Опыт создания инженерной инфраструктуры «интеллектуального» здания

Назначение системы диспетчеризации и управления здания, принцип построения системы и ее функции. Управление инженерными системами. Выбор среды передачи данных. Экономический эффект

Современные строительные технологии подразумевают наличие большого количества инженерных и информационных систем в возводимых зданиях. Возрастают требования потребителей к качеству офисов. Максимальный комфорт и удобство эксплуатации при сокращении затрат могут быть обеспечены только благодаря комплексному подходу к построению инженерных систем, максимально возможной автоматизации эксплуатационного процесса и объединению отдельных элементов в единую систему мониторинга и управления.

Задачи, поставленные перед разработчиками

В начале 2002 года компании «Телеком-Монтаж» одним из заказчиков была поставлена задача – создание полной инженерной инфраструктуры нового административного здания общей площадью около 8000 м2 в крупном областном центре Вологодской области. Формулировалась задача просто: необходимо было построить самое современное здание в городе.

Было предложено несколько вариантов реализации проекта, отличавшихся друг от друга не только стоимостью, но и предлагаемым уровнем решений – от набора не связанного между собой оборудования до единого комплекса инженерных систем.

В первом случае системы безопасности строились на элементах различных производителей:

• система пожарной сигнализации (базировалась на оборудовании ESMI с применением датчиков различных производителей);
• система охранной сигнализации (базировалась на оборудовании Vista 501);
• система контроля доступа Cotag (на 98 помещений).

При этом управление вентиляцией, лифтовым оборудованием, тепловым пунктом должно было осуществляться посредством систем, запроектированных ранее генеральным проектировщиком здания.

Самый дорогой вариант предполагал создание комплекса специальных инженерных систем (КСИС) «интеллектуального» здания. В этом случае системы безопасности предлагалось построить полностью на оборудовании компании Siemens, а управление инженерными системами здания предлагалось выполнить на базе контроллеров Lexel с выводом информации посредством SCADA-системы Genesis32 компании Iconics.

Подготовка проекта

Началу проекта предшествовала разработка технического задания, наиболее полно отражающего потребности и желания заказчика, относившиеся в основном к защищенности помещений и удобству использования предлагаемых систем.

Одной из самых сложных была задача включить в состав диспетчеризируемых и управляемых систем оборудование, запроектированное и уже смонтированное подрядной строительной организацией заказчика, поскольку управление им было выполнено на уровне 60-х годов прошлого века. Данное оборудование состояло из следующих подсистем:

• подсистема приточно-вытяжной вентиляции и дымоудаления;
• подсистема водяного (спринклерного) пожаротушения;
• подсистема водоснабжения и канализации;
• тепловой пункт.

Итогом работы стал проект по созданию комплекса специальных инженерных систем здания, включающий в себя следующие основные подразделы:

• система электропитания (включая источники бесперебойного питания);
• структурированная кабельная система;
• локальная вычислительная сеть;
• система телефонной связи;
• интегрированная система безопасности объекта;
• система информирования;
• система общего кондиционирования;
• система кондиционирования технологических помещений;
• система диспетчеризации и управления.

Все запроектированные системы объединены в единый программно-аппаратный комплекс, взаимодействующий как на верхнем (программном), так и на нижнем (аппаратном) уровнях.

Выбор протокола для систем автоматизации здания

Система диспетчеризации и управления зданием (рис. 1) предназначена для повышения надежности и эффективности функционирования инженерных систем за счет их слаженной работы, своевременного информирования персонала о параметрах систем и возникающих в них неисправностях, управления инженерными системами.

В качестве протокола для систем автоматизации здания выбран открытый стандарт LonWorks с применением свободно программируемых контроллеров NetLon MB-2 (рис. 2) производства Lexel, объединенных в сеть, имеющую свободную топологию. Сегменты сети объединяются между собой высокоскоростными магистральными шинами через роутеры LPR-12 компании Echelon. Устройства, не поддерживающие протокол LonWorks, включены в систему при помощи межсистемных шлюзов протокольного уровня.

Распространенный промышленный стандарт LonWorks является открытым протоколом, что позволяет:

• выбирать оборудование различных производителей, исходя из поставленных условий и соотношения цена–качество;
• обеспечить интеграцию с остальными подсистемами здания;
• безболезненно расширять или модифицировать систему в дальнейшем.

Контроллеры LonWorks обеспечивают прием и декодирование информации от датчиков, выдачу управляющих воздействий на органы управления, а также организуют взаимодействие между собой и системами управления. Контроллеры располагаются в местах сбора данных и объединяются в сеть специальным кабелем. К этой же сети подключается рабочее место диспетчера со средствами отображения и ввода информации.

Фактически система диспетчеризации и управления является ядром «интеллектуального здания», поскольку обеспечивает взаимодействие всех указанных подсистем.

Принцип построения и функции системы управления

Управляющая система построена по централизованно-распределенному принципу, который заключается в объединении датчиков и органов управления на наиболее низком иерархическом уровне системы в подсети, контролируемых с помощью устройств более высокого уровня – программируемых управляющих контроллеров стандарта LonWorks.

Результатом внедрения проекта является единый диспетчерский пульт службы эксплуатации, позволяющий отслеживать параметры систем в режиме реального времени и управлять системами с рабочего места диспетчера.

В системе реализовано управление системами:

• приточно-вытяжной вентиляции и дымоудаления;
• кондиционирования;
• электропитания здания;
• электроосвещения;
• водоснабжения и канализации;
• тепловым пунктом;
• лифтами и др.

Управление системой вентиляции

Для управления системой приточно-вытяжной вентиляции возможно дистанционное автоматическое и ручное включение/выключение приточных вентсистем в зависимости от температуры окружающего воздуха, времени суток, включение/выключение электронагревателей в зависимости от температуры окружающего воздуха, контроль температуры подаваемого воздуха с его регулировкой, контроль количества подаваемого воздуха с регулировкой, контроль работы вентиляторов, калориферов, электродвигателей, контроль положения заслонок и управление ими.

Для получения информации о состоянии устройств, давлении, температуре, влажности и т. д. используются датчики производства компаний Honeywell (например, датчики температуры воздуха T7411A1019 и погружные датчики температуры T7413A1041).

Управление системой кондиционирования

Система кондиционирования проектировалась и поставлялась подрядной организацией заказчика. При проектировании использовано центральное интеллектуальное оборудование кондиционирования воздуха VRV (Daikin), положительный опыт эксплуатации которого имелся у заказчика. Диспетчеризация оборудования выполнена с применением контроллеров Siemens, поддерживающих протокол LonWorks, что позволило построить единую систему управления и мониторинга оборудования.

Мониторинг и управление системой кондиционирования осуществляется с отдельного компьютера, находящегося на рабочем месте диспетчера. Указанный компьютер также включен в общую систему диспетчеризации, и все данные о других системах могут быть отображены на нем, а данные системы кондиционирования – на других компьютерах диспетчерской.

Осуществляется контроль работы наружных и внутренних блоков системы кондиционирования (работа вентиляторов, компрессоров, а также фильтров, состояние которых определяется при помощи заложенного поставщиком оборудования алгоритмов, посредством контроллеров Echelon конвертируется в сигналы шины LON и передается на центральное оборудование), контроль и установка температуры в помещениях, контроль протечек воды.

При помощи SCADA-системы и переданных поставщиком алгоритмов реализована «система напоминаний» о необходимости проведения регламентных работ, замены фильтров, а также журнал аварийных сообщений.

Для поддержания требуемых параметров микроклимата в помещении серверной и агрегатов бесперебойного питания (ИБП) в соответствии с техническим заданием установлена отдельная система кондиционирования для удаления тепловых избытков оборудования. Согласно требованиям, предусмотрено 100-процентное резервирование системы кондиционирования серверной и помещения ИБП. Система прецизионного кондиционирования проектировалась субподрядчиками компании «Телеком-Монтаж» – фирмой «Хоссер», г. Санкт-Петербург.

Мониторинг системы прецизионного кондиционирования осуществляется как с рабочего места диспетчера, так и с компьютеров заказчика, поскольку от микроклимата серверных помещений зависит не только работа систем здания, но и течение бизнес-процессов заказчика. В данном случае при помощи контроллеров C-1002, С-7000 компании Stulz контролируется не только состояние внешних и внутренних блоков, но и температура (с точностью до 1°), и относительная влажность в помещениях. Указанные контроллеры позволяют интегрировать прецизионные кондиционеры в сеть LonWorks и, помимо температуры и влажности, передавать на диспетчерский пульт сигнал аварийной остановки кондиционеров, контролировать перекос фаз, выполнять остановку и запуск холодильных машин. В случае отсутствия воды в приточном трубопроводе на пост диспетчера немедленно подается тревожный сигнал с указанием неисправности, а при наличии протечек из внутренних блоков кондиционеров или трубопроводов немедленно отключается подача воды и происходит ее аварийный слив из внутренних блоков в общую систему канализации. При этом уведомление об аварии поступает не только на пост диспетчера и мобильный телефон системного администратора, электронное сообщение отправляется также в службу сервиса компании – поставщика оборудования.

Управление электроснабжением

Управление электроснабжением и освещением здания (рис. 4) осуществляется в автоматическом режиме, однако дежурный диспетчер может в любой момент вмешаться в работу систем и произвести необходимые действия со своего рабочего места. У диспетчера есть возможность:

• контролировать состояние вводных и групповых защитных автоматов вводно-распределительных устройств и этажных распределительных щитов при помощи блок-контактов состояния автоматов защиты Z-NHK производства компании Moeller;
• производить отключение и включение групп потребителей посредством дистанционных приводов Moeller;
• осуществлять переключение АВР;
• контролировать напряжение и ток на всех участках сети электропитания от ввода в здание до комнатных распределительных щитов (рис. 5).

Для наиболее ответственных потребителей сети электропитания, к которым относятся серверные помещения, коммутационные узлы, диспетчерская, пост охраны и ряд других помещений, при помощи блок-контактов состояния реализован контроль состояния автоматов защиты, отвечающих непосредственно за электропитание данных потребителей.

Наружное освещение здания включается и выключается автоматически в зависимости от уровня освещенности. Освещение холлов, коридоров, рекреационных зон (за исключением дежурного освещения) также включается в зависимости от уровня освещенности и в соответствии с заданным графиком. Диспетчер может принудительно включать и отключать освещение в заданных зонах простым щелчком мыши на электронном плане здания в SCADA-системе. Также в условиях плохой освещенности свет автоматически включается в зоне присутствия людей посредством команды с инфракрасных датчиков присутствия. Для удобства работы службы безопасности система управления освещением взаимодействует с блоком «патрулирование» системы безопасности объекта. При этом свет автоматически включается/выключается по маршруту следования патруля в соответствии с его графиком передвижения по объекту.

Освещение лестничных клеток в нормальном режиме осуществляется только дежурным освещением. При появлении людей на лестничных маршах свет включается на маршруте следования на интервал, необходимый для прохождения участка. При первоначальном программировании данный интервал был задан в пределах одной минуты, однако после пробной эксплуатации по просьбе заказчика был уменьшен до 20 с на пролет. Естественно, в случае использования лестничных маршей для вноса/выноса оборудования, при проведении работ или в случае эвакуации освещение лестничных клеток легко включается в полном объеме.

Управление системами отопления и водоснабжения

Системы отопления и горячего водоснабжения контролируются с рабочего места диспетчера. В режиме реального времени система контролирует температуру прямой и обратной воды (погружные датчики Honeywell T7413A1041), давление (Honeywell SN-6-355-L), осуществляет включение и выключение циркуляционных и смесительных насосов, а также позволяет регулировать температуру в помещениях при помощи автоматических термостатов.

Система диспетчеризации отопления и горячего водоснабжения взаимодействует с централизованной системой кондиционирования. Так, в случае одновременного включения в помещении системы кондиционирования с температурой, установленной ниже, чем температура на термостате системы отопления, осуществляется автоматическая регулировка температуры радиаторов системы отопления в соответствии со специально заданным алгоритмом.

Управление лифтовым хозяйством

Функции контроля и управления лифтами на объекте в настоящий момент реализованы не полностью – это задача третьего этапа проекта.

Однако необходимо отметить, что в проекте заложены возможности контроля состояния дверей лифтов и лифтовых шахт (открыто/закрыто или промежуточное положение), контроля положения лифтовой кабины (этаж, направление движения), управления лифтами с поста диспетчера или охраны в случае наличия в лифте злоумышленника (блокирование движения лифта и открывания дверей, принудительная остановка лифта на заданном этаже и др.).

Система телефонной связи

Система телефонной связи полностью интегрирована в общую информационную систему здания. Реализованная на базе передовых технологий, УАТС Alcatel удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к современным цифровым УПАТС, обеспечивая:

• возможность поэтапного наращивания внутренней номерной емкости;
• надежность, благодаря системам самотестирования, диагностики, самовосстановления, резервирования (как электропитания, так и функциональности), дистанционного обслуживания;
• одновременную передачу всех типов информации (речь, видео, данные и т. п.), с использованием технологии цифровой коммутации с временным разделением каналов;
• систему тарификации услуг для внутренних абонентов;
• эффективную систему безопасности с помощью систем разграничения доступа к функциональности станции, отслеживания злонамеренных вызовов, регистрации попыток несанкционированного доступа и выявления злоумышленников;
• подключение к различным типам внешних соединительных линий и стыковку с УПАТС других производителей;
• поддержку речевых телеконференций (одновременной связи с группой абонентов);
• возможность централизованного контроля, управления и техобслуживания.

Для обеспечения работы административно-хозяйственных служб и службы безопасности в здании и на прилегающей территории расположено более 40 базовых станций DECT.

Интегрированная система безопасности

В состав интегрированной системы безопасности объекта входят системы охранной и пожарной сигнализаций, видеонаблюдения, контроля и управления доступом (рис. 6), газового пожаротушения и оповещения о пожаре. Интегрированная система безопасности обеспечивает:

• централизованное управление всеми системами как с единого, так и со специализированных пультов;
• мониторинг состояния систем в режиме реального времени;
• круглосуточный контроль за обстановкой в здании и на подступах к нему;
• ведение протоколов событий систем с генерацией отчетов по запросу;
• автоматическое оповещение сотрудников службы безопасности о внештатных ситуациях как посредством звукового оповещения и показа места срабатывания систем на экране в виде фрагмента плана здания и изображения от видеокамер, расположенных на данном участке, так и посредством рассылаемых по каналам учрежденческой и сотовой связи SMS-сообщений;
• управление инженерными системами здания в случае пожара и многое другое.

Специальные модули обеспечивают:

• управление доступом в помещения в соответствии с установленным графиком;
• доступ посетителей в определенные помещения только в присутствии авторизованного персонала;
• выдачу разовых пропусков посетителям с блокировкой повторного прохода;
• определение маршрута патрулирования здания и прилегающей территории с отслеживанием перемещений патруля при помощи
• систем контроля доступа видеонаблюдения, охранной сигнализации и системы диспетчеризации.

Среда передачи данных

Естественно, что при такой насыщенности здания информационными системами передача данных невозможна без качественной среды передачи данных. Была выбрана структурированная кабельная система (СКС), позволяющая связывать между собой устройства, находящиеся в любой точке здания и за его пределами. СКС построена на оборудовании компании Nexans с расположением коммутационных узлов (рис. 7) на всех этажах административного здания. Помещения, в которых располагаются этажные коммутационные узлы, также используются для размещения оборудования систем ЛВС, безопасности, диспетчеризации и др. СКС насчитывает более 1200 портов для подключения оборудования конечных пользователей и около 170 портов для подключения технологического оборудования. Для повышения надежности системы самые ответственные каналы передачи данных резервированы.

Локальная вычислительная сеть построена на оборудовании Cisco, поскольку оно наиболее полно отвечает требованиям заказчика к скорости передачи данных и их защищенности, а также позволяет организовать выделенные виртуальные сети для различных технологических подсистем здания. Для повышения общей надежности ЛВС активные устройства, обеспечивающие работу систем безопасности и системы диспетчеризации, обеспечены 100-процентным резервированием.

Экономический эффект

Применение современных технологий позволило заказчику экономить до 32% электроэнергии и до 16% воды и тепла, а также снизить расходы на содержание службы эксплуатации здания.

Экономия электроэнергии достигается за счет включения/выключения наружного освещения в зависимости от степени освещенности, выключения освещения в рабочих помещениях в отсутствие в них персонала, диммирования световых приборов в среднем на 25% (день – 40–50%, утро/вечер – 20–25%, ночь – 90%), включения и выключения освещения лестничных клеток от датчиков присутствия и других мер, позволяющих максимально оптимизировать потребление электроэнергии в здании.

Экономия тепловой энергии достигается за счет снижения подачи тепла в части помещений в нерабочее время (выходные и праздничные дни, рабочие дни с 23.00 до 06.00) до 35–40% от уровня подачи тепла в рабочее время. При этом температура воздуха в здании изменяется с 22–24 °С до 12–15 °С

вверх