Pobierz
najnowszy numer

Newsletter

Zapisz się do naszego Newslettera, aby otrzymywać informacje o nowościach z branży!

Jesteś tutaj

Integracja systemu sygnalizacji włamania i napadu z urządzeniami infrastruktury technicznej budynku (cz. 1)

Printer Friendly and PDF

leadNiniejszy artykuł porusza zagadnienia związane z systemami inteligentnego budynku. Prezentuje szczegółową koncepcję integracji systemu sygnalizacji włamania i napadu z urządzeniami infrastruktury technicznej budynku, w tym przypadku domu jednorodzinnego. Jest to przykład, jak dość niewielkim kosztem można taki zintegrowany system wdrożyć w małym budynku mieszkalnym. Ponieważ opracowane rozwiązanie jest skalowalne, istnieje także możliwość jego rozbudowy i zastosowania go w grupie budynków mieszkaniowo-biurowych. Obecnie trwają prace nad wykonaniem zaprojektowanego systemu. Artykuł został podzielony na trzy części. Pierwsza z nich obejmuje wstęp i omówienie protokołów stosowanych w integracji systemów. W części drugiej zostanie przedstawiona koncepcja systemu sygnalizacji włamania i napadu dla domku jednorodzinnego. Część trzecia będzie natomiast zawierała charakterystykę urządzeń infrastruktury technicznej budynku oraz koncepcje integracji systemu sygnalizacji włamania i napadu z urządzeniami infrastruktury technicznej budynku z wykorzystaniem sterowników PLC. Autorzy mają nadzieję, że już jesienią tego roku będą mogli przedstawić spostrzeżenia i wnioski związane z uruchomieniem systemu.

1. Wstęp

Pojęcie inteligentnego budynku zostało wprowadzone do terminologii na początku lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku. Wówczas w procesach produkcyjnych w sektorze przemysłowym podjęto próby zastąpienia sterowania przez pokręcanie zaworów i przełączanie przełączników sterowaniem bardziej nowoczesnym, jakim jest nadzór komputerowy z wykorzystaniem odpowiedniego oprogramowania. Do sterowania i regulacji służą wtedy klawiatura, mysz i ekran monitora (obecnie również projektory multimedialne). Dzięki gwałtownemu rozwojowi techniki elektronicznej i komputerowej pod koniec lat 80. rozpoczęto przenoszenie koncepcji sterowania różnymi elementami z poziomu komputerów do budynków biurowych, a niedługo później – mieszkalnych. Na początku sterowanie to obejmowało tylko oświetlenie i wentylację (a później klimatyzację). Jednak bardzo szybki rozwój sieci telekomunikacyjnych i Internetu w latach 90. spowodował, że inteligentne budynki zostały podłączone do sieci teleinformatycznych. Dzięki temu możliwe jest sterowanie nimi właśnie poprzez te sieci. Razem z informatyzacją postępowała również integracja różnych systemów – już nie tylko oświetlenia i klimatyzacji, ale również systemów bezpieczeństwa: sygnalizacji włamania i napadu [6], kontroli dostępu, monitoringu wizyjnego, przekazu audio/wideo itd.

Obecnie w większości nowo budowanych budynków o charakterze biurowym już na etapie projektowania przewiduje się system BMS1 do zarządzania energią (elektryczną, cieplną, chłodniczą) oraz innymi systemami (np. kontrolą dostępu i szeroko rozumianymi systemami bezpieczeństwa). W budynkach biurowych takie „udoskonalenie” jest już postrzegane jako standard, czyli normalne wyposażenie budynku. Brak tego wyposażenia powoduje, że potencjalni klienci (np. nabywcy biur od dewelopera, najemcy) nie zawsze chcą skorzystać z oferty, ponieważ obniża to prestiż firmy.

Zmieniło się też podejście właścicieli budynków mieszkalnych – nie wystarczy wybudować tradycyjny dom, trzeba myśleć m.in. o jego eksploatacji i kosztach utrzymania budynku w przyszłości. Inteligentny system w budynku mieszkalnym – podobnie jak w biurowcach – przestaje być postrzegany jako dobro niekoniecznie potrzebne i zaczyna być obowiązkowym elementem wyposażenia. Dzięki niemu zwiększa się komfort i bezpieczeństwo mieszkańców, a jednocześnie następuje racjonalizacja kosztów eksploatacyjnych domu.

W kolejnych częściach artykułu zostanie przedstawiona praktyczna koncepcja realizacji układu sterowania budynkiem mieszkalnym, odbierającego informacje z systemu sygnalizacji włamania i napadu (SSWiN) [4]. Układ ten opracowano w oparciu o dotychczas zebrane informacje [5,7], dokumentacje oraz wiedzę techniczną i doświadczenie zawodowe autorów. Koncepcję oparto na projekcie domku jednorodzinnego biura projektowego Domus. Zdecydowano się na sterowanie elementami domu za pomocą swobodnie programowalnego sterownika typu PLC2 firmy Delta Electronics [1] wraz z ­odpowiednimi modułami wejść/wyjść oraz dwóch paneli dotykowych firmy Weintek (po jednym na każdą kondygnację) [3]. W sterowniku zostanie zainstalowana aplikacja stworzona przez autorów, która powinna spełniać wszystkie założenia wstępne. Układ sterowania ma być prosty, tani i elastyczny na wypadek chęci rozbudowy i wprowadzenia nowych funkcji. Mimo iż istnieją gotowe rozwiązania (które zostaną ogólnie scharakteryzowane w następnej części artykułu), potraktowano realizację takiego układu jako pewnego rodzaju wyzwanie (budowa domu też w pewnym sensie jest wyzwaniem).

2. Protokoły stosowane w integracji systemów

Obecnie na rynku oferowanych jest bardzo wiele różnego rodzaju rozwiązań służących do integracji systemów SSWiN z urządzeniami wyposażenia technicznego budynku. Najbardziej popularnymi, które można zastosować w domu jednorodzinnym, są układy sterowania oparte na protokole LonWorks [9] oraz systemy KNX-EIB [8].

2.1. Protokół LonWorks

Protokół LonWorks (w skrócie LON) został opracowany przez firmę Echelon na początku lat 90. XX wieku. Dość szybko wprowadzono go na rynek i wiele dużych firm wykorzystało go w swoich aplikacjach systemów sterowania. Jeśli jednak w jednym budynku zainstalowano dwa systemy integrujące różnych firm, to wówczas pojawiał się problem z ich integracją (bardzo często występował brak kompatybilności i zgodności protokołów). Dlatego też w roku 1994 zostało powołane stowarzyszenie LonMark International, które do dnia dzisiejszego sprawuje nadzór nad programowaniem urządzeń dołączanych do sieci LonWorks. Dzięki temu każde urządzenie, które posiada logotyp stowarzyszenia, spełnia wymagania „interoperability guidelines”.

LonMark International nie testuje fizycznie każdego urządzenia. Cała istota sterowania w sieci LonWorks polega na komunikacji pomiędzy specjalnymi procesorami (Neuron Chips), w które wyposażone jest każde urządzenie. Oprogramowanie tych chipów jest kontrolowane przez stowarzyszenie, dzięki czemu urządzenia mogą współpracować ze sobą. Każdy Neuron Chip posiada niepowtarzalny adres (Neuron ID), który umożliwia nawiązanie komunikacji z konkretnym urządzeniem w sieci. Topologia sieci LON jest bardzo podobna do sieci lokalnej LAN3. Przy większych układach sterowania podstawowym elementem sieci jest węzeł, który pozwala podzielić sieć na mniejsze segmenty (np. węzeł – I piętro, węzeł – II piętro itd.). Węzeł z jednej strony jest podłączony do wspólnej sieci z innymi węzłami, a z drugiej do urządzeń wykonawczo-sterujących. Urządzenia te mogą komunikować się z węzłem bezpośrednio poprzez protokół LON lub poprzez moduł wejść/wyjść (oczywiście moduł ten będzie sterowany poprzez LON). Mniejsze układy sterowania można zbudować z pominięciem węzła, poprzez łączenie wszystkich urządzeń w jedną sieć.

Protokół LON jest obecnie używany przez duże firmy zajmujące się automatyką budynkową, takie jak m.in.:

  • TAC,
  • Siemens,
  • Johnson Controls,
  • Honeywell.
2.2. Systemy KNX/EIB

Systemy EIB zostały wprowadzone na rynek w latach 90. ubiegłego wieku. W roku 1999 (podobnie jak w przypadku LonWorks) zostało powołane stowarzyszenie, które zajmuje się zarządzaniem tym standardem. „EIB” to skrót angielskiej nazwy European Installation Bus, której znaczenie to „europejska magistrala instalacyjna”. System EIB składa się z urządzeń zwanych sensorami i aktorami. Sensory są urządzeniami wydającymi polecenia, natomiast aktory – wykonującymi je. Sensory są połączone z aktorami za pomocą jednego kabla magistralnego, przez który są również zasilane. Dodatkowo wymagane jest, by do aktorów doprowadzony był kabel zasilający 230/400 V.

System KNX jest układem zdecentralizowanym. Oznacza to, że nie ma sterownika centralnego. Każdy element systemu (sensor) może sterować każdym innym elementem (aktorem). Ułatwia to ewentualne zmiany w systemie, czyniąc go bardzo elastycznym. Na przykład – jeśli danym włącznikiem nie chcemy już włączać światła w pokoju, tylko w salonie, to wystarczy wprowadzić zmiany w aplikacji. Nie ma potrzeby wymieniać części instalacji elektrycznej systemu, tak jak w przypadku tradycyjnej instalacji.

3. Podsumowanie

W pierwszej części cyklu dotyczącego integracji SSWiN z urządzeniami infrastruktury technicznej budynku przedstawiono zagadnienia związane z inteligentnym budynkiem. Scharakteryzowano dwa bardzo często stosowane protokoły i podano ogólne zasady ich funkcjonowania. Pomimo niewątpliwych zalet tych protokołów autorzy zdecydowali się na samodzielne opracowanie i stworzenie inteligentnego budynku (m.in. z wykorzystaniem sterowników PLC). Będzie można przeczytać o tym w kolejnych częściach.

W części drugiej zostanie przedstawiona koncepcja SSWiN dla domku jednorodzinnego, który posłuży później do integracji systemów jako podsystem składowy.

dr inż. Adam Rosiński
inż. Jacek Magiera

Zabezpieczenia 1/2011

Bibliografia

  1. Dokumentacja techniczno-ruchowa urządzeń firmy Delta Electronics.
  2. Dokumentacja techniczno-ruchowa urządzeń firmy Satel.
  3. Dokumentacja techniczno-ruchowa urządzeń firmy Weintek.
  4. Magiera J., Integracja systemu sygnalizacji włamania i napadu z urządzeniami infrastruktury technicznej budynku, inżynierska praca dyplomowa, Wyższa Szkoła Menedżerska w Warszawie, Wydział Informatyki Stosowanej i Technik Bezpieczeństwa, Warszawa 2010.
  5. Materiały dydaktyczne Zespołu Laboratoriów Systemów Bezpieczeństwa Wydziału Informatyki Stosowanej i Technik Bezpieczeństwa Wyższej Szkoły Menedżerskiej w Warszawie.
  6. Norma PN-EN 50131-1:2009: Systemy alarmowe – Systemy sygnalizacji włamania i napadu – Wymagania systemowe.
  7. Rosiński A., Koncepcja zastosowania elektronicznych systemów bezpieczeństwa w sterowaniu urządzeniami elektrycznymi, XXII Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna EKOMILITARIS 2008, Zakopane 2008.
  8. Strona internetowa stowarzyszenia EIB (http://www.knx.org).
  9. Strona internetowa stowarzyszenia Lonmark (http://www.lonmark.org).

Przypisy

  1. BMS – system zarządzania budynkiem, ang. Building Management System
  2. PLC – programowalny sterownik logiczny, ang. Programmable Logic Controller
  3. LAN – sieć lokalna, ang. Local Area Network

Wszelkie prawa zastrzeżone. Kopiowanie tekstów bez zgody redakcji zabronione / Zasady użytkowania strony