CC BY
506
Анализ централизованных и децентрализованных систем автоматизированного управления.
Анализ централизованных и децентрализованных систем автоматизированного управления «интеллектуальным» домом
Павлов И.Ю., Колосков В.Л., Иванов Е.Б., НИУ Высшая школа экономики, МИЭМ [email protected], [email protected], [email protected]
Аннотация
В данной работе рассматриваются централизованный и децентрализованный подходов к управлению «умным» домом и проводится их анализ. Цель анализа - выявление наиболее подходящего способа реализации автоматизированной системы контроля освещенности.
1 Введение
Несколько десятилетий назад дом, который был бы умней, чем его владелец, был за гранью фантастики. О подобных вещах люди могли только мечтать, а встречались лишь в книгах популярных писателей-фантастов. Сейчас же, глядя на достижения современных технологий и науки, становится ясно, что научная фантастика представляет из себя художественно описанную перспективу внедрения открытий, которые уже сделаны. Понятие «интеллектуальное здание», или «умный дом», возникает как следствие бурного развития информационных технологий и автоматики телемеханики и телеметрии, которые стали использоваться для управления инфраструктурой, как больших общественных зданий, так и частного жилища.
Ни одно современное здание, будь оно производственным или жилым не обходиться без огромного количества функционирующего оборудования, которое обеспечивает связь, комфорт, быт и безопасность, Такое оборудование помогает облегчить человеку его труд и сэкономить электроэнергию, а также создать все условия для комфортного отдыха или работы. Умным домом, в современном понятии этого слова, можно назвать дом, предоставляющий удобное управление всеми система, входящими в него, а также возможность их интеграции друг с другом, что повышает функциональность каждой из них.
Основной задачей, выполняемой любой автоматизированной системой управления освещенности, является поддержание искусственной освещенности. Осуществляется это за счет контроля уровня искусственного и естественного освещения в помещении.
Управление освещенностью в общем случае включает в себя управление освещением (искусственное освещение) и управления жалюзи или шторами (естественное освещение).
Существуют следующие методы управления автоматизированными системами:
• Управление на основе датчиков
• Управление с помощью панели управления и пульта
• Удаленное управление
Для системы контроля освещенности выбирается способ управления, основанный на датчиках, в данном случае датчике присутствия.
Многие компании вовлечены в создание автоматизированных систем, что привело к появлению большого количества классов систем управления. Наиболее популярными являются ЬШ;гоп, Х-10, С-Вш, Crestron, КХХ, АМХ, Legrand и другие.
Все существующие на рынке системы управления принято делить, в общем случае, на 3 категории:
• • Централизованные
• • Децентрализованные
• • Смешанные
Централизованные системы строятся на основе центрального контроллера и исполнительных блоков, иногда сюда добавляются различные панели управления. Подобные системы получили широкую популярность в частном секторе. Центром системы является контроллер, к которому подключаются все устройства. Компоненты системы могут иметь микроконтроллеры, но управление осуществляется центральным контроллером, на котором находится программа, управляющая взаимодействием всей системы. К таким системам относятся Crestron, Lutron и другие.
В децентрализованных системах, в отличие от централизованных, отсутствует центральный контроллер. Все устройства соединены непосредственно друг с другом при помощи шины. Каждый компонент системы имеет встроенный контроллер, который действует самостоятельно благодаря заложенной в него программе. Каждый такой контроллер подключен к шине, управляющей системой, и
Новые информационные технологии в автоматизированных системах - 2016
программируется независимо от других. Среди таких систем выделяются C-Bus и KNX.
Смешанные системы представляют собой сочетание различных принципом и элементов централизованной и децентрализованной систем. Наибольшую популярность среди систем такого типа получила X-10.
Для проведения анализа были выбраны две наиболее распространённые системы -Crestron (централизованная система) и KNX (децентрализованная система).
2 Анализ
Компания Crestron - одна из ведущих фирм по созданию централизованных
автоматизированных систем управления домом. Решение, предоставляемое данной фирмой, основано на применение широко спектра управляющий центральных контроллеров и множества исполнительно-командных блоков. Контроллеры данной компании высокопроизводительные, а также обладают широким набором встроенных возможностей. Наиболее популярными контроллерами являются RMC3 и CP2E. Контроллеры Crestron делятся на 2 и 3 серии. Самыми мощными (условно -производительность около 257 MIPS) устройствами из второй серии были PRO2 и AV2, благодаря своей возможности установки дополнительной карты входа. У CP2E производительность приблизительно равна производительности этих двух контроллеров, но в нем установлено меньшее кол-во портов и отсутствует возможность установки карт расширения (расширение возможно только по шине cresnet). Сейчас выпускаются контроллеры 3 серии, которые обладают больше производительностью (от самого простого RMC3 (MC3 Single Room Processor) - до более мощных (AV3, PRO3)) по сравнению со 2 серией. Направление разработки, проводимое Crestron, строится на желании собрать в единый комплекс все разрозненные системы дома и интеграция управления этих систем с помощью единого контроллера. Crestron имеет ограниченный, но довольно широкий, набор панелей и выключателей для управления, таких как сенсорные и клавишные панели.
Основным преимуществами таких систем является возможность объединения управления всеми системами в единый центр.
К недостаткам можно отнести очень высокую цену устройств, необходимость свободного пространства или
технологического помещения для
размещения компонентов систем. Главным недостатком является то, что при аварийном состоянии или поломке контроллера, вся система выходит строя и не может функционировать. Но этого можно избежать, установив несколько контроллеров, что удорожает систему, и разбивая систему на несколько сегментов (например, климат, свет, медиа и другие).
Система управления KNX - это европейский стандарт, представляющий собой результат объединения трех предыдущих стандартов: European Systems Protocol (EHS), European Installation Bus (EIB) и BatiBUS. Данная система
децентрализованная. Устройства в этой системе делятся на актуаторы (исполнительные устройства), сенсоры (датчики) и системные устройства. Сенсоры собирают информацию со всей системы и отправляют эту информацию по шине в виде телеграмм. Актуаторы принимают телеграммы, отправляемые исполнительным устройством, и выполняют соответствующие действия. К системным устройствам относятся линии питания, USB, соединительные устройства. Поскольку KNX представляет собой децентрализованную систему, то все устройства, входящие в неё, связываются друг с другом непосредственно, без какого-либо сетевого контролирующего устройства. Обмен информацией происходит через общей канал, в данном случае - шину KNX. Все устройства в системе могут быть объединены в линии (максимум 64 устройства в линии), линии, посредством главной линии - в зоны (максимум 15 линий в зоне), а зоны, в свою очередь, посредством основной линии в домен (максимум 15 зон в домене). Домен в системе может быть один, в связи с чем, проведя несложные математический операции, получается, что максимум в системе может быть 65536 адресов. Из этих адресов, в зависимости от количества линий и зон, определенное количество зарезервировано для
соединительных устройств.
KNX системы обладают рядом преимуществ, среди которых: полная автономность и независимость от компьютера или контроллера, что повышает надежность;
Анализ централизованных и децентрализованных систем автоматизированного управления...
гибкость - имеется возможность быстрого KNX Association, Handbook for Home and Building
перепрограммирования системы; компоненты C°ntr°L 2013. 166 p. electronic resource
системы монтируются в стандартном
электрощите, т.е. система не требует
дополнительного места в помещении. Одним
из главных преимуществ KNX является
открытый протокол, позволяющий различны
компаниям выпускать оборудование,
совместимое с этой системой. А как
следствие - открытый протокол позволяет
подключать к одной шине устройства разных
производителей
К недостаткам таких систем можно отнести:
• Невысокая скорость передачи данных (верхний порог 9600b/s)
• Ограниченность адресного пространства, что приводит к невозможности установки системы в очень больших зданиях
• Низкая помехозащищенность (можно избежать, фильтруя трафик между системами с помощью IP роутера и линейных соединителей)
• Высокая цена
Несмотря на большее количество недостатков, в сравнении с централизованной системой Crestron, децентрализованная система KNX, благодаря ряду своих преимуществ больше подходит для систем управления климатом и контроля освещенности.
3 Заключение
В ходе анализа двух наиболее популярных систем управления умными домами были выявлено, что наиболее подходящим вариантом для создания автоматизированной системы контроля освещенности является децентрализованная система KNX. Для дальнейшей работы был выбран вариант этой системы предоставляемый компанией ABB -ABB i-bus KNX.
Список литература
Craig Dilouie, "Lighting controls handbook", 0th edition, 2007, с. 225
KNX Association, «KNX System Specification. Architecture», 2013, с.26
Busch-Jaeger Elektro GmbH, «ABB i_bus KNX. Intelligent Installation Systems. System desription», 2013
