیستم ها که به عنوان زیر سیستم های مستقل توسعه یافته اند، قابلیت ارتباط با دیگر سیستم های موجود در ساختـمان را ندارند.با این حال، قابلیت همکاری بین زیر سیستم ها ، هنگام نیاز به سیستم های اتوماسـیون جهت افزایـش کارایی در ساختـمان ها ، جنبه بسـیار مهمی است؛ زیرا به زیرساختهای موجود از برندهای گوناگون اجازه تجمیع می دهد تا منابع و اطلاعـات را بین خود به اشـتراک بگذارند.
برای مثـال، با توجه به چنین رویکردی، می توان سنسورها را برای فعال سازی تجـهیزات در سیسـتم های روشنایی و HVAC یا تجمیع این سیستمها با سیستم کنترل دسترسی کامل تر نمود. این همکاری بین زیر سیستم ها است که سیستم اتوماسیون ساختمان را تبدیل به یک سیستم به اصطلاح هوشمند می نماید. قابلیت همکاری بین زیر سیستم ها تنها زمانی می تواند رخ دهد که دو یا چند زیر سیستم یکدیگر را درک کنند. استفاده از یک پروتکل ارتباطی، برای دستیابی به این درک، ضروری می باشد. از روش های دستیابی به قابلیت همکاری بین زیر سیستم ها در یک ساختمان هوشمند می توان به سه مورد اشاره نمود: راه حل بسته : تولید کننده یک راه حل جامع با پروتکل ارتباطی خاص خود را ارائه می دهد. راه حل نیمه باز : تولید کننده درجه ای از ارتباط را با پروتکل و زیر سییستم های دیگر برقرار می کند.
راه حل باز : تولیدکننده سیستم خود را بر اساس پروتکل استاندارد باز طراحی می کند که بر اساس همکاری با سایرتولیدکنندگان شکل گرفته است.
پروتکل های ارتباطی
هدف سیستم های اتوماسیون ساختمان ، بهبود کنترل و مدیریت زیر سیستم های مکانیـکی و الکتریکی ساختمان است. قابلیت سیستم همان گونه که در شکل به تصویر کشیده، به سه سطح تقســیم شده است. در لایه فیــلد ( قسمتی که ادوات و تجهیزات مســتقر در ساختمان در آن قرار دارند)، داده ها جمع آوری می شود و پروسه کنترل می شود (سوئیچینگ، تنظیمات، موقعیت یابی) . لایه اتوماسیون شامل جنبه های مختلف کنترل خودکار، به عنوان مثال، اجرای حلقه کنترل می باشد. وظایف پیکربندی و مدیریت عمومی ( به عنوان مثال، مانیتورینگ) بخشی از وظایف لایه مدیریت می باشند.
امروزه، استانداردهای مختلفی برای هوشمـند سازی وجود دارد. رایــج ترین و معـــروف ترین پروتکل ها KNX، LonWorks و BACnet می باشند.درحالی که این استانداردهای باز مستقل از کاربرد بوده و می توانند در هر سه لایه مورد استفاده قرار گیرند، استانـداردهای دیگر تنها مختص استفاده در یک لایه هستند. نگاشــتی از مهم ترین پروتکل ها در لایه های معماری در یک ساختمان هوشمند ، در شکل نشان داده شده است. مشـاهده می شــود که هم KNX و هم LonWorks عمدتا در لایه فیلد و اتوماسیون استفاده می شوند در حالی که استفاده از BACnet در لایه اتوماسیون و مدیریت متداول است.
احتمالاً، از جنبه عملکرد در یک ساختمان هوشمند ، ممکن است تفاوتی بین پروتکل های باز و اختصاصی وجود نداشته باشد. با این حال، در واقع پروتکل های باز مزایای متعددی از جمله قابلیت رقابت، سازگاری نصب ،تعمیر و نگهداری ، قابلیت همکاری وتجمیع سیستم ، اکتساب داده ها و قابلیت مبادله محصول را ارائه می دهند. پروتکل های/سیستم های ارتباطی باز سیستم های بازBACnet، LonWorks وEIB / KNX توانایی پوشش کاربردهای اتوماسیون ساختمان را به طــور کامل دارند.همه آنها اهمیـت قابل توجــهی را در بازار جهانی به دست آورده اند و اغلب توسط مشتریان و تجمیع کنندگان سیستم برای راه حل های کامل سیستمی انتخاب می شوند.
BACnet پروتکل شبکه اتوماسیون و کنترل ساختمان (BACnet)به رسـیدگی نیازهای سیستم های اتوماسیون و کنترل ساختمــان در هر انـــدازه و نوعی اختصـاص یافته و توسـط انجمن ASHRAE به وجود آمده است. آخرین نسخه این استــاندارد، " BACnet- ANSI/ASHRAE Std. 135, 2009" پروتکل ارتباطـــی دیتا برای شبکه های اتوماسیون و کنتـرل ساختمان است و در حال به روزرســانی مداوم می باشد. لابراتوارهای تست BTL ســازمان بســـیار مهم دیــگری است که مسئــول بررسی محصولات متنوع تولیدکـنندگانی است که پروتکل BACnet را به کار می برند. ازاین روBTL، تطبیق پذیری میان محصولات تایید شده، تضمین می نماید . LonWorks سیــستم LonWorks در ابتدا توســــط Echelon Corp طراحـــی و پروتــکل ارتباطــی آن، LonTalk، منتشــــر شـد که دارای استانــــدارد ANSI/EIA 709 می باشــــد. نهاد مجـــاز برای تاییـــــدیه قطعات، LonMark است.
LonTalk پروتـکل منحصر به فــردی است که توســط این سیســتم پشتــیبانی می شـود. این پروتــکل ارتباطات بین همه مولفه های روی شبکه سیســـــتم را پشتیبانی می کند. LonTalk از انواع توپــولوژی های رسانه های ارتباطــی و سیـم کشی های مختلف پشتیبانی میکند.
KNX Konnex)KNX) تکنولوژی و مشارکتـی دارد که در سال 2002 در نتیـجه ادغام سه تکنولوژی اروپایی EIB ، BatiBUS و EHS برای کنترل ساختمان و خانه به وجود آمده است؛ KNX یک استـاندارد بین الملـلی است. ( KNX (ISO/IEC 14543 از واسطه های شبکه ای مختلف، همچـون زوج به هم تابیده (TP) ، خط قدرت(PL) و راه حل وایرلس که فرکانس رادیویی KNX-RF نامیده می شود ،پشتیبانی می کند. به عنوان مثال شبکه های فیلد می توانند با استـفاده از کابل های دو زوجـی به هـم تنیده KNX ارتباط بین حسـگرها، محرک ها و کنتـرل کننده ها را تضمـین کنند ،با محیـط تعامل برقرار می کنند و وظایف اندازه گیری و کنترل را انجام دهند.
مثلثی که در شکل ترسیـم شده است نشـان می دهد که LonWorks و KNX روی لایه های فیـلد و کنترل تمــرکز می کنند در حالی که BACnet برای لایه مدیـریت مناسب تر است. در بعضی موارد راه حل اتخاذ شده براساس داشــتن لایه مدیــریت همچون BACnet می تواند فانکشن های سـایر لایه ها را به دیگر پروتکل ها همچــون LonWorks، KNX، ModBus و غیره اختصـاص می دهد و همانگونه که اشــاره شد مهندســی ساختــــمان های بزرگ نیاز به تجمیع چنــدین پروتکل مختلف دارد تا گستــره ای از نیازهای ساکنین را برطرف نماید .
