Почему появилась необходимость в интеллектуальном здании

Основные составляющиейцуйцуйцуйцуйцуйцуйцуйцуйцуйцуйцуйцу интеллектуального дома

 

Связь:

- телефонная связь внутренняя (интерком) и локальные АТС

- телефонная связь внешняя проводная, радиорелейная, спутниковая

- интернет - телефония

- системы видеоконференций

Мультимедиа:

- наземное и кабельное телевидение

- спутниковое телевидение

- домашнее видео

- домашний кинотеатр

- мульти- аудио и видео (multiroom)

- один пульт управления для всех систем

Информационные системы:

- локальная компьютерная сеть

- домашний офис

- широкополосный доступ в глобальную сеть (Интернет)

Безопасность:

- пожарная сигнализация и система автоматического пожаротушения

- охранная сигнализация

- система контроля доступа

- система внешнего и внутреннего видеонаблюдения

- система управления паркингом

- система внутреннего оповещения (радиосеть)

- аварийный контроль инженерных систем

- система экологического контроля

Водоснабжение и газоснабжение:

- автоматическое наполнение ванн, бассейнов и накопительных резервуаров

- автономный и резервный нагрев воды

- предотвращение протечек водопровода и утечки газа

- управление ландшафтными водяными системами (фонтаны, водопады)

- управление температурой воды в ваннах и бассейнах (термостатирование)

- учет расхода и управление потреблением воды и/или газа.

Система электропитания:

- бесперебойное и гарантированное электроснабжение

- защита от поражения электрическим током людей и животных

- автоматизация управления электропитанием бытовых приборов

- предотвращение перегрузок и короткого замыкания в электрической сети

- управление качеством электропитания - мониторинг, стабилизация и фильтрация

- учет расхода и управление потреблением электроэнергии

Освещение внутреннее и внешнее:

- аварийное и дежурное освещение

- автоматизация управления светом

- гибкая настройка световых групп

- дистанционное и удаленное управление светом

- программирование световых сцен

- отопление, вентиляция, кондиционирование:

- автоматизация управления температурой воздуха

- контроль качества воздуха

- согласование работы различных климатических систем

- учет расхода и управление потреблением тепловой энергии

Теперь попробуем создать из обычного дома интеллектуальный. Для этого нам нужно все приборы, которые выполняют перечисленные выше функции, объединить в одну систему и подключить её к удалённому серверу. Тем самым будет управление ни одним компонентом, а всеми воедино. И чтобы контроль за состоянием всех приборов пользователь мог получить в любой момент времени, даже находясь вне дома. Для этого надо организовать сеть в доме, объединив все приборы и системы над которыми надо осуществить контроль, и затем выбрать способ подключения к удалённому серверу.

Сначала ознакомимся с понятием сетей, их видами и различной их организацией.

 

2 КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

 

 

Общие понятия

 

Компьютерная сеть – совокупность программно-технических средств, обеспечивающих обмен информацией между двумя и более пользователями, работающими на разных (автономных) компьютерах, соединенных между собой.

Компьютерные сети создаются для того, чтобы дать возможность территориально разобщенным пользователям обмениваться информацией между собой, использовать одинаковые программы, общие информационные и аппаратные ресурсы.

Под ресурсами понимаются данные, приложения (программы), различные периферийные устройства (принтеры, модемы, сканеры, жесткие и гибкие диски и т.д.). По некоторым оценкам, более половины действующих ЭВМ подключены к сетям.

Использование компьютерных сетей имеет множество преимуществ:

Снижение затрат за счет коллективного использования разнообразных баз данных и аппаратных средств;

Стандартизация приложений – все пользователи работают на одном и том же ПО (программном обеспечении), «говорят на одном языке»;

Оперативность получения информации без отрыва от рабочих мест;

Эффективное взаимодействие и планирование рабочего времени (проведении дискуссий, оперативных совещаний без отрыва от рабочих мест)

Общими компонентами всех сетей являются:

Серверы (server ) – компьютеры, предоставляющие свои ресурсы сетевым пользователям;

Клиенты (client), рабочие станции – компьютеры, осуществляющие доступ к сетевым ресурсам, предоставляемыми сервером (серверами);

Среда (media) – средства передачи информации;

Совместно используемые данные – файлы, передаваемые серверами по сети;

Совместно используемые периферийные устройства.

Сети появились в результате творческого сотрудничества специалистов вычислительной техники и техники связи. Вычислительные сети подразделяются на два вида: локальные и глобальные.

Для создания единого информационного пространства, способного охватить всех пользователей предприятия и предоставления им информационно созданную в разное время и в разном программном обеспечении используют локальную вычислительную сеть (ЛВС). Под ЛВС понимают совместное подключение нескольких отдельных компьютерных рабочих мест (рабочих станций) к единому каналу передачи данных. Самая простая сеть (англ. Network) состоит как минимум из двух компьютеров, соединенных друг с другом кабелем. Это позволяет им использовать данные совместно. Все сети (независимо от сложности) основываются именно на этом простом принципе. Рождение компьютерных сетей было вызвано практическими потребностями - иметь возможность для совместного использования данных.

Понятие локальная вычислительная сеть (англ. LAN-Local Area Network) относится к географически ограниченным (территориально или производственно) аппаратно-программным реализациям, в которых несколько компьютерных систем связанны друг с другом с помощью соответствующих средств коммуникаций. Благодаря такому соединению пользователь может взаимодействовать с другими рабочими станциями, подключенными с этой ЛВС.

Существует два основных типа сетей: одноранговые и сети на основе сервера. В одноранговой сети все компьютеры равноправны т.е. нет иерархии среди компьютеров и нет выделенного (англ. dedicated) сервера. Как правило, каждый компьютер функционирует и как клиент, и как сервер; иначе говоря, нет отдельного компьютера, ответственного за администрирование всей сети. Все пользователи самостоятельно решают, какие данные на своем компьютере сделать общедоступным по сети. На сегодняшний день одноранговые сети бесперспективны. Если к сети подключено более 10 пользователей, то одноранговая сеть, где компьютеры выступают в роли и клиентов, и серверов, может оказаться недостаточно производительной. Поэтому большинство сетей используют выделенные серверы. Выделенным называется такой сервер, который функционирует только как сервер (исключая функции клиента или рабочей станции). Они специально оптимизированы для быстрой обработки запросов от сетевых клиентов и для управления защитой файлов и каталогов. Сети на основе сервера стали промышленным стандартом. Существуют и комбинированные типы сетей, совмещающие лучшие качества одноранговых сетей и сетей на основе сервера.

В производственной практики ЛВС играют очень большую роль. Посредством ЛВС в систему объединяются персональные компьютеры, расположенные на многих удаленных рабочих местах, которые используют совместно оборудование, программные средства и информацию. Рабочие места сотрудников перестают быть изолированными и объединяются в единую систему. Все ЛВС работают в одном стандарте, принятом для компьютерных сетей - в стандарте Open Systems Interconnection (OSI).

Глобальные сети. В настоящее время в мире зарегистрировано более 200 глобальных се­тей. Глобальные сети (как и локальные) состоят из компьютеров, соединенных каналами связи. Глобальные вычислительные сети (ГВС) всего мира объедены между собой с помощью Internet.

Для работы в ГВС пользователю необходимо иметь соответствующее аппаратное и программное обеспечение. В простейшем случае из аппаратных средств нужно дополнительно установить модем, с помощью которого осуществляется связь по телефонной линии (например, из квартиры).

Программное обеспечение делится на два класса:

- программы-серверы, размещенные на том узле сети, который обслуживает компьютер пользователя;

- программы-клиенты, которые находятся на компьютере пользователя и пользуются услугами сервера.

Глобальные сети предоставляют пользователям разнообразные услуги:

- работа с распределенными базами данных,

- электронная почта,

- телеконференции,

- общение в реальном масштабе времени,

- пересылка файлов и т.д.

Каждая услуга (иногда говорят служба, сервис) работает по определенным правилам (протоколам).

Для реализации каждой сетевой услуги требуются своя программа-сервер и своя программа-клиент. Например, существуют почтовые серверы и клиенты, серверы и клиенты телеконференций (новостей). В то же время современные программы-навигаторы (исследователи, браузеры, обозреватели) постепенно берут на себя функции отдельных служб глобальной сети и становятся “универсальными” клиентами.

Термин “сервер” имеет второе значение.

Сервером называют также и компьютер, на котором установлены программы-серверы. На одном сервере-компьютере может работать сразу несколько программ-серверов.

 

2.2. Проводные сети (Ethenet)

 

[7] Для объединения компьютеров в локальную четь требуется вставить в каждый подключаемый к сети компьютер сетевой контроллер(адаптер), который позволяет компьютеру получать информацию из локальной сети и передавать данные в сеть, а также соединить компьютеры кабелями, по которым происходит передача данных между компьютерами, а также другими подключенными к сети устройствами (принтерами, сканерами и т.д.).

В некоторых типах сетей кабели соединяют компьютеры непосредственно, в других соединение кабелей осуществляется через специальные устройства – концентраторы (или хабы), коммутаторы и др. В небольших сетях обычно компьютеры сети соединяются кабелями с концентратором, который и передает сигналы от одних подключенных к нему компьютеров к другим.

В зависимости от способа соединения различают следующие топологии:

 

2.2.1. Топологии

 

-Общая шина:На рисунке 2.1 приведена общая шина.

Рисунок 2.1 – Общая шина.

 

Все компьютеры подключаются к одному кабелю (шине данных). На концах кабеля устанавливаются терминаторы, служащие для гашения сигнала.

 

Рисунок 2.2 - Терминаторы, служащие для гашения сигнала.

 

Их наличие для сетей Ethernet обязательно. По такой топологии строятся 10 Мегабитные сети 10Base-2 и10Base-5. В качестве кабеля используется коаксиальный кабель. Повреждение общего кабеля или любого из двух терминаторов приводит к выходу из строя участка сети между этими терминаторами (сегмента сети). Отключение любого из подключенных устройств на работу сети никакого влияния не оказывает.

Таблица 2.1 - 10Base-2 или тонкий Ethenet

Основная используемая топология	общая шина
Используемый провод	коаксиальный кабель 50 Ом, тонкий
Максимальная длина сегмента	185 метров
Минимальное расстояние между точками подключения	0,5 метра
Максимальное количество точек подключения к сегменту
Максимальное количество сегментов в сети

 

	1 - сетевая карта, установленная в компьютере 2 - Т-коннектор 3 - разъемы на концах кабеля 4 - терминатор

 

Таблица 2.2 - 10Base-5 или толстый Ethenet

Используемая топология	Общая шина
Используемый провод	Коаксиальный кабель толстый (так называемый "желтый") с волновым сопротивлением 50 Ом.
Максимальная длина сегмента (отрезок сети без повторителя, ограниченный терминаторами)	500метров (1640 футов)
Минимальное расстояние между точками подключения	2,5 метра (8,2 фута)
Максимальное количество точек подключения к сегменту
Максимальное количество сегментов сети
Устройства подключаются к сети посредством устанавливаемого на кабель трансивера (transceiver - MAU(Media Access Unit)).
Максимальная длина трансиверного кабеля (длина кабеля между трансивером и устройством)	25 метров

 

Требования

Предполагается, что в квартире должна быть установлена кабельная сеть общей емкостью 14 розеток для подключения ТВ, видео, DVD, телефона и компьютера в любую из них, и в любое время без перекладки кабелей и вызова специалистов. Кроме того, сеть должна распространять сигналы от DVD, видео и спутникового телевидения ко всем телевизорам установленным в квартире с возможностью дистанционного управления вышеперечисленными приборами из любой комнаты. На рисунке 2.12 схема здания.

 

Рисунок 2.12 – Схема здания

 

Выбор системы

Для реализации перечисленных требований как нельзя лучше подходит система LexCom Home производимая компанией LEXEL. LexCom Home это решение, которое делает домашнюю сеть гибкой и современной. Система LexCom Home имеет полосу пропускания 962 МГц, что позволяет использовать ее для передачи телевизионных, телефонных сигналов и компьютерных коммуникаций. Система устроена так, что все абонентские розетки универсальны. К любой из них можно подключить компьютер, телефон, телевизор и т.д.

LexCom™ Home основана на структурированной кабельной системе с применением широкополосного кабеля витой пары. С помощью этого кабеля все розетки в помещениях подключаются к распределительному центру, к патч-модулям или патч-панелям. Входными коммуникациями для распределительного центра являются кабели от поставщика услуг телефонной связи, интернета, телевизионной антенны и т.п. Используя патч-кабель, любую розетку можно подключить к любому источнику сигнала.

Выбор компонентов

Пассивные компоненты

Розетки

Располагаются в комнатах в необходимых местах. Имеют 2 гнезда RJ45. Функция порта розетки устанавливается в распределительном шкафу. Она может быть показана с помощью маркировки.

Кабель витой пары соединяет розетки и патч-модули в распределительном центре. Кабель экранированный, 4 пары, каждая пара в экране. Полоса пропускания кабеля 900 МГц. Материал оболочки кабеля — без использования галогенов. Максимальный радиус изгиба кабеля без потерь, 3 диаметра кабеля.

Распределительный центр стандартный центр имеет 9–18 слотов — мест для расположения модулей LexCom™ Home. Размеры типичного модуля — 72 х 86 х 37.

Патч-кабели

Используются только в распределительном центре для подключения розеток к источникам сигнала. Экранированные кабели витой пары RJ45-RJ45. Поставляется набор 24.5, 28 и 32 см.

AV модулятор.

Используется когда требуется распределить видео сигнал по системе LexCom™ Home. Устройство переводит видео сигнал на частоту телевизионного сигнала. Подключив модулятор к AV входу телевизионного модуля А 110, сигнал будет распространен по сети LexCom™ Home. Модулятор имеет вход для ИК связи и встроенный усилитель Выпускаются 2 модификации – 1 AV порт, 4 AV порта.

Технология GPRS.

GPRS позволит ввести принципиально новые услуги, которые раньше не были доступны. Прежде всего это мобильный доступ к ресурсам Интернета с удовлетворяющей потребителя скоростью, мгновенным соединением и с очень выгодной системой тарификации. Например, при просмотре с помощью системы GPRS WEb-страницы в Интернете, мы можем изучать содержимое столько, сколько нам необходимо, поскольку платим только за принятую информацию и не платим за время нахождения в сети Интеренет (не передавая данные, мы не занимаем каналы сети). При введении повременной оплаты на фиксированных телефонных линиях, тарифы на доступ в Интернет с мобильного GPRS-телефона будут еще более конкурентоспособны.

Технология GPRS позволит быстро передавать и получать большие объемы данных, видеоизображения, музыкальные файлы стандарта Mp-3 и другую мультимедийную информацию.

Для тех абонентов, кто уже оценил удобство использования телефонов с WAP - броузером, внедрение технологии GPRS означает практически мгновенную загрузку WAP - страниц на экране телефона и более выгодную систему тарификации.

Для корпоративных пользователей система GPRS может послужить отличным инструментом для обеспечения безопасного и быстрого доступа сотрудников к корпоративным сетям предприятий, к почтовым, информационным серверам, удаленным базам данных. При этом появится возможность получать доступ к корпоративным сетям даже если абонент находится в сети другого GSM оператора, с которым организован GPRS-роуминг.

Технологии GPRS может применяться в системах телеметрии: устройство может быть все время подключено, не занимая при этом отдельный канал. Такая услуга может быть востребована службами охраны, банками для подключения банкоматов и в других областях, в том числе и промышленных.

Почему появилась необходимость в интеллектуальном здании

 

 

Любое здание – будь-то административное, производственное или жилое состоит из некоторого набора подсистем, отвечающих за выполнение определенных функций, которые решают различные задачи в процессе функционирования этого здания. По мере усложнения этих подсистем и увеличения количества, выполняемых ими функций, управление ими становилось все сложнее. Также стремительно росли расходы на содержание обслуживающего персонала, ремонт и обслуживание этих подсистем. Впервые эти проблемы встали при эксплуатации больших административных и производственных комплексов.

Современное здание такого типа — это город в миниатюре. Фактически в нем действуют все службы, являвшиеся ранее непременными атрибутами городского хозяйства. В таких зданиях обычно существует административная служба или администратор, которые используют и обслуживают эту систему практически круглосуточно. Хотя есть немало средств автоматики, которые сами справляются с возложенными на них задачами, такими, как отопление, вентиляция, поддержание микроклимата, освещение, пожарная сигнализация, дымоуничтожение, контроль входа-выхода., но управление и обслуживание всех этих систем требует наличие администрирующего персонала. Его обязанностью является контроль работы этих подсистем и принятие мер в случае выхода их из строя. Но есть ситуации, когда даже действия квалифицированного персонала могут оказаться неэффективными. Это случаи возникновения угрозы зданию и находящимся в нем людям, имеющие глобальный характер – пожар, землетрясение и другие стихийные бедствия, террористические атаки. Здесь нужно принимать экстраординарные меры в считанные доли секунды. Реакция и корректность действий людей в критической ситуации может оказаться недостаточной.

Традиционные системы обеспечения различных аспектов жизнедеятельности в прошлом проектировались как автономные. Такие системы, создававшиеся отдельно для каждой функции и объединенные для произвольной части здания. В зданиях устанавливались системы только с теми возможностями и с той степенью сложности, какие были необходимы на текущий момент построения здания. Дальнейшее расширение и модернизация данных систем были сложными и дорогостоящими задачами из-за множества различных факторов.

Затраты на эксплуатацию такой системы слагаются из затрат на эксплуатацию каждой автономной системы в отдельности, стоимости обучения персонала.

Стоимость эксплуатации этих систем высока — в силу их автономности каждая из них поддерживается отдельно. Стоимость обучения персонала столь же высока, поскольку операторы должны быть ознакомлены с эксплуатацией каждой автономной системой.

Любой современный дом сегодня оснащается большим количеством инженерных систем, каждая из которых выполняет свою функцию по созданию комфортной среды обитания. Каждый день на Вас работают различные домашние инженерные системы.На рисунке 1.1 представлена схема систем умного дома.

 

Рисунок 1.1 – Схема систем умного дома

 

Данніе системы нужно связать все воедино, заставив всю технику в доме работать слаженно и безошибочно.

Система безопасности:

- Система цифрового видеонаблюдения с возможностью одновременного наблюдения, просмотра, архивирования. Режим удаленного просмотра и управления через Интернет.

- Беспроводная пожарная и охранная сигнализация с возможностью обмена информацией через GSM модуль.

- Система контроля доступа в помещение (в том числе удаленное управление гаражными воротами).

Система комфорта:

- Внутренняя телефонная система, громкая связь внутри дома.

- Система спутникового, эфирного телевидения с возможностью просмотра в любой комнате.

- Система "Домашний кинотеатр".

- Система "Мультирум" аудио и видео (система "звук вокруг").

- Цифровой развлекательный комплекс, оцифровка видео, печать фотографий, создание личных цифровых фото- и видео- альбомов и т.д.

- Управление светом во всем доме, световые сцены и сценарии.

- Управление системой вентиляции и кондиционирования.

- Управление системой отопления.

- Управление сауной, бассейном.

Информационная система:

- Установка локальной вычислительной сети в доме, сетевая печать, сетевые игры (возможно использование беспроводных технологий).

- Выход в Интернет с любого компьютера в доме (в том числе с мобильного).

- Удаленное управление всеми системами дома через Интернет.

- "Домашний офис" с удаленным подключением к корпоративной сети рабочего офиса.

Система диспетчеризации:

- Система бесперебойного электроснабжения

- Управление системой отопления, котлом водонагревателя

- Контроль протечек воды, газа.

- Система управления способна согласовывать работу инженерных систем, оценивая состояние сенсоров, датчиков, отрабатывая команды с пультов управления, привязываясь ко времени суток, временам года и т.п. При этом исключаются ситуации, когда домашнее оборудование, призванное решать специализированные проблемы, работает в режимах, взаимоисключающих друг друга. На рисунке 1.2 представлена единая панель управления умным домом.

Рисунок 1.2 – Единая панель управления умным домом.

 

"Умный" дом позволяет заменить все пульты управления одной или несколькими (по количеству зон или комнат) сенсорными панелями. Они позволяют не ломать голову над тем, как подстроить среду обитания под необходимые условия.

Использование современного оборудования позволяет создать в доме единый комплекс из систем безопасности (охранная и пожарная сигнализация, видеонаблюдение, контроль доступа), систем связи и коммуникации (телефонная и компьютерная сети, оповещение, экстренный вызов), систем управления отоплением, вентиляцией, освещением и т.д., работающий по выбранному алгоритму.

В качестве иллюстрации можно привести пример, когда автоматизация и включение в единый контур управления осветительной системы и систем климат-контроля (отопление, кондиционирование и вентиляция) здания (отдельной квартиры) позволяют реализовать автоматическое управление этими системами в зависимости от времени года и суток, условий окружающей среды, присутствия людей и других,факторов. В результате достигается существенное снижение расходов на электроэнергию и теплоснабжение. Опыт показывает, что экономия эксплуатационных расходов в этом случае может достигать 15-20%.