Статьи - Умный дом - Что же это такое - "ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ ЗДАНИЕ"?

Одним из основных компонентов интеллектуального здания является система автоматизированного управления эксплуатацией здания (АСУ). АСУ эксплуатации здания - это комплекс программно - аппаратных средств, основной задачей которого является обеспечение надежного и гарантированного управления всеми системами, находящимися в эксплуатации здания, и исполнительными устройствами. Система способна за счет полной неразобщенной информации от всех эксплуатируемых подсистем принять правильное решение и выполнить соответствующее действие, проинформировать соответствующую службу о событии.
Структурный подход, используемый сейчас большинством системных интеграторов, заключается в создании инфраструктуры ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ на базе структурированных кабельных сетей (СКС). При этом сначала проектируется и строится СКС - здание, а затем на структурированную кабельную систему замыкаются необходимые заказчику функциональные системы. Мне представляется более перспективным функциональный подход. Существует список потребностей или пожеланий заказчика и основной задачей разработчика в этом случае является интеграция этих систем в единый "организм" в соответствии с заданной заказчиком моделью. Попробуем проанализировать предпосылки внедрения в здание интеллекта. Главной объективной предпосылкой оказывается высокая плотность различных сервисов на квадратный метр площади здания. В любом здании набор служб и сервисов приблизительно один и тот же, поэтому мы сделаем некоторые необходимые уточнения. Во-первых, речь идет не о количестве служб, как таковых, а об интенсивности наполнения ими здания.

Если, к примеру, охранная система ограничивается пятью камерами на периферии здания и датчиками сигнализации в дверях и окнах первого этажа, то такое здание не является подходящим кандидатом на "интеллектуализацию". Во-вторых, службы и сервисы должны обеспечиваться подсистемами самого здания, а не быть внешними по отношению к нему. Если система отопления управляется исключительно из районной котельной, а лифты — из местного РЭУ, то в определенном смысле зданию они не принадлежат. Итак, ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОЕ ЗДАНИЕ должно интегрировать достаточное количество сервисов, принадлежащих зданию. Вместе с тем ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОЕ ЗДАНИЕ можно интерпретировать как "разумно построенное". Это означает, что здание должно быть спроектировано так, что все сервисы могли бы интегрироваться друг с другом с минимальными затратами (с точки зрения финансов, времени и трудоемкости), а их обслуживание было бы организовано оптимальным образом. Кроме того, процедура изменений подразумевает также добавление новых сервисов и служб по мере их возникновения.

Адекватным примером может быть следующая ситуация. Вечером сотрудники покидают здание. Кто-то еще может вернуться, засидеться допоздна, но рано или поздно из здания уходят все. Охранная система определяет, что в какой-то момент времени все сотрудники, работающие в некоторой зоне (этаж, секция), разошлись по домам. Реакцией на это может стать обесточивание системы освещения этажа, а также выключение настольных компьютеров по сети (подобная функция реализована во многих современных сетевых адаптерах). Экономия электроэнергии в этом случае очевидна. Если добавить частичное отключение системы отопления (в зимнее время) или ее перевод на пониженные мощности в ночное время, то материальные выгоды окажутся вполне ощутимы. Определение наличия сотрудника в здании может также принести пользу с точки зрения защиты информации. Если сотрудник покинул здание, то его учетная запись в информационной системе блокируется, и никто, даже зная пароль, не сможет войти в сеть под его именем. Более того, при наличии информации о том, с какой рабочей станции злоумышленник пытался войти в сеть, и о том, кто именно находился в тот момент в помещении, уполномоченные лица могут принять соответствующие меры.

Исторически концепция интеллектуального здания продвигалась в первую очередь производителями СКС. Придя к концепции универсальной структурированной слаботочной кабельной системы здания, они вполне логично решили распространить этот подход с физической среды передачи данных и на другие системы. Прежде всего, предстояло избавиться от дополнительных проводников, связывающих между собой устройства автоматизации. Впервые эта задача была решена в 1978 году компаниями X-10 USA и Leviton, которые разработали технологию для управления бытовыми приборами по проводам бытовой электросети. Сегодня наиболее распространен стандарт X-10. Впрочем, X-10 уже считается медленным и устаревшим, поскольку создавался для управления электроосветительными устройствами. Внося усовершенствования, многие производители объединились в Ассоциацию электронной промышленности (EIA), которая занимается развитием стандарта шины бытовой электроники CEBus (Consumer Electronic Bus), утвержденного в 1992 году. На нынешний день стандарт является открытым, и любая компания может производить оборудование, использующее коммуникационный протокол CEBus. Управляющий сигнал передается по проводам бытовой электросети, витой паре или коаксиальному кабелю, в радиочастотном или инфракрасном диапазоне. Для различных устройств можно выбрать наиболее удобный способ: например, осветительными приборами - по электропроводке, видеооборудованием - по коаксиальному кабелю, кондиционерами - по витой паре, ИК-лучи и радиосигналы вообще универсальны. Исполнительные устройства или узлы домашней сети взаимодействуют между собой через роутеры и мосты (data bridges), соединяющие различные носители сигналов и данных. Основным преимуществом CEBus по сравнению с X-10 является скорость обмена данными, достигающая 10000 бит в секунду, независимо от типа носителя. Она обеспечивает необходимую быстроту реакции системы и непродолжительное время активного состояния узлов.
В нашей стране концепция ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ стала продвигаться практически сразу, как только бизнес в области инсталляций СКС встал на ноги. Увлеченность ИНТЕЛЕКТУАЛЬНЫМ ЗДАНИЕМ привела к тому, что многие ведущие инсталляторы либо вывели свой бизнес на интеграторский уровень, либо кооперировались с организациями, профессионально занимающимися различными подсистемами здания (либо и то и другое сразу). Собственно говоря, и ведущие производители СКС поступают точно так же, заключая альянсы с производителями оборудования для различных подсистем здания. Не стоит также забывать, что ряд производителей СКС (Lucent, Siemens, Alcatel) активно занимаются и сетевым, и телекоммуникационным бизнесом, они являются крупнейшими системными интеграторами и могут своими силами реализовывать решения для ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ. Таким образом, заказчику не следует удивляться тому, что с предложением о построении ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ к нему могут придти "какие-то кабельщики". Как видим, технологии систем контроля, и управления автоматикой сегодня уже вышли на уровень единых стандартов, массового производства и, как следствие, доступных цен. Стандарты на "фундамент" ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОЕ ЗДАНИЕ — СКС - давно существуют и реализуются на практике. Таким образом, идея ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ превратилась из теоретической в практическую. На пути концепции ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ остался только один барьер — ментальный. Как и все перспективные новшества, концепция ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ сталкивается при внедрении в нашей стране с особенностями национального менталитета. Специалисты признают, что при реализации проектов ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ им пока удается достичь "уровня интеллектуализации" приблизительно процентов в 40—60% от реально возможного. Одна из причин такого положения дел, конечно, в нехватке средств у заказчика (или нежелании их тратить), но и без этого неготовность заказчиков к адекватному восприятию идеи оказывает резко негативное влияние на процесс внедрения концепции ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ в России.
Одной из самых трудноразрешимых проблем является сепаратизм отдельных служб, особенно в регионах. Сепаратизм вызывается как персональными, так и профессиональными интересами, а также противоречиями в требованиях различных нормативных актов. Основное проявление сепаратизма — нежелание иметь что-либо общее с другими службами. Обычная аргументация в этом случае — каждый должен быть полным хозяином в своей подсистеме, делать там что угодно без оглядки на других и сам за все отвечать. Любое вторжение на территорию, которую начальник подразделения считает своей, воспринимается не иначе как личное оскорбление. В свою очередь, ряд нормативных документов предписывает то, как должны организовываться пожарные и охранные системы. Составлялись они давно, без учета развития технологий, но руководители соответствующих отделов часто предпочитают придерживаться именно их, даже если "по правилам" все работает на порядок хуже. В государственных учреждениях переубедить таких почитателей буквы официального документа практически невозможно. Впрочем, ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОЕ ЗДАНИЕ не укладывается ни в какие ГОСТы, поскольку в них взаимодействие подсистем на таком уровне не описывается вообще. Аргументы об экономии средств за счет оптимального использования людских ресурсов при эксплуатации здания мало кого убеждают. Человеческий труд в нашей стране до сих пор считается самым дешевым ресурсом. Сокращение расходов на персонал может, кроме того, не порадовать руководителей подразделений, которые мыслят категориями бюджетов отдела и лимитами штатных расписаний. Наконец, проблемы могут возникнуть и при взаимодействии со строительными организациями. Строители всячески препятствуют тому, чтобы немалая часть подряда была отдана на сторону. Кроме того, заказчик получает, как правило, немало предложений от других организаций сделать каждую отдельную подсистему быстрее и дешевле. Эти проблемы, в общем, вполне решаемы, но отнимают много времени и нервов у всех участников процесса.
Еще один источник проблем — плохое понимание заказчиком того, что, собственно, представляет собой ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ ЗДАНИЕ, мы рассматривать отдельно не будем, потому что сам материал ставит одной из своих задач его устранение. Работа над любым сложным проектом подразумевает активное участие в нем всех заинтересованных сторон. Построение ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ требует определенных решений и от его будущего хозяина. Прежде всего, он должен понять, зачем именно оно нужно. Заметим, кстати, что при одинаковой функциональности затраты на централизованную систему управления зданием будут приблизительно одинаковы для зданий различных масштабов. Таким образом, удельная стоимость "квадратного метра интеллекта" находится в обратной зависимости от размеров проекта, в то время как стоимость управления им "вручную" — в прямой. Соответственно, строить ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОЕ ЗДАНИЕ имеет смысл в том случае, когда ожидаемая разница этих совокупных расходов вас устраивает. Кроме того, уровень интеллекта здания должен соответствовать ценности содержимого. Если происходящие в здании процессы приносят хороший доход, а время сотрудников и информация являются ценным капиталом, то затраты, например на развитую систему контроля за перемещениями и доступом в помещения, оказываются вполне оправданными. Если же жесткая трудовая дисциплина не имеет особого значения, а большинство данных открыто для всех служащих, то вкладывать большие средства именно в это направление нерационально. Функциональность ИНТЕЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ должна окупать затраты на его построение, иначе в ней нет никакого смысла.
Наконец, уже почти традиционная рекомендация — не стоит экономить на затратах на масштабируемость. Ни один не выходящий за рамки разумного запас наращиваемости системы не отнимет средств больше, чем ее последующие доделки и переделки, стоимость которых может перекрыть стоимость резерва за год эксплуатации системы.
Разумеется, никакой обзор не может дать исчерпывающей картины того, как именно строятся, и могут строиться ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ЗДАНИЯ. Кроме того, само понятие ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ЗДАНИЯ является многомерным и допускает большое количество вариаций в зависимости от того, какие задачи оно призвано решать. И, наконец, при грамотном проектировании степень интеллектуальности можно наращивать постепенно, распределяя инвестиции во времени. Уже в ближайшем будущем ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЕ ЗДАНИЕ может стать тиражируемым решением, вполне доступным по стоимости не только для сверхбогатых заказчиков. Поэтому задуматься о том, что отрасль способна предложить, следует уже сегодня.

Главное, чего ждут многие компании от «интеллектуализации» зданий — снижение расходов на энергопотребление. Подключенные к Сети интеллектуальные здания позволяют извлекать информацию о потреблении энергии различными устройствами для принятия обоснованных решений об энергетической политике предприятия. Согласно подсчетам ARC Advisory Group, таким образом удается сократить энергопотребление до 20%. В числе других преимуществ интеллектуальных зданий, можно назвать сокращение трудозатрат на мониторинг разного рода подсистем, установленных в различных строениях, из общего центра. Важным источником экономии является и повышение производительности труда сотрудников благодаря обеспечению более комфортных условий их работы.

Концепция построения «интеллектуальных» зданий

Дмитрий Федин, Евгений Шлыков
PC Magazine/RE №8/2000

Если отвлечься от рекламных лозунгов, то интеллектуальным следует называть здание, оснащенное средствами автоматического контроля над всеми системами жизнеобеспечения. Комплекс жизнеобеспечения интеллектуального здания образуют следующие системы:

защиты от проникновения с подсистемами: а) защиты периметра, б) контроля доступа в здание или отдельные помещения (кодовые замки, домофоны) и в) обнаружения незаконного проникновения внутрь и перемещения по зданию (различного рода сенсоры);
внешнего и внутреннего видеонаблюдения (видеокамеры, видеосерверы);
противопожарная (пожарные датчики, автоматические разбрызгиватели и т. д.);
контроля за расходом воды и электроэнергии (управляемые счетчики, предназначенные не только для визуального контроля, но и для передачи измеренных параметров на вышестоящий уровень АСУ; их перекалибровка, подстройка коэффициентов, активация-деактивация и т. п. может осуществляться дистанционно по цифровому интерфейсу);
информационная (обеспечивает доступ к внутренним и внешним сетевым ресурсам);
управления силовым оборудованием и освещением (освещение внутри здания, внешняя подсветка, лифты);
климатического контроля и вентиляции;
телефонная, с выходом в городскую телефонную сеть;

и прочее специфическое оборудование, не влияющее на безопасность и функционирование здания (например, электронные табло курсов валют и световая реклама).

Контроль над работой систем может быть распределенным или централизованным. Так, вахтер или местная охрана могут управлять системами видеонаблюдения, контроля доступа и защиты от проникновения; ответственный за пожарную безопасность - противопожарной системой, а администратор локальной сети - доступом пользователей сети здания к внешним и внутренним информационным ресурсам, например файловым серверам или публичным сетям (Интернету).

"Интеллектуальное" здание от автоматизированного отличается, главным образом, возможностью программировать управляющие системы таким образом, чтобы реакция на события внутри периметра здания происходила по заранее определенному сценарию. Любая из подсистем такого здания либо функционирует полностью автономно, фиксируя свои действия в журнале событий, либо оперативно взаимодействует с оператором, запрашивая у него подтверждение действий. Например, при возникновении возгорания в здании, в зависимости от конфигурации, система может автоматически инициировать вызов пожарной команды или выдать сообщение о пожаре на пульт ответственного оператора. Решение о вызове пожарных во втором случае будет принято оператором.

Все системы жизнеобеспечения могут охватываться единой кабельной структурой, либо каждая из них будет построена на своих кабелях. Общей средой передачи информации может служить, например, коммутируемая сеть Ethernet. Однако надежность системы в целом в этом случае будет ниже, так как при повреждении кабельной проводки нарушается функционирование всех систем, подключенных к данному сегменту кабеля.

Как правило, создается шесть независимых кабельных структур.

Информационная сеть здания. Обычно Ethernet. Горизонтальная разводка (в пределах этажа) делается на основе витой пары пятой категории, для вертикальной (между этажами по всему зданию) применяют многомодовый волоконно-оптический кабель или витую пару категории 5 и выше.
Замкнутая петля пожарной системы 2 x 2 провода. Интерфейс передачи данных соответствует стандарту RS485. Провода кладутся по контуру объекта петлей для увеличения надежности и отказоустойчивости системы, образуя дублированный канал, подключенный обоими своими концами к ведущему устройству. При замыкании или одиночном обрыве линии система не только продолжает работать, но в ряде случаев позволяет диагностировать место аварии.
Замкнутая петля системы защиты от проникновения (Интерфейс RS485).
Замкнутая петля сервисных служб (контроль освещения, расхода электроэнергии, воды и т. д.).
Сеть передачи информации от системы видеонаблюдения.
Телефонная сеть здания.

В некоторых случаях на небольших или имеющих универсальный пожарно-охранный контроллер объектах может использоваться одна и та же кабельная проводка для противопожарной и охранной систем.

Система видеонаблюдения может быть совмещена с информационной сетью здания. В этом случае для ограничения доступа к видеоданным коммутаторы локальной сети здания (центральный и этажные коммутаторы, если таковые имеются) должны иметь функцию виртуальных локальных сетей (VLAN). Однако отдельные видеокамеры могут предоставляться для совместной эксплуатации. Например, видеокамера, установленная у входа в подъезд жилого дома, может использоваться жильцами для визуального опознавания гостей. Такую возможность предоставляют видеокамеры со встроенным портом для подключения к ЛВС либо специальные видеофоны.

В связи с бурным развитием IP-телефонии и новыми интеграционными возможностями телефонная сеть здания также иногда, особенно в офисах, объединяется с информационной сетью. Ведущие производители телекоммуникационного оборудования уже выпустили в продажу устройства, подобные телефонам, но подключающиеся к локальной сети. Установление соединения и передача голосовой информации происходят в соответствии со стандартом H.323. Такое объединение уменьшает необходимое число проводов в кабельной системе и позволяет передавать голос по внешним (иногда публичным) сетям передачи данных без дополнительных шлюзов.

Системы управления домовой автоматикой (СУДА), к которым можно отнести пожарную систему, охранную систему и сервисные службы, функционируют на всех уровнях модели открытых систем по единым принципам.

На физическом и канальном уровне СУДА представляет собой один или несколько сегментов, разделенных функционально и физически (территориально).

Связь с низкоскоростными устройствами СУДА обеспечивает моноканал на основе интерфейса RS485 с изолированным от общей электросети низковольтным питанием (24V DC). В качестве среды передачи используются неэкранированные витая пара или телефонный кабель, проложенные параллельно ЛВС здания. Поскольку моноканал RS485 обеспечивает связь с критичными устройствами реального времени, то для повышения надежности и облегчения поиска неисправности в системе он дублирован.

Максимальная длина дублированного сегмента при использовании обычной телефонной пары на скорости 115 кбит/с составляет 250 м. В системе может существовать до восьми таких сегментов. Если требуемая длина сегмента превышает стандартные ограничения, помогут этажные повторители, увеличивающие протяженность недублированных горизонтальных отводов до 500 м.

В зависимости от размеров СУДА и требований к ее надежности скорость передачи данных в канале варьируется от 9,6 до 115 кбит/с.

Сетевой и транспортный уровни работы низкоскоростной части СУДА обеспечиваются контроллерами здания и локальными контроллерами сети. Как и любая сеть устройств реального времени, СУДА - это среда с гарантированной доставкой информации и фиксированным временем ответа. В качестве сетевого используется довольно примитивный, и потому надежный специализированный ASCII-протокол (применяемый в ADAM-совместимых модулях ввода-вывода). Принцип его работы -последовательный опрос адресуемых устройств. В пределах каждого сегмента может адресоваться до 254 локальных контроллеров сети (ЛКС), что вполне соответствует потребностям одного подъезда современного многоэтажного дома. Частота опроса в значительной мере определяется приложениями, но в среднем составляет 1-2 с.

Порядок и последовательность опроса ЛКС определяет ведущее устройство СУДА - контроллер здания. Он же обрабатывает ошибки сети, обусловленные сбоями в передаче данных, отказами канала и обрывами линии. Как правило, для повышения живучести в здании используются два таких контроллера - один основной, а другой резервный, работающий в режиме прослушивания до момента отказа основного. Каждый из контроллеров подключен к сегменту RS485 двумя интерфейсными адаптерами с противоположных сторон петли. Таким образом снижается вероятность разрушения сегмента в случае отказа интерфейсной платы или обрыва линии.

В качестве ведомых устройств СУДА используются два типа устройств.

Модули ввода-вывода I-7000, обеспечивающие подключение к сети неинтеллектуальных устройств, типа безадресных пожарных и охранных датчиков, датчиков температуры, влажности, освещенности, пускателей, осветительных реле и т. п. Логика работы таких модулей в СУДА жестко задана и не может быть перепрограммирована.

Локальные контроллеры сети, также построенные на базе модулей I-7000, служат шлюзами для подключения контроллеров подсистем (КП). КП имеют выход на интерфейс RS232/485 (как правило, это операторские панели системы защиты от проникновения и пожарной сигнализации). ЛКС - относительно интеллектуальные устройства, осуществляющие трансляцию и предварительную обработку специализированных прикладных протоколов КП. Каждый из ЛКС поддерживает до четырех КП.

Начиная с сеансового уровня и выше, работа системы обеспечивается СУДА лишь частично, для отдельных обслуживающих подсистем. В ряде случаев СУДА обеспечивает шлюз к ПО рабочих станций операторов и системе архивации.

Все алгоритмы прикладного уровня СУДА отрабатываются средствами контроллеров канала. К задачам, решаемым контроллерами на прикладном уровне, относятся:

климатическое регулирование;
определение работоспособности отдельных сервисных подсистем;
управление уличным и коридорным освещением, распознавание ряда аварийных ситуаций;
оценка состояния пожарной и охранной систем;
защита от несанкционированного доступа к ресурсам СУДА со стороны непривилегированных пользователей (брандмауэр прикладного уровня);
обеспечение пользовательского интерфейса с администратором системы.

Важно отметить, что идеология построения "интеллектуальных" зданий может быть использована при проектировании систем управления жизнеобеспечением строений различных типов: жилых, офисных или промышленных.

Описанная структура представляет собой наиболее общий случай системы управления зданием. Конкретная реализация идеологии "интеллектуального здания" в значительной мере зависит от требований заказчика.