- централизованные системы обладают большей скоростью обработки информации, так как сбором информации с модулей центральный контроллер занимается, не прибегая к модульной обработке;
- модули используемые в таких системах компактны, дешевы и имеют простую техническую реализацию, что дает подключить к контроллеру практически любое оборудование.
Недостатки централизованных систем:
- высокая цена центрального контроллера;
- ненадежность. При выходе из строя центрального контроллера, вся система перестанет функционировать;
- человеческий фактор. Если с программистом что производил наладку и программирование центрального утерян контакт, то в случае необходимости перепрограммирования придется заново писать всю программу.
В системе управления работой «умного дома» на контроллер возлагается функции по управлению, коммуникации и настройке внешних устройств (датчики, исполнительные механизмы, регуляторы и т.д.) При этом он является одним из наиболее важных компонентов в цепи обмена данными между полевым оборудованием (датчиками и исполнительными механизмами) и средствами автоматизированной системы управления технологическим процессом (далее - АСУТП) верхнего уровня (диспетчерским пунктом).
Современный рынок средств автоматизации предлагает широкий спектр аппаратных и программных устройств для построения надежных и удобных в эксплуатации систем. Очень трудно правильно сориентироваться в море контроллеров, промышленных компьютеров, пакетов ПО, чтобы выбрать оптимальное по производительности оборудование и сохранить при этом одного поставщика технических средств и единую среду разработки ПО.
В настоящее время на рынке автоматизации представлен достаточно большой набор программируемых логических контроллеров (далее - ПЛК). Все они имеют различные технические и эксплуатационные характеристики. Среди известных фирм производителей можно выделить такие, как: Advantech, Siemens, Honeywell, Beckhoff и т.д.
Децентрализованная система «управления умным домом» - устройства не зависят друг от друга так как каждый модуль несет в себе микропроцессор с энергонезависимой памятью. Данная архитектура строит системы на шине.
Достоинства децентрализованных систем:
- надежность. Из-за отсутствия центрального контроллера, выход из строя одного или нескольких модулей, существенно не повлияет на работу системы в целом, из чего следует, децентрализованная система обладают повышенной надежностью;
- децентрализованные системы просты в расширении. На имеющуюся шину легко добавляются новые модули, поддерживающие протокол передачи данных используемой шины.
Недостатки децентрализованных систем:
- датчики, имеют собственные контроллеры обработки данных, из-за чего имеют высокую стоимость, а так же становятся технически сложными;
- скорость работы системы ниже из-за обработки данных в разных модулях.
1.4 Анализ средств построения системы автоматического управления зданием
На сегодняшний день насчитывается более трех сотен разных протоколов передачи данных в системах автоматики. Все они должны соответствовать определённым требованиям.
Выбор протоколов для системы «умный дом» во многом зависит от свойств технологического процесса, имеющегося инженерного оборудования, которое является объектом автоматизации и типа применяемых ПЛК.
В системах автоматизации ошибка в передаваемых от контроллера или к нему данных означает сбой исполнительного механизма. Стоимость такой ошибки может быть очень велика. Поэтому краеугольными требованиями, предъявляемыми к протоколу передачи данных, является надежность протокола, его устойчивость к ошибкам и возможным обрывам линии.
Системы контроля и управления зданий подвергаются расширению несколько раз в течение жизненного цикла. Как правило, если предприятие осваивает новую продукцию или расширяет производство, существующие датчики либо заменяются, либо дополняются более точными. При этом, протягивая линии связи к новым контроллерам или интеллектуальным адресным датчикам, зачастую приходится сталкиваться с жесткими требованиями топологии используемого протокола. Поэтому в данном случае, идеальным будет протокол, имеющий минимальные требования к топологии линий. Такой протокол принято называть протоколом со свободной топологией. Эти процедуры должны быть определены недвусмысленно, ясно и четко и быть безошибочно реализованы так, чтобы всевозможные узлы и контроллеры могли взаимодействовать между собой.
Основными доступными сейчас и в будущем вариантами протоколов являются:
- решения, основанные на CAN, такие как CAN автоматизация;
- J1850 и SDS;
- шины простых сенсоров Seriplex и Bitbus;
- технология LonWorks;
- промышленная шина EtherCat.
Естественно существуют и другие схемы, предназначенные для решения специфических задач. Компании, разработчики протоколов, не предполагали продавать их третьим организациям, а планировали использовать их в своей работе.
Основные решения при проектировании систем автоматизации здания:
EtherCAT.
Промышленная шина EtherCAT разработана немецкой фирмой Beckhoff. EtherCAT - это Ethernet-решение для автоматизации, которое отличается высокой производительностью и простотой использования. С помощью EtherCAT можно дополнить Ethernet-топологию типа «звезда» простой линейной структурой.
С позиции Ethernet шина EtherCAT является ни чем иным, как самостоятельным большим пользователем Ethernet. Этот «пользователь» принимает и посылает Ethernet-пакеты. Но внутри «пользователя» нет никакого Ethernet-контроллера с подсоединенным процессором. Вместо этого там находится множество подчиненных EtherCAT компонентов системы. Они обрабатывают поступающий поток пакетов и вынимают из них необходимые данные или, говоря другими словами, они обрабатывают и передают пакет дальше следующему подчиненному компоненту EtherCAT. Достоинством шины EtherCAT является короткое время цикла и высокая скорость осуществления передачи. EtherCAT может раз в 30 мс опрашивать 1000 устройств ввода-вывода с любым цифровым распределением, при этом считывая и записывая с полным дублированием. Для передачи 200 аналоговых значений необходимо 50 мс. EtherCAT поддерживает почти любую сетевую топологию. При использовании кабеля UTP максимальное расстояние между двумя пользователями может достигать 100 м. Количество узлов в сети практически неограниченно, так как их число может доходить до 65535.
С точки зрения аппаратного обеспечения технология EtherCAT находит применение в модулях ввода-вывода. В отличие от контроллеров ввода-вывода, у которых отличается внешний и внутренний протокол обмена, протокол EtherCAT полностью сохраняется вплоть до отдельного модуля ввода-вывода.
X-10.
Следующий протокол передачи для управления системами «умного дома» - это протокол X-10. Торговая марка Х-10 принадлежит американской корпорации, расположенной в Сиэтле. За годы существования технологии (с 1978 года) продано уже более 100 миллионов устройств. И популярность систем Х-10 продолжает нарастать. Это протокол передачи управляющих сигналов по проводам силовой сети (220В, 50Гц) внутри дома. Формат кода был впервые представлен в 1978 для Sears Home Control System and the Radio Shack Plug 'n Power System. С тех пор многие компании, включая такие как Leviton Manufacturing Co., General Electric, C & K Systems, Schlage Lock Co., Stanley and Heath/Zenith Co развили и воспроизвели стандарт X-10 в своих изделиях, предназначенных для систем управления домом. Система Х-10 получила широкое распространение во многих развитых странах.
Большое преимущество Х-10 состоит в том, что любой модуль начинает работать сразу после установки. Потребности, вкусы и интересы обитателей любого дома со временем меняются. Технология X-10 позволяет создавать системы управления домом, которые несложно перестраивать и развивать в соответствии с меняющимися запросами
Несмотря на то, что у X10 существует множество конкурентов и она имеет свои недостатки, на сегодня это едва ли не самая популярная технология автоматизации домов и квартир. Поскольку для внедрения и возможной последующей модернизации практически не требует прокладки дополнительных сетевых проводов. При переезде на новое место жительства систему можно забрать с собой.
Open Remote.
Проект с открытым исходным кодом, которая позволяет управлять компонентами «Умного дома», обладая при этом минимальными навыками программирования. Данная система позволяет создавать мобильное приложение для управления компонентами «Умного дома» без программирования, используя различные технологии (Z-Wave, KNX, ZigBee и др.). Развернуть ее можно на любой платформе. Основная цель проекта заключается в разработке программных инструментов интеграции компонентов «Умного дома» и развитие интернета вещей. На данный момент он поддерживает множество серийно выпускаемых продуктов. Доступно это программное обеспечение в базовой конфигурации - бесплатной для пользователей, и с расширенной функциональностью - платной. Open Remote проект состоит из двух основных частей: сервера и облачного конструктора интерфейсов. Контролирующая часть Open Remote - это сервер, получающий команды от мобильного или web-приложения и передающий их дальше к другому приложению или контроллеру, например Z-Way серверу.
СТРИЖ.
Данная система является российской разработкой компаний «СТРИЖ Телематика», которая работает на базе собственного протокола связи Marcato 2.0, основанного на принципе сверхузкополосной передачи данных (UNB). На сегодня система используется в основном отраслях ЖКХ, сельском хозяйстве, электроэнергетике и «Умных» городах. В системе используется собственные модемы и устройства, информация от которых собирается и обрабатывается серверным оборудованием компании. Беспроводная сеть обеспечивает 100% покрытие Москвы и частичное покрытие московской области, Санкт-Петербурга и других городов. В ближайшее время планируется обеспечить полное покрытие сетью городов миллионников. Принцип работы для передачи данных в сети «СТРИЖ» связи с сотовыми сетями: датчики, счетчики и другие устройства, подключенные к модемам, транслируют сигналы через базовую станцию в интернет. После чего на серверах компании происходит сбор и обработка поступающей информации и предоставление ее в удобном виде для пользователя в веб интерфейсе.
MyHOME.
Решение домашней автоматизации от группы Legrand, которое позволяет реализовать следующие функции:
- управление сценариями;
- звуковая и видео трансляция;
- техническая сигнализация;
- охранная и домовая сигнализация;
- контроль потребления воды, газа и электроэнергии;
- удаленный контроль и управление;
- централизованное управление всеми функциями с помощью мультимедийной панели.
Система MyHOME достаточно распространена в мире статистике компании более 12 миллионов устройств установлено в жилом секторе и в коммерческих объектах. Система работает с двумя технологиями связи устройств здания: шинная по протоколам BUS/SCS, KNX и беспроводная ZigBee.
Дома с Алисой.
Приложение для управления системой «Умный дом» при помощи мобильных телефонов разработанное компанией «Яндекс». Поддерживает интеграцию различных устройств, как от компании «Яндекс», так и от сторонних производителей. Есть возможность использовать голосовое управление всей системой «Умный дом», использовать программируемые сценарии. Работает по беспроводной технологии, устройства подключенные к модемам, транслируют сигналы через контроллер в интернет. После чего на серверах компании происходит сбор и обработка поступающей информации, управление устройствами и предоставление ее в удобном виде для пользователя в веб интерфейсе.
1.5 Анализ средств автоматического управления зданием
Z-wave.
Z-wave, технология беспроводной передачи данных, разработанная для обеспечения максимального комфорта жильцов. В основе технологии лежит ячеистая топология, в которой каждый узел является приемником и передатчиком, из чего следует, что при возникновении препятствия сигнал перенаправится через соседние узлы сети, находящиеся в радиусе действия. Большим преимуществом перед остальными системами является малое энергопотребление, что так же благодаря малым размерам, позволяет встраивать Z-wave в различные приборы бытового использования. Пример оборудования с Z-ware модулями - рисунок 1.
Рисунок 1 - Z-ware оборудование
Fibarо.
Данная система автоматизации зданий основана на беспроводной технологии Z-Wave. В качестве цента управления «Умного дома» используется оборудование Home Center 2, который предоставляют возможность взаимодействия пользователя со своими устройствами. Fibarо обладает широким набором поддерживаемого оборудования, что позволяет реализовать проекты освещения, безопасности, мультимедиа для «Умного дома». Веб-платформа в свою обладает хорошей гибкостью, где можно настроить интерфейс системы под нужды пользователя. MajorDoMo (Major Domestic Module) - открытая программная платформа для комплексного управления домашней автоматики, является бесплатной для личного или коммерческого использования. Данный проект построен на веб технологиях, используя PHP, JS, HTML5, содержит расширенный анализ состояния и самодиагностику. Настройка и добавления устройств реализуется с помощью программирования на PHP и/или с визуальной среды Blockly. Изображение демонстрационного чемодана Fibaro - рисунок 2.