Automatyka, sterowanie, inteligencja

Znalezione pozycje: 19

Instalacja alarmowa daje poczucie bezpieczeństwa, ale prawdziwy komfort zapewni zintegrowanie jej z systemem inteligentnego budynku. Daje on możliwość automatycznego skoordynowania pracy różnych instalacji wentylacji, ogrzewania i klimatyzacji.


Po co nam automatyzacja pracy domowych urządzeń, instalacji, oświetlenia? Głównie dla wygody. Bieganie po całym domu, żeby np. opuścić rolety zewnętrzne albo przykręcić głowice termostatyczne na grzejnikach do wygodnych nie należy i po krótkim czasie użytkowania okazuje się, że już nie chce nam się tego robić.

Kiedy minie początkowy entuzjazm i radość z nowego domu, okazuje się, że nawet proste i niezbyt pracochłonne czynności związane z jego obsługą zaczynamy traktować jako przykry obowiązek. I wtedy dochodzimy do wniosku, że opuszczenie rolet na noc wcale nie jest aż takie konieczne. Tym bardziej, że rano znów trzeba będzie je podnieść... Wtedy zaczynamy myśleć, że najlepiej, gdyby to wszystko "robiło się samo".

Drugi aspekt wiąże się z oszczędnością. Przede wszystkim energii (ciepło, prąd), ale również pracy i czasu (te cechy można powiązać z punktem pierwszym - wygodą). Powróćmy do naszego przykładu z roletami okiennymi - opuszczone na noc w sezonie grzewczym odczuwalnie zmniejszają straty ciepła. Zamknięte zaś w upalny dzień, chronią wnętrza przed przegrzaniem. A to, oczywiście, kwestia komfortu, ale również niebagatelnych wydatków, jeżeli mamy klimatyzację.

Podobnie, oszczędności energii elektrycznej daje umiejętne, dopasowane do potrzeb, sterowanie oświetleniem elektrycznym. Jeżeli zaś wykorzystujemy elektryczność do celów grzewczych (grzejniki elektryczne lub pompa ciepła), jeszcze lepiej będziemy panować nad kosztami, jeżeli praca tych urządzeń zostanie dopasowana do czasu obowiązywania niższej, tzw. II taryfy za energię.

Rozsądnie, bez marnotrawstwa, ale i bez własnego wysiłku możemy wykorzystywać również wodę do podlewania ogrodu. Założenie samego systemu automatycznego nawadniania to dopiero połowa sukcesu. Musi on być jeszcze odpowiednio sterowany. Optymalny czas podlewania to godziny przed świtem - słońca jeszcze nie ma, więc woda wsiąka w grunt, a nie odparowuje intensywnie, jak ma to miejsce po południu. Równocześnie po niedługim czasie łagodne poranne słońce osusza rośliny, co zapobiega rozwojowi niektórych chorób.

Argumentem na rzecz takiego sposobu podlewania jest też wysokie ciśnienie wody w sieci wodociągowej w godzinach nocnych, gdy prawie nikt z niej nie korzysta. W letnie popołudnie, kiedy wszyscy biorą się za podlewanie trawników, marne ciśnienie potrafi być nielichym problemem. Tu bez automatyki się nie obejdzie - no, chyba że lubimy latem wstawać przed świtem.

Dobrym przykładem jest również zautomatyzowanie pracy kotła i instalacji grzewczej. Mogą to być:

  • automatyzacja zmian temperatury w całym budynku lub jego częściach (np. zależnie od wykrywanej tam obecności domowników);

  • dodatkowe funkcje - np. wyłączenie ogrzewania, gdy wybierzemy opcję wietrzenie – bo otwieramy akurat okna;

  • samoczynne zamknięcie dopływu wody do grzejnika, gdy czujnik wykryje otwarcie okna;

  • optymalizacja czasu i intensywności ogrzewania, zależnie od zarejestrowanych parametrów (np. intensywniejsze grzanie po okresie obniżenia temperatury, czy nawet wykorzystanie lokalnej prognozy pogody);

  • zdalne powiadamianie o awariach, zdalny (za zgodą użytkownika) dostęp do ustawień serwisowych automatyki kotła - ułatwia, przyspiesza i potania ewentualne naprawy (interwencje serwisu).

Dla producenta taki system zdalnego dostępu i gromadzenia danych o pracy kotła na firmowym serwerze to poza tym świetne źródło informacji o autentycznych danych eksploatacyjnych parametrów kotła. Może na ich podstawie opracowywać usprawnienia. Często to dużo cenniejsze dane niż laboratoryjne, ze stanowiska badawczego, którego parametry odbiegają od rzeczywistych warunków eksploatacji.

Automatyzacja to również większe bezpieczeństwo. I to nie tylko w oczywistym powiązaniu z instalacją alarmową. Poziomów jest więcej - czujniki mogą ostrzegać np. o wycieku gazu, ale automatyka może też zapewnić np. automatyczne zamknięcie okien dachowych w razie wykrycia deszczu, chroniąc w ten sposób dom przed zalaniem.

Tego rodzaju przykłady można mnożyć niemal w nieskończoność, bo granicą możliwości rozmaitej automatyki budynkowej jest tak naprawdę nasza inwencja (zapotrzebowanie) oraz pomysłowość projektanta. Dlatego lista funkcji wykonywanych samoczynnie w danej sytuacji może być rozmaita. W jednym systemie, gdy będziemy wieczorem wjeżdżać do garażu, automat jedynie zapali w nim światło, w innym zaś dodatkowo włączy np. wentylator wyciągowy, żeby usunąć resztki spalin, zapali światło w przejściu z domu do garażu i uruchomi cyrkulację ciepłej wody (c.w.u.), żebyśmy zaraz po wejściu do domu mogli wygodnie umyć ręce. A jeżeli zechcemy ustawić taką funkcję, jeszcze zaparzy nam kawę z ekspresu.

Jak działa automatyka?

W każdym współczesnym domu są urządzenia i całe instalacje, których działanie da się zautomatyzować. Może to być kocioł i cała instalacja grzewcza, wentylacja mechaniczna, klimatyzacja, oświetlenie, czy wreszcie niezależne elementy, takie jak markiza zacieniająca drzwi tarasowe. Oczywiście, im więcej jest nowoczesnych urządzeń, tym większe możliwości sterowania.

Przykładowo, kocioł węglowy z podajnikiem i mikroprocesorowym sterownikiem można kontrolować nawet zdalnie (np. podnieść temperaturę przed naszym powrotem z pracy), ale w przypadku prostego urządzenia zasypowego z miarkownikiem ciągu już tego nie zrobimy. Każdy sprzęt może być przy tym kontrolowany osobno i działać niezależnie od innych.

Tak dzieje się w systemach tradycyjnych. Mamy tam niekiedy całkiem zaawansowane sterowniki kotłów, rozbudowane sterowniki centrali wentylacyjnej, odrębne od nich sterowanie klimatyzacją, czy wreszcie czujniki otwarcia okien działające tylko na potrzeby instalacji alarmowej. To, że zmieniły się parametry pracy jednego z takich elementów, nijak nie wpływa na inne. Można powiedzieć, że pomiędzy domowymi instalacjami i urządzeniami nie ma interakcji, zmiany musi wprowadzić dopiero użytkownik - czyli my.

Idea pracy automatyki budynkowej, inaczej tzw. inteligentnych domów albo instalacji inteligentnych, polega na czymś innym. Taka automatyka nie nadzoruje jednego, wąskiego wycinka funkcjonowania budynku (np. ogrzewanie albo wentylacja), ale służy zintegrowaniu działania rozmaitych instalacji. Przejmuje niejako zadania od użytkownika-mieszkańca. Jeżeli np. otworzymy okno żeby przewietrzyć pokój, co wykryje odpowiedni czujnik kontaktronowy na ramie, to automatycznie zamknie się zawór grzejnikowy. Bo jaki sens dalej ogrzewać ten pokój, jeżeli ciepło i tak z niego ucieknie?

Podstawowa idea jest przy tym taka, że jeden czujnik i płynący z niego sygnał może być użyteczny dla wielu urządzeń. Zainstalowany przy tarasie czujnik promieniowania słonecznego może rano dać sygnał do podniesienia rolet okiennych. Jednak w kilka godzin później impuls z tego samego czujnika może spowodować ich opuszczenie, żeby chronić wnętrze przed przegrzaniem. Równocześnie, jeżeli system otrzyma też informację z czujnika (czujników) ruchu, że jesteśmy w domu, rolety nie zostaną opuszczone całkowicie, żeby nie pogrążać salonu w ciemnościach. Albo zamiast rolety, rozwinie się markiza.

Co ważne, systemy inteligentne są elastyczne - powiązania pomiędzy urządzeniami i sposób reakcji na rozmaite wydarzenia można zmieniać (przeprogramować). Pozwala to udoskonalać funkcjonowanie systemu i dodawać do niego nowe urządzenia. Co ważne, zbliżony efekt może być osiągnięty na różne sposoby. Wracając do naszego przykładu z czujnikiem promieniowania słonecznego i roletami oraz markizą.

To, czy rolety zostaną opuszczone w słoneczny dzień całkowicie lub częściowo, może zależeć niekoniecznie od sygnałów z czujników ruchu. Jeżeli ich nie ma lub nie włączono ich do systemu, decydujące może być ustawienie kalendarza i płynąca stąd informacja, że w dni powszednie rolety można opuścić całkowicie, bo wszyscy mieszkańcy są wówczas poza domem. Oczywiście, gdy coś się zmieni w naszym trybie życia, system można przeprogramować.

Ta zdolność do integracji rozmaitych, dotąd funkcjonujących jakby obok siebie instalacji oraz urządzeń jest najbardziej charakterystyczną cechą systemów inteligentnych. Równocześnie pożądana jest ich elastyczność (możliwość zmiany powiązań) i rozbudowy. Różne systemy automatyki budynkowej będą oferować te funkcje w rozmaitym stopniu. Dlatego zanim się na któryś zdecydujemy, dopytajmy nie tylko, czy jest on w stanie spełnić wszystkie nasze obecne oczekiwania, ale też na ile da się go rozbudować w przyszłości. Czasem jest to np. kwestia wybrania innego modelu centrali, w ramach oferty tego samego producenta.

Jak to się robi?

Budowa samego systemu automatyki budynkowej może być bardzo zróżnicowana. Da się tu jednak wyznaczyć pewne typy, ogólne schematy funkcjonowania, zależnie od przyjętych kryteriów podziału.

CENTRALIZACJA LUB ROZPROSZENIE

System może być scentralizowany lub zdecentralizowany (rozproszony). W pierwszym przypadku zawsze mamy centralę (jednostkę centralną), do której trafiają wszystkie informacje z czujników, informacje o tym, co dzieje się w domu. W centrali są one przetwarzane (interpretowane), a następnie centrala wysyła sygnały sterujące do wybranych urządzeń, tych wszystkich, których pracę uzna za wymagającą zmodyfikowania. Jest to więc układ bodziec - przetwarzanie w centrali - reakcja.

Ten etap interpretacji napływających sygnałów i podejmowania na ich podstawie decyzji ma kluczowe znaczenie. Wyobraźmy sobie, że system steruje markizą zacieniającą duże drzwi i okna tarasowe. Czujnik nasłonecznienia przekazuje informację, że jest ono bardzo intensywne. Informacja trafia do centrali. Nie oznacza to jednak, że sygnał z centrali nakaże po prostu rozłożenie markizy. Jeżeli równocześnie czujnik wiatru zasygnalizuje, że jest on zbyt silny, markiza pozostanie zwinięta, bo rozłożenie groziłoby jej zniszczeniem.

Warunków może być więcej. Jeżeli np. jest to sezon wiosenny lub jesienny, z chłodnymi nocami i słonecznymi dniami, rozłożenie osłony przeciwsłonecznej może być wstrzymane do czasu osiągnięcia przez wnętrze określonej temperatury (sygnał z kolejnego czujnika trafiający do centrali). Nie mówiąc już o tym, że wykrycie zysków ciepła od słońca może powodować wyłączenie grzejników w salonie (znów decyzja centrali).

System scentralizowany ma tę wielką zaletę, że względnie łatwo można go przeprogramować, w końcu zmieniamy tylko parametry pracy samej centrali. Wadą jest zaś, że awaria centrali uniemożliwia od razu pracę całej instalacji inteligentnej. Nie jest to jednak żaden demoniczny scenariusz rodem z filmu science fiction. Po prostu każde z urządzeń lub instalacji, po wyłączeniu systemu zacznie pracować niezależnie, kocioł czy klimatyzator będziemy mogli sami włączyć lub wyłączyć, tak jak dzieje się to w budynku bez zaawansowanej automatyki. Inna sprawa, że przyzwyczajeni do wygody, możemy nie bardzo wiedzieć, co i jak włączyć.

Układ zdecentralizowany działa inaczej, lecz tylko jeżeli chodzi o sam sposób podejmowania decyzji. Ostateczny efekt, w sensie tego jak system zareaguje na określone wydarzenie (jak nasz przykład z markizą i silnym wiatrem), może być dokładnie taki sam. Inny jest zaś schemat logiczny działania systemu rozproszonego. Tutaj wszystkie połączone w sieć elementy wymieniają się po prostu informacjami, a każde urządzenie ma swój mikrokontroler, który interpretuje spływające sygnały i podejmuje decyzję, jakie działanie podjąć. Oczywiście nie każdy z krążących w takiej sieci sygnałów ma znaczenie dla każdego z urządzeń. Ale to ono samo decyduje, co uwzględnić, co zignorować i jakie działanie podjąć.

Oczywiście zależnie od tego jak zostało zaprogramowane. I tu dochodzimy do zasadniczej różnicy pomiędzy systemem scentralizowanym i rozproszonym. W tym drugim, ewentualnego przeprogramowania trzeba dokonać nie na jednym, lecz na wielu urządzeniach. Równocześnie jednak uszkodzenie jednego z nich nie powoduje wyłączenia całości. Całkowite wyłączenie może spowodować dopiero przerwanie przepływu informacji pomiędzy nimi, np. w wyniku fizycznego uszkodzenia przewodu sygnałowego, łączącego urządzenia w sieć.

SYSTEM INTELIGENTNY - KABLOWY LUB BEZPRZEWODOWY

Komunikacja pomiędzy elementami automatyki budynkowej - podobnie jak w przypadku systemów alarmowych - najczęściej odbywa się przewodowo. W instalacjach inteligentnych okablowaniem sygnałowym może być dodatkowy przewód systemowy (np. w popularnym w Europie systemie KNX), zwykła skrętka sieciowa, używana w systemach komputerowych lub dodatkowa żyła zwykłego przewodu elektrycznego (jak w systemie LCN).

W ostatnim wariancie układa się np. przewody czterożyłowe zamiast trójżyłowych. Dodatkowy przewód systemowy (zwany magistralą) pozwala na równoczesne przesyłanie wielu sygnałów, zatem jest współdzielony przez wszystkie urządzenia, podobnie jak w samochodowej sieci CAN. Zużywa się go więc stosunkowo niewiele i nie jest drogi, dlatego na etapie układania instalacji warto wykonać rozbudowane okablowanie, nawet jeżeli na razie nie będzie w pełni wykorzystywane.

Komunikacja w systemach automatyki oraz alarmowych może też zachodzić bezprzewodowo, z wykorzystaniem fal radiowych. Zaletą jest wówczas ułatwienie prac instalacyjnych. Jednak systemy bezprzewodowe nie są tak pewne w działaniu. Zdarzają się przypadki zaniku sygnału któregoś z elementów, a masywne stropy i grube ściany mogą go istotnie osłabiać.

Ponadto trzeba pamiętać o regularnej wymianie baterii w czujkach. Przy czym same elementy wykonawcze, np. siłowniki zamykające okna, i tak wymagają zasilania sieciowego. Jak widać, nawet w systemie bezprzewodowym, całkowicie się bez kabli nie obejdziemy. Układając okablowanie w remontowanym domu, gdy priorytetem jest ograniczenie kucia ścian, lepiej ułożyć przewody dłuższe, ale łatwiejsze do ukrycia. Docenimy wówczas nieużytkowy strych albo sufit podwieszany.

SYSTEM INTELIGENTNY - OTWARTY CZY ZAMKNIĘTY?

System inteligentny może być zamknięty lub otwarty. Pierwszy wariant oznacza, że wszystkie urządzenia muszą pochodzić od jednego producenta albo ściśle spełniać warunki stworzonej przez niego specyfikacji. Nie ma więc kłopotów z kompatybilnością i konfiguracją, ale za to wybór jest ograniczony, a ceny zwykle dość wysokie. Jeżeli twórcy systemu nie przewidzieli jakiegoś urządzenia lub funkcji to go nie dodamy.

Z kolei w systemie otwartym, urządzenia mogą pochodzić od różnych dostawców i zwykle wykorzystują któryś z popularnych interfejsów komunikacyjnych o powszechnie znanej specyfikacji. Może to być np. Ethernet stosowany w sieciach komputerowych. Mamy wówczas konkurencje wśród dostawców, a więc potencjalnie większy wybór i atrakcyjniejsze ceny. Stworzenie takiego systemu wymaga jednak większego wysiłku od strony programowania.

Równocześnie takie indywidualne tworzenie oprogramowania centrali to potencjalnie większe możliwości dopasowania do potrzeb konkretnego użytkownika albo dodania nowych funkcji wyłącznie dzięki zmianom na poziomie oprogramowania. Przykładowo, takie funkcje, jak np. częściowe opuszczenie rolet zewnętrznych da się wprowadzić wyłącznie dzięki programowaniu, nie wydając ani złotówki na dodatkowe czujniki. Wystarczy posłużyć się informacją o tym, jak długo musi pracować napęd, żeby roletę opuścić do końca.

Ponadto system inteligentny może bazować na sygnałach czujników, które i tak są w domu. Typowym przykładem są czujki ruchu i tak niezbędne w instalacji alarmowej. Ale przecież nic nie stoi na przeszkodzie, żeby płynące z nich sygnały wykorzystać również do sterowania oświetleniem.

Jakie są koszty instalacji inteligentnej?

Instalacja inteligentna, pozwalająca na sterowanie oświetleniem, ogrzewaniem i wentylacją mechaniczną, to wydatek co najmniej 20 000 zł na urządzenia, ich montaż i zaprogramowanie. Jednak ceny zaawansowanych instalacji, w których możliwe jest sterowanie np. klimatyzacją, żaluzjami czy nawet siłownikami automatycznie zamykającymi okna, przekraczają 100 000 zł. Cena to nie tylko materiały i montaż, ale również zaprogramowanie instalacji - co najmniej 20% całości.

Redakcja Budujemy Dom