Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Содержание
Введение
1 Концепция интеллектуального здания
2 Основные принципы построения системы управления зданием
3 Пример системы управления зданием
4 Принципы управления распределением энергоресурсов
Заключение
Литература
Введение
Наверное, не один владелец загородного дома задумывался над вопросом о создании в своем жилище комфортного микроклимата и поддержании его в пределах, соответствующих нормальным условиям обитания. Вместе с тем растущие цены на энергоресурсы обусловливают необходимость проектирования инженерных систем, которые вместе с обеспечением условий проживания позволяют оптимизировать потребление дорогостоящих энергоресурсов, устромить наблюдения за сданием и проникновением в него, организровать защиту от пожаров или наводнений, солнечного света ветра или обеспечить нужное кондиционирование. Одна из таких систем – система отопления строения, предназначенная для прогрева воздуха в помещениях до необходимой температуры. Расход энергоресурсов на создание нужных параметров микроклимата в загородном доме и отдельных его помещениях находится в прямой зависимости от качества теплоизоляции наружных стен, окон, дверей и т. д. Задача системы отопления – компенсировать тепловые потери, возникающие вследствие плохой теплоизоляции. Задача же рационального использования энергоресурсов ложится на систему управления отоплением.
Появление на рынке электронных изделий, построенных на основе программируемых микроконтроллеров, позволило интегрировать передовые технологии управления процессами в системы контроля параметров среды и управления отоплением не только производственных зданий и помещений, коттеджей, но и целых комлексов строений.
1 Концепция интеллектуального здания
Концепция интеллектуального здания заключается в создании единой взаимосвязанной системы управления всеми инженерными системами здания, обеспечивая комфортную и безопасную среду обитания, максимально отвечающей потребностям пользователей и владельцев, при минимизации расходов на ее поддержание.
Интеллектуальное здание (ИЗ) – это здание или комплекс зданий, в проектировании, строительстве и эксплуатации которого использованы современные технологии, позволяющие управлять всем жизненным циклом здания и его подсистемами как единым целым, обеспечивая современный уровень гарантий исправности работы всех инженерных систем, оптимальные режимы эксплуатации и экономичное потребление внешних ресурсов.
Основные особенности интеллектуальных зданий:
способность оптимально реагировать на изменения в процессах, происходящих в здании; сочетание децентрализованных (распределенных) принципов построения систем с централизацией функции мониторинга;
структурированный подход к построению инженерных систем здания;
каждая из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам; все системы управления интегрируются друг с другом с минимальными затратами; обслуживание систем организовано оптимальным образом; имеется возможность наращивания и видоизменения конфигурации инсталлированных систем; центральное диспетчерское управление обеспечивает как контроль, так и управление функциями здания или комплекса зданий.
Системы жизнеобеспечения интеллектуального здания не только взаимодействуют с системами безопасности, но и осуществляют постоянный самоконтроль своих сетей и оборудования. Функция мониторинга сетей и оборудования, присущая "интеллектуальным" системам, позволяет не допустить аварийные ситуации, что чрезвычайно важно для многолюдных объектов.
Интегрированная система имеет следующие преимущества:
автоматизация диагностики и контроля обслуживания оборудования;
получение оперативной информации о состоянии и параметрах функционирования оборудования инженерных систем;
документирование и регистрация технологических процессов инженерных систем и действий диспетчеров служб;
ведение автоматизированного коммерческого и технического учета энергоресурсов;
ведение автоматизированного учета эксплуатационных ресурсов инженерного оборудования;
повышение уровня безопасности здания за счет оперативного реагирования при нештатных ситуациях и интегрированной системы безопасности;
уменьшение риска чрезвычайных ситуаций за счет прогнозирования и заблаговременного предупреждения отказов подсистем, а также исключения "человеческого фактора" в момент ЧП;
сокращение затрат на энергоресурсы за счет сокращения времени холостой и непроизводительной работы оборудования;
сокращение обслуживающего персонала за счет продуманной инженерной инфраструктуры, модульности всех систем, возможности их электронной самодиагностики и автоматического анализа неисправностей;
обеспечение оперативного взаимодействия эксплуатационных служб, планирование профилактических и ремонтных работ;
контроль работы персонала службы эксплуатации;
разграничение полномочий и ответственности служб по контролю и защите системы от ошибочных действий персонала;
увеличение срока службы оборудования за счет оптимального управления и обслуживания;
возможность в кратчайшие сроки производить ремонтные и регламентные работы, а также замену или модификацию оборудования;
повышение комфортности помещений за счет автоматического управления освещением и микроклиматом;
объективный анализ работы оборудования, действий персонала при нештатных ситуациях за счет автоматического документирования принятых решений;
управление всеми системами здания из центрального диспетчерского пункта;
возможность эксплуатации большого количества удаленных объектов из единого центра.
Система управления зданием (СУЗ) позволяет:
оперативно принимать решение при аварийных и нештатных ситуациях (пожаре, затоплении, утечках воды, газа, несанкционированном доступе в охраняемые помещения);
обеспечить своевременную локализацию аварийных ситуаций;
получать объективную информацию о состоянии всех систем здания и их работе;
обеспечить централизованный контроль и управление при нештатных ситуациях;
вести оптимальный режим управления инженерным оборудованием с целью сокращения затрат на использование энергоресурсов, потребляемых зданием (горячей и холодной воды, тепла, электроэнергии, воздуха и т.д.);
вести объективный анализ работы оборудования, действий инженерных служб и подразделений охраны при нештатных ситуациях за счет документирования принятых решений на основе автоматизированных баз данных.
2 Основные принципы построения системы управления зданием
Система полностью открыта, т.е. не существует ограничений на ее расширение и модернизацию. Под открытостью понимается наличие единого протокола взаимодействия оборудования разных производителей, чтобы технические устройства не конфликтовали между собой, а были бы совместимы и представляли единое целое.
Компоненты системы – как программные, так и аппаратные – не привязаны к какому-то одному производителю.
Предлагаемая архитектура СУЗ позволяет сократить число компонентов системы, отказавшись от ряда ее дублирующих элементов.
Решения для построения СУЗ имеют высокую наращиваемость.
Все системы управления интегрируются друг с другом с минимальными затратами, а их обслуживание организовано оптимальным образом.
Система управления зданием работает в интерактивном режиме и при возникновении экстремальной ситуации подсказывает обслуживающему здание персоналу, как развиваются события, какие действия уже выполнены, а также что еще предстоит сделать и какие команды подать. Вся информация о происходящих процессах протоколируется, обеспечивая анализ и контроль всей информации.
Основной принцип управления инженерным оборудованием состоит в объединении в единый взаимоувязанный комплекс различных инженерных систем, а также создание единых интерфейсов для его интеграции с другими компонентами Интеллектуального здания (системой безопасности, связи, информационной системой). Комплекс аппаратно-программных средств позволяет организовать управление и взаимодействие со всеми инженерными подсистемами здания посредством графического интерфейса человек – компьютер.
3 Пример системы управления зданием
Система управления зданием – это комплексное решение автоматизации работы всех инженерных систем поддержки здания и интеграции оборудования различных производителей в единый конгломерат.
В качестве примера можно привести систему управления зданием на базе оборудования и программного обеспечения компании Johnson Controls.
Управляющие функции в такой системе выполняет интеллектуальная автоматика здания. Система предназначена для мониторинга, диспетчеризации и управления оборудованием инженерных систем, включая устройства безопасности.
Благодаря строго дозированному расходу электричества достигается значительная экономия энергопотребления.
Система позволяет уложиться в энергетические лимиты муниципальных служб города. Другими словами – избежать расходов на строительство подстанций. Это особенно актуально для центра города, где чаще всего строятся наиболее крупные торговые и офисные центры.
Система управления зданием дает возможность максимально использовать функциональный потенциал оборудования для управления климатическими, осветительными и другими инженерными системами здания.
Это достигается за счет гибкой настройки взаимодействия между элементами системы. Интеллектуальная система управления зданием с энергосберегающим оборудованием позволяет снизить коммунальные платежи на 15–20%. Это немало, например, для бизнес-центра площадью порядка 50 000 кв. метров, где ежегодные коммунальные расходы составляют около 100 долларов на 1 кв. метр. Управляемое электроникой здание более экономично в эксплуатации, чем обычное. Однако первоначальные инвестиции в такое оборудование превышают расходы на техническое оснащение делового центра.
Срок службы системы управления зданием производства Johnson Controls около 10 лет с учетом замены неисправных и выработавших свой ресурс компонентов. Среднее время наработки на отказ для интеллектуальной системы составляет не менее 10 000 часов, а среднее время восстановления работоспособности – 0,5 часа.
Как устроена система
Система управления зданием имеет трехуровневую структуру:
· уровень локального управления,
· уровень автоматизации,
· уровень управления информацией и администрирования системы.
На уровне локального управления располагаются первичные датчики. Они обеспечивают сбор информации о системе. Модульные устройства и контроллеры позволяют обеспечивать управление локальными системами нижнего уровня.
Завершают цикл локального управления устройства интеграции. Они осуществляют передачу информации о работе локального оборудования в сеть.
Уровень автоматизации оснащается цифровыми контроллерами. Они обеспечивают автоматическое управление группами локальных систем и передачу данных о работе этих систем на вышестоящую ступень сети. Центральное звено этого уровня – сетевые процессоры. В их функции, помимо управления и обработки информации, входит обеспечение связи между верхними уровнями сети и локальными системами.
Для интеграции оборудования различных производителей используются различные сетевые технологии (например, системная шина EIB, технология LonWorks, открытый протокол BacNet).
Эти технологии предназначены для управления коммуникациями зданий и сооружений (освещение, отопление, кондиционирование, вентиляция, жалюзи, охранная и пожарная сигнализация и т. д.).
На уровне управления информацией и администрирования системы располагаются рабочие станции диспетчеров со специализированным программным обеспечением. Здесь архивируется и анализируется работа всех систем здания в целом.
Центральным пунктом управления и мониторинга в системе управления зданием является рабочая станция диспетчера. Она позволяет отслеживать состояние всех подсистем и устройств здания, производить настройку их параметров.
Рабочие станции диспетчера (OWS) используют стандартные платформы аппаратного обеспечения ПК и работают в среде Microsoft Windows.
Программное обеспечение для рабочей станции диспетчера предполагает единый графический интерфейс для всех приложений системы управления зданием, четкую структуру приложений и навигацию между программными компонентами.
Это обеспечивает максимальную простоту работы с системой и удобство поиска информации.
Рабочая станция диспетчера сочетает текстовую, табличную и графическую форму представления данных. Диспетчер может вывести на экран информацию о системе управления зданием с любой степенью детализации. Возможен контроль в масштабе плана здания и технических параметров отдельного прибора. Эти параметры включают в себя информацию о работе устройства, зону нечувствительности, данные о сигналах тревоги и связанные с ними сообщения.
Процесс устранения сбоев в системе управления зданием оптимизирован.
Система обрабатывает сообщения о тревоге, поступающие с разных приборов, в строгом соответствии с приоритетами. События с наивысшим приоритетом выводятся на экран диспетчера и обрабатываются в первую очередь. Кроме того, аварийные сигналы распределяются по рабочим станциям разных диспетчеров в соответствии с их сферой ответственности.
Предусмотрен режим защиты от ситуаций игнорирования сигналов тревоги. Высокоприоритетный сигнал тревоги может периодически выводиться на экран рабочей станции. Это будет напоминанием о том, что неполадка не устранена.
4 Принципы управления распределением энергоресурсов
Смысл управления отоплением заключается в распределении энергоресурсов, питающих отопительные приборы строения. С помощью исполнительных устройств отопительные приборы переводятся в активный режим при понижении температуры в помещениях ниже заданных границ и частично или полностью отключаются при прогреве воздуха до необходимой температуры. Типы исполнительных устройств определяются видом энергоресурсов, используемых для питания этих отопительных приборов, а тип системы отопления – видом питающих систему энергоресурсов.
Рассмотрим принципы управления распределением различных видов энергоресурсов, используемых для создания необходимой температуры воздуха в помещениях и поддержания ее в заданных пределах.
В системах центрального отопления в качестве энергоресурса используется теплоноситель (горячая вода или пар), поставляемый органами коммунального хозяйства. Данные системы отопления могут быть построены по одно- и двухконтурной схемам. В первой схеме отопительные приборы (радиаторы, конвекторы, «теплые полы» и др.) всего обогреваемого строения включены в единую систему, и для их питания используется теплоноситель, централизованно поставляемый органами коммунального хозяйства.
В таких системах управление отоплением сводится к управлению положением исполнительных устройств отопительных приборов, размещенных в помещениях отапливаемого строения. В качестве исполнительных устройств могут использоваться клапаны регулирующего и нерегулирующего типа.
При Тп < Тн система управления выдает команду исполнительному устройству на частичное или полное открытие и увеличение подачи теплоносителя в отопительный прибор. По мере приближения Тп к Тв вследствие прогрева помещения система управления выдает команду исполнительному устройству на частичное закрытие и ограничение подачи теплоносителя в отопительный прибор.
При Тп < Тн система управления выдает команду исполнительному устройству на перевод его в открытое состояние, чем разрешает подачу теплоносителя в отопительный прибор. При Тп = = Тв вследствие прогрева помещения система управления выдает команду исполнительному устройству на закрытие и перевод отопительного прибора в пассивное состояние. Таким образом, каждый клапан (исполнительное устройство) системы отопления по команде разрешает/увеличивает или запрещает/ограничивает подачу теплоносителя в соответствующий ему отопительный прибор, то есть переводит его в активное/пассивное состояние или увеличивает/уменьшает излучаемую мощность. При этом поддержание температуры в помещении при использовании отопительных приборов, оснащенных нерегулирующими клапанами, производится порционно, а при использовании клапанов регулирующего типа – постоянно, что позволяет более точно поддерживать температуру в помещении.
В двухконтурной схеме энергоноситель, централизованно поставляемый органами коммунального хозяйства, используется для питания бойлерных установок, в которых происходит его теплообмен с теплоносителем внутреннего контура, включающего в себя все отопительные приборы строения. Исполнительными устройствами отопительных приборов служат клапаны различных типов.
Управление системой и поддержание заданной температуры в помещениях загородного дома, оснащенного двухконтурной системой отопления, состоит в управлении положением клапанов отопительных приборов, размещенных в комнатах и помещениях, и, кроме того, положением клапанов бойлера и скоростью циркуляции теплоносителя по внутреннему контуру.
Наиболее распространены в России системы отопления, использующие для нагрева теплоносителя энергию сжигания в котлах различных видов топлива (газообразного, жидкого, твердого). Теплоноситель, циркулирующий по контуру системы отопления, используется для питания отопительных приборов и прогрева помещений строения.
Управление системой в этом случае также сводится к управлению положением клапанов отопительных приборов в зависимости от температуры воздуха в помещениях, скорости циркуляции теплоносителя и сжигания топлива в котловой установке.
В системах отопления, использующих в качестве энергоресурса электрическую энергию, обогрев помещений может производиться как прямым преобразованием электроэнергии в тепловую, так и посредством нагрева теплоносителя и дальнейшим использованием его для питания отопительных приборов.
В системах, использующих прямое преобразование электроэнергии в тепловую, для прогрева воздуха в помещениях могут использоваться электрокалориферы, конвекторы, инфракрасные излучатели, «электрорадиаторы», «теплые полы» и др. Управление системой сводится к управлению состоянием коммутирующих органов отопительных приборов в зависимости от температуры воздуха в помещениях.
Коммутирующими органами могут быть релейные элементы, включающие или отключающие отопительные приборы или тиристорные и симисторные регуляторы, которые также могут включать и отключать отопительные приборы и, кроме того, позволяют ограничивать излучаемую мощность отопительных приборов.
В системах отопления, где используется теплоноситель, нагретый в электробойлерах до определенной температуры, могут применяться радиаторы, «теплые полы» и др. Управление системой и поддержание температуры в помещениях дома, оснащенного данной системой, выражается в управлении положением клапанов отопительных приборов в зависимости от температуры воздуха в помещениях, скорости циркуляции теплоносителя и состояния коммутирующих приборов бойлера.
Независимо от видов используемых ресурсов и отопительных приборов в основу системы управления отоплением могут быть положены следующие структурные схемы:
система с локальным управлением отопительными приборами;
система с централизованным управлением приборами;
система с комбинированным управлением.
Системы отопления с локальным управлением
В основу данных систем заложен принцип индивидуального управления отопительными приборами, расположенными в отдельно взятых помещениях строения, в зависимости от значений температуры воздуха. Такие системы наиболее просты в создании.
Система управления состоит из отдельных, не связанных ни между собой, ни с какими другими управляющими устройствами систем управления отоплением отдельных помещений. Принцип функционирования указанных систем основан на контроле температуры, сравнении с заданными параметрами и управлении состоянием отопительных приборов. Для этого в помещениях, в которых требуется поддержание температуры воздуха в заданных границах, устанавливаются средства измерения температуры воздуха и средства управления состоянием отопительных приборов.
Основную роль в управлении отопительными приборами в таких системах играют микроконтроллеры, устанавливаемые в каждом помещении, где размещены управляемые ими отопительные приборы. Контроллеры соединяются с датчиками температуры и исполнительными устройствами отопительных приборов. В качестве контроллеров могут использоваться широко распространенные на рынке термостаты, большинство которых имеют встроенные датчики температуры.
Рассмотрим работу данной системы. Пользователь системы настраивает контроллер на поддержание определенной температуры воздуха в помещении, то есть устанавливает ее нижний и верхний пределы (например, 20 °С и 24 °С) или один (в зависимости от модели контроллера) ориентировочный уровень температуры. Термодатчики преобразовывают значения температуры окружающей среды в соответствующие им электрические сигналы, которые поступают на вход контроллера. Если сигнал оказывается меньше установленных значений, контроллер формирует сигнал на включение/ увеличение мощности отопительного прибора. Этот сигнал поступает на исполнительное устройство, и отопительный прибор переводится в активное состояние или увеличивает излучаемую мощность.
При повышении температуры воздуха в помещении выше заданных пользователем границ контроллер формирует сигнал на выключение/уменьшение мощности отопительного прибора, который в результате переводится в пассивное состояние или уменьшает излучаемую мощность. Таким образом, в помещении, где установлены контроллер и управляемый им отопительный прибор, поддерживается температура воздуха в пределах границ, заданных владельцем дома.
На рынке также широко распространены контроллеры со встроенными часами, позволяющие настраивать несколько режимов отопления, например «комфортный» и «дежурный». Владелец дома может настроить для каждого режима поддерживаемую системой температуру воздуха в помещении и время перевода системы из одного режима в другой. Например, «дежурный» режим – на поддержание температуры в пределах 4–6 °С, а «комфортный» режим – на поддержание температуры воздуха в помещении в пределах 20–24 °С. Переключение режимов отопления с одного на другой производится контроллером самостоятельно по настройкам времени.
Также доступны на рынке контроллеры, позволяющие осуществлять переключение режимов отопления не только по времени суток, но и по дням недели. Например, в рабочие дни круглосуточно в помещении поддерживается температура воздуха, соответствующая «дежурному» режиму, а в пятницу в 18 ч контроллер переведет систему в режим отопления «комфортный».
Достоинства описанной выше системы управления отоплением заключаются в малом количестве кабелей, соединяющих микроконтроллер с термодатчиками и исполнительными устройствами.
К недостаткам можно отнести большие трудозатраты в управлении, так как для каждого помещения необходим свой контрольно-управляющий орган (микроконтроллер), требующий отдельной настройки и программирования режимов функционирования. Кроме того, стоимость такой системы управления пропорциональна количеству помещений, а для дистанционного контроля и управления требуется столько каналов связи, сколько имеется контроллеров. Еще один минус – для управления другим технологическим оборудованием (насосами, бойлерами и др.) нужны дополнительные устройства.
Системы отопления с централизованным управлением
Существенным отличием данных систем от описанных выше является то, что система управления построена на основе одного, более мощного управляющего контроллера. Она сложнее в проектировании, и для ее создания требуется определенная квалификация проектировщиков.
Принцип функционирования системы также основан на сборе, оценке и сравнении температурных параметров отдельных помещений. В помещениях, где требуется поддержание температуры воздуха в заданных пределах, устанавливаются средства измерения температуры воздуха и отопительные приборы со средствами управления их состоянием. Отопительные приборы также должны быть оснащены исполнительными устройствами.
Основным управляющим устройством в таких системах является программируемый контроллер, размещенный в одном из помещений и являющийся «мозгом» системы. Входы и выходы контроллера через модули ввода/ вывода соединяются с датчиками температуры и исполнительными устройствами отопительных приборов. Для удобства пользования, установки и программирования режимов отопления контроллер может быть снабжен графическим или символьно-цифровым дисплеем, кнопочной панелью управления установкой режимов.
При разработке системы создается программа, по которой контроллер опрашивает термодатчики и в зависимости от показаний формирует сигналы управления на исполнительные устройства отопительных приборов.
Рассмотрим принцип действия системы. Пользователь настраивает режимы и программы отопления помещений с помощью панели управления. Термодатчики, размещенные в различных помещениях загородного дома, преобразовывают значения температуры окружающей среды в соответствующие им электрические сигналы, которые поступают на входные модули контроллера. Показания температурных датчиков контроллер сравнивает со значениями, установленными пользователем. В зависимости от результатов сравнения входные модули формируют соответствующие сигналы и посылают их на исполнительные устройства. Функционирование этих устройств аналогично описанному выше.
Таким образом, контроллер управляет режимами отопления всех контролируемых им помещений. Гибкое программное обеспечение управляющего контроллера позволяет значительно увеличить количество возможных режимов работы системы отопления. В процессе работы владелец дома может оперативно изменить любые настройки и режимы всей системы отопления.
Кроме того, управляющие функции системы легко могут быть расширены при контроле и управлении котлами, бойлерами, циркуляционными насосами и другим оборудованием. Подключенные к программируемому контроллеру коммуникационные устройства позволяют контролировать температуру в помещениях и изменять настройки системы управления на больших расстояниях. Оснащенная указанными устройствами система сообщит владельцу строения о возникшей неисправности, в результате чего он сможет своевременно принять меры по ее устранению и не допустить размораживания строения.
При этом наибольшую оперативность доставки сообщения показывают устройства, передающие владельцу строения SMS-сообщения. Также не менее эффективным является дублирование сообщений о возникших неисправностях в ремонтную организацию, курирующую данное строение и находящуюся в непосредственной близости от коттеджа.
Достоинства данного вида системы заключаются в следующем:
возможность централизованной настройки температурных режимов помещений и их программирования;
наиболее рациональное использование возможностей микроконтроллера;
ведение журнала температурных параметров помещений в течение длительного времени с возможностью последующего просмотра;
возможность дальнейшего наращивания функций управления (учет энергоресурсов, управление технологическим оборудованием: насосами, клапанами, контроль содержания СО и О2 в воздухе, контроль функционирования котла, бойлера и др.);
возможность дистанционного контроля и управления функционированием по одному каналу;
возможность простыми действиями изменить настройки всей системы.
Недостатки системы:
необходимость в разводке по всему коттеджу кабелей, соединяющих контроллер с датчиками и исполнительными устройствами отопительных приборов;
для осуществления возможности управления, например, гостями непосредственно из помещений требуется дополнительное подключение управляющих панелей, размещаемых в комнатах.
В этих системах предусмотрена возможность дистанционного управления:
с домашнего или офисного компьютера по телефонной линии через модем;
с мобильного телефона путем отправки и получения SMS;
с домашнего, офисного компьютера или коммуникатора через интернет-соединение;
с коммуникатора или карманного компьютера через Bluetooth канал на расстоянии действия этого канала.
Комбинированные системы управления
Эти системы представляют собой дальнейшее развитие систем отопления с локальным управлением. В такой системе один ведущий контроллер управляет локальными контроллерами, устанавливая для них определенный режим функционирования и подконтрольные температурные границы.
Наряду с этим для всех типов систем управления отоплением необходимо обеспечить бесперебойное питание электричеством.
Заключение
С всего вышеперечисленного возможно сделать вывод что представленные системы энергосбережения а также другие системы задействованные в зданиях и рабочих помещениях и деловых центров, имеют все признаки интеллектуальных систем во время их работы а также на этапе их создания и функционирования:
Таким образом я на основе системы отопления продемонстрировал работу интеллектуальной системы.
Литература
http://www.archive-online.ru
http://www.stroygorhoz.ru
ru.wikipedia.org
http://www.google.com.ua
http://www.astnn.ru