Управление системой «Интеллектуальный дом» через Интернет. Аппаратно-программные решения внутренней сети.

Работа студента группы К9-292 Попова И.А.

Московский Государственный Инженерно-Физический Институт

(Государственный Университет)

Факультет кибернетики. Кафедра 29 “Управляющие интеллектуальные системы”

Москва 2001

Введение

В учебно-исследовательской работе на тему «Управление системой «Интеллектуальный дом» через Интернет» ставится целью рассмотреть возможности построения современной интеллектуальной системы управления зданием с удаленным управлением через Интернет. Пояснительная записка состоит из трех разделов. В первом разделе рассматривается концепция и определение интеллектуального здания, его составные части и выполняемые функции. Во втором разделе рассматривается интегрированная система управления зданием, как один из вариантов реализации концепции интеллектуального здания. В третьем разделе приведено описание частей созданного в рамках данной работы макета интегрированной системы управления интеллектуальным зданием.

Раздел 1. Интеллектуальное здание

1.1 Концепция "интеллектуального здания"

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 и т. п., 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, землятресение 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 системы.

Основные положения концепции интеллектуального здания

В настоящее время для комплексного решения вышеперечисленных проблем используется подход, называемый «Интеллектуальное здание» (ИЗ). «Интеллектуальное здание» — не очень точный перевод английского термина "intelligent building". Под интеллектом в этом подходе понимается умение распознавать определенные ситуации и каким-либо образом на них реагировать (естественно, степень этого умения может быть различной, в том числе очень высокой). Вместе с тем, в соответствии с буквальным переводом с английского, ИЗ можно интерпретировать как "разумно построенное"[3]. Это означает, что здание должно быть спроектировано так, что все сервисы могли бы интегрироваться друг с другом с минимальными затратами (с точки зрения финансов, времени и трудоемкости), а их обслуживание было бы организовано оптимальным образом.

Концепция интеллектуального здания содержит в себе следующие положения:

• Создание интегрированной системы управление зданием - системы с возможностью обеспечения комплексной работы всех инженерных систем здания: освещения, отопления, вентиляции, кондиционирования, водоснабжения, контроля доступа и многих других.

• Устранение всего обслуживающего персонала здания и передача функций контроля и принятия решений подсистемам интегрированной системы управления зданием. В эти подсистемы как раз и закладывается «интеллект» здания – то, как оно будет реагировать на изменение параметров датчиков системы и другие события типа внештатных ситуаций.

• Реализация механизма немедленного отключения и передачи при необходимости управления человеку любой подсистемой интеллектуального здания. Вместе с этим человеку должен предоставляться удобный и единообразный доступ к управлению и отображению всех подсистем и частей «Интеллектуального здания».

• Обеспечение корректной работы отдельных подсистем в случае отказа общей управляющей системы или других частей системы.

• Минимизация стоимости обслуживания и модернизации систем здания, что должно обеспечиваться применением общих стандартов в построении подсистем, автоматическое конфигурирование и обнаружение новых устройств и модулей при их добавлении в систему.

• Наличие в здании проложенной коммуникационной среды для подключения к ней устройств и модулей систем. Наряду с этим возможность использования в качестве коммуникационной среды в системе управления различных типов физических каналов: слаботочные линии, силовые линии, радиоканал.

Возможности интеллектуального здания

Интеллектуальное здание имеет массу преимуществ перед неинтеллектуальным. Интегрированная система управления зданием позволяется владельцам здания создавать сколь угодно сложные и интеллектуальные процедуры функционирования этого здания, т.к. все исполнительные системы этого здания могут работать согласованно и совместно. Отсюда следует реализация множества ресурсосберегающих процедур, процедур контроля доступа и обеспечения безопасности здания, учета и контроля практически всех параметров систем здания и оперативное реагирование на их критическое изменение, причем реакция является комплексной и мгновенной, удаленного контроля и управления зданием, т.к. все информационные и управляющие каналы связи в такой системе являются цифровыми. Далее по ходу изложения будут приведены конкретные примеры использования новых возможностей интеллектуального здания.

Кроме предоставления новых возможностей проектировщикам и владельцам интеллектуального здания, оно также является для них экономически выгодным.

Экономические аспекты

Во всех странах с развитыми рыночными экономиками прозрачны и доходы, и расходы налогоплательщиков, а последними являются фактически все граждане. Четкий контроль за доходами и расходами позволяет эффективно работать таким институтам, как ипотечное кредитование (выдача кредитов под постройку и приобретение жилья). Это приводит к тому, что покупку жилья в кредит может позволить себе большинство работоспособного населения. Каждый, взявший кредит на покупку жилья станет «жить взаймы»: львиная доля его дохода будет утекать на погашение кредита. Без страхования рисков в таком случае не возможны правовые взаимоотношения в данных экономических процессах. [6]

Поэтому во многих странах уже существует практика обязательного страхования жилья. Естественно, что страховые компании заинтересованы в качестве и надежности страхуемого жилья. Но поскольку возникновения страховых случаев не избежать, то страховые компания стремятся затем взыскать деньги с настоящих виновников, например, — строительных компаний.

«Интеллектуальное здание» в состоянии предоставить экспертам тот «черный ящик», по содержимому которого будут делаться заключения. Поэтому развитие и внедрение ИЗ в странах с развитыми рыночными экономиками сейчас идет стремительныи темпами. Даже в России современные и дорогие офисные и жилые здания уже проектируются с учетом требований концепции ИЗ, для последующего их внедрения. [6]

Кроме того сами будущие владельцы таких зданий заинтересованы в их интеллектуальности, потому что оно несомненно приносит значительную экономию средств своему владельцу за счет точного учета и контроля над всеми системами здания, а также интеллектуального и рационального использования таких ресурсов, как электричество, вода, тепло. [6]

1.2 Применение концепции ИЗ для жилого дома

Весь предыдуший материал полностью справедлив для административного или производственного здания или комплекса. Но в целью данной работы является прежде всего рассмотрение системы управления интеллектуальным домом в смысле частного жилого дома или жилища. Поэтому далее будут рассмотрены основные отличия от офиса и предприятия при внедрении концепции ИЗ в жилом доме, который мы будем называть «интеллектуальный дом».

Отличия дома от здания

Частный жилой дом или жилище отличаются от административного комплекса или цеха производственного предприятия. Можно выделить несколько аспектов использования и конструкции жилого дома, которые существенно отличаются от аналогичных в зданиях. Вот самые важные:

- в жилом доме его владелец не может и не хочет постоянно или перидически администрировать и управлять подсистемами здания. Значит интегрированная система управления таким домом должна быть построена таким образом, чтобы требовать минимального обслуживания или быть полностью автоматической.

- подключение новых приборов и устройств к такой системе должно быть максимально облегчено, т.е. сведено практически к простому подсоединению к свободному разъему в сети или даже простому включению прибора. А он сам уже должен при поддержке системы управления подключиться к ней, настроить свои параметры в соответствии с требованиями системы и предложить свои сервисы другим компонентам системы. При этом система должна предоставить пользователю по его требованию очень подробный интерфейс настройки всех ее компонент и алгоритмов функционирования.

- здесь появляется много новых аспектов, которые нужно автоматизировать - это избавление человека от повседневной работы, как то: уборка помещения, приготовление пищи, стирка одежды и т.д. Причем они в отличие от других областей очень плохо поддаются автоматизации и система должна обладать очень высоким интеллектом, чтобы приемлемым образом справляться с этими задачами.

- в функциях дома должно быть четко разграничено, что он может делать, а чего делать не должен ни в коем случае. Важно, чтобы человек знал об этом разграничении и был уверен, что дом никогда эту черту не переступит.

Возможности интеллектуального дома

Возможности у интеллектуального дома такие же как и у здания, но к ним добавляются еще несколько специфических. Одна из них, как уже отмечалось выше, избавление человека от повседневных забот. Подключение всех домашних приборов и устройств к интегрированной системе позволяет также освободить человека, живущего в таком доме, от необходимости следить за наличием продуктов, скоплением мусора в корзине, своевременной оплатой счетов, и многим другим. Система сама за всем будет следить, затем принимать решение о необходимых действиях и при наличии возможности выполнять какие-либо действия (заказ продуктов в магазине, перевод денег со счета за коммунальные услуги и т.д.)

Удаленное управление интеллектуальным домом

Человек может управлять интеллектуальным домом или зданием с помощью некоторых средств управления, размещенных в самом здании или его окрестностях, но включенных в ту же коммуникационную среду, что и все остальные компоненты системы. Но существует множество случаев когда бывает необходимо или желательно удаленное управление подсистемами интеллектуального дома. Перечислим основные из них:

• человек хочет иметь возможность контролировать состояние своего дома при длительном отсутствии и при необходимости управлять некоторыми системами

• в случае непредвиденных ситуаций (пожар, наводнение и т.д.) дом должен иметь возможность известить об этом своего владельца и соответсвующие городске службы

• при неисправностях в некоторых модулях и подсистемах, диагностика и некоторые ремонтные или настроечные процедуры могут быть проведены специалистами из сервисных центров удаленно без непосредственного присутствия, что экономит значительные средства и способствует разнообразию доступных технических средств

Концепция интеллектуального дома предоставляет возможность создания в рамках интегрированной системы управления подсистемы удаленного управления. Эта подсистема позволяет получать информацию о событиях и состоянии некоторых параметров и удаленно посылать команды управления всей системе или ее отдельным компонентам. Относительно глубины реализации такой возможности в интеллектуальном доме можно выделить следующие формы: