سیستم مدیریت هوشمند ساختمان

سیستم مدیریت هوشمند ساختمان (Building Management System) ، سیستم اتوماسیون ساختمان (Building Automation System) و سیستم کنترل ساختمان (Building Control System) ھمگی واژگانی نزدیک به ھم ھستند که برای ھوشمندسازی ساختمان بکار گرفته میشوند. ھوشمندسازی ساختمان شامل ھوشمندسازی روشناییھا، سیستمHVAC ، پردهھا و سایبانھا، آسانسورھا و پله ھای برقی، تجھیزات الکتریکی و تاسیساتی، سیستم کنترل تردد، سیستم اعلام سرقت، دوربینھای نظارتی و سیستم اعلام و اطفای حریق را شامل میشود. برخی از این سیستمھا ممکن است بطور مستقل وجود داشته باشند، اما پیاده سازی آنھا در قالب یک سیستم یکپارچه ھوشمند، علاوه بر افزایش ویژگیھا، انسجام و ھوشمندی بیشتری را به سیستم مدیریتی ساختمان میبخشد. برای فھم تفاوت بین کنترل، اتوماسیون و مدیریت ابتدا به لایه ھای مختلف سیستم ھوشمند ساختمان میپردازیم.

سیستم مدیریت هوشمند ساختمان

سطوح ھوشمندسازی ساختمان

مدیریت

لایه مدیریت که بالاترین سطح یک سیستم ھوشمند را تشکیل میدھد، توسط نرم افزارھای HMI وSCADA بطور نظارتی انجام میشود. منظور از نظارتی این است که فرایندھای اتوماسیون و کنترل توسط تجھیزات ھوشمند صورت گرفته و تنھا تنظیمات و پارامتردھی توسط نرم افزارھای مدیریتی صورت میگیرد. کنترل مرکزی، مانیتورینگ، بھینهسازی و گزارشگیری چھار نقش کلیدی سیستم مدیریتی را تشکیل میدھند. تنھا پروتکل استاندارد مدیریت ساختمان  (BACnet(ISO 16484-5  میباشد که برای مدیریت چندین ساختمان در یک پنل امکانات زیادی را فراھم میکند BACnet میتواند از زیرساختھای ارتباطی مختلف استفاده کند که از جمله آنھا RS 485 ،Ethernet ،LonTalk و ZigBee میباشند.

 اتوماسیون

امروزه فرایندھای اتوماسیونی بیشتر در موتورخانه و اتاقھای ھواساز جھت اتوماسیون بویلر،چیلر، ھواساز، پمپھای آتش نشانی و ژنراتور صورت میگیرد .معمولا برای ھر یک از این استفاده شده و به تجھیزات یک کنترلر مستقل ھر کنترلر(DDC) ، تعدادی سنسور و تعدادی فعال ساز متصل میشود. به عنوان مثال، یک کنترلر موتورخانه ساده، اطلاعات را از سنسورھای دمای نصب شده در مسیر رفت و برگشت آب گرم سیستم گرمایشی، آب گرم مصرفی و سنسور دمای بیرون ساختمان جمع آوری کرده و مشعل بویلر و پمپھا را کنترل میکند (LonWorks (ISO/IEC 14908-1, -2, -3, -4 و BACnet تنھا پروتکلھای استاندارد اتوماسیون ساختمان میباشند.

کنترل

فرایندھای کنترلی معمولا برای کنترل روشناییھا، سیستم HVAC ، اتاقھا و کنترل پرده ھا و سایبانھا مورد استفاده قرار میگیرند.

به عنوان مثال، سنسورھای حضور، با حضور افراد روشناییھا را روشن کرده و با خروج آنھا خاموش میکنند.

یا با زدن یک کلید سناریو وضعیت مجموعه ای از تجھیزات در وضعیت از پیش تعریف شده قرار میگیرد.

(KNX (ISO/IEC 14543-3 و (EnOcean(ISO/IEC 14543-3-10 پروتکلھای استاندارد کنترل ساختمان میباشند.

تجھیزات یک شبکه ھوشمند  BMS

تجھیزات یک شبکه ھوشمند  BMS را می توان به سه گروه سنسورھا و ورودی ھا، فعال ساز ھا و خروجی ھا، و رابط ھای کاربر تقسیم بندی کرد. شکل زیر این گروه ھا را در قالب اضلاع یک مثلث ترسیم می کند. البته ھر کدام از این گروه ھا دارای تجھیزات بسیار بیشتری می باشند که در این شکل تنھا به نمایش تعدادی از تجھیزات پرکاربرد بسنده شده است. این نوع گروه بندی تجھیزات معمولا در ”سیستم کنترل ساختمان“ مصداق دارد .

در ”سیستم اتوماسیون ساختمان“، تعدادی سنسور و فعال ساز به یک کنترلر متصل شده و پردازش و تصمیم گیری توسط این کنترلر صورت می گیرد. مثال بارز سیستم اتوماسیونی، کنترل ھوشمند بویلر در موتورخانه ھای ھوشمند است که معمولا تعدادی سنسور آنالوگ دما به یک کنترلر متصل شده و این کنترلر مشعل بویلر و پمپ ھا را متناسب با داده ھای ورودی از این سنسورھا و تنظیمات انجام شده توسط اپراتور در زمان لازم کنترل می کند.

ھوشمند سازی ساختمان بر اساس نوع ارتباط

در فرآیند ھوشمند سازی توسط تعدادی سنسور، اطلاعاتی جمع آوری و به سوی سیستم مرکزی ارسال می گردد.(پس از تحلیل اطلاعات دریافتی، فرامینی به سمت عملگرھا فرستاده می شود)

با این تعریف در مجموع میتوان گفت سه روش گوناگون برای ھوشمند سازی ساختمان ھا وجود دارد :

١- استفاده از سیم کشی(BUS) مجزا برای نقل و انتقال اطلاعات

٢- استفاده از سیم ھای برق به عنوان بستری برای نقل و انتقال اطلاعات

٣- استفاده از سیستم ھای بی سیم برای نقل و انتقال اطلاعات

در ھر یک از روش ھای ذکر شده استانداردھایی به عنوان پروتکل وجود دارد.(میتوان در غالب این استانداردھا ھوشمند سازی را انجام داد)

در ادامه به طور خلاصه به ذکر برخی استانداردھای معروف در این زمینه می پردازیم :

١- استفاده از BUS  مجزا در مدیریت هوشمند ساختمان

در این سیستم میتوان به معروفترین و معتبرترین استانداردھای حوزه اتوماسیون از جمله (C-Bus،LON،BACnet،EIB(KNX و غیره اشاره داشت .

در این سیستم ھا١ ، ٢یا ۴ زوج سیم منتقل میشود.

اطلاعات بسته به استاندارد استفاده شده برروی سیمھای حامل اطلاعات کاملا از سیمھای منتقل کننده جریان اصلی برق ایزوله میباشند.

تشریح

در این روش اصولا سنسور ھا اطلاعات را به یک مرکز کنترل ارسال مینمایند و در آنجا مرکز کنترل پس از تحلیل اطلاعات دریافتی فرمانی را به عملگرھا که عمدتا در ھمان مرکز کنترل نصب شده اند ارسال و این عملگرھا باعث قطع یا وصل جریان برق می گردند .این پروتکل ھا معمولا ٣تا ۵ برابر سیم کشی اضافه را به کاربر تحمیل می کنند ولی در عوض نویز محیطی تاثیر بسیار ناچیزی در سیستم دارد و کاملا قابل صرفنظر کردن است.

٢- استفاده از سیم ھای برق (PLC) در مدیریت هوشمند ساختمان

در این سیستم معتبرترین استاندارد موجود  X10 می باشد . PLCBUS نیز در این مجموعه قرار  دارد. در این روش اطلاعات بدون نیاز به کابل کشی مجزا بر روی سیم ھای برق موجود منتقل می گردند . در این سیستم در ھر نقطه کنترلی ، ماژولھایی نصب میشود که اطلاعات آمده از طرف مرکز کنترل را دریافت و به آن واکنش نشان داده و دستگاه متصل را خاموش یا روشن می نماید. مرکز کنترل در این سیستم وظیفه ذخیره سناریوھا ، دریافت کدھا از ریموت کنترل ، و نھایتاً ارسال آن به سمت ماژول مورد نظر را بر عھده دارد .

تشریح

ھمانگونه که گفته شد، این پروتکل ھا با استفاده از سیستم برق و سیم کشی منازل سعی می کنند بدون اعمال ھزینه زیادی بر روی قطعات، سیستمی با مینیموم ھزینه ممکنه را به کاربر عرضه کنند. علاوه بر آن با ایجاد بستری ساده، این امکان را به کاربر بدھند که خود با دانش کم ھم بتواند با ساده ترین آموزش، سیستم را با سلیقه خود تنظیم کرده و بسازد. با این نگاه، می توان حدس زد که بیشترین فروش در سیستم ھای اتوماسیون متعلق به این شاخه می باشد. این پروتکل ھا در بیشتر مناطق جھان بازار دارند و عرضه می شوند. پروتکل ھایی که با سیم برق مستقیما در ارتباطند، به شدت به موتورھای برق و نویز محیط سیم کشی حساس می شوند.

تلویزیونھا یا وسایل بیسیم ممکن است سیگنالھای Off یا On مجازی تولید نمایند  Noise Filtering که روی بسیاری از کامپیوترھا یا مودمھا نصب میشود میتواند به دور نگهداشتن این نویزھا از سیگنالھای X10 کمک نماید، ولی Noise Filter ھایی که برای  X10طراحی نشده اند ممکن است خود باعث فیلتر شدن سیگنالھای X10  گردند.

ضمناً برخی منابع تغذیه بکاررفته در وسائل الکترونیکی پیشرفته مثل کامپیوترھا، تلویزیونھا و رسیورھای ماھواره سیگنالھای X10را دراصطلاح میبلعند . فیلترھایی دردسترس ھستند که میتوانند حتی مانع از رسیدن سیگنالھای X10به چنین دستگاهھایی گردند و باعث شوند چنین ایرادات مبھمی در X10 از بین برود. برخی کنترلکننده ھای  X10نمیتوانند در توانھای پایین (زیر ۵٠ وات) عملکرد مناسبی داشته باشند. یا حتی اصلاً کار نخواھند کرد و یا حتی با وسایلی مثل فلورسنت ھا که بار مقاومتی زیادی ندارند مشکل ساز خواھند شد. بکارگیری یک  Appliance Moduleبجای یک Lamp Module این دست مشکلات را مرتفع خواھد نمود. سیگنالھای X10فقط میتوانند یک دستور را در یک زمان ارسال نمایند. اگر در یک لحظه دو سیگنال X10 ارسال شود تداخل بوجود آمده و گیرنده ھا پاسخ مناسب را نشان نخواھند داد.

٣- استفاده از سیستم ھای wireless در مدیریت هوشمند ساختمان

روش دیگری که این روزھا بسیار مورد توجه واقع شده استفاده از سیگنالھای بی سیم (Wireless) به عنوان بستر ارتباطی سیستم ھوشمند می باشد . در این روش فرمان ھا از طریق سیگنالھای وایرلس ارسال و دریافت می گردند . از مھمترین استاندارد ھای این روش میتوان به  Zigbee و Z-Wave اشاره کرد.

تشریح

در این استاندارد ھا دستگاه ھا علاوه بر اینکه نقش گیرنده اطلاعات را ایفا میکنند ، پس از دریافت اقدام به ارسال مجدد آن مینمایند تا به این ترتیب محوطه تحت پوشش سیستم را گسترش دھند .

تشریح

در این روش علاوه بر سرعت بالای انتقال اطلاعات ، نیاز به تغییر در سیم کشی ساختمان وجود ندارد.(به ھمین خاطر به راحتی قابل اجرا می باشد)

پروتکلھای بیسیم سعی در این میکنند که از سیم کشی مجدد پرھیز کنند و ارتباط امن را دربر بگیرند.(به بھای افزایش قیمت قطعات سیستم)

با این کار، مھمترین عامل سیستم مصرف توان و اختلالات رادیویی در سیستم خواھد شد.

ھمانگونه که می دانید، امواج رادیویی در ھر باند فرکانسی قابل ارسال نیستند.(باید در باندھای فرکانسی عمومی ارسال شود و یا باند فرکانسی می بایستی خریداری شود)

خرید باند فرکانسی برای عموم مقدورنیست، سیستمھای اتوماسیون در باندھای عمومی داده ارسال میکنند.(باید وجود سیستم ھای دیگر را بر روی باند پیش بینی کنند)

مختصری در باب مزیت ھا و معایب سامانه ی ھوشمند نیازمند به سیم کشی و بدون احتیاج به سیم کشی:

یکی از پارامتر ھای تعیین کننده در مورد سامانه ھای خانه ی ھوشمند(smart home) احتیاج یا عدم احتیاج آنان به سیم کشی ویژه و مجدد ساختمان است. زیرا تعیین این پارامتر می تواند مشخص کننده ی زمان نصب، ھزینه ی نصب و امکان نصب آن بر روی ساختمان ھایی که ساخت آن به پایان رسیده است، باشد. نصب سامانه ھای قدیمی تر smart home در قالب محصولات نظیر محصول خانه ی ھوشمند g4 تحت پروتکل  SMART BUS و یا سایر برند ھایی که تحت پروتکل  KNX کار می کنند، در صور تی که ساختمان از مرحله ی ساخت گذر کرده باشد. نیاز به کابل کشی مجدد و ساخت یافته ی خاص خود را دارد که منجر به صرف زمان و ھزینه ی بالا خواھد شد.

اما از سوی دیگر این قبیل سامانه امکان پاسخ دھی مناسبی را در دسترس کاربر قرار می دھند، به صورتی که محصولات خانه ی ھوشمندی که از پروتکل ھای آغازین بدون احتیاج به سیم کشی نظیر X10 استفاده می کردند از حیث خطاپذیری در مرتبه ای پایین تر قرار می گرفتند. در سوی دیگر اما پروتوکل ھای نسل نوین مبتنی بر نصب بدون احتیاج به سیم کشی و تخریب در کنار قابلیت ھای دیگر خود نقیصه ی محصولاتی نظیر X10 را برطرف کرده و میزان خطاپذیری خود را به شدت کاھش داده اند.

از محصولاتی که از چنین پروتکل ھای نسل نویی ھمچون PLCBUS استفاده می کنند، می توان از برند ھای خانه ی ھوشمندی ھمچون PLCBUS ،EKON نام برد. با ارتقاء سطح کیفی و گذر از مرحله ی آزمایش به مرحله ی تجاری، این محصولات در نھایت امکان نصب بسیار سریع، کم ھزینه، بدون احتیاج به تخریب، قابل ارتقا در ھر زمان بدون کوچکترین تغییر و تخریبی در بنا و یا پک محصول و البته خطاپذیری بسیار پایین و قیمت بسیار مناسب را در اختیار کاربر قرار می دھند.به نظر می رسد در نھایت از میان چھار عامل تعیین کننده ی مناسب یا نامناسب بودن محصول خانه ی ھوشمند یا SMART HOME که عبارت اند از:

١.زمان نصب.

٢.ھزینه ی نصب.

٣.قابلیت ارتقا.

۴.خطاپذیری کم تر

محصولات نسل جدیدتری نظیر PLCBUS امکان رقابت مناسب تری را در اختیار کاربر قرار خواھند داد.