Реферат: Разработка информационной системы интеллектуального здания на примере музея-усадьбы Н.Е. Жуковского
Notice: Undefined variable: ref_img in /home/area7ru/area7.ru/docs/referat.php on line 323
Разработка информационной системы интеллектуального здания на примере музея-усадьбы Н.Е. ЖуковскогоБондарьков Денис Петрович, средняя школа № 1275, 11 классВведениеРабота состоит из четырех разделов. В первом рассматривается концепция и определение интеллектуального здания. Во втором проводится анализ различных систем управления и применяемых протоколов взаимодействия устройств. В третьем разделе приведены описания двух проектов системы интеллектуального здания и рассмотрен вариант построения интегрированной системы интеллектуального здания на примере музея-усадьбы Н.Е. Жуковского. Четвертый раздел – заключение.1. Интеллектуальное здание и его концепцияНеобходимость появления интеллектуального зданияЛюбое здание (административное, производственное или жилое) состоит из некоторого набора подсистем, отвечающих за выполнение определенных функций, которые решают различные задачи в процессе функционирования этого здания. По мере усложнения этих подсистем и увеличения количества выполняемых ими функций, управление ими становилось все сложнее. Также стремительно росли расходы на содержание и обслуживание персонала, ремонт и обслуживание этих подсистем. Впервые эти проблемы встали при эксплуатации больших административных и производственных комплексов. Если мы рассмотрим любое административное здание, то увидим, что в нем действуют все службы, являвшиеся ранее непременными атрибутами городского хозяйства. В таких зданиях обычно существует административная служба или администратор, которые используют или обслуживают эту систему практически круглосуточно. Хотя есть немало средств автоматики, которые сами справляются с возложенными на них задачами, такими, как отопление, вентиляция, поддержание микроклимата, освещение, пожарная сигнализация, дымоуничтожение, контроль входа/выхода и т.п., но управление и обслуживание всех этих систем требует наличие администрирующего персонала. Его обязанностью является контроль работы этих подсистем и принятие мер в случае выхода из строя. Но есть ситуации, когда даже действия квалифицированного персонала могут оказаться неэффективными. Это случаи возникновения угрозы зданию и находящимся в нем людям, имеющие глобальный характер – пожар и другие стихийные бедствия. В подобном случае необходимо быстро принимать экстраординарные меры. Реакция и правильность действий людей в критической ситуации может оказаться недостаточной. В таком случае необходимым становится вмешательство автоматизированной системы управления зданием. Традиционные системы обеспечения различных аспектов жизнедеятельности в прошлом проектировались как автономные. Такие системы создавались отдельно для каждой функции и объединялись для произвольной части здания. В зданиях устанавливались системы только с теми возможностями и с той степенью сложности, которые были необходимы на текущий момент построения здания. Дальнейшее расширение и модернизация данных систем были сложными и дорогостоящими задачами из-за множества различных факторов. Затраты на эксплуатацию такой системы складываются из затрат на эксплуатацию каждой автономной системы в отдельности и стоимости обучения персонала. Стоимость эксплуатации этих систем высока – в силу их автономности каждая из них поддерживается отдельно. Стоимость обучения персонала столь же высока, поскольку операторы должны быть ознакомлены с каждой автономной системой. Основные положения концепции интеллектуального здания В настоящее время для комплексного решения вышеперечисленных проблем используется подход, называемый «Интеллектуальное здание». Интеллектуальное здание – не очень точный перевод английского термина «intelligent building». Под интеллектом в этом подходе понимается умение распознавать определенные ситуации и определенным образом на них реагировать. Вместе с тем, в соответствии с буквальным переводом с английского, ИЗ можно интерпретировать как «разумно построенное». В то же время здание должно быть спроектировано так, что все сервисы могли бы интегрироваться друг с другом с минимальными затратами (с точки зрения финансов, времени и трудоемкости), а их обслуживание было бы организовано оптимальным образом. Концепция интеллектуального здания содержит в себе следующие положения: Создание интегрированной системы управления зданием – системы с возможностью обеспечения комплексной работы всех инженерных систем здания: освещения, отопления, вентиляции, кондиционирования, водоснабжения, контроля доступа и многих других. Передача функций контроля и принятий решений подсистемам интегрированной системы управления зданием. В эти подсистемы как раз и закладывается «интеллект» здания – то, как оно будет реагировать на изменение параметров датчиков системы и другие события типа чрезвычайных ситуаций. Реализация механизма немедленного отключения и передачи при необходимости управления человеку любой подсистемой интеллектуального здания. Вместе с этим человеку должен предоставляться удобный и единообразный доступ к управлению и отображению всех подсистем и частей «Интеллектуального здания». Обеспечение корректной работы отдельных подсистем в случае отказа общей управляющей системы или других частей системы. Минимизация стоимости обслуживания и модернизации систем здания, что должно обеспечиваться применением общих стандартов в построении подсистем, автоматическое конфигурирование и обнаружение новых устройств и модулей при их добавлении в систему. Наличие в здании проложенной коммуникационной среды для подключения к ней устройств и модулей систем. Наряду с этим возможность использования в качестве коммуникационной среды в системе управления различных типов физических каналов: слаботочные линии, силовые линии, радиоканал. Технические возможности интеллектуального здания Интеллектуальное здание имеет массу преимуществ перед неинтеллектуальным. Интегрированная система управления зданием позволяет владельцам здания создавать сколь угодно сложные и интеллектуальные процедуры функционирования этого здания, так как все исполнительные системы этого здания могут работать согласованно и совместно. Отсюда следует реализация множества ресурсосберегающих процедур, процедур контроля доступа и обеспечения безопасности здания, учета контроля практически всех параметров систем здания и оперативное реагирование на их критическое изменение, причем реакция является комплексной и мгновенной, процедур удаленного контроля и управления зданием, так как все информационные и управляющие каналы связи в такой системе являются цифровыми. 2. Системы управления интеллектуальным зданием2.1. Рынок технологий систем управления интеллектуальным зданиемСистемные решения и оборудование для систем автоматизации зданий представлены многими именитыми и не очень именитыми производителями. В этот перечень входят такие компании как Crestron, AMX, ABB, GIRA, SIEMENS, IBM, MARMITEK и многие другие. Все вышеперечисленные компании используют достаточно ограниченный ряд протоколов передачи команд и данных: EIB, CeBus, X10 и еще несколько, менее распространенных. По перспективности развития систем автоматизации зданий в России сейчас видится три стандарта: А. В сфере больших проектов лидирует шина EIB. Имеется также LonWorks, в России этим стандартом занимается лишь два - три инсталлятора, да и в Европе EIB не очень популярна. Хотя из серьезных протоколов LonWorks предпочтительнее, но стоимость реализации проекта на основе этого протокола огромна: стоимость лицензии превышает 250000доллар, стоимость вступления в ассоциацию EIBA - 50000доллар, стоимость программного обеспечения приблизительно равна 10000доллар. Но и EIB, и LonWorks лидируют только на рынке больших проектов, и лишь только в новостройках или при капитальном ремонте зданий, где вся электропроводка и инженерные коммуникации переделываются. В. На рынке частных проектов (до 2000 кв.м.) перспективным видится CeBus – идеология понятна, реализовать можно систему любой сложности, протоколы открыты. Сигналы передаются по технологии SpreadSpectrum - система сама понимает где помехи, а где данные, сигнал является шумоподобным, так что зашумливать его дальше трудно. Управляющие сигналы на скорости 9600 надежно передаются, и включиться в передаваемую команду постороннему не получится. К тому же существуют переходники CeBus - Х10 и наоборот. Кроме того, протокол передачи управляющих команд CeBus планируют использовать основные производители бытовой электроники - Panasonic, Sony, JVC. Но спектр CeBus-продуктов очень узок, производителей оборудования, поддерживающих базовый протокол передачи команд, мало. Оборудование на 220В испытано только в Норвегии (для этой страны делает оборудование Emerald, Gateaway) и в Австралии. С. В диапазоне частных и коммерческих проектов (до 1500 кв.м.) у X10 нет конкурентов по соотношению: цена - качество - диапазон представленного оборудования. Недаром свыше 5 миллионов объектов по всему миру оборудованы именно X10. Из вышеперечисленного следует, что существует большое количество систем по управлению жилыми комплексами. Большинство из них предназначены для инсталляции во вновь строящиеся здания и сооружения. Это связано с тем, что для большинства из них требуется осуществить прокладку кабеля внутри здания и монтаж датчиков, исполнительных модулей и систем управления. Моя задача усложнялась тем, что данный объект является историческим памятником, и любое проведение строительно-монтажных работ в нем абсолютно исключается. После проведения анализа возможностей различных систем мой выбор остановился на стандарте X10 – стандарте, который позволяет автоматизировать управление различными системами дома (освещение, охрана, отопление) без прокладки дополнительных кабелей, а с использованием уже существующей электропроводки здания. 2.2. Описание системы управления интеллектуальным зданием по протоколу X10 Возможности протокола X10 по управлению освещением и электроприборами: дистанционно с радио и инфракрасных пультов управления передать сигнал управления в сеть; удаленно с помощью телефона и через Интернет; по временным сценариям с помощью программируемых таймеров; по датчикам освещенности, движения и температуры. С точки зрения логики организации сети X10 все устройства можно разбить на две большие группы: КОНТРОЛЛЕРЫ - отвечают за генерацию команд X10 и, помимо ручного кнопочного управления, могут иметь встроенный таймер или специализированное устройство ввода внешнего воздействия (датчик освещенности, фотоприемник инфракрасного излучения от пульта дистанционного управления и т.д.). ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МОДУЛИ - выполняют команды, передаваемые тем или иным контроллером, управляют коммутацией электропитания бытового или осветительного прибора, играя роль «умного» выключателя. Исполнительные модули также можно разделить на два типа: Ламповые модули (lamp module) - конструктивно представляют собой тиристорные регуляторы мощности. Они обеспечивают, помимо функций включения и выключения, плавную регулировку яркости свечения электроламп. Приборные модули (appliance module) - оснащены электромагнитным реле для включения или переключения питания, и не предназначены для плавной регулировки подаваемой на нагрузку мощности. С функциональной точки зрения сеть Х10 включает следующие компоненты: Передатчики - позволяют передавать специальные коды команд в формате Х10 по электросети. Такими устройствами являются: преобразователь (трансивер) радиосигналов в Х10, программируемые таймеры, посылающие сигналы Х10 в нужное время; компьютерные модули и контроллеры типа « LEOPARD », выполняющие заданные программы по управлению электроприборами; датчики температуры, освещенности, движения и др., которые при наступлении определенных событий посылают X10 сигналы, по сети 220 вольт, приемникам. Приемники - принимают команды Х10 и выполняют их: включают или выключают свет, регулируют освещенность и т.д. На каждом приемнике имеются селекторы установки его адреса: 16 возможных кодов дома (А - P) и 16 возможных кодов модуля (1-16), то есть всего 256 различных адресов. Несколько приемников могут иметь тот же адрес, в этом случае они управляются одновременно. Трансиверы - принимают сигналы от инфракрасных или радио пультов дистанционного управления и передают их в электросеть, преобразовав в формат Х10. Пульты ДУ - по радио или ИК каналам через трансиверы обеспечивают дистанционное управление устройствами Х10 по сети 220 вольт. Наиболее удобны универсальные, обучаемые пульты ДУ, с их помощью можно управлять как по радиоканалу, устройствами Х10, так и по ИК каналу, стандартной аудио/видео аппаратурой. Линейное оборудование - повторители/ретрансляторы сигналов, фильтры скачков напряжения или тока, противопомеховые фильтры, блокираторы сигналов. Эти устройства используются для повышения надежности и безотказности системы в целом. Хотя в простых системах возможно достижение прекрасных результатов и без использования этих средств, но производители рекомендуют подстраховаться. Измерительное оборудование - используется для измерения уровней полезных сигналов Х10 и помех в электросети при выполнении монтажных и пуско-наладочных работ. 2.3. Технология передачи сигналов Х10 Х10 - протокол взаимодействия передатчиков и приемников, путем передачи и приема сигналов по силовым линиям (бытовая сеть электропитания). Этими сигналами являются ВЧ - импульсы, которые кодируют цифровую информацию. Импульсы представляют собой пакеты переменного напряжения амплитудой 5В, частотой 120 КГц и длительностью 1 мс, что определяет бинарную единицу (единичный бит); бинарный ноль - отсутствие импульса. Передача импульсов синхронизирована с переходом переменного тока через нулевой уровень в пределах 200мкс интервала. Единичный бит передается в виде трех импульсов с интервалом 3,33 мс (для сети с частотой напряжения 50 Гц), которые соответствуют по времени, нулям трех фаз трехфазной электрической сети (рис.1).  Рис. 1. Для передачи команды Х10 требуется одиннадцать циклов (периодов) силового напряжения. Первые два цикла передают стартовый код, cледующие четыре цикла представляют код дома (с А по Р) и последние пять циклов передают код прибора (с 1 по 16) или код функции (ВКЛ, ВЫКЛ и т.д.), т.е. ключевой код. Этот полный код ( стартовый код + код дома + ключевой код) всегда передается дважды непрерывным блоком. Между блоками разных команд всегда должен быть перерыв в три цикла силового напряжения. Исключением из этого правила являются блоки команд ЯРЧЕ/ТЕМНЕЕ, которые передаются последовательно (минимум два блока) без задержек (рис. 2).  Рис. 2. Внутри каждого блока, код дома и ключевой код должны передаваться с дополняющими до единицы кодами в смежных полупериодах силового напряжения. Например, если единичный импульс передан в первой половине периода, то во второй не должно быть никакого сигнала (нулевой бит) (рис. 3).  Рис. 3. Таблица (рис.4) показывает возможные значения кода дома и ключевого кода и их двоичные представления.  Рис. 4. Стартовый код - это уникальный код, всегда равный 1110 и не имеющий дополняющих бит в смежных полупериодах, т.е. значащие биты передаются на каждый переход силового напряжения через нуль. [1] HAIL запрос (запрос-приветствие) передается для нахождения передатчиков в зоне покрытия. Это позволяет выставить различные коды домов в случае получения ответа Hail Acknowledge. [2] В коде функции Pre-Set Dim, бит D8 вместе с четырьмя битами кода дома составляет блок из 5 бит {D8H8H4H2H1}, определяющий абсолютный уровень диммера. [3] Функция Extended Data (дополнительные данные) предшествует последовательности байт (8 бит) произвольной длины, которые представляют аналоговые данные после аналогово-цифрового преобразования. Код функции и байты данных передаются непрерывно, без пауз. Первый байт данных может указывать на количество байт в последовательности. Если при передаче в последовательности байт допущены паузы, то модуль - приемник может выполнить ошибочную операцию. Функция Extended Code эквивалентна Extended Data: последовательность байт (без пауз), которые представляют дополнительные коды. Это позволяет разработчикам использовать больше 256 имеющихся кодов. Первые 16 из ключевых кодов определяют номер модуля, который в дальнейшем будет принимать и выполнять команды (ВКЛ, ВЫКЛ, ЯРЧЕ, ТЕМНЕЕ) до переопределения управляемого модуля. Бит D16 называется «функциональным битом», если он равен 1, то передается функция, иначе код модуля. 2.4. Недостатки протокола Х10 и борьба с ними Низкая скорость передачи информации Передача импульсов синхронизирована с переходом через ноль напряжения электросети, например, команда «ВКЛ», содержащая 94 бита, займет 47 циклов силового напряжения или 0,94 сек. (почти секунда!). Но если после этого послать команду «ВЫКЛ» на этот же модуль, то она выполнится в два раза быстрее, т.к. не надо передавать код устройства. Низкая помехозащищенность X10 использует амплитудную модуляцию, поэтому помехи в электросети легко могут «забить» полезный сигнал. Основные источники помех в электросети - электродвигатели (холодильник, стиральная машина, электродрель и т.п.) и приборы с тиристорными регуляторами (кроме устройств Х10). Помехоподавляющие конденсаторы электробытовых приборов также могут фильтровать высокочастотный 120КГц сигнал X10. Для преодоления проблем с помехозащищенностью необходимо соблюдать следующие рекомендации: устанавливать фильтры (типа FD10) на вводе в объект; все устройства, могущие создать помехи в электросети (электродвигатели; устройства, содержащие тиристорные регуляторы, кроме Х10) включать в сеть только через дополнительные фильтры (типа FM10); по возможности избегать кратковременных (длительностью менее 20 сек) отключений напряжения электросети; электросварочные и подобные работы производить от фаз, к которым не подключены устройства Х10. Без выполнения этих рекомендаций сеть X10 тоже работать будет, но иногда возможны неожиданные неприятные эффекты. Проблема ложного срабатывания Ложные срабатывания от помех в электросети, вызванных бытовыми электроприборами маловероятны. Более вероятны ложные срабатывания, если, например, два устройства Х10 одновременно подают в электрическую сеть свои управляющие сигн...
|
|
Простая ссылка на эту работу:
Ссылка для размещения на форуме:
HTML-гиперссылка:
|
Добавлено: 2010.10.21 Просмотров: 1516 |
Notice: Undefined offset: 1 in /home/area7ru/area7.ru/docs/linkmanager/links.php on line 21
