Стремежът към по-интелигентни и по-ефективни сгради

Системите за сградна автоматизация вече не са незадължителни подобрения, предназначени само за обекти от висок клас. Те бързо се превръщат в оперативната основа на търговски сгради, индустриални комплекси, болници и енергийно ефективни инфраструктурни проекти по целия свят.

Тъй като правителствата затягат енергийните регулации, а операторите се стремят към по-ниски експлоатационни разходи, инженерите са подложени на натиск да проектират платформи за автоматизация, които осигуряват непрекъснат мониторинг, ефективно управление и надеждно разпределение на електроенергията в среди с все по-голяма свързаност.

Фигура 1. Интелигентните измервателни системи се превръщат в основен слой на енергийно ефективната сградна инфраструктура.

Защо силовата архитектура е по-важна от всякога

Повечето дискусии относно сградната автоматизация се фокусират върху софтуерния анализ, IoT свързаността и интелигентното управление. Въпреки това основата на всяка надеждна BAS инсталация е нейната силова архитектура.

Контролерите, комуникационните модули, HMI интерфейсите, безжичните шлюзове, сензорите и полевите I/O модули разчитат на стабилно преобразуване на напрежението, електрическа изолация и EMC защита. Без надеждна силова архитектура дори усъвършенстваният софтуер за автоматизация става уязвим към нестабилност и комуникационни повреди.

Мониторингът на енергията започва от границата на електрическата мрежа

Интелигентните измервателни уреди са първият интелигентен слой в съвременните обекти. Тези устройства непрекъснато събират данни за напрежението, тока и потреблението, като предават информацията към надзорни системи за анализ и оптимизация.

Тъй като тези измервателни уреди работят директно на входните захранващи линии, инженерите трябва да вземат предвид електрическия шум, пренапреженията и смущенията в електрическата мрежа. Гальваничната изолация и EMC защитата се превръщат в задължителни приоритети при проектирането, а не в допълнителни функции.

Повечето архитектури преобразуват входното променливо напрежение с широк диапазон в изолирани шини 12 VDC, преди да разпределят по-ниски напрежения към комуникационните модули, микроконтролерите и интерфейсите RS485.

При по-мащабни инсталации тези устройства обикновено се интегрират в централизирани системи за управление на електрозахранването и електрическите компоненти, които поддържат дистанционна диагностика и мониторинг на целия обект.

BACnet контролерите продължават да се разпространяват в различни обекти

BACnet остава един от най-широко използваните комуникационни стандарти в средите за търговска автоматизация. ОВК системите, осветлението, противопожарната защита и контролът на достъпа все повече разчитат на BACnet-съвместими контролери за оперативна съвместимост.

Фигура 2. BACnet контролерите улесняват оперативната съвместимост между подсистемите на сградата и централизираните платформи за управление.

Повечето BACnet устройства работят от инфраструктура с 24 VAC, широко разпространена в търговските сгради. Вътрешно захранващата верига изправя променливия ток до постоянен, преди да захрани комуникационните процесори, Ethernet модулите и изолираните RS485 канали.

Нарастващата сложност на тези контролери обяснява и все по-широкото използване на PMIC и изолирани DC/DC преобразуватели за стабилизиране на чувствителните компоненти за обработка.

Управлението на ОВК се превръща в дисциплина на прецизното инженерство

ОВК системите представляват значителна част от общото енергопотребление на даден обект. Тъй като цените на енергията се колебаят, а целите за устойчивост стават по-строги, автоматизацията на ОВК преминава от проста логика с термостати към адаптивно управление, базирано на данни.

Системите с променлив въздушен обем намаляват механичното натоварване

Традиционните системи с постоянен въздушен обем многократно включват и изключват компресорите. Вместо това контролерите за променлив въздушен обем регулират въздушния поток динамично, като намаляват износването и същевременно подобряват температурната стабилност.

Този подход намалява потреблението на енергия и удължава жизнения цикъл на оборудването, особено в търговски обекти с висока посещаемост.

Фигура 3. VAV контролерите съчетават управление на въздушния поток с мрежови възможности за мониторинг.

От гледна точка на електроенергетиката тези контролери трябва едновременно да поддържат безжични комуникационни модули, дисплеи, нисковолтови MCU и изолирани интерфейси за полева шина. Затова преобразуването на захранването с множество шини става от съществено значение.

Много съвременни инсталации също интегрират тези контролери с разпределени HMI и платформи за индустриални изчисления, за да подобрят диагностиката и дистанционното въвеждане в експлоатация.

Програмируемите контролери сближават операционните технологии и инфраструктурата на сградите

Съвременните сгради все повече наподобяват среди за индустриална автоматизация. Множество подсистеми обменят данни непрекъснато, което изисква гъвкави контролери, способни да обработват аналогови сигнали, цифрови I/O, комуникационен трафик и анализи на ниво периферия.

Гъвкавото захранване подпомага по-широкото внедряване

Съвременните програмируеми контролери за автоматизация вече поддържат множество методи за входно захранване, включително 24 VAC, 24 VDC и стандартни променливотокови мрежови напрежения. Тази гъвкавост улеснява внедряването при модернизации и в среди със смесена инфраструктура.

Инженерите също така се сблъскват с нарастващи изисквания към изолираните аналогови схеми, особено при интегриране на ADC, DAC и модули за разширяване на отдалечени I/O.

Фигура 4. Съвременните програмируеми контролери съчетават мрежова свързаност, аналогова обработка и гъвкаво преобразуване на захранването.

При реални внедрявания надеждното DC/DC преобразуване пряко влияе върху стабилността на сигналите, целостта на комуникацията и дългосрочната надеждност на контролерите.

Слоят на човешкия интерфейс се разширява бързо

Системите за автоматизация стават трудни за управление без интуитивни платформи за визуализация. Съвременните HMI устройства вече едновременно функционират като оперативни табла, диагностични терминали и инструменти за дистанционна поддръжка.

За разлика от по-ранните системи с фиксирани панели, по-новите HMI платформи често включват безжична свързаност, батерийно захранване, сензорни интерфейси и директна Ethernet комуникация с контролери и полеви устройства.

Фигура 5. Преносимите HMI устройства все по-често се използват за въвеждане в експлоатация, диагностика и дистанционен надзор на сгради.

Дисплейната подсистема обикновено консумира най-много електроенергия, което обяснява защо много преносими HMI устройства подават директно 12 VDC към дисплейния хардуер, като същевременно генерират вторични захранващи шини за комуникационните и изчислителните схеми.

Накъде се насочва пазарът

Сградната автоматизация се развива отвъд изолираните контури за управление и се превръща в напълно взаимосвързани цифрови екосистеми. Енергийният мениджмънт, предиктивната поддръжка, оптимизацията на използването на помещенията и мониторингът на киберсигурността вече са тясно свързани.

С приемането на по-разпределена интелигентност в обектите инженерите все повече ще отдават приоритет на модулни силови архитектури, изолирани комуникации и мащабируеми платформи за преобразуване на ниско напрежение.

Следващото поколение внедрявания на BAS вероятно ще интегрира повече възможности за периферна обработка директно в контролерите и шлюзовете. Тази промяна ще увеличи значението на ефективното термично управление, компактното преобразуване на електроенергия и устойчивата комуникационна инфраструктура.

Гледната точка на автора

Много повреди в системите за сградна автоматизация неправилно се приписват на софтуера или мрежите. В действителност нестабилната силова архитектура остава една от най-пренебрегваните причини за комуникационни повреди, нестабилност на сензорите и престои на контролерите.

Обектите, които инвестират значителни средства в интелигентна инфраструктура, трябва да разглеждат преобразуването на електроенергия и електрическата изолация като стратегически инженерни решения, а не като избор на стандартен хардуер. Надеждността на цялата екосистема на BAS в крайна сметка зависи от тези фундаментални проектантски решения.

Даниел Мърсър | Старши репортер за индустриални системи

Даниел Мърсър има 14 години опит в отразяването на индустриалната контролна инфраструктура, интелигентните сгради и интеграцията на електроенергийни системи. Опитът му включва проекти за автоматизация със системи за сградно управление на Siemens, надзорни системи на Honeywell и платформи за енергиен мениджмънт на Schneider Electric в търговски и промишлени обекти.