Проектирование телекоммуникационной составляющей системы «Умный дом». Часть 2

1  2  3

---

1.5 Обзор основных стандартов связи для сети «Умного дома»

 

Так как существуют множество различных беспроводных стандартов и проводных сетевых протоколов из–за отсутствия общепринятых стандартов связи, выбор стандарта для организации сети «Умного» дома становится одним из самых важных аспектов при проектировании.

В зависимости от выполняемых задач и сценария использования «Умных» устройств подбирает стандарт с наиболее подходящим к конкретному проекту набором сетевых характеристики. К таким сетевым характеристикам беспроводных протоколов можно отнести:

• дальность радиуса действия связи;
• безопасность стандарта;
• максимальная скорость передачи данных;
• используемый частотный спектр;
• энергоэффективность;
• масштабируемость;
• другие характеристики.

В целом, почти все существующие стандарты связи, используемые при проектировании «Умных» домов, можно разделить на две большие группы по признаку дальности действия связи:

• дальний радиус связи (более 1 км.);
• ближний радиус связи (менее 1 км.).

Данные сетевых характеристик по основным стандартам связи для двух групп приведены в таблицах 1–2, которые были взяты из статьи компании ООО «КОММАНД СПОТ».

Таблица 1 – Данные сетевых характеристик для группы дальнего радиуса действия

Окончание таблицы 1

 

Таблица 2 – Данные сетевых характеристик для группы ближнего радиуса действия

Из проводных систем, с помощью которых связываются подсистемы «Умного дома» можно выделить:

• EIB/KNX (англ. European Installation Bus – «Европейская инсталляционная шина ») – коммуникационная шина, которая широко используется для автоматизации зданий. Данная продукция KNX распространяется под несколькими торговыми марками, такими как: ABB i–Bus, Tebis, Instabus. EIB – распределенная одноранговая сеть с событийным управлением, которая использует следующие среды передачи данных: витая пара (9600 бит/с), силовая линия (1200 бит/с), радиоканал на частоте 433 и 868 МГц;
• SCS – бюджетная распределенная система «Умный дом». Среда передачи сигналов: витая пара (9600 бит/с). Есть возможность установить до 81 активаторов в каждой группе шины, связывая в сеть до 6561 устройств. Максимальная длина шины составляет 250 м.
• X10 – открытый промышленный стандарт, который позволяет подключить устройства, используя обычную электропроводку или беспроводные каналы (310 МГц и 433 МГц). Недостатки – низкие скорость передачи информации и помехозащищенность, проблема должного срабатывания, отсутствие обратной связи приёмника с передатчиком, возможны конфликты устройств X10 разных производителей и несанкционированный доступ к устройствам X10 по электросети.

 

1.6 Постановка задачи

 

Система управления модулями «Умный дом» проектируется для ООО «Браво Моторс СРС», в состав которой должны входить:

• система освещения зданий;
• система безопасности;
• удаленный контроль и управление системами зданий.

ООО «Браво Моторс СРС» располагается в одном зданий. Здание является двухэтажным, состоящее из 20 помещений, где располагаются 30 рабочих мест.

Существующая в офисе система освещения не автоматизированная, выполнена на основе люминесцентных ламп, галогенных светильниках, и традиционных выключателях света. Система безопасности – базовая, которая включает в себя сигнализацию на входных дверях офисов, функции данной системы в основном выполняют охранники, которые лично обследуют охраняемый объект.

План здания представлен на рисунках 3,4.

Рисунок 3 – План 1 этажа

Рисунок 4 – План 2 этажа

Основными задачами проектирования системы управления модулями «Умный дом» является:

• объединение систем «Умного дома» организации в одну автоматизированную систему;
• предоставление администратору системы возможности конфигурирования различных сценариев работы системы;
• предоставления пользователю возможностей управления системой мониторинга информации, поступающей от различных компонентов этой системы через web-сервис (права доступа для взаимодействия пользователя с системой определяет администратор системы);
• обеспечить системой безопасности зданий организации.

Проектируемая система предполагает наличия администратора системы, который сам определяет необходимые группы пользователей и их права.

Администратор системы имеет доступ ко всем ресурсам системы и возможность управлять, конфигурировать модули зданий под определенные задачи организации.

При реализации системы «Умного» освещения необходимо знать потребляемую мощность ламп сегмента, для которого будут использоваться определенные сценарии работы. В проекте каждому помещению и каждому коридору соответствует свой сегмент освещения.

Почти во всех помещениях и коридорах установлены светильники: люминесцентные лампы Osarm мощностью 58 Вт., в серверной используется галогенные лампы с мощностью 300 Вт.

Расчет суммарной мощности ламп сегментов представлен в таблице 4.

Таблица 4 – Суммарная потребляемая мощность ламп освещения в помещениях

 

1.6.1 Анализ (формирование) требований к проектируемой системе

 

• Выбираемая платформа и стандарты протоколов связи для сети «Умных» устройств должны обеспечить работу всех заявленных подсистем зданий.
• Система освещения должна обеспечит выполнение следующих функций:
• автоматического включения света при входе человека в помещение;
• реализации сценария работы «ночного» режима, т.е. реагировать на смену времени суток;
• в зависимости от уровня освещенности управления включением и выключением светильников;
• управление приводами жалюзи.
• Система безопасности должна состоять из подсистемы контроля и управления доступом, подсистемы охранной сигнализации и подсистемы видеонаблюдения.
• Система контроля доступа находится на входах: в офис, серверные помещения (105,106 кабинет), хозяйственное помещение, комнаты охраны, и на вход в офис. На контрольно–пропускном пункте в офис необходимо поставить турникет.
• Система видеонаблюдения располагаются в коридорах, у входов в офис, в хозяйственном помещении и на входе в серверном помещении. В состав данной системы входят:
• камера видеонаблюдения, электропитание которой реализовано через POE;
• линия передачи.
• Удаленный контроль и управление системами зданий должен быть доступен на компьютерах охраны, директора и системного администратора.
• В проекте должны использоваться источники бесперебойного питания (ИБП) для поддержания кратковременной работы активного оборудования в случае резкого падения или отсутствия входного питающего напряжения системы. Время автономной работы от выбранного источника бесперебойного питания (при условии максимальной нагрузки) должно составлять не менее 15 минут.
• Заполняемость кабелепровода, который служит для прокладки кабеля и защиты кабельных трас от различных внешних воздействий. Не должна превышать 70%.

При прокладке кабеля на стяжках, хомутах и других видах подвесов, крепление кабеля необходимо устанавливать на расстоянии не более 1,5 м друг от друга. При этом должны применяться специальные (кабельные) стяжки и хомуты.

Запрещается крепить кабели к конструкциям фальш–потолка, трубам пожаротушения и водопровода, силовым электрическим кабелям и трассам, элемента системы кондиционирования и другие инженерным системам.

При отсутствии слаботочных кабельных трасс (лотков, коробов) рекомендуется крепить кабель к капитальному потолку и стенам.

При монтаже кабельных трасс на фальшпотолком расстояние от кабельных трасс, а также жгутов кабеля до фальшпотолка должно быть не менее 8 см.

Рекомендуется крепить кабель на стяжки с возможностью его последующего добавления или замены.

Вертикальная прокладка кабеля с этажа на этаж осуществляется в отдельном слаботочном стояке, который имеет размеры 100×500. Запас емкости в межэтажных закладных устройствах должен быть не менее 100%.

 

2. Проектирование системы управления модулями «Умного дома»

2.1 Основные проектные решения построения системы «Умный дом»

 

Исходя из подразделов 1.4 «Обзор основных решений при проектировании систем автоматизации здания» и 1.5 «Обзор основных стандартов связи для сети «Умного дома»» проект системы «Умный дом» будет реализован на платформе MyHome и основные проектные решения будут основываться на базе продукции, которую предлагает использовать компания Legrand. Такой выбор связан со следующим:

• положение компании Legrand на рынке;
• широкий выбор комплектующих системы «Умный дом» из ассортимента предлагаемых компанией Legrand решений автоматизации зданий;
• система MyHome достаточно распространена в мире и при этом обладает хорошей репутацией. По статистике компании, более 12 миллионов устройств установлено в жилом секторе и на коммерческих объектах данной системы;
• MyHome является гибкой системой, позволяющая в дальнейшем без значительных трудовых затрат и проведения капитальных строительных работ менять, дополнять и расширять функционал системы;
• компания Legrand предоставляет системную гарантия на кабельную систему на 25 лет и дополнительную гарантию на 5 лет для вспомогательного оборудования;
• поддержка работы с надежным и современными технологиями связи для объедения устройств «Умного дома» в единую сеть: SCS, ZigBee, которые позволяют реализовывать почти любые проекты по техническому оснащению зданий.
• MyHome имеет управление через web-интерфейс для дистанционного контроля и управления всеми функциями системы «Умный дом»;
• система, реализованная на базе MyHome является совместимой с широко распространёнными в настоящее время сервисами и технологиями.

При проектировании системы «Умный дом» основные преимущества будут отдаваться проводным решениям, т.е. технологии общей шины SCS.

При разработке системы управления «Умного дома» с помощью технологии общей шины SCS были приняты решения, которые основаны из общих рекомендациях и правилах установки системы автоматизации зданием MyHome.

При построении системы существует ограничение максимального количества устройств, которые могут быть сконфигурированы в системе: в одной системе может быть до 9 зон. В каждой зоне можно установить до 9 адресов активаторов (всего 81 адресов), что не подходит для системы автоматизации здания, требующей большего количества устройств и, соответственно, увеличения количества адресов. В этом случае будет создана комплексная система автоматизации, путем подключения нескольких систем автоматизации (максимум 9) к общей шине (главную ветвь), используя интерфейсы, сконфигурированных в режиме «логического расширения», пример такой схемы подключения устройств представлен на рисунке 5. Ветвь, которая подключается к разъему IN интерфейса, идентифицируется как главная ветвь, а каждая отдельная система, подключенная к разъему OUT, идентифицируется как локальная шина.

Рисунок 5 – Схема логического расширения системы «Умного дома»

На главную ветвь устанавливаются управляющие устройства, которые будут отправлять групповые или общие команды нескольким или всем активаторам для каждой системы, установленным на главной ветви. Команды типа Точка–точка, посылаемые одним управляющим устройством на отдельный активатор, не могут быть отправлены в другие системы. Для отправки команд из одной системы в другую используется управляющее устройства, установленное на главной шине или на одной из подключенных систем (максимум 9).

Такие управляющие устройства, как web-сервер, сенсорная панель устанавливаются на главную ветвь и подключается к сети LAN, которая формирует инфраструктуру связи.

• В случае, если система «Умный дом» расшириться до момента, когда потребуется более чем 810 адресов, необходимо будет использовать дополнительный web-сервер, которые взаимодействуют между собой через сети LAN.
• Максимальное количество устройств, подключаемых к шине зависит от их общего потребления тока, а также от расстояния между устройством и источником питания. Максимальное количество устройств будет определяться суммарным потреблением всех устройств. Длина кабеля между источником питания и самым удаленным устройство не должно превышать 250 м.
• Для того, чтобы обеспечить централизованное управление устройствами офиса и облегчить администрирование, было принято решение организовать сеть. Обобщенная схема сети представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Схема организации сети

Витые пары, проходящие через вход IN и выход OUT интерфейса, подключаются к различным источникам питания.

В качестве системой управления и мониторинга будет являться web-сервер F454, который позволяет пользователю подключаться к собственной системе с помощью ПК и локального (сеть передачи данных) или удаленного (сеть Интернет) соединения. Таким образом можно управлять различными устройствами (осветительные приборы, рольставни, камеры и т.д.) благодаря web-интерфейсу, состоящему из страниц, которые могут быть полностью персонализированы (с помощью программного обеспечения), и значков. Данный web-сервер F454 изображен на рисунке 7.

Рисунок 7 – Web-сервер F454

Данное устройство позволяет управлять простыми и развернутыми сценариями, максимальное количество которых составляет 300. Благодаря устройству программирования сценариев система может выполнять определенные действия не только по команде пользователя, но и при внешних событиях, как, например, открытие двери. Централизованное управления функциями возможно через ПК, подсоединенного непосредственно к web-серверу со статическим IP адресом, посредством работы с web-страницей с предустановленными на ней графическими символами.

Web-страница представлена на рисунке 8.

Рисунок 8 – Web-страница MyHome

 

2.2. Система освещения

 

Проектирование системы освещения осуществляется по установленным требованиям к выполняемым функциям системы освещения и в соответствии с данными суммарной мощности светильников из таблицы 4. В результате был установлен следующий набор комплектующих каждого помещения и коридора: активатор для освещения, активатор для проводов жалюзи, управляющее устройство освещением, управляющие устройство приводом жалю, датчики движения/освещенности.

Схема подключения модулей, реализующих функции управления освещения и управления жалюзи приведены на рисунке 9.

Рисунок 9 – Схема подключения модулей для системы освещения и управления жалюзи

Активаторы для освещения устанавливаются над фальш–потолком и коробку накладного монтажа. Управляющие устройства освещением и приводами жалюзи монтируются на места, заложенные в архитектурно–строительном плане офиса под переключатели света на уровне 0,8 м. от уровня пола. Активаторы для приводов жалюзи размещаются на уровне 1,5 м. от уровня пола вблизи каждого окна, оборудованного автоматическими жалюзи. Датчики движения/освещенности монтируются в общую шину SCS.

В качестве комплектующих системы было выбрано следующее:

блок питания Legrand e46ADCN. Размер 8 модулей, предназначенный для оптимального распределения тока по линии шины. Характеристики: вход 220 В пер. тока, максимальное потребление тока 300 мА. Данный блок питания изображен на рисунке 10.

Рисунок 10 – Блок питания Legrand e46ADCN

активатор для освещения – Legrand F411/2. Размер 2 модуля, при использовании люминесцентных ламп максимальная мощность 4А, 920 Вт, при использовании галогенных ламп – 10 А, 2300Вт. Данный активатор изображен на рисунке 11;

Рисунок 11 – Активатор для освещения – Legrand F411/2

• активатор для приводов жалюзи со встроенным управляющим устройством – Legrand Максимальная мощность двигателя:500 Вт, 220 В пер. тока. Управление двигателем производится путем взаимной блокировки реле или путем передачи импульсов. Есть возможность управления с поддержкой различных команд: вверх, вниз и процент открытия. Размер устройства 2 модуля;
• управляющее устройство – Legrand 067552 с 2 функциями для управления освещением и приводом жалюзи/рольставен. Позволяет реализовать зонное управление освещения и приводом жалюзи. Размер устройства 2 модуля;
• датчик движения/освещения – Legrand Данное устройство является ИК–датчиком движения со встроенным датчиком освещенности. Рабочая зона датчика: угол охвата 360°, дальность 8м при высоте установки 2,5 м. Имеет возможность регулирования выдержки времени отключения. Освещение включается автоматически, также отключение производится автоматически в зависимости от состояния датчика движения. Данный датчик изображен на рисунке 12.

Рисунок 12 – Датчик движения/освещения Legrand 048944

Разработанные структурные схемы сети на шине SCS произведены в графическом материале.

 

2.3. Система безопасности

 

Проектируемая система безопасности «Умного дома» – это совокупность инженерно–технических решений, направленных на защиту жизненно важных интересов и ресурсов здания от угроз, источники которых являются нарушители порядка и несанкционированный доступ на охраняемую территорию.

Система безопасности зданий состоит из трех взаимосвязанных подсистем:

• подсистемы контроля и управления доступом;
• подсистемы охранной сигнализации;
• подсистемы видеонаблюдения.

 

2.3.1. Подсистема контроля и управления доступом

 

Подсистема контроля и управления доступом (СКУД) представляет собой совокупность аппаратно–программных технических средств безопасности, имеющих цели идентификации лица, имеющего доступ на территорию, ограничение и регистрацию входа–выхода объектов на заданные территории через «точки прохода».

Обычно СКУД включает в себя следующие элементы:

• устройство централизованного управления;
• устройства идентификации доступа (идентификаторы и считыватели);
• контроллеры управления;
• исполнительные устройства.

Идентификатор – предмет, на который с помощью специальной технологии занесена кодовая информация, подтверждающая полномочность прав его владельца и служащий для управления доступом в охраняемую зону. Идентификаторы изготавливаются в виде карточек.

Считыватель – электронное устройство, предназначенное для считывания кодовой информации с идентификатора и преобразования ее в стандартный формат, передаваемый для анализа и принятия решения в контроллер.

Устройство идентификации доступа служит для считывания и расшифровки информации, записанной на идентификаторах различного типа и устанавливает права людей, имущества, транспорта на перемещение в охраняемой зоне (объекте). Такие устройства обычно оборудуются считывателем и другими необходимыми средствами. Устройства идентификации доступа используются на местах, где непосредственно осуществляется контроль доступа, например, дверь, турникет, проходная кабинка.

Контроллеры управления – электронные устройства, контролирующие работу считывателей и управляющие исполнительными устройствами. Основное функциональное назначение контроллеров – это хранение баз кодов пользователей. Программирование режимов работы, прием и обработка информации от считывателя, принятие решений о доступе на основании поступившей информации, управление исполнительными устройствами и средствами оповещения.

Наиболее существенными дополнительными функциями контроллеров являются:

• защита от повторного использования карточки, т.е. повторный вход по данной карточке возможен только после «ее выхода»;
• наличие и возможности программирования временных зон;
• возможность подключения охранной сигнализации;
• возможность установки двух и более считывателей на одну дверь для организации двухстороннего прохода или многоуровневого контроля.

Все контроллеры, используемые на объекте, объединяются в единую систему и подключается к центральному управляющему устройству. Однофункциональные контроллеры являются интеллектуальными аналогом кодового замка и работают только в автономном режиме. Многофункциональные контроллеры не только управляют доступом, но и обладают функциями мониторинга состояния устройства исполнительных и передачи информации для вывода данных на компьютер. С помощью многофункциональных контроллеров можно создавать сложные комплексы, интегрированные с другими подсистемами безопасности, например, с охранно–пожарной сигнализацией и телевизионными системами видеоконтроля. Многофункциональные контроллеры работают в основном в сетевом режиме (централизованный контроль и управление доступом)

Устройства центрального управления подключается к серверу. Который обеспечивает возможность общего управления, программирования СКУД, сбор информации с контроллеров, доступа к общей базе данных системы безопасности, получения информации о пользователях системы, дате и времени прохода пользователей через контрольные устройства, срабатывании средств охранной сигнализации; видеоконтроля, попыток несанкционированного прохода, аварийных ситуациях и т.п.

В компьютерах охраны и администратора сети вводится план охраняемого объекта, на котором стандартными значками укладываются считыватели, замки, технические средства охранной сигнализации, видеоконтроля и т.п. На плане система автоматически в реальном масштабе времени показывает состояние всех нанесенных объектов контроля – открыта или закрыта дверь, какой именно извещатель сработал в случае тревоги. Таким образом, в любой момент времени можно быстро оценить ситуацию и в случае внештатной ситуации оперативно и эффективно принять меры предосторожности.

Исполнительные устройства принимают команды управления с контроллеров и обеспечивают блокировку возможных путей несанкционированного проникновения через устройства заграждения (двери, ворота, турникеты, кабины прохода и т.п.) людей, имущества, транспорта и помещения, здания и на территорию.

В исполнительных устройствах применяются исполнительные механизмы электромеханического и электромагнитного принципа действия.

Электромеханический принцип действия исполнительного механизма основан на перемещении закрывающих элементов (запоров, ригелей замков и т.п.) с помощью включения на время их передвижения электромотора или электромагнита.

В исполнительных механизмах с электромагнитным принципом действия отсутствуют движущиеся механические закрывающие элементы, т.е. блокировка устройств заграждения, например, дверей, осуществляется с помощью сил магнитного притяжения, создаваемых мощным магнитом.

Часто в устройствах исполнительных применяется электромагнитная блокировка (магнитные защелки, задвижки и т.п.) закрывающих элементов с возможностью перемещения их вручную при открывании или закрывании и в экстремальных условиях.

---

1  2  3