INSTYTUT MECHATRONIKI
NANOTECHNOLOGII i TECHNIKI PRÓŻNIOWEJ
dr inż. Zenon OCIEPA
[e-mail]
AUTOMATYKA
AUTOMATYKA
BUDYNKÓW INTELIGENTNYCH
BUDYNKÓW INTELIGENTNYCH
Plan lekcji
1. Wprowadzenie: zapoznanie z MECHATRONIK
, film
2. Automatyka budynków - wykład
3. Aparatura i oprogramowanie  pokaz w laboratoriach
PODSTAWY WIEDZY TECHNICZNEJ
Program lekcji
Program lekcji
1. Współczesne potrzeby zarządzania funkcjami budynku
2. Poziomy funkcjonalne, aparatura i oprogramowanie systemów BMCS
(Building Managenent & Control System)
Uczeń powinien:
" umieć określić korzyści płynące ze stosowania systemów zarządzania
budynkiem,
" powinien umieć wymienić podstawowe funkcje budynku inteligentnego.
Wprowadzenie, definicje, podstawowe pojęcia
Wprowadzenie, definicje, podstawowe pojęcia
Wprowadzenie, definicje, podstawowe pojęcia
Budynki inteligentne to duże obiekty
budowlane, w których zastosowana jest
najnowsza technologia z zakresu sterowania
i zarządzania:
" funkcjami technicznymi,
" serwisowymi,
" bezpieczeństwem i przepływem informacji.
BI ze względu na specyfikę wymagań, wysoką złożoność funkcjonalną
oraz zużywanie bardzo dużych ilości energii należą do budowli bardzo
skomplikowanych pod względem wymagań projektowo-wykonawczych,
norm, warunków pracy oraz eksploatacji.
Wprowadzenie, definicje, podstawowe pojęcia
Wprowadzenie, definicje, podstawowe pojęcia
Wprowadzenie, definicje, podstawowe pojęcia
Działanie budynku inteligentnego jako całości nadzoruje wiele jego
systemów wewnętrznych, jak np.:
" BMS (Building Management System), który steruje i monitoruje
tzw. funkcje techniczne budynku, np.. systemy HVAC (Heating,
Ventilation, Air-Condition),
" SMS (Security Management System) system odpowiedzialny za
integrację podsystemów bezpieczeństwa.
" Oba te systemy są bardzo często łączone w jeden wspólny
zintegrowany system BMCS (Building Managenent & Control
System), który zarządza oraz monitoruje wszystkie podsystemy
techniczne i bezpieczeństwa w budynku.
W każdym z tych systemów występuje przeplatanie się zagadnień i
problemów związanych z wieloma dyscyplinami nauki. Budynek
inteligentny jest więc wspólną platformą integrującą nie tylko
kierunki architektoniczne, budowlane i konstrukcyjne, ale także
dyscypliny nauki jak: automatyka, elektronika, optoelektronika,
mechatronika, elektrotechnika i informatyka.
Definicje: 1
Definicje: 1
Definicje: 1
Inteligentny budynek to taki budynek, który maksymalizuje
efektywność osób czy instytucji go wykorzystujących i pozwala
na efektywne zarządzanie zasobami przy minimalnych kosztach
podczas całego okresu eksploatacji
One that maximises the efficiency of its occupants and allows effective
management of resources with minimum life-time costs
(y
ródło: European Intalligent Building Group)
Definicje: 2
Definicje: 2
Definicje: 2
Inteligentny Budynek potrafi bardziej niż zwykłe budynki
dostosować się do potrzeb jego użytkowników - posiada
zdolność adaptacji do nowej technologii i zmieniających się
potrzeb organizacji jego użytkowników
One that is more responsive to user needs - ability to adapt to new
technology or changes in organisational structures.
(y
ródło: DEGW)
Przykłady
Przykłady
Petronas Towers w Malezji
482m
Przykłady
Przykłady
Hotel Hilton Warszawa, kwiecień 2007
Wydział Biologii Uniwersytetu 95m. , 22 piętra, 330 pokoi, parking 1150
im. Adama Mickiewicza w Poznaniu -
Collegium Biologicum, Kampus Morasko system automatyki w oparciu o sterowniki TAC
Xenta 400, 282 oraz 300.
2006- system automatyki i sterowania wraz Stacja BMS oparta jest na oprogramowaniu
z centralnym nadzorem BMS w technologii TAC Vista IV w wersji:
LonWorks dla 120 central klimatyzacyjnych TAC Vista IV Workstation Standard
i kompensacyjnych, 65 digestoriów, 90 TAC Vista IV Workstation Manager - druga
klimakonwektorów, belek chłodzących, węzła stacja komputerowa (laptop) dla szefa serwisu
cieplnego oraz monitoringu agregatów wody TAC Vista IV Server.
lodowej i stacji transformatorowej
Korzyści stosowania systemu BMCS
Korzyści stosowania systemu BMCS
1) Ograniczenie zużycia energii elektrycznej, gazu oraz zimnej i ciepłej
wody (25-30%), dzięki zastosowaniu sterowania i dystrybucji tych
mediów oraz możliwości k-rzystania z pełnej informacji z całego
systemu,
2) Możliwość wytworzenia komfortowych warunków pracy dla
wszystkich użytkowników i klientów, co ma istotny wpływ na
wydajność pracy i dobre samopoczucie,
3) Możliwość opracowania skutecznych i nowoczesnych procedur
alarmowych oraz ewakuacyjnych w przypadku sytuacji awaryjnych
lub stwarzających zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi, dzięki pełnej
i aktualnej informacji o stanie obiektu,
4) Maksymalne uproszczenie i usprawnienie systemu zarządzania i
monitorowania obiektu, kompleksowa organizacja raportowania i
archiwizacji danych dotyczących funkcjonowania całego obiektu,
możliwość przesyłania danych i raportów do innych baz danych i
systemów informatycznych.
Korzyści stosowania systemu BMCS cd.
Korzyści stosowania systemu BMCS cd.
5. Możliwość łączenia wielu oddalonych oddziałów i budynków w ramach
jednej sieci rozległej WAN oraz możliwość zdalnego monitorowania i
zarządzania systemem poprzez łącza telekomunikacyjne,
6. Elastyczny i wielopoziomowy dostęp do systemu sterowania BMS i
SMS zabezpieczany hasłami (np. operator BMS, programista,
administrator systemu, serwis itp.),
7. Dowolność i elastyczność w tworzeniu logicznie oddzielonych
podsystemów, odrębnie zarządzanych przez innego użytkownika lub
podnajemcę części obiektu (outsourcing),
8. A
atwość rozbudowy systemu bez konieczności wyłączania istniejących
i działających urządzeń, otwartość systemu,
9. Nowoczesny i kompleksowy system kontroli dostępu i zabezpieczenia
alarmowego,
10.Wspomaganie działania systemu sygnalizacji pożarowej i możliwość
realizacji nowoczesnego systemu ewakuacji oddymiania.
Cechy Inteligentnego Budynku
Cechy Inteligentnego Budynku
Zintegrowane systemy
techniczne
Centralny system
zarządzania
Okablowanie
strukturalne
Zarządzanie budynkiem - systemy niezależne
Zarządzanie budynkiem - systemy niezależne
C
H
IR
L
L
E
P
L
A
N
T
CT
H
ILN
L
E
R
P
L
A
Kontrola
dostępu
Wykrywanie
pożaru
System
antywłamaniowy
Obsługa
techniczna
Automatyka
instalacji
Oświetlenie
Zarządzanie budynkiem - system zintegrowany
Zarządzanie budynkiem - system zintegrowany
Zdalny dostęp
do informacji
IL
C
H
L
E
R
L
P
A
N
T
ILRN
CEA
HP
LLT
I
I
n
n
f
f
o
o
r
r
m
m
a
a
c
c
j
j
a
a
Se
Se
rw
rw
i
s
i
s
O
O
rg
rg
a
n
a
i
n
z
i
a
z
c
a
j
c
a
j
a
Be
Be
E
z
E
z
I
n
I
n
s
p
s
t
p
a
t
a
l
a
l
a
n
c
n
c
j
e
j
e
i
i
e
e
e
e
c
c
r
r
z
z
g
g
e
e
i
i
a
a
ń
ń
s
s
t
t
w
w
o
o
Integracja systemów....
Integracja systemów....
...wspólna magistrala (sieć) komunikacyjna
...wspólna magistrala (sieć) komunikacyjna
oraz jeden standard wymiany informacji & np.
oraz jeden standard wymiany informacji & np.
CLRA
H LT
ILEPN
HVAC
Nadzór
pożaru
Telewizja
dozorowa
włamania
Sterowanie
Zarządzanie
Automatyka
Wykrywanie
Wykrywanie
oświetleniem
instalacji techn
.
zużyciem energii
Kontrola dostępu
Zalety integracji na przykładzie algorytmu działania
Zalety integracji na przykładzie algorytmu działania
wykonywanego podczas alarmu pożarowego.
wykonywanego podczas alarmu pożarowego.
Ź 4 minutowe opóz
nienie alarmu ogólnego,
Ź zatrzymanie instalacji klimatyzacyjnych i zamknięcie
klap dymowych w kanałach wentylacyjnych danej
strefy zagrożenia (sterowanie wentylacją,
klimatyzacją),
Ź oddymianie w strefie zagrożenia oraz przygotowanie
dróg ewakuacji - klatki schodowe (instalacja
wentylacyjna oddymiająca)
Ź zwolnienie dróg ewakuacji ludzi (instalacja kontroli
dostępu)
Ź sprowadzenie wind na poziom parteru (sterowanie
windami)
Ź poinformowanie ludzi (system nagłośnienia),
Ź wizualizacja elementów systemu na tablicy
synoptycznej.
Okablowanie strukturalne
Okablowanie strukturalne
Ź Jeden standard infrastruktury kablowej w skali całego
budynku.
Ź Jeden instalator.
Ź Uproszczona instalacja.
Ź Nadmiarowość okablowania.
Ź Obniżone koszty eksploatacyjne.
Ź łatwość adaptacji do zmieniających się potrzeb użytkowników
i postępu technologicznego.
Ź Zachowanie wartości zainstalowanego systemu w przyszłości.
Przykładowa instalacja
Przykładowa instalacja
Regulator
oświetlenia
Zespoły gniazd RJ 45
......
Detektor ruchu
Czujnik temp.
Zegar
......
......
Nastawnik
temp.
......
Krosownica
okablowania
IBS
Podniesiona podłoga
Czytnik kart
Krosownica
Gniazda telefoniczno-
okablowania
informatyczne
strukturalnego
teleinformatycznego
Centralny system zarządzania - podział
Centralny system zarządzania - podział
funkcjonalny obsługi.
funkcjonalny obsługi.
Ochrona,
System
Instalacje
Systemy
wykrywania
techniczne
bezpieczeństwa.
pożaru
CLPN
HR
ILELT
A
Dwa systemy zarządzania?
Dwa systemy zarządzania?
Mechanizmy udostępniania baz danych
DDE (AdvancedDDE, FastDDE,
Standard/NetDDE, RemoteDDE)
Open Data Base Connectivity (ODBC)
SQL
OLE
OPC
CLRN
H P
ILELT
A
HVAC
pożaru
Nadzór
energii
dostępu
Kontrola
Telewizja
zużyciem
dozorowa
włamania
Wykrywanie
Automatyka
Zarządzanie
Wykrywanie
instalacji techn.
Sterowanie oświetleniem z punktu widzenia
Sterowanie oświetleniem z punktu widzenia
integracji systemów.
integracji systemów.
System autonomiczny
System oparty o uniwersalne sterowniki
System zintegrowany na poziomie protokołu
transmisji
System mieszany
Zarządzanie zużyciem energii cieplnej i
Zarządzanie zużyciem energii cieplnej i
elektrycznej
elektrycznej
Poziom sterowników
Poziom systemowy
Zarządzanie zużyciem energii - poziom
Zarządzanie zużyciem energii - poziom
sterowników
sterowników
GRZANIE CHŁODZENIE
Ź Obniżenie nocne
Ź Optymalny czas startu/stopu
Ź Pasmo zerowej energii
N D K K D N
Ź Chłodzenie nocne
Ź Kontrola obecności
CPU
Ź Sterowanie oświetleniem
ObecnoS
ć
Optymalny Optymalny
czas startu czas stopu
Tryb nocny
Tryb dyżurny
2 0
Tryb komfortowy
2 4 6 81 1 1 1 1 2 2 0 2
2 0 0 2 4 6 8 0 2 0 OszczędnoS
ci
energii
Wpływ czujki
obecnoS
ci na
program czasowy
Frost
TEMP.
10 11 12
Noc Noc
Czas
ENERGII
PASMO ZEROWEJ
Temp
Zarządzanie zużyciem energii - poziom
Zarządzanie zużyciem energii - poziom
sterowników
sterowników
Ź Chłodzenie nocne
Ź Optymalizacja temp. zasilania
Ź Kontrola CO2
Ź  Obcinanie zużycia szczytowego
Ź Kontrola entalpii temp/wilg (T/RH)
Ź Programy czasowe
Ograniczenie
Lato
górne
Zima
Temperatura zewnętrzna
Temperatura zewnętrzna
Czas
Nastawa temp.
Zużycie energii
elektrycznej
Temperatura wody
w
e
n
w
e
Tz
m
e
z
tr
e
i
w
o
p
e
i
n
e
z
m
d
y
ło
n
z
h
tr
C
ę
n
w
e
z
.
z
d
o
g
w
0
d
e
0
o
:
w
8
s
0
H
a
z
o
R
C
d
<
n
0
0
w
:
e
4
0
z
H
R
Zarządzanie zużyciem energii
Zarządzanie zużyciem energii
- rozwiązania systemowe
- rozwiązania systemowe
Ź Funkcja spójna dla całego systemu w budynku
Ź minimalizacja kosztów zużycia energii przy minimalnym
marginesie dyskomfortu ludzi.
Ź System pozwala na klasyfikację wszystkich odbiorów
elektrycznych pod względem priorytetu ważności.
Ź150 indywidualnie wybieranych urządzeń
Źosiem poziomów ważności
Źsześć grup odbiorów elektrycznych.
Ź pełna możliwość raportowania wszystkich interesujących
operatora danych.
Ź generowanie alarmów w przypadku możliwości
przekroczenia założonych limitów bez interwencji lub decyzji
uprawnionego operatora.
Zarządzanie zużyciem energii
Zarządzanie zużyciem energii
- rozwiązania systemowe
- rozwiązania systemowe
" System monitoruje średnie zużycia energii elektrycznej w zakładanym
interwale czasowym. W przypadku osiągnięcia górnego założonego poziomu
system rozpoczyna akcje mające na celu zapobieżenie dalszemu wzrostowi
zużycia energii elektrycznej.
" zmniejszenie o zakładaną wartość nastaw parametrów komfortu
" w grupach w zależności od priorytetu odbioru, przejście na mniejsze
prędkości obrotowe silników wielobiegowych lub sterowanych przez
przetwornice częstotliwości.
" odstawianie / załączanie programowe instalacji mniej ważnych
" załączanie sekwencyjne instalacji do ruchu,
" załączenie do ruchu awaryjnego agregatu prądotwórczego,
" system przywraca założone nastawy oraz programowo załącza do ruchu
odbiory elektryczne natychmiast gdy jest to możliwe.
Zarządzanie zużyciem energii
Zarządzanie zużyciem energii
- rozwiązania systemowe
- rozwiązania systemowe
" strategii działania wg. 3 algorytmów
" algorytm działania który przelicza chwilowe zapotrzebowanie na energię
elektryczną, prognozuje dalszy jego wzrost i jednocześnie zmniejsza
nachylenie krzywej wzrostu zużycia energii. Ostatecznie algorytm pozwala
na osiągnięcie maksymalnego zużycia lecz nie dopuści do jego
przekroczenia.
" algorytm działania który przelicza chwilowe zapotrzebowanie na energię
elektryczną, prognozuje dalszy jego wzrost i nie wprowadza żadnych
działań korygujących do momentu gdy prognozowane zużycie energii
elektrycznej w następnym interwale czasowym nie przekroczy
maksymalnej dopuszczalnej wartości.
" algorytm działania który przelicza chwilowe zapotrzebowanie na energię
elektryczną, prognozuje dalszy jego wzrost i jednocześnie dopuszcza do
jego chwilowego przekroczenia o ustaloną wartość w następnym
interwale czasowym.
Zarządzanie informacją
Zarządzanie informacją
" centralna obsługa i monitorowanie różnych
systemów
" transmisja, przetwarzanie i archiwizowanie
danych (również dla systemów księgowych,
działu personalnego, itp.)
" graficzne przedstawienie instalacji
" sygnalizacja i obsługa sytuacji alarmowych
" rejestracja i wizualizacja trendów
historycznych i dynamicznych
" optymalizacja pracy różnych systemów
Automatyka HVAC systemów
Automatyka HVAC systemów
Ethernet TCP/IP
" Automatyka HVAC dla około 270 punktów
danych ( 4 sterowniki rodziny XL5000)
NXN
" Bezpośredni dostęp do wszystkich punktów
fizycznych oraz programowych, alarmów,
programów czasowych, trendów.
" Specjalne algorytmy pozwalające na
oszczędzanie energii
" Moduł zarządzający zasobami technicznymi
Automatyka HVAC systemów sanitarnych
Automatyka HVAC systemów sanitarnych
" Centrale klimatyzacyjne,
" Nawilżacze,
" Węzeł cieplny i system CO, CT, CWU,
" System wody lodowej i chillery,
" Wentylatory wyciągowe, oddymiające, napowietrzające,
" sterowanie klimakonwektorami
Monitoring intalacji technicznych
Monitoring intalacji technicznych
Ethernet TCP/IP
" Kontrola 15 punktów instalacji
elektroenergetycznych
NXN
" Monitorowanie czasu pracy urządzeń.
" Detekcja CO w garażach
" 1 sterownik o architekturze rozproszonej.
" Profil funkcjonalny LON
System nadzoru urządzeń ochrony p-poż
System nadzoru urządzeń ochrony p-poż
Ethernet TCP/IP
" łącznie 83 punktów do monitorowania
położenia klapy p-poż,
NXN
" 1 sterownik o architekturze rozproszonej.
" Profil funkcjonalny LON
System Telewizji Dozorowej
System Telewizji Dozorowej
Ethernet TCP/IP
" System dla 54 kamer.
" Pełna Integracja Krosownic Wizyjnych
z Systemem BMS umożliwiające ręczne lub
automatyczne alarmowe przełączanie
Terminal
i sterowanie pracą kamer z dowolnego
1& 10
Server
stanowiska PC (organizacyjnie: wspólny
komputer z systemem włamaniowym i kontroli
dostępu).
System Kontroli Dostępu
System Kontroli Dostępu
Ethernet TCP/IP
" System dla 96 czytników (wraz z
wyposażeniem: szlabany, kontakty, zaczepy
drzwiowe).
" Sprzężenie z systemem pożarowym
umożliwiające sprawną ewakuację ludzi.
Terminal
Server
" W pełni zintegrowany z oprogramowaniem
BMS.
" Wspólny komputer z systemem włamaniowym
i telewizji dozorowej.
System Sygnalizacji Włamania i Napadu
System Sygnalizacji Włamania i Napadu
Ethernet TCP/IP
" System dla ponad 200 adresów (czujników
ruchu PIR, czujek zbicia szkła, przycisków
napadowych, kontaktów magnetycznych).
" W pełni zintegrowany z BMS (wspólny
Terminal
komputer z systemem kontroli dostępu i
Server
telewizji dozorowej).
RS232
System Wykrywania i Sygnalizacji Pożaru
System Wykrywania i Sygnalizacji Pożaru
Ethernet TCP/IP
" Wykrywanie pożaru: ok. 1200 adresów
(czujek, ROP oraz modułów systemowych).
F-Box
" Wykrywanie pożaru - system zastępczy dla
zasysającego: 740 adresowalnych czujek
punktowych.
" Sterowanie i nadzór stałych instalacji
gaśniczych.
" Dedykowany komputer systemu BMS.
System Nagłośnienia Alarmowego
System Nagłośnienia Alarmowego
Ethernet TCP/IP
" Pełna Integracja na poziomie protokołu
transmisji danych z systemem sygnalizacji
pożaru
F-Box
" 8 kanałowy cyfrowy system dystrybucji
komunikatów alarmowych.
" Ponad 250 głośników z możliwością
podziału na 12 stref nagłośnienia.
System Sygnalizacji Pożaru
System Identyfikacji Fotograficznej osób
System Identyfikacji Fotograficznej osób
Ethernet TCP/IP
" Dedykowany komputer BMS
personalizacji kart kontroli dostępu
(drukowanie kart ze zdjęciami
użytkowników).
" Możliwa identyfikacja fotograficzna
osób poprzez porównanie obrazu z
systemu CCTV oraz zdjęcia z bazy
danych.
" Dodatkowy komputer BMS do
przyznawania uprawnień użytkownikom
(kartom).
KORZYŚCI:
KORZYŚCI:
" Zwiększenie ogólnego bezpieczeństwa i zmniejszenie czasu reakcji
obsługi na sytuacje alarmowe.
" Zwiększenie niezawodności działania wszystkich układów.
" W przypadku zasygnalizowania pożaru, działanie wszystkich systemów
zostaje podporządkowane systemowi pożarowemu - odpowiednie
instalacje są wyłączane/ włączane, oraz są odcinane pomieszczenia
szczególnie zagrożone.
" W przypadku potrzeby zmiany algorytmów działania dokonuje się
jedynie przeprogramowania systemów.
" Podział kompetencji służb w budynku (obsługi, ochrony, serwisu, & ) i
dostępu do systemów dokonuje się dzięki nadaniu odpowiednich praw
dostępu.
KORZYŚCI cd:
KORZYŚCI cd:
" Dokładne odzwierciedlenie stanu instalacji w budynku za pomocą grafik oraz
obrazu z kamer ułatwia obsłudze odpowiednią interpretację zdarzeń oraz
podejmowanie właściwych i szybkich działań.
" Zwiększenie wydajności i wydolności służb serwisowych.
" Zapewnienie wydajnego mechanizmu raportowania podnosi sprawność i
zmniejsza koszty zarządzania infrastrukturą budynku.
" Wewnętrzne rozliczenie kosztów energii elektrycznej.
" Systemy zaprojektowano w sposób pozwalający na redukcję i uproszczenie
okablowania.
" Zapewniono dużą elastyczność i możliwość łatwej rozbudowy systemu w miarę
zmieniających się potrzeb użytkowników.