Наразі термін BMS (від англ. Building management system) – система керування будівлею – дуже широко обговорюється, проводяться різні конференції з цього приводу, ця тематика популярна серед виставкових експозицій. Що таке система BMS та яким чином можна застосувати цю технологію, наприклад, для керування вентиляцією?
Уявімо собі будь-який об’єкт, який обслуговується значною кількістю інженерного обладнання. Це може бути житлова, промислова або комерційна будівля, де є системи електроживлення, розподілу та контролю електроенергії для вмикання/вимикання електрообладнання для освітлення, охоронної, аварійної, протипожежної сигналізації, пристрої контролю загазованості, системи ліфтів, електрообігрівальні пристрої, електродвигуни та виконавчі механізми системи опалення, гарячого та холодного водопостачання, вентиляції, вимірювальні пристрої клімат-контролю (включно з вимірювачами і термостатами ззовні і всередині будови для погодозалежного керування) тощо. Перелік інженерного обладнання, що тепер є в кожному домі, з часом лише розширюється. Ручне керування усіма цими пристроями потребує часу, зусиль, необхідних знань та досвіду і поступово перетворюється у самодостатнє завдання, не кажучи вже про оптимальне керування усіма цими системами з точки зору енергоефективності. І, у міру подальшого ускладнення інженерних систем, це поступово перетворюється на проблему.
Потрібно керувати цими системами в реальному часі, бажано автоматично. Це завдання насправді подібне до автоматичного керування технологічними процесами на виробництві (АСУ ТП) і має певні особливості її реалізації. Але починаючи з 80-х років минулого століття вже напрацьовано певний досвід, розроблено обладнання, алгоритми та успішні підходи для вирішення проблеми автоматизації складних об’єктів.
Власне BMS – це різновид АСУ ТП, що, в першу чергу, призначена для насичених обладнанням об'єктів. Це, насамперед, офісні будівлі, торговельні центри, об’єкти комерційної нерухомості, готелі, кондомініуми, житлові комплекси. Проте наразі BMS встановлюється в окремих житлових будинках та навіть у квартирах. У цьому випадку для пересічних споживачів застосовуються такі назви, як «digital home», «intelligent building», «smart-house» – «цифровий будинок», «інтелектуальна будівля», «розумний дім» та інші, що не змінює принципової суті.
Окрім вчасного включення/відключення обладнання у потрібний час, BMS вирішує завдання моніторингу стану обладнання і систем, аварійного відключення, обліку та мінімізації електроспоживання (з елементами АСКОЕ – автоматизованої системи комерційного обліку електроенергії), збору, обробки та аналізу даних, застосування алгоритмів оптимізації керованих підсистем тощо. Тобто інженерне обладнання має бути оснащене відповідними датчиками та вимірювачами із системами первинної обробки та передачі даних («телеметрія»), оснащене засобами зв’язку та візуалізації даних про стан інженерної системи як об’єкта керування. Відповідні дані мають бути зібрані так званою «системою диспетчеризації».
Диспетчеризація у сучасному розумінні
Диспетчеризація – це обладнання та засоби, що вирішують завдання дистанційної реєстрації та обробки інформації для діагностики і контролю стану обладнання. Спосіб, у який реалізується диспетчеризація, дуже впливає на складність і застосовувані технічні засоби. Сучасні цифрові системи диспетчеризації, на відміну від впроваджуваних раніше підходів, не тільки фіксують несправність або невідповідність у роботі обладнання, подаючи сигнал власне диспетчеру (оператору, тобто фізичній особі), але можуть автоматично впливати на роботу обладнання, підтримувати заданий стан або регулювати режими, використовуючи складні алгоритми.
Спільне у роботі систем диспетчеризації раніше і зараз – це візуалізація, що тим чи іншим чином відображає стан системи. Новітні системи спираються на IT- технології з використанням сучасних каналів зв’язку, передачі та обробки даних, що насамперед застосовують комп’ютерне обладнання.
Для цього з’явилися системи SCADA (від англ. Supervisory Control And Data Acquisition диспетчерське керування і збір даних) – програмне забезпечення, що в реальному часі збирає, обробляє, відображає та архівує дані про стан об’єкта, щодо якого провадиться моніторинг (нагляд) або віддалене керування. Інколи термін SCADA застосовується також до програмно-апаратного комплексу, складові якого доповнюють можливості існуючої комунікаційно-вимірювальної системи, яка слідкує за функціонуванням обладнання.
Сучасні SCADA-системи здійснюють обмін даними з обладнанням через сигнальні канали між пристроями комунікації – промисловими контролерами з I/O-платами для передачі даних в реальному часі через мережу. Через відповідні драйвери дані готують у належному форматі, придатному для подальшої обробки спеціалізованими програмами у складі SCADA-оболонки, зв'язку із зовнішніми додатками на ПК (електронні таблиці, бази даних, текстові процесори, генератори звітів тощо) для аналізу потоку даних для вчасної подачі аварійних (для оператора) та блокуючих сигналів (для обладнання), формування керуючих сигналів зворотного зв’язку для керування обладнанням. На сьогодні все частіше для зв’язку використовуються безпроводові канали.
Архітектура SCADA-системи зазвичай пристосована, аби автоматичну систему на її основі можна було використовувати як автономну програму чи реалізувати підхід «клієнт-сервер» у локальній комп’ютерній мережі або розподілено – через Інтернет-простір (WEB).
Наразі всі системи SCADA вирізняє те, що для відображення стану системи та супутньої інформації для оператора чи користувача застосовуються багаторівневі мнемосхеми, які показують дані на екрані монітора у зручній і зрозумілій для людини формі, див. рис. 1 та рис. 2.
Рис. 1. Приклад мнемосхем, що відображають стан системи клімат-контролю та вентиляції у торговельному центрі, яку реалізувала компанія «Аеростар Групп»
Рис. 2. Приклад візуалізації стану інженерних системза допомогою HMI-панелей
Від відображення стану до керування системою
Застосування можливостей, що мають SCADA-системи завдяки використанню у своєму складі комп’ютерного обладнання з універсальними та спеціалізованими програмами, дозволяє розширити функції диспетчеризації (нагляду за обладнанням) до віддаленого керування з можливостями оптимізації різних параметрів. Якщо цільовою функцією системи обрано, наприклад, скорочення енергоспоживання системи клімат-контролю та вентиляції при утримуванні інших важливих параметрів у заданих межах, то це суттєво відображається на економічних показниках роботи як окремого обладнання, так і системи в цілому.
Щодо керування інженерними системами будівлі (BMS), то сучасні технічні можливості дозволяють здійснювати:
- безперебійний моніторинг і керування інженерним обладнанням будівлі;
- оперативне сповіщення про несправності в роботі системи дозволяє швидко реагувати на проблему і вирішувати її без шкоди для об’єкта;
- отримати відчутну економію ресурсів завдяки функції автоматичного керування за часовим графіком (відключення обладнання в разі необхідності, підтримка мінімальної температури вночі і т. ін.);
- контроль і керування процесами незалежно від місця знаходження;
- накопичення даних про ефективність роботи обладнання, на підставі яких згодом можна оптимізувати процеси для більш раціонального розподілу енергії;
- віддалена діагностика, облік ресурсу елементів, попередження про настання чергового сервісу та багато іншого.
Як перетворити звичайний дім у «розумний»?
Чомусь поширена думка, що «розумний» дім, або смарт-дім – це щось таке собі надсучасне та доволі екзотичне, і це стосується лише новобудов із закладеними особливими технічними можливостями. Почасти це так. Але чи можна існуючу квартиру, котедж, багатоквартирний дім, торговельний центр, готель або офісний центр перетворити у «розумний»? Так, наразі це можливо.
Якщо говорити узагальнено, то сучасними технічними засобами вимірювання, комунікаційного обладнання та обробки даних фактично можна перетворити у «розумну» будь-яку інженерну систему, а отже завдяки BMS можна зробити «розумним» кожний дім. Сучасна елементна база датчиків, виконавчих пристроїв та засобів їх поєднання в єдину систему, завдяки універсальності застосування програмних продуктів у SCADA-системах, врешті дозволяють підвищити рівень інженерної системи навіть у раніше побудованих об’єктах нерухомості до рівня досконалого «смарт-хаусу» з просунутою системою керування. Інше питання – доцільність та глибина такої модернізації, її економічна складова з огляду на рівень енергозбереження.
Пристрої, що відносяться до інженерного обладнання, можна обладнати вимірювачами, комунікаційними лініями та перетворювачами сигналів. Спеціальне обладнання, що використовується для цього, зазвичай монтується в окремій шафі керування, див. рис. 3, рис. 4, які надала компанія Aerostar Group.
Рис. 3. Локальне обладнання, змонтоване у спеціалізованій шафі для BMS
Рис. 4. Установка Pool Star Compact з автоматикою, яка призначена для вентиляції та осушення повітря у приміщеннях з інтенсивним виділенням вологи (басейни усіх типів, аквапарки)
Незалежно від того, чи це локальна система, чи система з використанням віддаленого центру керування, можна отримати можливість керувати системою та провадити моніторинг стану роботи обладнання через засоби безпроводового зв’язку та 4G-мережу, див. рис 5. Наприклад, можна побачити параметри системи та окремого обладнання на екрані смартфона і навіть керувати ним.
Рис. 5. Можливі варіанти керування інженерними системами
Окрема розмова про IoT – «Інтернет речей» (Internet of Things). Сучасне інженерне обладнання (вентиляційне та кліматичне обладнання тут не є виключенням) та деякі побутові пристрої все частіше обладнуються вбудованими можливостями щодо самовимірювання своїх параметрів та автоматичної передачі їх у мережу. Ці дані потрапляють у хмарні сервіси, що надаються виробниками, а звідти їх можна отримати та використати в окремій системі BMS для керування та оптимізації енергоспоживання тощо.
До речі, за прогнозом аналітичної агенції BNEF, опублікованими у січні цього року, використання апаратних функцій IoT та спеціалізованих програмних рішень для енергозбереження та «розумного» керування енергоспоживанням отримає в цьому та наступних роках особливий розвиток. Ці розробки, включно з програмним забезпеченням та спеціалізованими контролерами і комунікаторами (див. рис. 6), будуть розширено фінансуватися з боку промислових гігантів у сфері автоматизації, про що вже оголосили ABB, Hitachi, Honeywell, Omron, Siemens, Rockwell Automation, Toshiba тощо.
Рис. 6. Автономний сервер системи диспетчеризації з підтримкою Web-визуалізації від Schneider Electric, який використовують Aerostar Group як ОЕМ-партнер
До такого BMS-обладнання постачаються програмні сервери з підтримкою WEB-додатків, що мають готову потужну бібліотеку графічних елементів з підтримкою векторної графіки для побудови мнемосхем та налаштування графічної оболонки BMS, що враховує особливості та склад інженерної системи саме цього об’єкта, алгоритми керування, засоби архівації даних та журналу фіксації дій користувачів, див. рис. 7. Програмна оболонка має вбудовані потужні інтерфейси для обробки, редагування та обліку трендів даних, а комунікаційне обладнання підтримує протоколи промислової телеметрії: Modbus RTU, Modbus, TCP, Bacnet MSTP, Bacnet IP, LonTalk тощо.
Рис. 7. Засоби налаштування відображення мнемосхем та функцій BMS
Маршрутна карта автоматизації
Процес автоматизації вашого існуючого об'єкта, аби перетворити його інженерну систему (наприклад, системи клімат-контролю та вентиляції торговельного центру або котеджу) у «розумну», має декілька етапів.
По-перше, треба звернутись до фахівців, які обстежать будівлю та проаналізують наявний склад обладнання для опалення, освітлення, вентиляції та ін. під кутом їх придатності для автоматизації. Після чого розробляється власне проект автоматизації та диспетчеризації, узгоджуються проектні рішення із замовником. Вирішується, які саме технічні рішення для комунікацій (проводові чи безпроводові) найкращим чином підходять саме для цього об’єкта. Після затвердження складу та номенклатури обладнання розробляється індивідуальна SCADA-система, створюються алгоритми програмування контролерів, збираються і тестуються щити автоматики. Після придбання і транспортування на об'єкт устаткування та матеріалів, необхідних для процесу автоматизації, виконується монтаж кабельних трас (сигнальних та/або для живлення приладів автоматики). Далі встановлюються програми, які синхронізуються на всіх пристроях, що використовуватимуться у складі цієї BMS (ПК, планшет, смартфон), потім створюються макети (мнемосхеми) об'єкта, де за допомогою умовних позначень відображена робота (поточні показники) в режимі реального часу, і здійснюється тестування всього наявного обладнання. Процес підготовки до введення в експлуатацію системи має обов’язково включати етап консультацій, навчання та уточнення усіх питань і нюансів з фаховими інсталяторами цієї BMS.
Результатом спільних зусиль замовника та фахівців з BMS стане енергоефективна і надійна робота інженерної системи (для опалення, вентиляції, кондиціонування, освітлення, водопостачання тощо), що перетворить вашу нерухомість у сучасний «розумний» будинок, де енергія (а значить – кошти на експлуатацію) будуть витрачатися оптимально, а саме обладнання буде працювати надійно та якнайдовше.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 7 065
