ВВЕДЕНИЕ

Современный человек предъявляет очень высокие требования к комфортности среды обитания:

  • эстетические (дизайн и стиль интерьера, ландшафта, красота и функциональность окружающих предметов)
  • климатические (тепло, холод, чистый воздух)
  • общебытовые (вода, газ, электричество, радио, телевидение, интернет, телефонная связь, наличие кухонных машин и систем гигиены саун и ванн)
  • требования к безопасности и контролю за ней (безопасность жилища, хозяев дома и их близких)
  • требования к надежности сложных систем (компьютеры, домашние кинотеатры, посудомоечные, стиральные машины, СВЧ-печи и др.)

В результате инженерное оснащение квартир и коттеджей неуклонно усложняется, и растет количество устройств, участвующих в формировании этой среды. Возлагать на хозяина жилья управление всеми системами становится неудобно, невыгодно и небезопасно. В связи с этим в последнее время все больше приобретают популярность комплексные интеллектуальные системы управления жилищем, иначе часто называемые системами «Умный дом» («SmartHouse»). Комплексная система управления жилищем берет на себя всю рутинную работу по решению этой запутанной задачи, оставляя человеку только принятие главных, «базовых» решений.

Целью данной работы является разработка проекта интеллектуальной системы управления загородным коттеджем общей площадью около 238 квадратных метров. Для этого необходимо выполнить следующие задачи:

  1. Рассмотреть существующие аналоги;
  2. Выявить основные принципы построения подобных систем;
  3. Определить наиболее подходящие и применить их к рассматриваемому варианту;
  4. Разработать структурную схему системы;
  5. Разработать пакет моделей для системы;
  6. Определить стоимость и экономическую эффективность системы.

ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Основные термины и понятия

Концепция "умного дома", родившаяся в семидесятых годах прошлого века, была ориентирована, прежде всего, на экономию электроэнергии, которая обходилась, да и по сей день обходится американцам и европейцам очень дорого. В основе концепции лежало размещение в жилом доме различных датчиков (движения, инфракрасных и других), определявших, находится ли кто-нибудь в помещении, что позволяло включать и выключать свет в зависимости от наличия людей в комнате, а также при необходимости регулировать его мощность. По мере развития высоких технологий, концепция стала обрастать дополнительными возможностями.

Умный дом — жилой дом современного типа, организованный для удобства проживания людей при помощи высокотехнологичных устройств [11]. Электронные бытовые приборы в умном доме могут быть объединены в домашнюю Universal Plug’n’Play — сеть с возможностью выхода в сети общего пользования.

Понятие «умный дом» было сформулировано Институтом интеллектуального здания в Вашингтоне в 1970-х годах: «Здание, обеспечивающее продуктивное и эффективное использование рабочего пространства…»

Как комплексное решение задачи сначала появились Intelligence Buildings (интеллектуальные здания), основой которых были структурированные кабельные сети. Система позволяла коммутировать и использовать один и тот же кабель для нужд АТС, компьютерной сети, системы безопасности и т.д. Потом начали появляться системы мультиплексирования каналов связи, позволяющие передавать по одному кабелю различную информацию одновременно. Бурно развивающаяся информатика позволила форсировать эти работы, когда всем стало ясно, что любой проект кабельной системы здания устаревает к моменту завершения строительства.

Поскольку развитие данного направления представлялась более чем сверхприбыльным, на него были пущены немалые средства, и в результате появилась идея "умного дома".

Впервые эта задача была решена в 1978 году компаниями Х10 USA и Leviton, которые разработали технологию для управления бытовыми приборами по проводам бытовой электросети. Но технология эта была рассчитана на напряжение 110 В и частоту сети 60 Гц, поэтому не получила распространения в России.

Стоит разделять понятия «умный дом» и «системы жизнеобеспечения». Отдельные системы обладают лишь необходимыми интерфейсами управления и контроля. Концепция «Системы интеллектуального управления зданием» предполагает новый подход в организации жизнеобеспечения здания, при котором за счет комплекса программно-аппаратных средств значительно возрастает эффективность функционирования и надежность управления всех систем эксплуатации и исполнительных устройств здания[4].

Основной особенностью интеллектуального здания является объединение отдельных подсистем различных производителей в единый управляемый комплекс.

Под «умным домом» (intelligent building) следует понимать систему, которая должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в здании, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Английское слово intelligent, буквально означающее «разумный», «понятливый», в сочетании со словом building использовано в значении «гибкий, приспосабливаемый».

«Умный дом» в первоначальном смысле означает «здание, готовое к изменениям» или «приспосабливаемое (гибкое) здание», инженерные системы которого способны обеспечить адаптацию к возможным изменениям в будущем.

Здание проектируют таким образом, чтобы все системы его управления могли интегрироваться друг с другом с минимальными затратами, а их обслуживание было бы организовано оптимальным образом. Проект обязательно предполагает возможность наращивать и видоизменять конфигурации инсталлированных систем.

Со временем здания обретут «искусственный интеллект». Тогда с полным основанием можно будет называть их интеллектуальными. Системы смогут отслеживать работу и состояние всей «начинки» здания, включая ограждающие конструкции, и самостоятельно принимать решения в изменяющихся обстоятельствах.

Под термином «умный дом» обычно понимают интеграцию в единую систему управления зданием следующих систем:

  • система микроклимата;
  • система мультирум;
  • система управление освещением, шторами, жалюзи;
  • система безопасности;
  • домашний кинотеатр;
  • системы связи (Интернет, телефония, компьютерная сеть);
  • система силовой электрики;
  • система водоснабжения;
  • система канализации;
  • любые другие, при необходимости.

Система микроклимата позволяет комплексно контролировать и управлять теми инженерными системами в доме, которые оказывают воздействие на воздух, его температуру и влажность.

Система микроклимата объединяет в себе:

  1. вентиляцию
  2. кондиционирование воздуха
  3. увлажнение
  4. теплый пол
  5. отопление

Объединяя системы отопления, теплый пол, систему кондиционирования, вентиляции, увлажнения, система микроклимата способна сбалансировать их работу. Выбирая, каким способом, с помощью какой из систем, реализовать ту или иную задачу, система микроклимата опирается на принцип рациональности – она изначально запрограммирована экономить ресурсы, время и деньги.

Система создает индивидуально комфортный для человека микроклимат. Ведь ни для кого не секрет, что только здоровый свежий воздух, приятной для организма температуры, образует ту атмосферу, в которой и продуктивно работается и полноценно отдыхается. Поэтому столь важно автоматически регулировать температуру, влажность и насыщенность кислородом воздуха, чтобы сохранять эту полезную для человека атмосферу.

Мультирум (Multiroom) – система распределения аудио и видео сигналов от различных источников в несколько отдельных зон, удаленных помещений [5].

В определенном месте дома концентрируется вся техника, которая может являться источником аудио и видео – это может быть, например, спутниковый TV-тюнер, радио, компьютерный сервер с цифровыми данными, IPod, DVD чейнджер и тому подобное. Все источники подключаются к специальному ресиверу - с ним связываются все зоны, в которых следует выводить музыку или изображение.

Таким образом, нет необходимости во всех комнатах устанавливать свои источники звука и видео. Сигналы из Multiroom по специальным каналам распределяются по всему дому, и из каждого подключенного к системе помещения можно выбрать один из доступных источников данных.

Можно во всех комнатах вывести на динамики любимую музыку, и перемещаясь из помещения в помещение, слышать ее в идеальном качестве и с комфортной громкостью.

Система управления освещением позволяет организовать включение/выключение и регулировку яркости различных источников света в квартире или доме в соответствии с заданными сценариями. Добиться удобного управления электроосвещением, обеспечить работу групп света по таймеру, датчикам движения и освещенности. Кроме того, интеллектуальное управление светом позволяет оптимизировать пользование световыми приборами, что в свою очередь приведет к сокращению электропотребления (от 15 до 35 % экономии) и  увеличению срока службы ламп в световых приборах.

Источниками света в интерьере любого помещения могут быть не только естественное освещение, люстры и всевозможные бра, но и специальные осветительные элементы, приборы, позволяющие организовать подсветку определенных зон в интерьере. Очень часто эти световые акценты позволяют совершенно иначе представить пространство, реализовать  эффектную задумку дизайнера или архитектора.

Система безопасности для загородного дома может охватывать не только всю площадь здания, но и примыкающую к нему территорию.

Охрана периметра владения осуществляется с помощью специальных датчиков и аппаратуры видеонаблюдения. Другие датчики, аппаратура и контроллеры обеспечивают безопасность внутри дома. В случае несанкционированного доступа или любого иного форс-мажора система отслеживает событие по реакции датчиков (например, датчика открытия двери, датчика повреждения окна, датчика задымления, датчика изменения объема в помещении), оповещает службу безопасности (сигнализирует охране, информирует службы быстрого реагирования и владельца (например, по SMS). Возможен удаленный мониторинг - просмотр записи с видеокамер посредством Интернета.

Система безопасности может иметь несколько режимов:

  • жесткий - в отсутствие хозяина,
  • умеренный - в ночное время
  • нормальный – в дневное время [1].

Возможно программирование любых других режимов и автоматических действий системы, так как она вполне «разумна». Так, например, могут быть весьма актуальны автоматические и отличные друг от друга режимы безопасности для разных этажей здания в ночное время, когда хозяин дома.

Домашний кинотеатр – сочетание комплекса специальной техники и инженерных решений, позволяющих создать в помещении своеобразную атмосферу – «эффект присутствия» зрителя в фильме.  Эта атмосфера достигается за счет грамотного сочетания аудио и  видео аппаратуры, с полным раскрытием ее потенциала, расчета акустических параметров помещения, использования звукоизолирующих, поглощающих и отражающих материалов в отделке кинозала, высококачественного монтажа и профессиональной настройки.

Для просмотра фильмов необходимо лишь вставить в проигрыватель диск, после чего вся техника включится автоматически, самостоятельно выбирая все параметры и настройки. Одновременно с этим, опустится экран, свет уменьшит свою яркость, жалюзи и шторы изменят своё положение, создавая благоприятные условия для домашнего киносеанса. Зрителю останется лишь удобно расположиться в комфортабельном ложе и в полной мере насладиться киноискусством, а также удивительными возможностями интеллектуальных систем.

Связать несколько компьютеров вместе, чтобы они образовали единую информационную базу, сеть, бывает необходимо не только в большом доме, но и в частной квартире, где компьютеров больше, чем один. Сделать это можно классическим способом - через провода и hub’ы или же более современным – беспроводным – по wi-fi. В первом случае необходимо, чтобы провода и аппаратура были максимально скрыты, во втором необходимо еще и учитывать архитектурные особенности и площадь, на которой необходимо получение четкого и без помех сигнала с другого компьютера. При этом, чаще всего требуется, чтобы все компьютеры сети получали такой же четкий и без помех сигнал от источника Интернета (точки доступа).

Система телефонии особенно актуальна в загородном доме, где часто организуется система распределения аудио- и видео-сигнала, активно используемая как интерком и домофон.

Система силовой электрики – услуга, которая включает в себя следующие составляющие:

  • подготовку предпроектной документации, получение технических условий
  • разработку проекта электрики
  • согласование проекта в соответствующих государственных структурах
  • авторский надзор за строительно-монтажными работами
  • монтаж и сервисное обслуживание.

Скачки напряжения, недостаток мощностей и отключение электричества - это то, что необходимо предусмотреть и, по возможности, нейтрализовать при проектировании электрики.

Скачки от входящего тока возможно нейтрализовать используя стабилизаторы нагрузок с аккумуляторами. В случае отключения электричества аккумуляторы примут на себя аварийную нагрузку, давая необходимую возможность разогреться и включиться в работу источникам бесперебойного питания. Таким образом, не будет необходимо ждать, когда заработает генератор - дом не останется ни на секунду обесточен.

Реле приоритетов позволяет в случае недостатка мощности временно отключить низкоприоритетные устройства, высвобождая, таким образом, некоторую мощность для более важных задач.

Система не просто рациональна в использовании, она позволяет существенно экономить электроэнергию. Система силовой электрики дает возможность одним нажатием на блоке управления обесточить целые зоны, например, полностью обесточить первый этаж дома, оставив работающим ,к примеру, лишь холодильник.

Таким образом, в настоящее время под системой «Умный дом» подразумевается интеллектуальная система, объединяющая и интегрирующая все системы жизнеобеспечения жилого помещения. В ее состав входят следующие структурные элементы:

  1. Устройство управления системой;
  2. Источники информации о состоянии системы – различные датчики;
  3. Исполнительные устройства (замки, видеокамеры и так далее).
  4. Сеть связи, объединяющая все устройства.

Состояние модели «Умный дом»

В настоящее время на рынке сложилась довольно интересная ситуация – множество производителей предлагает продукцию для построения систем, подобных рассматриваемой, однако очень мало примеров комплексных проектов для жилых помещений. Как правило, предлагается набор определенных устройств, позволяющих управлять вентиляцией, отоплением, и так далее на более высоком уровне, чем существующий. Собрав в одной квартире (или коттедже) различные датчики и исполнительные механизмы, пусть и управляемые программно, мы еще не получим системы в наиболее полном понимании этого слова. Цель создания модели умного дома именно в интеграции всех инженерных и других систем коттеджа с единым управлением и обеспечением взаимодействия.

Поэтому целью данной работы является разработка системы умный дом, ее обоснование и описание.

Обзор найденного материала

Протоколы и технологии в системе «Умный дом»

Как показывает произведенный анализ существующих интеллектуальных систем управления коттеджами, для их построения используются различные протоколы и технологии объединения структурных элементов системы. Какой бы сложной ни была начинка, всё сводится к взаимодействию большого числа связанных между собой по определенному протоколу устройств. Под протоколом здесь понимается порядок обмена информацией между устройством управления, датчиками и исполняющими устройствами. Ниже рассмотрим основные положения наиболее распространенных протоколов и произведем оценку их положительных и отрицательных сторон.

Протокол Х10

В х10 для передачи управляющих сигналов используют силовые электросети [11]. Его очевидное преимущество в простоте реализации – не нужно прокладывать новые провода, достаточно подключить нужные приборы к существующей электропроводке. Посмотрим, что представляет собой технология х10 и какие устройства можно использовать для ее применения. Итак, технология х10 основана на передаче сигналов по электропроводке квартиры или дома. Для передачи сигналов используются "пакеты" колебаний на частоте 120 кГц длительностью 1 мс, передаваемые по электропроводам. Передача сигнала в х10 синхронизирована с нулевым напряжением в цепи переменного тока. Когда напряжение достигает нулевого значения, приемник сигнала х10 (например, встроенный в патрон лампочки) "слушает" сеть в течение 6 мс. Если в это время передатчик сигнала х10 посылает "пакет", приемник воспринимает его как двоичную единицу. Отсутствие "пакета" воспринимается как двоичный ноль. Каждое устройство, управляемое посредством х10, имеет свой адрес, состоящий из двух символов. Первый – код дома, второй – код устройства.

Каждый из них может иметь 16 значений, а общее число различных адресов достигает 256. Код дома обозначают латинской буквой (от A до P), а код устройства – числом от 1 до 16. По электропроводке каждый код дома и устройства передается своей последовательностью нулей и единиц – двоичным кодом (см. таблицу). Каждая команда х10 также имеет свой двоичный код. Последний бит в двоичных кодах устройства и команды служит для различия типа кодов: 0 соответствует коду устройства, 1 – коду команды. Для того чтобы приемник знал, когда начинается передача полезного сигнала, передатчик сначала посылает так называемый стартовый код – ему соответствует последовательность 1110. За ним следует код дома, а потом – код устройства или команда. Последовательность стартового кода, кода дома и кода устройства или команды называется кадром (или фреймом) х10. Каждый кадр передается два раза подряд – для большей надежности. Каждый информационный бит кадра, за исключением битов стартового кода, сопровождается комплементарным (дополняющим) битом – после 1 идет комплементарный 0, после 0 – единица. Таким образом, для передачи одного кадра необходимо 11 циклов переменного напряжения.

Для передачи команды x10 нужно сначала отправить кадр с кодом устройства, которому предназначена команда, а за ним – кадр с самой командой. Исключение составляют групповые команды, например "All Units Off" – они отправляются всем устройствам, поэтому код устройства перед ними передавать не нужно.

При передаче последовательности адресов и/или команд между каждой парой кадров должен быть промежуток в три цикла переменного напряжения – то есть последовательность 000000. Например, адрес устройства и команда для него передаются двумя парами кадров с указанным промежутком. Для передачи такой последовательности необходимо 22+3+22=47 циклов напряжения. При частоте 50 Гц такая операция занимает примерно одну секунду.

Технология x10 помогает решить самые разные задачи домашней автоматизации. Например, можно включать и выключать в заданное время свет, дистанционно изменять яркость освещения, управлять электроприборами с помощью компьютера, раздвигать шторы, включать охранную и пожарную сигнализацию и делать много других полезных вещей. Для этого разработаны различные виды устройств, поддерживающих х10. Перечислим их.

  • Исполнительные модули (приемники) – принимают и выполняют команды x10. Каждый приемник имеет адрес, состоящий из кода дома и кода устройства, например D11. Несколько приемников могут иметь тот же адрес – в этом случае они управляются одновременно. Приемниками могут быть, например, ламповые и приборные розеточные модули, настенные выключатели, светорегуляторы в ламповом патроне, приводы жалюзи, диммерные модули для управления резистивной нагрузкой.
  • Трансиверы – принимают сигналы от пультов дистанционного управления (ИК или радио), преобразуют в формат x10 и передают в электросеть.
  • Контроллеры (передатчики) – формируют и отправляют команды x10 в электросеть. В роли передатчиков могут выступать: модули управления, выдающие команды включения/выключения и регулировки яркости света; программируемые таймеры, посылающие сигналы в заданное вре- мя; контроллеры освещенности, включающие или выключающие свет в зависимости от интенсивности солнечного излучения; модули с компьютерным интерфейсом – они управляются с компьютера или автономно введенной в них программой.
  • Пульты ДУ – обеспечивают дистанционное управление устройствами x10 по ИК- или радиоканалам. Есть и универсальные пульты ДУ для управления устройствами x10 и ау- дио/видеоаппаратурой.
  • Оборудование для повышения качества и надежности ра- боты систем x10 – усилители и ретрансляторы сигна- лов, фильтры для подавления электромагнитных помех. В простых системах часто можно обойтись и без этих ус- тройств.
  • Измерительное оборудование – предназначено для измерения затухания сигналов x10.

В системах домашней автоматизации на основе стандарта x10 используется также вспомогательное оборудование, которое само не передает и не принимает сигналы по протоколу x10. Это, например, датчики движения, освещенности, разбития стекла, открывания дверей или окон. Они передают информацию по радио или ИК-каналам на трансиверы, а те пересылают ее исполнительным модулям по протоколу x10.

Наиболее широкий ассортимент устройств x10 представлен в продукции, поставляемой фирмами x10 (www.x10.com, бренд PowerHouse), BMB Electronics B.V. (www.bmbelectronics. eu), Marmitek (www.marmitek.com). Отметим, что многие устройства, выпускаемые под различными брендами, сходны по функциональному назначению, внешнему виду и маркировке.

Типичный модуль x10 состоит из программируемого микроконтроллера, управляющего работой устройства, и цепей сопряжения, которые формируют входные сигналы микроконтроллера из сигналов, принимаемых из электросети, и выходные сигналы модуля, передаваемые в электросеть, из сигналов микроконтроллера. В качестве микроконтроллеров можно задействовать микроконтроллеры общего назначения, например типа PIC компании Microchip и типа AVR компании Atmel.

Стандарт EIB

EIB — аббревиатура от англ. European Installation Bus, что переводится как Европейская инсталляционная шина (как вариант — магистраль) [5]. Данное словосочетание обозначает одну из доминирующих в мире, и особенно в Европе, технологий автоматизации зданий. Часто используют и другое «производное» сокращение для обозначения данной технологии — Instabus.

EIB — открытый промышленный стандарт, поддерживаемый более чем ста фирмами-производителями по всему миру, объединёнными с 1990 г. в соответствующую ассоциацию — EIBA — со штаб-квартирой в г. Брюссель. Заявленные задачи Ассоциации — продвигать на рынке саму технологию, обучать специалистов и следить за качеством и совместимостью оборудования, производимого её членами.

Система EIB для автоматизации жилых и офисных помещений основана на децентрализованной, прямой (peer-to-peer) модели Сетевая модель ВОС. Система EIB использует стандартный протокол передачи данных и поддерживает следующие передающие среды:

  • витая пара (9600 Байт/с)
  • силовая линия (1200/2400 Бит/с, первоначально только для 230 В,50 Гц)
  • сеть EIB (EIB.net) (например 10МБит/с, Ethernet)
  • радиочастотная связь
  • инфракрасное излучение

Шина instabus EIB представляет собой децентрализованную систему событийного управления с последовательной передачей данных управления, контроля и сигнализации эксплуатационно-технических функций. Подключенные к шине абоненты могут обмениваться информацией через общий канал передачи, шину. При этом подлежащая передаче информация упаковывается в телеграмму и транспортируется по шине от датчика (сенсора — отправителя команд) к одному или нескольким исполнительным механизмам. При успешной передаче каждый приёмник квитирует получение телеграммы. При отсутствии квитирования передача повторяется до трёх раз. Если и после этого квитирование телеграммы отсутствует, процесс передачи прерывается и в запоминающем устройстве отправителя отмечается отказ.

Абоненты шины instabus EIB гальванически не развязаны, поскольку питание (DC 24 В) абонентов шины подается по ней же. Передача производится модулированием напряжения питания, причём логический нуль пересылается в виде импульса. Отсутствие импульса интерпретируется как логическая единица. Отдельные данные телеграммы пересылаются асинхронно. Тем не менее, пересылка синхронизируется старт- и стоп-битами.

В шине instabus EIB для этого применяется протокол CSMA/CA. В CSMA/CA речь идёт о методе, гарантирующем случайный, беспроблемный доступ к шине, при этом без снижения её пропускной способности. Все абоненты слушают шину одновременно, но реагируют только исполнительные механизмы, вызванные своим адресом. Если абонент хочет начать пересылку, он должен прослушать шину и дождаться момента, когда не будет передачи любого другого абонента (Carrier Sense). Если шина свободна, то, в принципе, любой абонент может приступить к передаче (Multiple Access). Если два абонента одновременно начинают передачу, то на шину без задержки выходит абонент, обладающий более высоким приоритетом (Collision Avoidance), при этом другой абонент уступает и процесс передачи повторяется в более позднее время. Если оба абонента имеют одинаковый приоритет, то проходит тот, который обладает меньшим физическим адресом.

Каждый абонент шины при проектировании при помощи ETS получает свой собственный физический адрес, позволяющий однозначно идентифицировать его, так же как почтовый адрес однозначно указывает получателя письма. Физический адрес, однако, должен задаваться на языке шины и ориентироваться на топологическую структуру системы instabus EIB. Физическая адресация используется ETS только для ввода в работу отдельных абонентов или для работ по обслуживанию и диагностике. В этом случае адресация производится аналогично почтовой адресации. В практической работе системы instabus EIB при пересылке телеграмм используются, напротив, логические или так называемые групповые адреса. Они ориентируются не на топологию шины, а на эксплуатационно-технические функции (применения) системы instabus EIB. В отличие от почтовой доставки, когда почта доставляет письмо по адресу получателя, в каждую телеграмму отправителем вносится запроектированный групповой адрес. Каждый абонент прослушивает эту телеграмму на шине, считывает указанный в ней групповой адрес и проверяет, адресована телеграмма ему или нет. Во время проектирования системы instabus EIB при помощи ETS для каждого абонента шины устанавливается групповой адрес, по которому он должен ощущать себя вызванным. Таким образом, в отличие от почтового отправления, одному абоненту шины может быть присвоено несколько групповых адресов. Если теперь абонент шины прослушивает телеграмму, он всегда воспринимает её, если ощущает себя вызванным по внесённому в телеграмму групповому адресу (и пересылка прошла успешно). В противном случае он пренебрегает телеграммой, поскольку она предназначена не ему.

EIB допускает пакеты данных переменной длины. Один пакет (или телеграмма) может достигать 14 байт полезной информации. Новая спецификация позволяет расширить длину пакета до 256 байт.

В состав оборудования Instabus входят следующие группы устройств:

  • сенсоры — кнопочные настенные панели и выключатели;
  • датчики физических величин — температуры, влажности и т. д.;
  • датчики движения, таймеры и другие.

Сенсоры отвечают за регистрацию тех или иных внешних событий, наступление которых должно вызвать определённую ответную реакцию системы. После наступления такого события (нажатие кнопки, превышение температурой порогового значения и т. п.) сенсор посылает по сети EIB управляющую команду соответствующему исполнительному устройству — актюатору.

  • Активаторы, диммеры — диммерные световые регуляторы и релейные модули; модули управления жалюзи; информационные ЖК дисплеи и другие. Актюаторы, или исполнительные устройства, меняют своё состояние (включено-выключено, открыто-закрыто и т. п.) в соответствии с командами, поступающими от сенсоров, управляя тем самым различным электрооборудованием — включают свет, запускают электромоторы и т. д.
  • Контроллерные модули — функциональные модули, логические контроллеры, термостаты и другие. Контроллерные модули позволяют реализовать особо сложные алгоритмы управления, когда, например, стоит задача управления сразу несколькими видами оборудования по данным, получаемым одновременно от нескольких сенсоров. Традиционные инсталляции использования таких устройств, как правило, не требуют.
  • Системные устройства — блоки питания, интерфейсные модули, шинные соединители, повторители и другие. Системные устройства обеспечивают работоспособность и возможность настройки самой сети EIB.

К основным преимуществам EIB относят:

  • единое, независимое от поставщика и приложения, программное обеспечение ETS для проектирования, конфигурирования и диагностики EIB решений;
  • стандартное устройство сопряжения с шиной (BCU);
  • стандартизированное электрическое и механическое соединение с шиной;
  • система сертификации на EIB совместимость;
  • единые методические и практические руководства, общая система обучения.

Протокол С-Bus

Протокол С-Bus разработан компанией Clipsal, основанной в 1907 г. и являющейся ведущим производителем электрооборудования в Австралии и Азии [4].

Фирма Clipsal производит более 50 000 видов оборудования и обеспечивает им 40% рынка Азии, Австралии и Великобритании.

Из наиболее известных проектов с использованием продуктов Clipsal можно назвать стадион “Манчестер” (Manchester Commonwealth), McLaren Mercedes, Дом оперы Сиднея (Sydney Opera House) и, конечно, главный стадион Олимпиады 2000 в этом же городе.

Система Clipsal C-Bus построена на базе открытого IP- протокола; ПО, совместимое со всеми версиями Windows, обеспечивает управление системами любого уровня.

Структура системы построена по принципу распределенного интеллекта. В каждый её управляющий элемент встроен микроконтроллер, позволяющий системе работать независимо от остальных блоков. Все блоки оснащены памятью, не повреждающейся при сбоях в подаче электроэнергии. Сеть C-Bus использует кабель данных Cat5 (витая пара) для соединения управляющих элементов и питания безопасным напряжением 36V/DC. При этом она электрически изолирована от основного электропитания и имеет защиту от коротких замыканий.

Функциональные возможности системы C-Bus:

  • управление освещением — диммирование* ламп накаливания, галогенного и люминесцентного освещения с нагрузками до 20 А на канал, формирование любых световых сценариев, поддержание определенного уровня освещения и т. д.;
  • управление климатическими системами — кондиционерами, бойлерами, теплыми полами;
  • управление открытием и закрытием жалюзи, ворот, дверей, в том числе дистанционное;
  • управление доступом — скоординированная работа с системами безопасности, дозвон на телефоны по любому несанкционированному событию, различные варианты работы системы в зависимости от присутствия или отсутствия хозяина, карточные системы идентификации;
  • инфракрасное управление различными устройствами и бытовыми приборами;
  • программирование любых последовательностей действий — ежедневных, еженедельных, в отсутствие хозяина, офисных расписаний обогрева и вентиляции и т. д.

Управление всей системой может осуществляться с помощью многоклавишных программируемых выключателей либо с применением обыкновенных выключателей другого производителя, сенсорных экранов, компьютера, по сигналам детекторов движения, датчиков уровня освещения, температуры, по сетям Ethernet и Интернет, по протоколу RS 232, посредством телефона и голоса.

Технические особенности системы Clipsal C-Bus:

  • 100 устройств и 1000 м кабеля категории 5 в одной сети;
  • 255 сетей в одной системе;
  • 25 500 устройств, до 255 км кабеля категории 5 в системе.

За последние несколько лет C-Bus была применена более чем в 54 тыс. установок — начиная с домашних и заканчивая большими корпоративными. Устанавливать эту систему выгодно, надёжно и несложно.

Протокол LonTalk

Открытый протокол LonTalk является одной из главных составляющих технологии LonWorks [3].

Протокол LonTalk не опирается на определенную реализацию физического уровня и обеспечивает передачу данных по самым различным каналам связи с использованием разнообразных методов кодирования. Например, для витой пары используется метод дифференциального кодирования, а для работы на сегментах линий напряжения и на радиочастотах применяется FSK-модуляция.

Каждый узел LonWorks работает с физическим уровнем в одном из двух режимов – прямом или специальном. В прямом режиме информация передается в закодированном виде (например, с применением дифференциального манчестерского  кодирования битов), а в  специальном режиме данные передаются последовательно и без кодирования. Причем в обоих режимах каждый пакет сопровождается 16-битовым CRC-кодом. Это позволяет не учитывать при передаче битов конкретную реализацию среды передачи. При работе в прямом режиме контроль над скоростью передачи данных, длиной заголовков пакетов и кодированием берет на себя микроконтроллер Neuron. В специальном режиме эти задачи выполняет приемопередатчик, используемый для сопряжения различных физических протоколов.

На подуровне MAC в качестве средства борьбы с коллизиями (конфликтными ситуациями) используется предиктивный метод, основанный на упорядочении доступа к каналу с учетом предполагаемой нагрузки на канал. Передающий узел всегда получает доступ к каналу со случайной задержкой из диапазона от 0 до некоторой величины w, являющейся функцией числа незавершенных заданий, стоящих в очереди на выполнение. Разрешение коллизий на этом подуровне осуществляется по следующим правилам:

  1. Если коллизия возникла после двух последовательных попыток передачи пакета с приоритетом, то следующая отсылка пакета будет происходить без приоритета.
  2. При обнаружении коллизии передающий узел должен инкрементировать число незавершенных заданий.
  3. Если после 255 последовательных попыток передачи пакета возникает коллизия, то задание снимается.

Функции канального уровня используют простое кодирование кадров и несложный механизм обнаружения ошибок без восстановления за счет повторной передачи. Пропускная способность канала зависит от группы факторов: скорости передачи, времени доступа к среде передачи, размера пакетов и т.д.

Транспортный уровень обеспечивает достоверную передачу пакетов одному абоненту или группе абонентов. Для связи с сеансовым уровнем на транспортном уровне LonTalk реализована поддержка следующих функциональных запросов: послать телеграмму, принять телеграмму, подтверждение завершения передачи.

Сеансовый уровень отвечает за реализацию простого механизма запроса/ответа для доступа к удаленным серверам данных и обеспечивает выполнение всего одной функции – запрос/ответ. При этом любой запрос будет ожидать ответа. Функции запроса/ответа можно использовать для прикладных задач, работающих по принципу клиент-сервер.

И на транспортном, и на сеансовом уровнях включен механизм контроля авторизованного доступа: запрос, не обладающий правом доступа к данным текущего узла, не будет обслужен.

Уровень приложений и предоставления данных создает основу для совместимости узлов протокола LonTalk. Одной из важных задач, решаемых на этом уровне, является передача чужеродных по отношению к LonTalk телеграмм. Такая функция используется для организации шлюзов между доменами, а также для перехода через LonTalk к другим протоколам. В LonWorks используется модифицированный произвольный доступ с контролем несущей (CSMA/CD). Для уменьшения нагрузки на сеть используется событийный механизм обмена сообщениями, а для сокращения внутрисетевого трафика можно использовать сегментацию сети при помощи маршрутизаторов, выпускаемых различными производителями.

LonWorks – это платформа, способная решить большинство проблем, возникающих при проектировании, инсталляции и обслуживании систем управления зданиями. Решения, основанные на LonWorks, обеспечивают возможность построения легко масштабируемых систем управления на базе продуктов различных производителей. Использование технологии LonWorks дает компаниям-поставщикам оборудования для систем управления зданиями возможность без дополнительной координации разрабатывать и производить функционально совместимые устройства для сетей LonWorks. Протокол LonTalk как стандарт официально признан такими организациями, как EIA, ASHRAE, SEMI, IEEE, AAR, IFSF. Для обеспечения  координационной работы была создана организация LonMark – независимая ассоциация производителей оборудования по технологии LonWorks, которая формирует единые рекомендации для разработчиков и проводит сертификацию совместимого с LonWorks оборудования.

Протокол BACnet

BACnet представляет собой специализированный протокол передачи данных для автоматизации зданий и управляющих сетей [11]. Его главный приоритет сосредоточен на уровне прикладной задачи.

Название протокола BACnet представляет собой аббревиатуру Building Automation and Control Networks (сети автоматизации и управления зданий).

BACnet представляет собой специализированный протокол передачи данных для автоматизации зданий и управляющих сетей. Его главный приоритет сосредоточен на уровне прикладной задачи.

Протоколом BACnet регламентируются:

  • Параметры электрических сигналов.
  • Система адресации.
  • Способы сетевого доступа (Master-Slave, Peer-to-Peer).
  • Процедуры проверки ошибок.
  • Процедуры управления потоком (Flow control).
  • Последовательность сообщений, система сегментации, наличие контрольных точек.
  • Формат представления (упаковки, шифрования).
  • Формат сообщений.

Каждый объект в сети BACnet характеризуется набором "свойств", которые описывают его поведение или управляют его работой.

На рисунке представлен набор основных стандартных объектов BACnet (не всех). Предполагается, что в дальнейшем будут появляться новые стандартные объекты. Кроме того, стандартом оговорено допущение на использование разработчиками своих собственных объектов, а также способы взаимодействия с ними со стороны устройств сторонних производителей.

Стандартные объекты BACnet

Рисунок 1.1 Стандартные объекты BACnet

Любое устройство в сети BACnet описывается в виде набора стандартных объектов. Причем количество одинаковых объектов, составляющих устройство, не ограничено.

Стандартом BACnet заданы следующие классы прикладных задач, которые выполняют устройства:

  • тревоги и события;
  • доступ к файлам;
  • доступ к объектам;
  • управление удаленным устройством;
  • виртуальный терминал.

Эти классы прикладных задач описаны набором услуг (Services), которые выполняются определенным классом задач.

Помимо прикладного уровня протокол BACnet описывает возможные опции локальной сети. Первоначально протокол допускал использование следующих сетевых технологий:

  • Ethernet;
  • ARCNET;
  • Master-Slave/Token Passing (MS/TP);
  • Point-to-Point (PTP);
  • LonTalk.

Эти опции обеспечивают различные характеристики сети, покрывая специфические потребности конкретных приложений.

Для связи с частными сетями требуется наличие специализированных шлюзов, которые при переупаковке сообщений BACnet должны, кроме того, осуществлять их "перевод" на язык соответствующего частного протокола.

Для взаимодействия через IP-сети BACnet предусматривает 2 режима работы:

  • туннелирование IP-сообщений;
  • использование BACnet/IP.

Данный протокол имеет следующие преимущества:

  • BACnet предназначен специально для автоматизации зданий.
  • Так как BACnet комитет ASHRAE (SSPC 135) состоит из экспертов в области автоматизации зданий, то сам протокол BACnet обладает особенностями и возможностями, точно предназначенными для систем автоматизации зданий, чего нельзя сказать про другие протоколы. Среди таких особенностей: создание расписаний событий по часам и дням, построение приоритетов в командах для задания точек данных (setpoints) и точек выхода, ведение журналов трендов, обширные возможности обработки различных событий и тревог, и т.д.
  • BACnet не имеет строгой зависимости от локальных или глобальных сетевых технологий.
  • В то время как некоторые протоколы привязаны к специфическим сетевым технологиям, сообщения протокола BACnet могут быть переданы посредством различных физических сред и сетевых топологий, в зависимости от требований в каждом конкретном случае. Вам всего лишь необходимо описать требуемую пропускную способность сети. Кроме того, протокол BACnet был усовершенствован дополнением BACnet/IP - спецификация для использования BACnet по IP (Интернет протоколу). Технология, заключающаяся в BACnet/IP, может с легкостью распространяться на различные типы сетей (например, ATM, SONET, ISDN) и на требования к процессам (например, шифрование и сжатие), когда такие требования возникают.
  • BACnet - это национальный американский стандарт и европейский стандарт ISO.
  • Возможности протокола BACnet были признаны и предложены для стандартизации всеми ведущими мировыми организациями по стандартизации, включая Европейский Комитет по Стандартизации (CEN) и Международную Организацию по Стандартизации (ISO).
  • BACnet легко масштабируется от маленьких приложений для автоматизации здания до глобальных сетей с тысячами устройств.
  • Фактически BACnet не имеет ограничений по числу внутресетевых устройств и количеству точек данных, которые должны принадлежать какому-то из устройств. Более того, BACnet может быть применен в устройствах фактически любого размера: от крошечных специфических, до больших программируемых устройств.
  • BACnet зарекомендовал себя с наилучшей стороны в реальной практике применения его в системах автоматизации зданий.
    BACnet успешно применен в тысячах проектов зданий по всему миру: как минимум в 16 странах и даже в Антарктиде. Успешные применения BACnet распространяются от самых маленьких и простых проектов, например: присоединение чиллера к существующей закрытой (proprietary) системе управления энергопотреблением здания, до очень масштабных проектов, например: федеральное здание Phillip Burton в Сан-Франциско, новый комплекс зданий парламента Германии в Берлине и взаимосвязь управлением муниципальными зданиями в г. Мемфис (шт. Теннеси).
  • BACnet - полностью открытый протокол и его будущее находится в руках промышленности.

Другие протоколы

В этом пункте кратко рассмотрим менее известные протоколы, применяющиеся для построения систем типа «Умный дом».

ASI (Actuator-Sensor Interface) — такой интерфейс между сенсорами и актуаторами можно встретить в некоторых европейских разработках. Это простая и недорогая полевая шина с предельной скоростью передачи данных 167 кбит/с на расстояния не более 100 м. Строится по архитектуре “мастер — помощник” и допускает подключение до 31 устройства.

Bitbus (IEEE 1118) — развитая полноценная сетевая система “мастер — помощник”, обеспечивающая высокую надежность передачи информации и высокую степень абстракции (вплоть до уровня 7 OSI). Поддерживается работа с 256 устройствами на одной шине на удалении до 13 км, скорости передачи в диапазоне от 62 кбит/с до 2,5 Мбит/c. На физическом уровне использует повсеместно признанный в промышленности интерфейс RS485.

CAN (ISO 11898) — набирающая силу полевая шина, изначально создававшаяся для применения в автомобилях. Характеризуется почти идеальным соответствием потребностям событийных систем управления, неплохими характеристиками масштабирования и невысокой стоимостью развертывания. CAN очень хорошо поддержана самыми разными производителями электронных компонентов, что делает её перспективной для небольших компаний, специализирующихся в области создания собственных узлов для реализации “умного дома”. Требует применения двухпроводной витой пары, обеспечивает высокую скорость передачи данных и гарантированное время доставки пакетов (соответствует требованиям к системам реального времени).

HART — весьма забавная и в то же время заслуженно признанная (поддерживающая её организация — HART Communication Foundation создана в 1993 г.) и хорошо отработанная аналого-цифровая шина (т. е. позволяющая передавать одновременно аналоговый и цифровой сигналы). Требует двухпроводного кабеля, не слишком хорошо масштабируется (всего до 15 устройств, этот барьер можно преодолеть с помощью отдельных мультиплексоров), характеризуется возможностью небыстрой передачи данных (1200 бит/с) на большие расстояния (до 2 км). В силу специфики HART иногда применяется в наружных охранных подсистемах “умного дома”.

Протокол Z-Wave необходим для управления выключателями, устройствами отопления, вентиляции и кондиционирования, исполнительными механизмами, а также для получения информации с датчиков.

Сеть Z-Wave строится по ячеистому принципу – mesh network. При большом количестве узлов в сети такого типа возникают заметные задержки. Поэтому в компании Lagotek разработан специальный алгоритм совместной работы сетей Z-Wave и Wi-Fi. Обычно в mesh-сети сигнал от одного устройства к другому проходит через большое количество промежуточных узлов, что и вызывает задержки. В системе Lagotek сигнал от устройства Z-Wave идет до ближайшего хипа, далее по быстрому каналу Wi-Fi передается другому хипу, который находится ближе всех к получателю, и на последнем участке опять используется Z-Wave. Так достигается комфортное для пользователя время реакции устройств на управляющие воздействия (например, при нажатии кнопки свет включается сразу, а не с задержкой 1-2 секунды).

Этот протокол используется, в частности, в продукции фирмы Дюви.

Кроме описанных протоколов и стандартов большим количеством разработанных устройств примечателен протокол Axico, который использует для обмена данными между устройствами разрешенную для бытового использования частоту 868 Мгц. Его недостаток – закрытость, а следовательно, невозможность разработки дополнительных устройств. Однако при сравнении беспроводных технологий данный протокол выгодно отличается от аналогов своей дальностью работы – до 100 метров, относительной новизной – его история ведется с 2006 года, и, как уже упоминалось, большим количеством устройств в различных направлениях формирования системы умного дома.

В качестве заключения к данному пункту укажем, что битва стандартов пока продолжается, и конца её не предвидится. Работа протоколов совершенствуется, каждый производитель постоянно выбрасывает на рынок всё новые и новые устройства с улучшенными и расширенными характеристиками. Открытость протоколов способствует практически мгновенной интеграции технических новинок одного протокола во все остальные.

На сегодняшний день географическое распределение основных протоколов выглядит так:

  • американский континент — LonWorks;
  • Европа — EIB;
  • Великобритания, Австралия и большая часть Азии — C-Bus.

Теоретически наиболее удобной была бы система, использующая массовые протоколы, например IP, применяемые в компьютерных сетях. Такую систему можно контролировать и настраивать с любого компьютера практически в реальном времени. А зная, с какой легкостью у нас в стране пишутся программы, можно бы было предположить, что решение, построенное на этих принципах, будет наиболее жизнеспособным. Компьютерные сети развиваются с неимоверной скоростью, и подключить в единую структуру устройства контроля и управления системами “умного дома” было бы логично.

Таким образом, для выбора способа реализации системы Умный дом необходимо прежде всего выбрать протокол организации связи между устройствами будущей системы управления и после этого проектировать реализацию необходимых функций с использованием имеющегося оборудования.

Сравнение и выбор протокола системы

В первой главе данной работы нами уже было дано краткое описание основных существующих протоколов, с использованием которых создают подобные системы. Теперь проведем их сравнение по стоимостным характеристикам, для этого подсчитаем количество единиц оборудования, необходимое для создания системы управления освещением в описанном ранее коттедже.

Однако прежде необходимо сказать несколько слов, почему нами не были рассмотрены некоторые из описанных протоколов. Прежде всего это касается наиболее распространенного и известного из них – Х10. Это оборудование не рассматривается по следующим причинам [14]:

  • Низкая скорость передачи информации

Передача импульсов синхронизирована с переходом через ноль напряжения электросети, например, команда "ВКЛ", содержащая 94 бита, займет 47 циклов силового напряжения или 0,94 сек. (почти секунда!). Но если после этого послать команду "ВЫКЛ" на этот же модуль, то она выполнится в два раза быстрее, т.к. не надо передавать код устройства.

  • Низкая помехозащищенность

X10 использует амплитудную модуляцию, поэтому помехи в электросети легко могут "забить" полезный сигнал. Основные источники помех в электросети - электродвигатели (холодильник, стиральная машина, электродрель и т.п.) и приборы с тиристорными регуляторами (кроме устройств Х10). Помехоподавляющие конденсаторы электробытовых приборов также могут фильтровать высокочастотный 120КГц сигнал X10.

  • Проблема ложного срабатывания

Ложные срабатывания от помех в электросети, вызванных бытовыми электроприборами маловероятны. Более вероятны ложные срабатывания, если, например, два устройства Х10 одновременно подают в электрическую сеть свои управляющие сигналы. Так как проблема "столкновений" в протоколе Х10 практически никак не решена, то такие ситуации возможны. Хотя вероятность таких коллизий и мала (длительность одной посылки управляющих сигналов порядка одной секунды), но ненулевая.

  • Отсутствие обратной связи приемника с передатчиком

В X10 нет сигналов квитирования (квитков), которые бы подтверждали принятие и исполнение приемниками команд от передатчиков. Хотя команды повторяются дважды, существует вероятность того, что если помехи электросети "съедят" сигнал, то ожидаемого действия не произойдет. В современных модулях существует возможность запрашивать статус модуля, тем самым контролировать выполнение команд.

  • Возможны конфликты устройств X10 разных производителей

Изначальное несовершенство протокола Х10 потребовало внесения в него различных дополнений. Одно из таких дополнений - extended codes (расширенные или дополнительные коды). В силу того, что каждый производитель разрабатывал эти коды самостоятельно, устройства разных фирм-изготовителей не всегда корректно ретранслируют и выполняют управляющие сигналы, передаваемые устройствами других фирм.

Протокол LonTalk первоначально ориентирован на использование в промышленных масштабах, предназначен д ля построения распределенных систем автоматизации зданий, диспетчеризации, систем автоматизации промышленных предприятий.

Протоколы HART, CAN, Bitbus и ASI не рассматриваются по причине малой распространенности на территории России, и , следовательно высокой стоимости оборудования.

Поэтому рассмотрим наиболее распространенные из протоколов с использованием кабельных соединений - EIB, BACnet, C-Bus, а также беспроводные протоколы - Z-Wave и Axico.

Список необходимого оборудования приведен в Приложениях 1-5.

Далее, в Приложении 6 приведена сравнительная характеристика устройств на базе рассмотренных протоколов. Сравнение проведено на базе формирования системы управления освещением дома и управлением ролл-ставнями. В связи в различной функциональностью рассмотренных устройств функции систем, реализованных на различных устройствах, могут различаться, но не принципиально. Кроме того, в данной таблице указана возможность формирования систем, которые необходимо создать в соответствии с поставленной на проект задачей.

Итак, как видим из приведенных таблиц можно сделать следующие выводы:

  • используя не все протоколы, можно построить систему заданной функциональности;
  • наименьшее количество приборов необходимо при использовании протокола BACnet -6, наибольшее - Z-Wave (51);
  • стоимость оборудования варьируется от 87582 рублей (Axico) до 644119,52 (EIB);
  • кроме того, в таблице не учтена стоимость монтажа, которая при работе с проводными протоколами будет является суммой стоимости монтажа оборудования и кабеля, беспроводной – оборудования.

Таким образом, наиболее подходящим протоколом для выполнения поставленной задачи является оборудование, поддерживающее протокол Axico, так как в этом случае:

  • Формирование системы требует меньших финансовых затрат и меньшего количества оборудования;
  • Нет необходимости в монтаже кабеля, так как используется радиоканал;
  • Представлен широкий спектр оборудования, с помощью которого можно реализовать все подсистемы Умного дома;
  • Централизованное управление, в том числе с помощью SMS и через Интернет;
  • Возможность гибкого подстраивания системы под изменяющиеся в будущем нужды жильцов коттеджа;
  • Универсальность оборудования.

Проведем взвешенную оценку рассматриваемых протоколов. Определим следующие критерии оценки:

  • Р1- Функциональный состав (в соответствии с Приложением 6);
  • Р2- Масштабируемость;
  • Р3- Легкость монтажа;
  • Р4- Стоимостная характеристика;
  • Р5 – Возможность управления удаленно;
  • Р6- Помехозащищенность.

Сведем все показатели в таблицу и вычислим взвешенную оценку.

Таблица 1.1 Критерии оценки аналогов

Протокол Характеристика Итого:
Р1 Р2 Р3 Р4 Р5 Р6
EIB 0,9 0,5 0,3 0,1 0,7 0,9 0,567
BACnet 0,76 0,4 0,3 0,25 0,6 0,87 0,530
C-Bus 0,95 0,39 0.3 0,23 0,8 0,7 0,512
Z-Wave 0,56 0,7 0,9 0,45 0,7 0,6 0,652
Axico 0,95 0,8 0,9 0,98 0,87 0,6 0,850

Таким образом, наибольший взвешенный коэффициент в соответствии с расчетом принадлежит протоколу Axico.

Дополнительным плюсом является возможность управления оборудованием фирмы Axico с популярного коммуникатора Apple iPhone либо другого коммуникатора под управлением ОС Windows Mobile. Это возможно с использованием программного комплекса отечественного производства «Иридий».

«Иридий» это решение, выгодно отличающееся от всех остальных разработок своей гибкостью и адаптированностью с контроллерами АМХ (iPhone система воспринимает как свою «родную» сенсорную панель, поэтому позволяет создавать на iPhone удобные интерфейсы управления без особых затрат времени и средств). Особенностью проекта также является то, что пользователю предоставляется возможность управлять системой как локально, находясь в коттедже или квартире, так и удалённо, находясь в тысячах километров от дома. Эта возможность обеспечивается применением технологий Wi-Fi (для локального управления – рисунок 1.2) и 3G, EDGE, GPRG (для удалённого управления – рисунок 1.3).

Схема локального управления

Рисунок 1.2 Схема локального управления

 

Схема удаленного управления

Рисунок 1.3 Схема удаленного управления

Принцип управления с использованием устройств под управлением ОС Windows Mobile такой же.

Выводы по первой главе

Таким образом, в результате проведенного в первой главе обзора технологий, использующихся в настоящее время в системах Умный Дом и сравнительного анализа протоколов выяснено, что наиболее подходящим в данных условиях по финансовым, техническим условиям и по удобству пользования является оборудование фирмы Axico, работающее с использованием беспроводного канала передачи данных на основе одноименного протокола.

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ «УМНЫЙ ДОМ»

Постановка задачи

В ходе выполнения дипломного проекта нам необходимо спроектировать автоматизированную систему управления загородным коттеджем. Коттедж состоит из двух этажей, общая площадь помещений – 178.9 м2. Планы обоих этажей представлены на рисунках 2.1 и 2.2.

План первого этажа коттеджа

Рисунок 2.1 План первого этажа коттеджа

 

План второго этажа коттеджа

Рисунок 2.2 План второго этажа коттеджа

Всего в коттедже насчитывается 10 помещений, из них 5 жилых, 2 - санитарно-гигиенических, кухня, прихожая и холл.

Требуется спроектировать комплекс инженерных систем, на который будет возложено:

  • управление освещением по группам, плавное и полное;
  • управление моторизованными шторами;
  • регулировка температуры батарей отопления;
  • регулировка температуры теплых полов;
  • контроль и управление с системой вентиляции, кондиционирования и увлажнения;
  • контроль и поддержка заданной индивидуальной температуры, влажности, притока свежего воздуха в помещения, а также комфортных условий для сна;
  • контроль и управление системой предоставления медиа информации (телефония, Интернет, телевидение, спутниковое телевидение, архивные файлы, DVD и т.д.);
  • установка системы контроля доступа, системы видеонаблюдения, с возможностью дистанционного мониторинга;
  • установка сертифицированной системы пожарной безопасности с датчиками, установленными на обоих этажах, с возможностью подключения на централизованный пульт;
  • установка сертифицированной системы охранной сигнализации, с возможностью подключения на централизованный пульт;
  • мониторинг состояния инженерных систем с сигнализированием аварийных ситуаций (датчики протекания, датчики утечки газа).

При поступлении сигнала от какого-либо датчика (протечки воды, утечки газа, датчиков охранной и пожарной сигнализации, проблемой с электропроводкой и электроприборами) отправить сигнал на перекрывающие клапаны подачи воды, газа, теплоносителей, электроэнергии, кроме этого отправить сообщения на сотовые телефоны и Интернет-адрес хозяевам, а при необходимости на пульт наблюдения охранных структур.

Предусмотреть возможность с любого компьютера, подключенного к сети, просмотреть записи камер видеонаблюдения и отчет о состоянии дома.

Управление всеми системами должно осуществляться с персонального компьютера, и, возможно, отдельной панели управления. Управление некоторыми функциями можно осуществлять с пультов дистанционного управления.

Предусмотреть возможность при частичном или полном отказе автоматики - управление основными системами дома в ручном режиме.

Управляемые системы:

Первый этаж:

  • 5 групп освещения "вкл-выкл". Возможность удаленного управления освещением.
  • Видеосервер.
  • Аудиосервер.
  • Сервер видеонаблюдения. Компьютер.
  • Источник бесперебойного питания 10 кВа. Поддержка освещения, розеток по периметру помещений на разных уровнях, различные потребители системы отопления.
  • Предусмотреть установку датчиков протекания и датчиков утечки газа с выводом информации на центральную панель.
  • Датчики движения для управления освещением без выключателей.
  • Управление группами штор.
  • Управление температурой радиаторов.
  • Управление температурой теплых полов.
  • Датчик протечки.
  • Дистанционный мониторинг температуры в помещениях.
  • Панель задания параметров для системы освещения, кондиционирования, вентиляции.
  • Комплект оборудования звукоусиления (встроенный).

Второй этаж

  • группы диммируемого освещения.
  • группы освещения "вкл-выкл".
  • Датчики движения для управления освещением без выключателей.
  • Управление группами штор.
  • Управление температурой радиаторов.
  • Управление температурой теплых полов.
  • Датчик протечки.
  • Дистанционный мониторинг температуры в помещениях.
  • Панель задания параметров для системы освещения, кондиционирования, вентиляции.
  • Комплект оборудования звукоусиления (встроенный).
  • Система кондиционирования и вентиляции.
  • Система постановки на охрану.
  • Сертифицированные датчики сигнализации о пожаре.
  • Коммуникации информационные.

Внешнее оборудование:

  • Камеры наблюдения с прожекторами подсветки, блоки питания камер.
  • Ворота дистанционно управляемые.

Основное коммутирующее и управляющее оборудование расположить в доступном месте на 1 этаже.

Таким образом, в данном коттедже должны быть следующие подсистемы:

  • Система безопасности;
  • Система мультирум;
  • Систему управления освещением;
  • Система пожарной безопасности;
  • Система противодействия протечкам воды и утечкам газа;
  • Система управления электродвигателями (шторами и воротами).
  • Система оповещения хозяина;
  • Система управления климатом.

Функциональная схема системы в общем, представлена на рисунке 2.3.

Функциональная схема умный дом

Рисунок 2.3 Функциональная схема системы «Умный дом»

Разработка пакета моделей

Концептуальная модель

Концептуальный этап проектирования состоит из построения и исследования концептуальных (общих, базово-уровневых и модификационных) моделей системы. От концептуального этапа проектирования переходят к системному, структурному и логическому этапам проектирования.

Критерии и ограничения в концептуальных моделях необходимы при разработке ТЗ на проектирование.

Описание концептуальных моделей можно представить в виде кортежной модели:

КМ = < ФС, РФ, С, Н, Ц; R > , где

  • ФС – основные функции системы;
  • РФ – путь реализации основных функций;
  • С – структура системы исследования стратегической инвестиционной деятельности;
  • Н – направленность функционирования;
  • Ц – цель функционирования;
  • R – матрица связи.

Рассмотрим базово-уровневую модель системы.

Основные функции системы:

  • Измерение необходимых параметров и их регулировка;
  • Выполнение запрограммированных действий по управлению инженерными системами коттеджа в зависимости от состояния измеренных параметров;
  • Сохранение информации и оповещение о событиях;
  • Управление системами безопасности, мультимедиа, освещением;
  • Обеспечение пожарной безопасности, отключение подачи воды и газа в случае их протечки.

Пути реализации основных функций:

  • Использование одной централизованной системы, состоящей из 7 подсистем, каждая из которых выполняет строго определенные функции;
  • Использование управления системой с помощью персонального компьютера;
  • использование беспроводного интерфейса передачи данных;
  • использование универсального оборудования для достижения разных целей.

Структурная основа системы:

  • эффективная модель функционирования;
  • принципы системного подхода;
  • стандарты защиты от электромагнитных помех и угроз информационной безопасности.

Направленность функционирования:

  • обеспечение надежности всей системы и каждого элемента в отдельности;
  • уделение наибольшего внимания системам безопасности и защиты от протечек;
  • уменьшение скорости реакции системы на критическое изменение параметров;
  • обеспечение удовлетворения потребностей жителей коттеджа.

Цель функционирования:

  • максимально полное выполнение требований технического задания.
  • Достижение требований технического задания при наименьшем размере бюджета.

Однако кортежная модель не является наглядной, особенно при разработке подобных систем, но позволяет получить общее представление о разрабатываемой системе.

Функциональная модель

При разработке функциональной модели системы логично будет разделить Умный дом на две составляющих:

  1. Подсистемы, за состоянием которых производится постоянный мониторинг безопасности, контроля климата, утечек воды и газа, освещение, противопожарная подсистема.
  2. Подсистемы, которые работают лишь при подаче исполнительного сигнала – включение/выключение освещения, система оповещения.

Исходя из такого подхода, целесообразно разработать функциональную модель лишь подсистем, упомянутых в первом пункте.

Функциональную систему разработаем в нотации IDEF, что позволит более подробно представить проектируемые функции.

Диаграмма нулевого уровня показана на рисунке.

Функциональная модель системы

Рисунок 2.4 Функциональная модель системы, нулевой уровень

Как видно из приведенной схемы, на ней показаны все необходимые функции, исполнительные механизмы – управляющее устройство (процессор) и датчики, правила – алгоритм работы системы в целом и критические значения параметров, при которых необходимо производить какое-либо действие, а также результат работы.

На рисунке 2.5 показана схема первого уровня, более подробно характеризующая работу системы.

Функциональная схема системы

Рисунок 2.5 Функциональная схема системы, первый уровень

Как можно заметить из приведенной схемы, каждая из подсистем измеряет один из параметров на основании разработанного алгоритма с учетом заданных критических значений, по достижении которого производится действие, к примеру, в случае срабатывания датчика газа прекращается подача газа.

Далее рассмотрим декомпозицию одного из процессов.

Декомпозиция процесса контроля утечек

Рисунок 2.6 Декомпозиция процесса контроля утечек, уровень три

Из приведенной схемы видно, что функционал системы контроля протечки воды состоит из трех подпроцессов:

  1. Проверка текущего значения параметра на соответствие заданному критическому, в рассматриваемом процессе это влажность или наличие воды.
  2. В случае превышения выполняется определенное , заранее заданное действие, в данном случае с помощью электродвигателя прекращается подача воды и одновременно происходит оповещение заранее заданным способом.
  3. Система приводится в исходное состояние.

Функционал каждого процесса с этой точки зрения одинаков, меняются только измеряемые параметры и выполняемое действие.

Алгоритмическая модель

Суть алгоритмической модели состоит в разработке алгоритма, который лежит в основе работы всех подсистем с исполнительными устройствами.

Как было указано в предыдущем пункте, для работы системы в целом и каждой из подсистем необходим алгоритм, на основании которого происходит выбор того или иного действия исполнительного прибора, центрального процессора. В разрабатываемой системе все решения принимаются на основании показаний датчиков, которые перед тестированием системы должны быть соответствующим способом настроены. В зависимости от их показаний система принимает решение о выдаче сигнала на исполнительный механизм, который выполняет какую-либо работу, после чего происходит оповещение о произошедшем событии и запись его в память.

Обмен информацией в системе показан на схеме, рисунок 2.7.

Развитие модели "Умный дом"

Рисунок 2.7 Схема обмена информацией в системе

Алгоритм работы всей системы в целом приведен на рисунке 2.8.

Алгоритм работы системы

Рисунок 2.8 Алгоритм работы системы

Таким образом, главная цель работы системы – это мониторинг заранее заданных параметров.

Кроме того, в рассматриваемой системе существуют подсистемы, которые выполняют какое-либо действие только после прямого поступления управляющего сигнала, подаваемого либо с пульта дистанционного управления, либо с другого органа управления.

Алгоритм работы этих подсистем прост и включает в себя лишь проверку принятого сигнала на корректность и выполнение команды. Данный алгоритм приведен на рисунке 2.9.

Алгоритм работы подсистем

Рисунок 2.9 Алгоритм работы подсистем, не требующих сравнения параметров с заданными

В соответствии с первым алгоритмом работают следующие подсистемы:

  1. контроля утечки воды и газа;
  2. контроля климата;
  3. подсистема пожарной безопасности;
  4. управления жалюзи (ролл-ставнями и т.д.)

Все остальные подсистемы управляются непосредственно с устройств управления.

Выводы по второй главе

Таким образом, в результате построения пакета моделей выяснено, что систему можно условно разбить на два участка – первый будет включать оборудование, которое находится в режиме сравнения значения определенного параметра с заданным и при невыполнении их равенства генерирует команду исполнительному механизму; во второй входит оборудование, приводимое в действие только после поступления команд с центра управления.

ИНЖЕНЕРНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ

Подсистема централизованного управления

В данной главе будет произведен выбор оборудования для достижения поставленных целей и на основании разработанных моделей системы.

Система домашней автоматизации AXICO построена по модульному принципу [12]. Основным модулем в случае построения централизованной системы является модуль управления. В нашем случае необходимо управлять с персонального компьютера, для чего используется специализированный контроллер AC102.

Контроллер AC102

Рисунок 3.1 Контроллер AC102

В состав контроллера входит миникомпьютер на базе платформы VIA EPIA и исполнительный модуль AXICO AC102. С помощью модуля осуществляется двунаправленная радиосвязь между компьютером и широким спектром устройств, входящих в семейства AC, AT, AR, AD и AH.    Графическая среда разработки и встроенный макроязык позволяют обрабатывать информацию с датчиков и передавать управляющие команды на исполнительные устройства системы домашней автоматизации.

Поставляемый контроллер полностью готов к использованию. На нем уже установленно и преднастроено необходимое программное обеспечение.

Комплект поставки

  • Миникомпьютер - 1 шт.
  • Сетевой адаптер - 1 шт.
  • USB-адаптер - 1 шт.
  • USB кабель - 1 шт.
  • Программное обеспечением AXICO 4Comfort v2.0 - 1 шт.

Программное обеспечение управление умным домом AXICO 4Comfort

  • Управление системой с пультов ДУ и сенсорных экранов
  • Управление климатом (отопление, охлаждение вентиляция)
  • Управление освещением (отдельными устройствами или группами устройств, имитация присутствия)
  • Управление электроприводами
  • Управление аварийно-охранной системой (протечка воды, утечка газов, датчики движения и открытия)
  • Управление электроприборами
  • Сбор и представление информации о погоде (температура, давление, влажность)
  • Оповещение (по электронной почте, SMS, воспроизведение файлов и текста)

Технические данные контроллера приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Технические данные контроллера AC102

Контроллер
Платформа VIA EPIA
Процессор VIA Eden 633Мгц, Пассивное охлаждение
Оперативная память 512Мб
HDD 80Гб
Видеокарта Да
Звуковая карта Да
Сетевая карта Да
Порты 1 х LAN/1 х VGA/2 x PS/2/1 х COM/3 x Audio/4 x USB 2.0
Кабель питания с заземлением 1,8м
Операционная система Windows/Linux
Питание от сети 220В через адаптер
Габаритные размеры 230 х 75 х 229 мм, возможна поставка с настенным крепежом
Вес 1.3 кг
Исполнительный модуль
Рабочий диапазон 868 МГц
Выходная мощность передатчика до 10 мВт
Дальность действия до 100 м (в условиях прямой видимости)
Габаритные размеры 63.5 х 295 х 272 мм

Для обеспечения возможности управления системой и оповещения с помощью SMS применим GSM контроллер для управления умным домом через SMS AC009.

GSM контроллер AC009

Рисунок 3.2 GSM контроллер AC009

GSM контроллер является гибко настраиваемой системой контроля и управления. Посредством встроенных реле, контроллер может коммутировать электрические цепи по команде владельца (DTMF сигналы), SMS команде или автоматически, по совокупности событий.

Контроллер имеет список из телефонных номеров, что позволяет разрешить доступ в систему только зарегистрированным пользователям, номера которых есть в списке. Для каждого номера можно определить события, информацию о которых желает получать пользователь в виде голосовых или SMS сообщений.

При обнаружении активного уровня на входах или, если происходит аварийное системное событие (отключение внешнего питания и д.р.), контроллер формирует сигнальное текстовое сообщение по указанным номерам.

Устройство может дозваниваться по указанным номерам и формировать голосовые сообщения, соответствующие событию, если обнаруживается активный уровень на входах или происходит аварийное системное событие. После прослушивания сообщения контроллер переходит в режим управления, что дает пользователю возможность оперативно отреагировать на тревогу или разорвать соединение.

Комплект поставки

  • GSM контроллер
  • Программное обеспечение для настройки
  • Программное обеспечение для программирования голосовых сообщений
  • Адаптер питания ~220В 50Гц / =15В
  • Кабель (нуль-модем) для соединения c компьютером
  • Руководство пользователя на CD

Таблица 3.2. Технические данные контроллера АС009/1

Количество телефонных номеров для оповещения 5
Управление текстовыми командами по SMS да
Тревожное оповещение по SMS да
Количество реле 1
Количество Выходов (О.К.) 1
Количество дискретных входов 3
Температурный диапазон всего решения, включая GSM-терминал -25С..55
Ключи Touch Memory 7
Питание от адаптера 15В, 0.5А
Габаритные размеры 89 мм (д) х 63 мм (ш) х 32 мм (в)

Подсистема управления освещением

В данной подсистеме необходимо предусмотреть устройства управления 9 группами освещения, в том числе возможность его плавного изменения и включения/выключения по команде с пульта дистанционного управления. Кроме того, необходимо иметь возможность управления освещением с контроллера.

Для этих целей предлагается использовать комплект AXICO AS018, предназначенный для дистанционного управления группами освещения.

Входящие в состав комплекта устройства позволяют включать/отключать 2 группы освещения (мощность до 2КВт) и плавно регулировать 1 группу (мощность до 500Вт).

Комплект поставки:

  • Пульт дистанционного управления 8-кнопочный AXICO AT003 - 1 шт.
  • Реле скрытого монтажа AXICO AR102 - 2 шт.
  • Диммер скрытого монтажа AXICO AR104 - 1 шт.
  • Инструкция на русском языке

Пульт AXICO AT003 является беспроводным радиопередатчиком, который управляет устройствами домашней автоматики AXICO ARxxx на расстоянии (до 100 м в прямой видимости).

Пульт дистанционного управления AXICO AT003

Рисунок 3.3 Пульт дистанционного управления 8-кнопочный AXICO AT003

Таблица 3.3. Технические данные ПДУ АТ003

Частота передачи 868 МГц
Дальность действия до 100 м
Мощность 10 мВт
Количество каналов 4 или 8
Питание 2 x 1.5V LR44
Срок службы батареек 3 года
Габариты (Длина, Ширина, Высота) 45 x 106 x 16 mm

Реле AXICO AR102 является приемником команд управления и исполнительным устройством в системах домашней автоматики AXICO. Прием команд происходит в диапазоне 868МГц и имеет специальную кодовую защиту радиокоманд, исключающую возможность ложного срабатывания устройства.

Реле предназначено для работы в сети переменного тока 220В 50Гц, как промежуточное звено в дополнение к имеющемуся электроприбору. Оно позволяет включать и выключать подключенную к нему нагрузку по команде от любого передатчика AXICO ATxxx, или от подключенной к нему управляющей кнопки. Изделие выполнено в компактном цилиндрическом пластиковом корпусе. Его легко можно установить в отверстие внутри стены, или спрятать внутри декоративного корпуса электроприбора. Питание осуществляется от той же сети, от которой потребляется ток нагрузки.

Реле AXICO AR102

Рисунок 3.4 Реле AXICO AR102

Таблица 3.4. Технические данные реле AXICO AR102

Мощность 2,0 КВт
Рабочий диапазон 868 МГц
Дальность действия до 100 м
Количество каналов 1
Количество сценариев 16
Диапазон настройки таймера от 1 сек до 2,5 часа
Габариты, мм (Диаметр, Высота) 57x32

Диммер AR104 – устройство, имеющее большую нагрузочную способность в 500 Вт, что позволяет использовать его в управлении мощными источниками света и группами светильников.

Диммер AR104

Рисунок 3.5 Диммер AR104

Встроенная FLASH-память служит для хранения регистрационных кодов и сценариев, а так же позволяет запоминать информацию о последнем состоянии на момент выключения сетевого питания. Благодаря этому световая картина в помещении может быть полностью восстановлена при возобновлении питания.

В диммере реализован ряд функций для решения задач сценарного освещения. Несколько диммеров, будучи объединенными в группу (например - в одной комнате), могут содержать в памяти и по команде воспроизводить любое из 16 ранее заданных состояний - сценариев. Для каждого сценария задается уровень яркости и скорость выхода на этот уровень. При этом каждый диммер сохраняет возможность индивидуального управления. Любой передатчик из семейства ATxxx (выключатель, пульт управления, датчик движения и др.), настроенный соответствующим образом, может вызывать из памяти диммеров желаемый сценарий.

В диммере имеется возможность проводного подключения обычного клавишного выключателя для включения, выключения и управления яркостью, в дополнение к беспроводному дистанционному управлению.

Настройка диммера, а так же запись и редактирование сценариев, производится при помощи любой клавишной панели.

Таблица 3.5. Технические данные диммера AR104

Мощность нагрузки минимальная 40 Вт
Мощность нагрузки макcимальная(при темп. окр. среды 25С) в пространстве с притоком воздуха 500 Вт
Мощность нагрузки макcимальная(при темп. окр. среды 25С) без притока воздуха, в малом пространстве 400 Вт
Количество сценариев 2х16
Количество каналов 1
Диапазон настройки таймера от 1 сек до 2,5 часа
Частота передачи 868 МГц
Дальность действия до 100 м
Питание 220VAC/50Hz
Габариты, мм (Длина, Ширина, Высота) 53х43х26
Мощность нагрузки минимальная 40 Вт

Таких комплектов понадобится три, диммеры будем применять в спальнях, реле скрытого монтажа – в остальных помещениях. Управление возможно как с ПДУ, так и с контроллера.

Подсистема управления климатом

Данная подсистема должна выполнять следующие функции:

  1. Управление вентиляцией;
  2. Управление отоплением;
  3. Управление кондиционированием.

Для управления вентиляцией применим комплект для автоматического управления влажностью AXICO AS017.

Комплект состоит из программируемого беспроводного гидростата, который позволяет контролировать влажность в помещении и при достижении заданных значений включать и отключать приточные/вытяжные приборы.

Комплект поставки:

  • Настенный беспроводной гидростат АТ017 - 1 шт.
  • Реле в розетку AR001 - 1 шт.
  • Комплект батареек - 1 шт.

Таблица 3.6 Технические данные комплекта AS017

Диапазон измеряемой влажности 0%...99,9%
Диапазон измеряемой температуры -9,9 С до +50 С
Частота передачи 868 МГц
Дальность действия до 100 м
Мощность 10 мВт
Питание 2 x 1.5V LR44
Габариты, мм (Длина, Ширина, Высота):
Термостат 83х20х120
Реле 68x39x132

Такие комплекты установим в санузле, ванной комнате и кухне.

Так как в рассматриваемом коттедже применяется водяное централизованное отопление, целесообразно управлять температурой в помещениях путем контроля температуры водяных радиаторов. Для этого применим Комплект для автоматического управления температурой в помещениях с водяным отоплением, с датчиком открытия окна и возможностью централизованного управления AXICO AS005.

Комплект основан на программируемом комнатном термостате, который позволяет гибко настраивать и изменять работу системы отопления. График создается индивидуально на каждый день недели, для каждого часа.

Комплект поставки:

  • Беспроводной терморегулятор AH001 - 1 шт.
  • Термостат комнатный AH003 - 1 шт.
  • Датчик открытия окна AH002 - 1 шт.
  • Набор переходников к вентилям - 3 шт.
  • Комплект батареек - 1 шт.
Комплект AXICO AS005

Рисунок 3.6 Комплект AXICO AS005

Таблица 3.7 Технические данные комплекта AS005

Частота передачи 868 МГц
Дальность действия до 100 м
Мощность 10 мВт
Количество беспроводных терморегуляторов 8 шт на 1 термостат
Диапазон рабочих температур от 6C до 30C
Количество переключений 4 в день, 28 в неделю
Питание 4 x 1.5V LR44
Срок службы батареек 3 года
Габариты, мм (Длина, Ширина, Высота):
Термостат 83х20х120
Беспроводной терморегулятор 60х60х92
Датчик открытия окна 30х12х80

Основные функции:

  • Автоматический и ручной режим
  • Режим "отпуск" (каникулы)
  • Режим "отопительная пауза" (летом, при отключении отопления)
  • Ежедневный и недельный профили
  • 3 профиля температуры (комфорт, прохладный, открытое окно)
  • Взаимодействие с центральным модулем умного дома AXICO AC102

Организуем в коттедже три зоны регулирования температуры:

  • 1 зона – спальни;
  • 2 зона – гостиная, кабинет;
  • 3 зона – кухня.

Таким образом, для организации контроля температуры к данным комплектам еще понадобится следующее количество датчиков открытия окна и беспроводных терморегуляторов - по количеству батарей и окон (таблица 3.8).

Таблица 3.8 Дополнительное количество датчиков и терморегуляторов

Зона 1 Зона 2 Зона 3 Итого:
Датчики открытия окна 5 4 1 10
Беспроводные терморегуляторы 4 4 1 9

Подсистема контроля утечек воды и газа

Для контроля утечки воды и ее перекрытия используем комплект защиты от протечек воды AS016, предназначенный для своевременного обнаружения протечки воды и принятия превентивных мер, которые помогут избежать затопления коттеджа.

Комплект защиты от протечек воды AS016

Рисунок 3.7 Комплект защиты от протечек воды AS016

В состав комплекта входят:

  • Беспроводной датчик протечки воды AT101 - 2 шт
  • Реле AR008 - 1 шт
  • Соленоидный клапан для горячей и холодной воды - 2 шт

Беспроводной датчик протечки воды устанавливается в местах возможных протечек или затоплений. В нашем случае это санузел, кухня, ванная комната Датчик срабатывает при обнаружении протечки и посылает сигнал на реле. Датчик питается от батарейки, которой хватает на 2 года беспрерывной работы.

Реле, выполненное в защитном корпусе, устанавливается в техническом помещении, подключается к питанию от сети. Реле при приеме аварийного сигнала от датчика перекрывает клапаны и тем самым ликвидирует внештатную ситуацию.

Соленоидные клапана, устанавливаются в места подачи холодной и горячей воды.

Таким комплектов необходимо также три.

Для обнаружения утечек газа применим датчик утечки метана AXICO AE006.

Датчик утечки метана AXICO AE006

Рисунок 3.8 Датчик утечки метана AXICO AE006

Датчик срабатывает при утечке газа и повышении его концентрации в воздухе. Это происходит заблаговременно, значительно ниже уровня опасной концентрации. При срабатывании, датчик передает сигнал на центральный модуль. Центральный модуль, согласно настройкам, выполняет заданное действие – включает вытяжную вентиляцию и оповещает хозяина с помощью SMS.

Таблица 3.9 Технические данные датчика AE006

Частота передачи 868 МГц
Дальность действия до 100 м
Питание от сети 220V
Габариты, мм (Длина, Ширина, Высота) 70х100х24

Подсистема пожарной безопасности

Подсистему пожарной безопасности составят датчики дыма XICO AE003. Данные датчики предназначены для работы в системе умного дома AXICO совместно с адаптером управления умным домом через компьютер AC102.

Датчик дыма AXICO AE003

Рисунок 3.9 Датчик дыма AXICO AE003

Датчик дыма AXICO AE003 работает на основе фотоэлектрического принципа и срабатывает при рассеянии света в момент образования дыма. Срабатывание датчика происходит своевременно, на ранней стадии начинающегося задымления. Непосредственно в датчике обеспечено автономное звуковое и световое оповещение. Имеется световая сигнализация при разряде батареек. При срабатывании, датчик передает сигнал на центральный модуль системы домашней автоматизации AXICO. Центральный модуль отключает электричество, перекрывает подачу газа, включает звуковую сирену и направляет SMS владельцу об аварийной ситуации.

Таблица 3.10 Технические данные датчика AE003

Кол-во устройств при параллельном включении до 40
Расстояние при параллельном включении до 400 м
Звуковое давление >85 дБA / 3 м
Относит. влажность от 5 до 93%, без тумана
Температура хранения от-25 до +70C
Диапазон рабочих температур от 0 до 50C
Класс защиты IP 30
Совместимость АС001, AC102, устройства серии AE
Частота передачи 868 МГц
Дальность действия до 100 м
Питание 4.5V (3 x 1,5V LR6)
Габариты, мм (Диаметр, Высота) 120х44

Таких датчиков необходимо 10, по числу помещений коттеджа.

Подсистема мультирум

Под подсистемой мультирум подразумевается система, которая могла бы по команде с пульта управления переключать источник видео или аудио сигнала либо на одно устройство отображения, либо на несколько сразу.

Для обеспечения этой возможности применим аудио-видео селектор AV003.

Аудио-видео селектор AV003

Рисунок 3.10 Аудио-видео селектор AV003

Устройство позволяет выполнять подключение до 4 различных аудио-видеоустройств, автоматическое переключение передающего устройства на активный в данный момент видеосигнал (обнаружение наличия видеосигнала, имеются также S-Video- и FBAS-входы), программируемые приоритеты устройств и факультативно даже дистанционное управление с помощью пульта ДУ AXICO.

При этом обрабатываются все распространенные виды видеосигналов, а также FBAS, S-Video и RGB, чтобы без переключения можно было использовать как FBAS-сигнал с цифровой камеры, так и высокоточную передачу RGB-сигнала DVD. Помимо ручного выбора каналов на самом устройстве можно делать это и с помощью достраиваемой комбинации пульта ДУ и приемного устройства AXICO. Функция переключения по приоритетам обеспечивает автоматическое переключение подключенных устройств в соответствии с программируемым порядком приоритетов. Для передачи видеосигналов устройств, которые выдают S-Video-сигнал, на телевизор без обработки S-Video, можно активировать внутренее перекодирование S-Video в FBAS.

Таблица 3.11 Технические данные аудио-видео селектора AV003

Входы 1 x видео/аудио (Cinch), 1 x (S-)видео/аудио (Scart), 2 x (S-)видео/RGB/аудио (Scart)
Выходы 1 x видео/аудио (Cinch), 1 x (S-)видео/RGB/аудио (Scart)
Видеосигнал
Усиление 6 дБ
Подавление перекрестных помех >50 дБ
Ширина видеосигнала (-3 дБ) 15 МГц
Входное и выходное сопротивление 75 Ом
Аудиосигнал
Частотные характеристики (-3дБ) 2 Гц - 100 кГц (RL = 10 кОм)
Отношение сигнал/шум >70 дБ
Коэффициент нелинейных искажений 0,01%
Питание от сети 220В через адаптер на 12-18 В
Потребляемый ток макс. 150 мА
Габариты (Длина, Ширина, Высота) 185 x 123 x 27 мм

Для обеспечения возможности создания благоприятной обстановки для просмотра фильмов путем нажатия одной кнопки используем инфракрасный эмиттер AXICO AR021.

Инфракрасный эмиттер AXICO AR021

Рисунок 3.11 Инфракрасный эмиттер AXICO AR021

Инфракрасный эмиттер AXICO AR021 предназначен для управления кондиционерами, ТВ, DVD и CD плеерами, ресиверами и прочей домашней техникой. Устройство принимает команды по радиоканалу от передатчиков AXICO и отправлет зараннее заданные ИК команды.

Для каждого канала может быть задано до 5 ИК команд, отправляемых последовательно. Таким образом возможно создание интересных сценариев. Например, включение аудио-видео техники и сразу начало проигрывание DVD диска.

Таблица 3.12 Технические данные эмиттера AXICO AR021

Количество каналов управления 16
Количество ИК команд 80 (по 5 наканал)
Поддерживаемые протоколы RC5, RC6, RECS80, RCMM code, NEC code, Sharp Code, R-2000 code, Sony code, Toshiba-Micom code и другие аналогичные протоколы
Длина волны ИК приемника, нм 940-950
Частота 20-58КГц
Частота передачи 868 МГц
Дальность действия до 100 м
Мощность 10 мВт
Питание от адаптера 9-14 VDC
Габариты (Длина, Ширина, Высота) 70 x 58 x 23 mm

Подсистема безопасности

Для предотвращения несанкционированного доступа в помещения коттеджа применим электронный замок AXICO AK001 - это запирающие устройство высокой степени взломостойкости с дистанционным управлением. Установленный в дверь AXICO AK001 не виден c снаружи защищаемого им помещения.

Замок AK001

Рисунок 3.12 Замок AK001

AXICO АК001 служит для дистанционного закрытия и открытия цилиндровых дверных замков посредством электропривода. При этом ключ, вставленный в цилиндр замка, поворачивается с помощью электропривода так, как и при обычном закрывании двери с помощью ключа.

Замок AXICO AK001 оснащен жидкокристаллическим дисплеем, с помощью которого производится настройка, и на который выводятся статусные сообщения, что позволяет пользователю всегда знать о состоянии устройства. Данные сообщения могут сопровождаться сигнальной лампочкой AXICO AK003, которая устанавливается на двери и информирует о состоянии прибора. Также статусные сообщения сопровождаются звуковым сигналом. Таким образом, о состоянии можно узнать не только визуально, но и по звуку.

С AXICO AK001 имеются следующие возможности для закрытия и открытия замка:

Изнутри и снаружи:

- с помощью беспроводного радиочастотного ключа - брелка в диапазоне 868Мгц на расстоянии до 100 м, а также с помощью проводного интерфейса AK002 и любого кнопочного выключателя.

Изнутри:

- с помощью кнопок управления

- вручную, путем механического поворота рукоятки (в аварийных ситуациях).

Снаружи:

Закрытие и открытие замка снаружи с помощью запасного ключа (как в экстренных, так и в любом другом случае).

Как радиочастотный ключ - брелок, так и сам замок питаются от батареек и не требуют наличия сетевого питания вблизи двери.

Также возможна работа от аккумулятора, что достигается с помощью интерфейса AXICO AK001RL и аккумулятора.

В случае необходимости замены батареек устройство своевременно выдает предупредительные сообщения о разрядке батареи.

Таким образом, в данной главе рассмотрено оборудование, необходимое для реализации функций, указанных в пункте 2.1.

ОХРАНА ТРУДА И БЖД

Введение

Важным моментом в комплексе мероприятий, направленных на совершенствование условий труда, являются мероприятия по охране труда. Этим вопросам с каждым годом уделяется все большее внимание. Для успешного воплощения в жизнь всех мероприятий по охране труда необходимы знания в области физиологии труда, которые позволяют правильно организовать процесс трудовой деятельности человека.

В данном разделе дипломного проекта освещаются основные вопросы обеспечения безопасности рабочего места оператора ЭВМ при проектировании системы Умный дом и монтажа оборудования непосредственно в коттедже.

Анализ опасных и вредных факторов при работе с ЭВМ

Шумовое воздействие

Шум – совокупность звуков различной частоты и интенсивности. С точки зрения физиологического восприятия характеристикой шума является громкость шума. Для измерения уровня шума введена единици измерения фон. 1 фон шума равен уровень громкости шума с частотой 1кГц при уровне шума 1 дБ.

Источниками шума, в основном, являются подвижные части печатающих устройств и дисководов, жестких дисков и систем охлаждения компьютеров, а так же шум от работы вентиляции в помещении. Шум действует на организм человека неблагоприятно, воздействуя на нервную систему, благодаря чему у человека появляется быстрая утомляемость, он становится более раздражительным, притупляется внимание. Благодаря этому возрастает число ошибок, уходит больше времени на разработку программы.

Уровень шума на рабочем месте программиста не должен превышать 50 дБ.

В современном мире наблюдается тенденция к снижению уровня шума от различных устройств. Несмотря на это есть большое число компонентов компьютера, которые не удовлетворяют требованиям к уровню шума.

Основными мероприятиями по борьбе с шумом являются:

  • облицовка компьютерных залов шумопоглощающей плиткой;
  • разбиение компьютерного зала на секции, то есть образование отдельной комнатки для каждого рабочего места;
  • использование различных шумоуловителей;
  • размещение устройств на резиновых прокладках и амортизаторах (так же для уменьщения вибрации).

Рекомендации по составу комплектующих компьютера:

  • не использовать процессоры фирмы AMD (хотя их стоимость и намного ниже, чем у процессоров фирмы Intel, технологический процесс их производства таков, что они при работе очень сильно греются, и для их использования приходится приобретать очень мощные вентиляторы, которые и являются источником шума);
  • в качестве носителей информации использовать винчестеры фирмы Seagate (их последние модели BARAKUDA ATA IV ULTRA DMA/100 с емкостью носителя 40Гб и частотой вращения диска 7200 об/мин имеют на сегодняшний день самый низкий шумовой уровень: 2.0 дБ в режиме считывания и 2.2дБ в режиме поиска и записи, в то время как порог чувствительности уха нормального человека составляет 2.4 дБ);
  • использовать только мембранные (пленочные клавиатуры);
  • в качестве НГМД-дисководов (Floppy) и CD-ROM-приводов использовать приводы марок TEAC или NEC, т.к. он на данный момент обладают самыми лучшими шумовыми показателями.

Опасность поражения электрическим током

Эту опасность представляет главным образом системный блок, т.к. это единственная часть персонального компьютера, подключенная непосредственно к сети питания. Исключением являются такие составные части компьютера как колонки и переферийные устройства (внешние модемы, принтеры, плоттеры, графопостроители и другие), но их отличительной чертой является то, что их покрытие выполнено из непроводящего материала (чаще всего из пластмассы), что резко снижает опасность поражения электрическим током (хотя и необходимо отметить, что остается вероятность поражения статическим электричеством). Для исключения этой опасности необходимо заземлять системный блок компьютера.

Во многих компьютерных классах делают так называемый фальш-пол. Эта конструкция представляет собой металлический настил на некоторой высоте над полом, сверху покрытый непроводящим материалом. В некоторых местах есть специальные металлические выводы для подключения к ним заземления системного блока и один вывод, который выводится на улицу и обеспечивает безопасное заземление всего компьютерного зала.

Рекомендации: не разбирать компьютер и тем более не вынимать или не устанавливать его компоненты при включенном питании, так как это может послужить причиной травм, а последние действия могут послужить причиной возгорания элементов системного блока. При сборке компьютера использовать инструменты с изолированной ручкой. Работы проводить при условии отключенности питания компьютера от сети (а не только выключенности компьютера, поскольку при выключении компьютера посредством нажатия на кнопку “POWER” или при выключении компьютера автоматически (функция поддерживается новыми материнскими платами и корпусами ATX) материнская плата и некоторые другие платы (сетевые карты, специализированные платы) все равно остаются подключенными к сети электропитания.

Освещенность

Недостаток или избыток освещенности на рабочем месте может привести к быстрому утомлению, головной боли, падению производительности труда. При систематическом нарушении режима освещения – к нарушению зрения. Правильно выполненное и спроектированное освещение повышает производительность труда, оказывает благоприятные психологические воздействия, повышает безопасность труда и не вредит здоровью программиста.

На рабочем месте программиста освещение должно быть совместным: естественное (боковое через окна в наружных стенах) и искусственное.

По конструктивному исполнению искусственное освещение может быть двух видов: общее и комбинированное (когда к общему освещению добавляется местное). В большинстве случаев достаточно иметь общее искусственное освещение. Лампы же местного искусственного освещения могут использоваться при контроле работы печатающих устройств таких как принтер или плоттер.

Общее освещение в свою очередь подразделяется на общее равномерное (когда в расчет не принимается расположение оборудования и рабочих мест в зале) и общее локализованное освещение.

Для дисплейного класса чаще всего выбирают общее равномерное освещение. Величина минимальной освещенности устанавливается согласно условиям зрительной работы, которые определяются наименьшим объектом различения, контрастом объекта с фоном и характеристиками фона.

Работа в дисплейном классе относится к виду точных работ (размер объекта от 0.5 до 1.0 мм, контраст объекта с фоном малый, фон – темный). Наименьшая необходимая освещенность при этом равна 300 лк.

При работе с ЭВМ необходимо помнить следующее:

  • необходимо периодически проводить всестороннее обследование у окулиста;
  • рабочее место программиста не должно быть обращено спиной к окну, так как в этом случае свет, отражающийся от экрана может затопить глаза и размыть изображение оригинала на сетчатке;
  • уровень освещености рабочего места долженсоставлять 2/3 от нормальной освещенности служебных помещений, что составляет примерно 210 – 540 лк.;
  • свет должен падать под углом 60 к нормали монитора, что является оптимальной направленностью светового потока;
  • состав света должен быть оптимальным, то есть естественное освещение плюс искусственный источник света со спектральной характеристикой близкой к спектральной характеристике солнца;
  • осветительная установка не должна быть источником дополниетльной опасности;
  • избавиться от бликов можно при помощи штор, занавесок или жалюзей, ограничивающих световой поток;
  • стена или любая другая поверхность, находящаяся за спиной у программиста (если эта поверхность существует в достаточной близости) должна быть освещена так же, как и экран монитора.

Рекомендации:

  • в качестве светозаградительных предметов использовать жалюзи, а не шторы или любые другие тряпичные средства, т.к. они способствуют накоплению пыли в помещении и из бавить их от пыли гораздо сложнее, чем, к примеру, жалюзи. Тем более, что настроить жалюзи необходимым образом гораздо легче;
  • в качестве общего освещения использовать только лампы накаливания, а не газоразрядные лампы дневного света, т.к. частота разрядов лампы может привести к утомлению глаз, поскольку она не является достаточно высокой;
  • в качесве местного искуственного освещения рекомендовать к использованию лампы дневного света моделей WINK SL-241 и выше, так как их спектр излучения наиболее полно соответствует спектру солнца (в чем можно убедиться с помощью прилагаемого детектора – волчка) и, в отличие от больших ламп дневного света для общего освещения, их частота не вредит глазу.

Инженерный расчет электромагнитного излучения

Длина волны связана с частотой соотношением

(м)

Где, С = 3* 108 м/с - скорость распространения радиоволн; t - период колебаний; f - частота.

Переменное ЭМП - совокупность двух взаимосвязанных переменных полей (электрического и магнитного), которые характеризуются соответствующими векторами напряженности Е и Н. Напряженность постоянного магнитного поля измеряется в килоамперах на метр или в эрстедах.

В диапазоне СВЧ формируется единое электромагнитное поле, интенсивность которого оценивается величиной плотности потока мощности У.

Рабочие места обслуживающего персонала могут оказаться в следующих зонах ЭМП: ближней, промежуточной и дальней, в зависимости от частоты ЭМП, параметров и типов излучающих систем, и расстояния от источника излучения до рабочего места.

При всенаправленном (изотропном) излучении ближняя зона распространяется на расстояние R</2, промежуточная зона - на расстояние R>/2, дальняя - на расстояние R>2.

f=200*106 Гц

=1,5 м

Ближняя зона - R<0,24м

Промежуточная зона - R>0,24м

Дальняя зона - R>9,42м

Таким образом, оптимальное расположение оператора на своем рабочем месте изображено на рисунке 4.1.

Рекомендуемая планировка рабочего места оператора ПК

Рисунок 4.1 Рекомендуемая планировка рабочего места оператора ПК

Нормирование метеорологических условий на рабочем месте

Метеорологическими условиями согласно ГОСТ 12.1.005-88 являются:

  • температура;
  • относительная влажность;
  • скорость движения воздуха;
  • запыленность воздуха.

С целью обеспечения комфортных условий для операторов ПЭВМ и надежной работы оборудования, необходимо поддерживать следующие метеорологические условия (согласно СН 512-78):

Атмосферное давление в помещении должно быть 1013.25±266 ГПа. При пониженном давлении воздуха ухудшается отвод теплоты от элементов ПЭВМ, снижаются изоляционные свойства воздуха.

Воздух, используемый для вентиляции машинного зала, должен очищаться от пыли. Запыленность воздуха не должна превышать 1 мг/м³, а размеры пылинок – 3 мкм. Пыль, попадающая на платы комплекса, приводит к снижению теплообмена и способствует перегреву приборов.

В помещении необходимо предусмотреть систему отопления. Она должна обеспечивать достаточное, постоянное и равномерное нагревание воздуха в помещении в холодный период года, а также безопасность в отношении пожара и взрыва. При этом колебания температуры в течении суток не должны превышать 2-3 °С; в горизонтальном направлении – 2 °С на каждый метр длины; а в вертикальном – 1 °С на каждый метр высоты помещения. Для отопления помещения рекомендуется использовать водяные или воздушные системы центрального отопления.

Дежурное отопление должно включаться в помещении ночью, в выходные и праздничные дни и, когда ПЭВМ не работают. Оно должно поддерживать в зале температуру воздуха в пределах 15-16 °С.

Пожарная безопасность

Помещение машинного зала ПЭВМ относится к категории В (пожароопасная) пожарной опасности помещений, так как в помещении находится много горючих веществ (мебель, пластиковые корпуса аппаратуры и др.). Поэтому помещение должно соответствовать нормативам по огнестойкости строительных конструкций, планировке зданий, этажности, оснащенности устройствами противопожарной защиты, установленным для этой категории помещений. Помещение машинного зала должно обладать I или II степенью огнестойкости (см. СНиП 2.01.02-85 “Противопожарные нормы”), то есть самой высокой.

Расчет освещения рабочего места оператора

В этой части дипломного проекта будет произведен расчет освещения рабочего места проектировщика [8].

Хорошее освещение необходимо для выполнения большинства задач проектировщика. Для того, чтобы спланировать рациональную систему освещения, учитывается специфика рабочего задания, для которого создается система освещения, скорость и точность, с которой это рабочее задание должно выполняться, длительность его выполнения и различные изменения в условиях выполнения рабочих операций

Допустим, что помещение, в котором находится рабочее место проектировщика, имеет следующие характеристики:

  • длина помещения 16 м;
  • ширина помещения 6 м;
  • высота 4 м;
  • число окон 3;
  • количество рабочих мест 3;
  • окраска интерьера: белый потолок, бледно-зеленые стены, пол металлический, обтянутый линолеумом зеленого цвета.

В данном помещении используется смешанное освещение, т.е. сочетание естественного и искусственного освещения.

В качестве естественного - боковое освещение через окна.

Искусственное освещение используется при недостаточном естественном освещении. В данном помещении используется общее искусственное освещение.

Расчет его осуществляется по методу светового потока с учетом потока, отраженного от стен и потолка.

Нормами для данных работ установлена необходимая освещенность рабочего места Ен=300лк (средняя точность работы по различению деталей размером от 1 до 10 мм).

Общий световой поток определяется по формуле:

Ен * S * z1 * z2

где, Ен - нормированная освещенность ( Ен=300лк );

S - площадь помещения;

z1 - коэффициент, учитывающий старение ламп и загрязнение светильников ( z1=1.5 );

z2 - коэффициент,учитывающий неравномерность освещения помещения ( z2=1.1 );

V - коэффициент использования светового потока; определяется в зависимости от коэффициентов отражения от стен, потолка, рабочих поверхностей, типов светильников и геометрии помещения.

Площадь помещения:

S= А * В = 16 * 6 = 96 м

Коэффициент использования светового потока выбирается по следующим данным:

  • коэффициент отражения побеленного потолка Rп=70%;
  • коэффициент отражения от стен, окрашенных в светлую краску Rст=50%;
  • коэффициент отражения от пола, покрытого линолеумом темного цвета Rp=10%;
  • индекс помещения

А * В=16 * 6

i = 1.1

h * (А + В) 4 * (16 + 6)

Найденный коэффициент V=0.34.

Определяем общий световой поток:

300 * 96 * 1.1 * 1.5

Fобщ = 139764 лм.

Для организации общего искусственного освещения выберем лампы типа ЛБ40.

Люминесцентные лампы имеют ряд преимуществ перед лампами накаливания: их спектр ближе к естественному; они имеют большую экономичность ( больше светоотдача ) и срок службы (в 10-12 раз). Наряду с этим имеются и недостатки: их работа сопровождается иногда шумом; хуже работают при низких температурах; их нельзя применять во взрывоопасных помещениях; имеют малую инерционность.

Для нашего помещения люминесцентные лампы подходят.

Световой поток одной лампы ЛБ40 составляет не менее Fл=2810 лм.

Число N ламп, необходимых для организации общего освещения определяется по формуле:

N = Fобщ/ Fл = 50

В качестве светильников выбираем ПВЛ-1, 2х40 Вт.

Таким образом, чтобы обеспечить световой поток Fобщ=139764 лм надо использовать 25 светильников по 2 лампы ЛБ40 в каждом.

Электрическая мощность одной лампы ЛБ40 Wл=40 Вт.

Мощность всей осветительной системы:

Wобщ = Wл * N = 40 * 50 = 2000 Вт.

Из произведенного в данном разделе расчета следует, что для нормальной работы проектировщика необходимо общее освещение помещения со световым потоком 139764 лм, для чего необходимо наличие 25 светильника типа ПВЛ-1 с 2-мя лампами типа ЛБ40. Кроме того, рекомендуется использовать ряд специальных мер по защите проектировщика от вредных факторов экрана дисплея, например, использование занавесей на окнах.

Требования к микроклимату. Расчет производительности кондиционера

Трудовая деятельность программиста протекает в определенных условиях, определяющихся сочетанием температуры воздуха, скорости его движения и относительной влажности, барометрическим давлением и тепловым излучением нагретых поверхностей. Такое сочетание показателей называется микроклиматом производственного помещения [7].

Параметры микроклимата могут изменяться в очень широких пределах. При благоприятных сочетаниях параметров микроклимата человек может испытывать состояние теплового комфорта, что является важным условием высокой производительности труда и предупреждения заболеваний. При изменении же или отклонении некоторых параметров микроклимата от своих оптимальных значений, в организме человека начинают протекать определенные процессы, направленные на регулирование теплообмена, что приводит к снижению умственной деятельности, ощущению дискомфорта и другим неприятным ощущениям.

При температуре воздуха в пределах 15 - 25С теплообменные процессы в организме человека протекают приблизительно на постоянном уровне. Если по каким-то причинам происходит снижение температуры воздуха в помещении, процессы теплообмена начинают компенсироваться засчет снижения мышечной активности и усиления обмена веществ, организм переходит в состояние пониженного потребления энергии. Вследствие этого у человека ощущается вялость, лень, чувство голода. Если же происходит не понижение, а повышение температуры окружающего воздуха, то все силы организма отдаются на выделение тепла в окружающую среду, следствием чего может служить повышенное потоотделение, что так же является проявлением дискомфорта.

Для поддержания оптимальных условий в залах ЭВМ, где происходит сильное тепловыделение работающими устройствами, необходимо производить кондиционирование воздуха, для чего необходимо оборудовать помещения приточно-вытяжной системой вентиляции. В периоды выходных дней и праздников, то есть в те дни, когда рабочие помещения пустуют и отсутствуют естественные тепловыделения (особенно в зимнее время) необходимо предусмотреть систему искусственного поддержания оптимальной температуры в помещении.

Вентиляционные системы для производственных помещений в комплексе с технологическим оборудованием, выделяющим вредные вещества, избыточное тепло или влагу, должны обеспечивать метеорологические условия и чистоту воздуха, соответствующие требованиям ГОСТ 12.1.005-88, на постоянных и временных рабочих местах в рабочей зоне производственных помещений (ГОСТ 12.4.021-75). В обслуживаемой зоне административно-бытовых помещений промышленных предприятий, а также в помещениях общественных зданий должны быть обеспечены метеорологические условия в соответствии с требованиями строительных норм и правил по проектированию отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Испытания вентиляционных систем должны выполняться в соответствии с требованиями нормативно-технической документации.

Расположение вентиляционных систем должно обеспечивать безопасный и удобный монтаж, эксплуатацию и ремонт технологического оборудования. При размещении вентиляционных систем должны соблюдаться нормы освещения помещений, рабочих мест и проходов.

Для монтажа, ремонта и обслуживания элементов вентиляционных систем, а также для перехода через них должны предусматриваться стационарные площадки, проходы, лестницы и мостики.

Помещения для вентиляционного оборудования должны быть вентилируемыми и обеспечивать безопасное выполнение ремонта, монтажа и наблюдения за установками.

На случай возникновения пожара следует предусмотреть специальные устройства, обеспечивающие отключение вентиляционных систем, а также включение, при необходимости, систем аварийной противодымной вентиляции, в соответствии с требованиями строительных норм и правил по проектированию отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Размещение и устройство электрооборудования вентиляционных систем, а также контрольно-измерительная аппаратура, устройство токоведущих частей и заземлений должны удовлетворять требованиям "Правил устройства электроустановок", "Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей и правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей", а также действующих стандартов на взрывозащищенное и рудничное оборудование.

Для поддержания комфортных условий в помещениях очищенный от минеральной и органической пыли и дезодорированный воздух должен содержать около 21% кислорода и не более 0,3% углекислого газа при температуре 20-24"С, относительной влажности 50-60% и подвижности воздушной массы 0,1-0,15 м/с.

Постоянный контроль климата необходим для нормальной работы некоторых видов техники. Современные технологии позволяют создавать новое и постоянно совершенствовать старое климатическое оборудование: системы вентиляции, отопления, кондиционирования, очищения, осушения или увлажнения воздуха.

Количество подаваемого в рабочее помещение свежего воздуха, необходимого для удаления избыточного тепла, определяется по уравнению (1):

Уравнение

где: L – производительность вентиляционной системы (кондиционера), м3/ч;

Qизб – избыточное тепло (тепловой поток) в помещении, подлежащее удалению, Вт;

с – теплоемкость воздуха, равная 1,2 кДж/м3·°С;

tу – температура воздуха, удаляемого из помещения, °С (принимается по СанПиН 2.2.4.548–96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений»);

tn – температура воздуха, поступающего в помещение, °С (принимается по СНиП 2.04.05–91*), для Москвы (теплый период года) tn = 22,2 °С.

Qизб определяется по уравнению теплового баланса:

Формула

где: Qоб – тепло от оборудования, Вт;

Qосв – тепло от искусственного освещения, Вт;

Qл – тепло от работающего персонала, Вт;

Qр – тепло, вносимое в помещение солнечной радиацией, Вт;

Qотд – теплоотдача из помещения естественным путем (через окна, двери, стены).

Каждое из слагаемых уравнения (2) определяется по следующим формулам:

Формула

где: Pоб – мощность, потребляемая оборудованием, Вт;

26 – коэффициент передачи тепла от оборудования в помещение (для бытовой техники 26 0,15…0,3);

26 – коэффициент одновременности работы оборудования (если загружено все оборудование, то 26 = 1).

Формула

где: Pосв – мощность, потребляемая осветительными установками, Вт;

26 – коэффициент перевода электрической энергии в тепловую (для ламп накаливания 26 = 0,92…0,95, для люминесцентных ламп 26 = 0,1);

26 – коэффициент одновременности работы осветительных приборов (если работают все осветительные установки, то 26 = 1);

cos 26 = 0,7 – постоянный коэффициент.

26

где: n – количество работающих людей;

q – тепло, выделяемое одним человеком, Вт (для практических расчетов можно принять q=90…110Вт при характере работы, относящейся к категории Iа).

Примечание: теплоотдачу естественным путем через конструкции помещения (Qотд) и количество тепла, вносимого в помещение солнечной радиацией (Qр) через окна, если нет дополнительных условий, допускается принимать равными друг другу, т.е.:

26

Полученные значения подставляем в уравнение (1), затем определяем кратность воздухообмена (K) в помещении по выражению:

26

где: L – производительность вентиляционной системы (кондиционера), м3/ч;

V – объем помещения, м3.

Для диспетчерских, лабораторий, учебных аудиторий, кабинетов управленческого персонала и т.п., как правило:

26

Произведем расчет необходимой производительности кондиционера из расчета:

Количество работающих человек – 1;

Мощность, потребляемая оборудованием -200 Вт;

Подставляя значения в формулы, получаем, что необходимая производительность кондиционера составляет не менее 40 м3/ч.

Требования безопасности при монтаже оборудования

Требования электробезопасности

При монтаже разработанной системы существует несколько опасных факторов. К основным относятся: опасность поражения электрическим током и работа с электроинструментом [5].

Работники монтажно-наладочных организаций, занятые на монтаже и наладке электрических, электронных, высокочастотных и других приборов, а также схем и установок, которые тем или иным образом связаны с электрическим током, приравниваются к электротехническому персоналу, на который целиком и полностью распространяются “Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей” и “Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей”. Квалификационная группа указанным работникам присваивается в соответствии с действующими правилами.

Администрация монтажной организации обязана обеспечить изучение указанных правил лицами, выполняющими монтаж электротехнических установок, применительно к выполняемой работе или должности. После проверки знаний рабочим, должна быть присвоена квалификационная группа и выдано соответствующее удостоверение. Квалификация персонала, выполняющего работы по монтажу устройств напряжением до - 1000 В, должна быть не ниже группы III.

Заземление служит для защиты людей от поражения электрическим током при прикосновении к металлическим частям электроустановок и корпусам электроприемников, случайно оказавшихся под напряжением (в результате повреждения электрической изоляции токоведущих частей).

Заземление в электроустановках систем автоматизации необходимо выполнять в помещениях с повышенной опасностью, особо опасных и наружных установках, при использовании средств автоматизации с напряжением в цепях питания, измерения, управления, сигнализации и т.п. выше 42 В переменного тока и 110 В постоянного тока.

Изготовление конструкций для заземляющих устройств (полос, крепежных и присоединительных деталей) и их сварка в транспортабельные узлы должны выполняться в мастерских монтажных организаций.

К элементам, подлежащим заземлению относятся:

а) металлические корпуса приборов контроля, регулирующих устройств, аппаратуры управления, защиты, сигнализации, освещения, корпуса электродвигателей исполнительных механизмов и электроприводов задвижек;

б) металлические щиты и пульты всех назначений, на которых установлены приборы, аппаратура и другие средства автоматизации, вспомогательные металлические конструкции для установки электрических приемников и аппаратуры управления;

в) металлические оболочки, броня и муфты контрольных и силовых кабелей, металлорукава, металлические оболочки проводов, стальные трубы электропроводок, металлические короба, лотки, ответвительные и соединительные коробки, кабельные конструкции, кронштейны и другие металлические элементы крепления электрических проводок;

г) металлические корпуса стационарных и переносных трансформаторов, выпрямительных устройств;

д) электрифицированный инструмент;

е) стационарные металлические защитные ограждения открытых токоведущих частей электроустановок.

Соединения заземляющих и нулевых защитных проводников между собой должны обеспечивать надежный контакт и выполняться посредством сварки. Места соединения стыков после сварки должны быть окрашены. В сухих помещениях для этого следует применять асфальтовый лак, масляные краски или нитроэмали. В сырых помещениях и помещениях с едкими парами окраска должна быть выполнена красками, стойкими в отношении химических воздействий (например, поливинилхлоридными эмалями). В помещениях и в наружных установках без агрессивных сред допускается в местах, доступных для осмотра и ремонта, выполнять болтовые соединения заземляющих и нулевых защитных проводников; при этом должны быть предусмотрены меры против ослабления (шайбы, разрезные пружины, контргайки и т.д.) и коррозии контактных соединений (смазка тонким слоем вазелина и т.п.). Соединения заземляющих и нулевых защитных проводников должны обеспечивать непрерывность электрической цепи по всей ее длине и быть доступны для осмотра.

Временная проводка на монтажной площадке должна быть выполнена изолированным шланговым проводом. Допускается применять многожильные гибкие провода с изоляцией на напряжение не ниже 500 В, заключенные в резиновый шланг.

Проводка подвешивается на надежных опорах на высоте не менее 2,5 м над рабочим местом, 3,5 м над проходами и 6 м над проездами. Электрическая проводка, расположенная на высоте менее 2,5 м от земли, пола или настила должна быть заключена в трубы или короба.

Электролампы общего освещения напряжением 127 и 220 В подвешиваются на высоте не менее 2,5 м от пола. В случае необходимости подвешивать светильники на высоте менее 2,5 м над полом следует применять напряжение не нише 42 В.

Не разрешается применять светильники стационарного типа в качестве ручных переносных ламп. Переносные лампы по своему устройству должны быть только заводского изготовления, исключающего возможное прикосновение к токоведущим частям, должны иметь металлическую сетку для защиты лампы, устройство для ее подвески и шланговый провод с вилкой.

Запрещается ввертывать и вывертывать электрические лампы при наличии напряжения в сети. При невозможности снять напряжение эту работу выполняет с применением диэлектрических перчаток и защитных очков.

Соединяемые части стальных защитных труб лотков и коробов в устройствах, где требуется выполнение заземления, должны образовывать непрерывную электрическую цепь по всей их длине.

Переносные приемники тока - электроинструменты, переносные лампы, понижающие трансформатора, преобразователи частоты - должны испытываться 1 раз в 3 месяца: на отсутствие замыкания на корпус, на целостность заземляющего провода, исправность изоляции питающих проводов и отсутствие замыкания между обмотками высокого и низкого напряжений. Результаты испытаний должны регистрироваться в специальных журналах.

Требования безопасности при работе с электроинструментом

К работе с электрифицированным инструментом допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие специальное обучение, сдавшие соответствующие экзамены и имеющие запись об этом в удостоверении по технике безопасности.

В помещениях без повышенной опасности, а также вне помещений при отсутствии условий повышенной опасности поражения людей электрическим током (дождь, снегопад, повышенная влажность земли, работа на металле и т.п.) допускается применять электроинструменты напряжением 127 и 220 В с обязательным использованием диэлектрических перчаток, галош и ковриков.

Перед началом работ с электроинструментом должны быть проверены:

а) исправность заземления;

б) затяжка винтов, крепящих узлы и детали электроинструмента;

в) исправность выключателя;

г) исправность редуктора (шпиндель должен проворачиваться рукой при отключенном электродвигателе);

д) состояние переносных проводов (целость изоляции, отсутствие излома жил).

Лицам, пользующимся электроинструментом, запрещается:

а) оставлять без надзора электроинструмент;

б) передавать электроинструмент хотя бы на непродолжительное время другим лицам;

в) разбирать электроинструмент и проводить самим какой-либо ремонт электроинструмента, проводов, штепсельных соединений и других частей;

г) касаться вращающегося режущего инструмента;

д) заменять режущий инструмент без отключения напряжения;

е) работать с приставных лестниц;

ж) удалять руками стружку или опилки до полной остановки инструмента;

з) вносить внутрь котлов, металлических резервуаров и тому подобных емкостей переносные трансформаторы и преобразователи частоты;

и) работать в одежде со свободно свисающими манжетами и хлястиками, которые могут попасть под вращающуюся или режущую часть электроинструмента;

к) использовать инструмент без специальных приспособлений не по прямому назначению;

л) оставлять без надзора механизированный инструмент с работающим двигателем, а также присоединенный к электросети или сети сжатого воздуха.

Выводы

В данной главе рассмотрены требования производственной и экологической безопасности и разработан ряд рекомендаций по оптимальной санитарно-гигиенической обстановке по работе инженера-проектировщика с персональным компьютером.

Установлено, что:

  • уровень шума на рабочем месте не должен превышать 50 дБ,
  • объем производственного помещения на одного работающего должен составлять не менее 15 м3,
  • площадь должна составлять не менее 4.5 м2,
  • наименьшая допустимая освещенность – 300лк.

Таким образом, поняв сущность явлений, оценив их возможную опасность, ознакомившись с нормативными материалами, программист, работающий с системой, может квалифицированно изыскать способы и методы работы, которые позволят избежать травматизма, профессиональных заболеваний и устранить влияние на организм работающего опасных и вредных воздействий.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Определение структуры (этапов) работ по созданию системы

Планирование длительности этапов и содержания работ осуществляется в соответствии с ЕСПД ГОСТ 34.603-92 и предполагает распределение работ по этапам:

  1. Разработка алгоритмов (общих алгоритмов и структурной схемы.),
  2. Разработка схемы системы
  3. Тестирование, отладка и исправление недочетов: разработка методики проведения тестирования, отладка ПО, отладка аппаратной части, исправление ошибок и недочетов и т.п.,
  4. Внедрение, предполагающее адаптацию системы к условиям ее использования.

Выделим основные этапы проекта по разработке системы:

  1. Формулирование требований.
  2. Разработка схем.
  3. Выбор оборудования.
  4. Тестирование и отладка.
  5. Разработка документации.

Полный перечень работ с разделением их по этапам сведём в таблицу 5.1. Ожидаемая продолжительность каждой работы рассчитывается по формуле , где где Tmin и Tmax - минимальная и максимальная продолжительность работы.

Таблица 5. 1 Перечень работ с разделением по этапам

Этап № работы Содержание работы Tmin, чел/дни Tmax, чел/дни Ожидаемая продолжительность работы, чел/дни
1. Формулирование требований 1 Составление и утверждение технического задания 4 5 4
2 Анализ аналогов 5 7 6
3 Анализ требований 11 14 12
4 Анализ алгоритмов работы 11 14 12
5 Формирование требований 3 4 3
2. Разработка схем 6 Выбор протокола 4 5 4
7 Разработка структурной схемы 3 4 3
8 Разработка функциональной схемы 4 5 4
9 Разработка алгоритма работы 7 9 8
3. Выбор оборудования 10 Выбор управляющего устройства 2 3 2
11 Выбор выключателей 20 21 20
12 Выбор датчиков 14 15 14
4. Монтаж и тестирование 13 Монтаж системы 2 3 2
14 Испытания 2 3 2
15 Исправление ошибок 5 6 5
5. Разработка документации 16 Разработка документации 6 7 6
Итого 107

Таким образом, реализация проекта одним разработчиком, составит 107 чел/дн. В зависимости от квалификации разработчиков и других факторов, может быть введён поправочный коэффициент 1,5. В этом случае реализация составит 161 чел/дн.

Построение сетевого графика

Сетевой график устанавливает взаимосвязь между всеми работами проекта и позволяет определить продолжительность и трудоёмкость как отдельных этапов, так и всего проекта в целом. Построение сетевого графика предполагает использование метода сетевого планирования, на базе которого разрабатывается информационно-динамическая модель процесса выполнения проекта. Построение сетевой модели включает определение логической связи между отдельными работами и временные характеристики выполнения этапов проекта. Каждой работе присваивается «Код работы», состоящий из номера наступившего события и номера того события, которое достигается в результате выполнения данной работы.

Таблица 5.2 Основные события и работы проекта

№ события Код работы Ожидаемая продолжительность работы Ранний срок Поздний срок Резерв
i-j T T Т Rij
1 1-2 4 0 0 0
2 2-3 6 10 10 0
3 3-4 12 22 22 0
4 4-6 12 22 11 0
5 1-6 3 4 31 27
6 6-7 4 34 34 0
7 7-8 3 38 38 0
8 8-9 4 41 41 0
9 9-10 8 45 45 0
10 10-13 2 53 71 18
11 11-13 20 53 53 0
12 12-13 14 53 59 6
13 13-14 2 73 73 0
14 14-15 2 75 75 0
15 15-16 5 77 77 0
16 16-17 6 82 82 0
17 88 88 0

Событие 1 – начало работы над проектом, 17 – окончание работы.

Сетевой график

Рисунок 5.1 Сетевой график

Для данного случая критический путь проходит через вершины 1-2-3-4-6-7-8-9-11-13-14-15-16-17 и имеет длину Tкр=88 рабочих дней.

Анализ структуры затрат проекта

Калькуляция затрат проекта осуществляется по следующим статьям:

1. Основная заработная плата персонала. Определяется на основе данных по окладам и графику занятости:

С3 = Тзан х Одн

где Одн – дневной оклад исполнителя,

Тзан – число дней, отработанных исполнителем.

При 8-и часовом рабочем дне дневной оклад рассчитывается по соотношению:

Формула

где  Омес - месячный оклад, Fм - месячный фонд рабочего времени.

С учетом налога на доходы физических лиц размер месячного оклада увеличивается:

Формула

где О - оклад, который позволит исполнителю заниматься проектом и который получен из информации кадровых агентств, Н ДФЛ - налог на доходы с физических лиц (13%).

Расчет заработной платы представлен в таблице ниже.

Таблица 5.3 - Расчет основной заработной платы исполнителей

№ п/п Наименование должности Оклад, руб Дневной оклад Человеко-дни Всего сумма зарплаты, руб.
1 Инженер -1 50 000 2380,95 34 80 952,30
2 Инженер-2 80 000 3809,52 22 83 809,44
3 Инженер-проектировщик-1 70 000 3333,33 25 83 333,25
4 Инженер-проектировщик-2 40 000 1904,76 19 36 190,44
5 Монтажник 40 000 1904,76 4 7 619,04
6 Тестировшик-1 30 000 1428,57 2 2 857,14
7 Технический писатель-1 20 000 952,38 6 5 714,28
Итого: 300 475,89

Дополнительная заработная плата. Учитываются все выплаты непосредственным исполнителям за время, не проработанное на производстве, в том числе: оплата очередных отпусков, компенсации за недоиспользованный отпуск и др. Эти выплаты составляют 20% от основной заработной платы: 60 095,18 руб.

Отчисления в пенсионный фонд, фонд социального страхования, занятости, на страховую медицину. Суммарный процент составит 35.8% от основной и дополнительной заработной платы: 129 084,44 руб.

При монтаже системы необходим применит следующее оборудование:

Таблица 5.4

Наименование Стоимость за ед, руб. Кол-во Всего
Управление
Контроллер AC102 23 980,00 1 23980
GSM контроллер AC009 6 398,00 1 6398
Освещение
Комплект AXICO AS018 8 046 3 24138
Климат
Комплект AS017 3 590 3 10770
Комплект AS005 7 998 3 23994
Беспроводной терморегулятор AH001 2 998 10 29980
Датчик открытия окна AH002 2 998 9 26982
Утечки воды и газа
Комплект AS016 13 498 3 40494
Датчик утечки газа AE006 6 198 1 6198
Пожарная безопасность
Датчик дыма AXICO AE003 3 548 10 35480
Мультирум
Аудио-видео селектор AV003 4 980 2 9960
Инфракрасный эмиттер AXICO AR021 4 498 1 4498
Безопасность
Замок АК001 9 798 1 9798
Итого, руб.: 252670

В калькуляцию включим стоимость материалов с учетом транспортно-заготовительных расходов, которые составляют 3% от стоимости материалов. Итого получаем 252670*1.03=260250.1 рублей.

Расчет затрат, связанных с организацией рабочих мест для исполнителей проекта следует провести ориентируясь на требования СНИПа (санитарные нормы и правила) и на стоимость годичной аренды помещения требуемого уровня сервиса.

В соответствии с санитарными нормами расстояние между рабочими столами с видеомониторами должно быть не менее 2 м, а между боковыми поверхностями видеомониторов - не менее 1,2 м.. Площадь на одно рабочее место с терминалом или ПК должна составлять не менее 6 кв.м., а объем - не менее 20 куб.м. Площадь, предусмотренная для размещения одного принтера, соответствует 0,5 площади рабочего места исполнителя. Площадь для размещения сервера составляет 0,5 площади рабочего места. Расположение рабочих мест в подвальных помещениях не допускается. Помещения должны быть оборудованы системами отопления, кондиционирования воздуха или эффективной приточно-вытяжной вентиляцией.

Таким образом, для размещения семи сотрудников, сервера и принтера необходимо помещение (комната) площадью 7*6+2*3=48 кв. м.

Затраты на аренду помещения можно вычислить исходя из следующего соотношения.

Формула

где: Скв.м - стоимость аренды одного кв. метра площади за год; S - арендуемая площадь рабочего помещения. Тар - срок аренды (мес).

В итоге получаем 89 142,86 руб. – аренда помещения.

Накладные расходы. Состоят из расходов на производство, управление, техническое обслуживание и прочее. Мы стремимся минимизировать затраты, поэтому в данном случае накладные расходы составляют 60% от основной заработной платы: 180 274,73 руб.

Произведём расчёт суммарных затрат на реализацию проекта. Калькуляция затрат приведена в таблице 3.5.

Таблица 5.5 Суммарные затраты

№ п/п Наименование статьи расхода Затраты, руб.
1 Основная заработная плата 300 475,89
2 Отчисления в фонды 129 084,44
3 Дополнительная заработная плата 60 095,18
4 Накладные расходы 180 274,73
5 Материалы, комплектующие изделия 260250.1
6 Затраты на аренду помещения 89 142,86
Суммарные затраты 1 019 323,10

 

Структура затрат проекта

Рисунок 5.2 Структура затрат проекта

Таким образом, для оборудования коттеджа общей площадью до 200 м2 системой Умный дом с предложенной функциональностью необходимо затратить около одного миллиона рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в настоящей работе была спроектирована система Умный дом для использования в двухэтажном коттедже общей площадью около 200 м2.

В ходе проектирования были рассмотрены и сравнены основные стандарты и протоколы, оп которым осуществляется обмен информацией между устройствами подобных существующих систем.

В итоге был выбран закрытый протокол Axico, на базе которого выпускается различное оборудование. Данный протокол подразумевает обмен по радиоканалу на частоте 868 мГц, разрешенной для бытового использования. Кроме того, его использование позволяет сэкономить на монтаже системы, так как в этом случае нет надобности в прокладке кабеля и разрушении стен коттеджа. Как было выяснено, использование оборудования данной фирмы позволяет также уменьшить общее число приборов, а также значительно удешевить всю систему.

В разработанной системе предусмотрены такие функции как:

  1. Управление освещением;
  2. Контроль протечек воды и газа;
  3. Управление вещанием видео и аудио сигнала;
  4. Контроль доступа в коттедж;
  5. Обеспечение пожарной безопасности
  6. Управление климатом – влажностью и температурой.

Основной системы и ее главным управляющим органом является главный контроллер на базе ПК.

Стоимость работ по проектированию и монтажу системы составляет около одного миллиона рублей, причем стоимость оборудования составляет четверть от этой суммы, а именно 252670 рублей.

По оценкам некоторых экспертов, сегодня потенциальный рынок прогрессивных строительных технологий в 10 раз превосходит реально освоенный. Причин тому несколько. Одна из них в том, что строительством и эксплуатацией здания обычно занимаются разные организации. Соответственно, строителям неважно, сколько будет стоить дальнейшая эксплуатация, и они, не задумываясь, экономят на системах автоматизации. Другими причинами можно назвать дешевый труд и электроэнергию. Также сказывается слабая информированность конечных пользователей о преимуществах систем автоматизации зданий и недостаток информации об оборудовании и технических решениях у проектировщиков.

По оценкам компании YORK International, в 2009 году объем рынка систем Интеллектуального здания в России составит 200-250 млн. долларов в ценах для конечного пользователя, с ежегодным ростом в 20-25%. Спрос будет усиливаться по мере осознания инвесторами объективной целесообразности внедрения таких проектов. Сейчас наибольшей популярностью пользуются системы автоматизации для торговых центров, офисных зданий и банков, спортивных сооружений, библиотек, вокзалов.

Что касается жилищного строительства, то бум на этом рынке, который позволял застройщикам продавать здания еще на этапе котлована, не тратя сил на "интеллектуализацию", похоже, подходит к завершению. Сегодня строительным компаниям приходится бороться за покупателя. Логично, если они задумаются о новых способах привлечения клиентов, в том числе и современной системой автоматизации, предусмотренной в здании изначально.

Внедрение основных элементов Умного дома уже на этапе строительства жилого или офисного здания, дает возможность впоследствии эти Умные здания соединять между собой. В ближайшем будущем это явление, безусловно, будет набирать обороты уже на уровне районов и городов, т.е. строительство Умных домов в перспективе превратится в создание одного большого Умного города. Неоспоримые преимущества внедрения систем диспетчеризации, автоматизации и безопасности на городских объектах жизнеобеспечения заключаются в следующем:

  • сбор и учет статистической информации, формирование отчетов для различных административных служб района и города;
  • постоянный контроль работы оборудования и инженерных систем, формирование графика проведения профилактических и ремонтных работ; увеличение срока службы оборудования;
  • учет и контроль количества потребляемых городских ресурсов (газ, электроэнергия, вода); увеличение эффективности использования ресурсов;

снижение трудозатрат на эксплуатацию городских объектов жизнеобеспечения; минимизация возникновения "человеческого фактора".

Зарубежная статистика, где интеллектуальное здание - уже давно повседневная реальность, говорит о выгоде инвестиций и их быстрого возвращения. Потребитель получает:

  • снижение эксплуатационных расходов - 30%;
  • снижение платежей за электроэнергию - 30%;
  • снижение платежей за воду - 41%;
  • снижение платежей за тепло - 50%
  • уменьшение выбросов СО2 - 30 %

Таким образом, несомненно, что процесс развития и применения систем Умный дом в быту только начинается.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1. Авдуевский А. «Крыша для интеллекта» - «Журнал сетевых решений LAN», №12, 2006 г.
  2. Архипов В. «Системы для «интеллектуального» здания» - "СтройМаркет", № 45, 2007 г.
  3. Гололобов В. Н.,"Умный дом" своими руками, Москва, НТ Пресс, 2007 г. 416 стр.
  4. Журнал "АВОК", №6, 2003 год.
  5. Инструкция по технике безопасности при монтаже и наладке приборов контроля и средств автоматизации ВСН 329-78.
  6. Куликов Г.Г., Набатов А.Н. Методика построения функциональной модели предметной области для проектирования автоматизированной системы управления АСУ. Методические указания к лабораторной работе. - Уфа: Изд-во УГАТУ, 1996. - 20 с.
  7. Максименко В.А., Вроблевский Р.В. Мировые тенденции и перспективы развития строительства интеллектуальных зданий в России. «АВОК» №6, 2005г.
  8. СН 512-78 «Технические требования к зданиям и помещениям для установки средств вычислительной техники».
  9. СНиП II-4-79 «Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования».
  10. Сопер М. Э., Практические советы и решения по созданию "Умного дома", Москва, НТ Пресс, 2007 г., 432 стр.
  11. Харке В, Умный дом. Объединение в сеть бытовой техники и системы коммуникаций в жилищном строительстве, Москва, Техносфера, 2006 г., 290 стр.
  12. http://www.axico.ru/- сайт фирмы Axico.
  13. http://www.hitechhouse.ru/ - сайт международной Выставки-Конгресса HI-TECH BUILDING.
  14. http://www.triakomm.ru/ - Сайт компании Интегрированные инженерные системы

Приложение 1 Оборудование протокола EIB

Наименование Модель Кол-во Цена ед Итого Примечание
Диммер 4 канальный 4х570 ватт, универсальный LJA DIM4, FU-IP 4 44392,48 177569,92 Устройство регулирования яркости ламп освещения
Instabus. Контроллер шинный BCU. JUG 2070 14 6347,44 95211,6 Встраевыемый в стену контроллер для подключения выключателей
U
Сенсорный выключатель A2094NABS (8 клавиш) A2094 3 8886,24 26658,72 Командный блок в виде клавишного выключателя
NABS
Instabus. Бинарный вход. JUG 2076-4T 13 7256,48 94334,24 Командный блок в виде закладки под стандартную фурнитуру
Instabus. Блок питания 320mA с встроенным дросселем. JUG 2005 1 17085,2 17085,2 Блок питания для шины EIB
REG
Instabus. Интерфейс, USB, DIN-рейка JUG 2130 1 18292,56 18292,56 Устройство сопряжения компьютера и информационной шины для программирования всей сети
USB REG
Instabus. IP центральный модуль JUG IPZ 1000 REG 1 72094 72094 Для управления устройствами на шине посредством доступа через Ethernet
Instabus. Линейный соединитель JUG 2142 REG 1 24969,56 24969,56 Для гальванической развязки инфор-мационных шин внутри и вне дома.
Instabus ПО управления 1 61600 61600
Instabus. Программируемое реле 16 каналов JUG 2316.16 REG HE 1 45540 45540 Для управления коммутацией жалюзи на солнечной стороне строения.
Instabus. Датчик движения JUG 3360-1 1 10763,72 10763,72 Командное устройство для включения уличного освещения от движения.
Итого: 41 644119,52

Приложение 2 Оборудование протокола BACnet

Наименование Модель Кол-во Цена ед. Итого Примечание
Диммер D12SS20 D12SS20 2 158400 316800 Универсальный командно-исполнительный контроллер
- 12 силовых управляемых каналов по 1,7 кВт каждыйкан.
- 8 каналов 0-10 вольт
- 24 канала датчиков замыкания
Преобразователь RS232-Ehternet DS100 1 3080 3080 Универсальный (пром. автоматизация)
Программное обеспечение для сопряжения Ehternet -- 1 44000 44000 Пишется под конкретную задачу
обеспечивая необходимую защиту
Датчик движения DS100 -- 1 1760 1760 Это может быть любой датчик питанием12 вольт Можно использовать даже от охранной сигнализации
Датчик освещенности -- 1 1760 1760 Любой датчик с релейным выходом
Итого: : 6 367400

Приложение 3 Оборудование протокола C-Bus

Наименование Модель Кол-во Цена ед. Итого Примечание
4-канальный DIN диммер, L5504 2 48356 96712 Устройство регулирования яркости ламп освещения
2А/канал, блок питания 00mA D2AP
8-канальный DIN диммер, L5504 1 49012,48 49012,48 Устройство регулирования яркости ламп освещения
1А/канал, блок питания 00mA D2AP
8-клавишный выключатель E5058 3 10090,96 30272,88 Командный блок в виде клавишного выключателя
NEO, серый/алюминий NLGB
4-канальный модуль входов Bus-Coupler (сухие контакты) 5104 13 6246,68 81206,84 Командный блок в виде закладки под стандартную фарнитуру
BCLWE
Wiser контроллер 5200PG 1 60500 60500 Wifi роутер, свободно-программируемый контроллер, Linux мини-вебсервер с Flash интерфейсом, управление с компьютера, ТВ, сенсорных панелей, телефонов без доп. ПО
Реле перекидное 5501RBCP 1 12188 12188 Для управления коммутацией жалюзи на солнечной стороне строения.
Датчик движения, уличный E5750WPL 1 8463,4 8463,4 Командное устройство для включения уличного освещения от движения.
Датчик освещения, внутренний E5031PE 1 9109,32 9109,32 Командное устройство для управления коммутации жалюзи
Итого: 20 347464,9

Приложение 4 Оборудование протокола Z-Wave

Наименование Модель Кол-во Цена ед. Итого Примечание
Датчик движения ZIR010 9 4765 42885 Беспроводный датчик движения
Беспроводной маршрутизатор 05447 4 3250 13000 Для эффективной маршрутизации радиосигнала в системах, где используется несколько передатчиков
Настенный передатчик 05443 9 2240 20160 Выполняет функцию традиционного клавишного выключателя света
ПК-контроллер ZCU201 1 3280 3280 Предназначен для дистанционного управления любыми приемниками радиосистемы Z-Wave с персонального компьютера
ПДУ 05445 9 3190 28710 Предназначен для дистанционного управления и контроля любыми приемниками радиочастотной системы Z-Wave.
Встраиваемый радиодиммер 05433 9 2690 24210 Встроенный радиоуправляемый светорегулятор предназначен для дистанционного включения и выключения ламп накаливания
Устройство управления жалюзи 05436 10 2790 27900 Прибор предназначен для дистанционного управления всеми видами моторизованных карнизов, гаражных ворот, маркизов и жалюзи
Итого: 51 160145

Приложение 5 Оборудование протокола Axico

Наименование Модель Кол-во Цена ед. Итого Примечание
Датчик движения AT012 9 2 998 беспроводный радиопередатчик команд управления
Диммер скрытый для трансформаторных нагрузок AR005 9 1898 устройство, при помощи которого можно организовать дистанционное управление свечением ламп накаливания и галогеновых ламп
Адаптер управления умным домом через компьютер+ПО AC102W 1 11598 WiFi версия адаптера управления устройствами с ПК
Контроллер для скрытого монтажа с питанием от батареи AT004 4 2498 4/8 канальный передатчик, управляющтй устройствами домашней автоматики
Пульт 16-кнопочный AT025 1 1948 беспроводный радиопередатчик, управляющий устройствами домашней автоматики на расстоянии до 100 м
Электропривод для рольставней (ленточный привод) AR012 10 1998 Устройство для автоматизации роль-ставней
Итого:
34
87582

Приложение 6 Сравнительная характеристика рассмотренных протоколов

Протокол Характеристика
Кол-во

устройств

Стоимость,

руб.

Оповещение

SMS/ Internet

Мультирум Безопасность Климат Утечка Пожарная безопасность
EIB 41 644119,52 да Да Да Да Да да
BACnet 6 367400 Да нет Да Да нет да
C-Bus 20 347464,9 Да Да Да Да Да да
Z-Wave 51 160145 Да Да Да Да Да нет
Axico 34 87582 Да Да Да Да Да да