Заманауи ғимараттарды автоматтандыру жүйелеріндегі қуат талаптары мен жобалау қиындықтары

Ақылдырақ әрі тиімділігі жоғары ғимараттарға бетбұрыс

Ғимараттарды автоматтандыру жүйелері енді тек премиум нысандарға арналған міндетті емес жаңартулар емес. Олар бүкіл әлемдегі коммерциялық ғимараттардың, өнеркәсіптік кампустардың, ауруханалардың және энергияны үнемдеуге бағытталған инфрақұрылымдық жобалардың операциялық өзегіне айналып келеді.

Үкіметтер энергияға қатысты талаптарды күшейтіп, операторлар пайдалану шығындарын азайтуға ұмтылып жатқандықтан, инженерлер барған сайын байланысы артып келе жатқан орталарда үздіксіз бақылауды, тиімді басқаруды және сенімді қуат таратуды қамтамасыз ететін автоматтандыру платформаларын жобалау қысымына тап болуда.

1-сурет. Ақылды өлшеу жүйелері энергияны ескеретін ғимарат инфрақұрылымының негізгі қабатына айналуда.

Қуат архитектурасы неліктен бұрынғыдан да маңызды

Ғимараттарды автоматтандыру туралы талқылаулардың көпшілігі бағдарламалық талдауға, IoT байланысына және зияткерлік басқару элементтеріне бағытталады. Алайда кез келген сенімді BAS жүйесін орналастырудың негізі — оның қуат архитектурасы.

Контроллерлер, байланыс модульдері, HMI жүйелері, сымсыз шлюздер, датчиктер және далалық енгізу/шығару жүйелерінің барлығы тұрақты кернеу түрлендіруіне, электрлік оқшаулауға және EMC қорғанысына сүйенеді. Сенімді қуат архитектурасы болмаса, тіпті озық автоматтандыру бағдарламалық жасақтамасы да тұрақсыздық пен байланыс ақауларына осал болады.

Энергияны бақылау электр желісінің шетінен басталады

Ақылды өлшегіштер заманауи нысандардағы алғашқы зияткерлік қабатты құрайды. Бұл құрылғылар кернеу, ток және тұтыну деректерін үздіксіз жинап, талдау мен оңтайландыру үшін ақпаратты бақылау жүйелеріне жібереді.

Бұл өлшегіштер кіріс қуат желілерінде тікелей жұмыс істейтіндіктен, инженерлер электрлік шуды, кернеудің күрт көтерілу жағдайларын және электр желісіндегі бұзылуларды ескеруі керек. Оқшаулау мен EMC қорғанысы қосымша мүмкіндік емес, жобалаудың міндетті басымдықтарына айналады.

Көптеген архитектуралар кең диапазонды айнымалы ток кірісін алдымен оқшауланған 12 VDC шиналарына түрлендіріп, кейін төменірек кернеулерді байланыс модульдеріне, микроконтроллерлерге және RS485 интерфейстеріне таратады.

Ірі жүйелерде бұл құрылғылар қашықтан диагностика мен нысан аумағын толық бақылауды қолдайтын орталықтандырылған қуат және электрлік басқару жүйелеріне жиі біріктіріледі.

BACnet контроллерлері нысандарда кеңінен қолданылуын жалғастыруда

BACnet коммерциялық автоматтандыру орталарында ең кең қолданылатын байланыс стандарттарының бірі болып қала береді. HVAC, жарықтандыру, өрттен қорғау және қолжетімділікті басқару жүйелері өзара үйлесімділік үшін BACnet-пен үйлесімді контроллерлерге барған сайын көбірек тәуелді.

2-сурет. BACnet контроллерлері ғимараттың ішкі жүйелері мен орталықтандырылған басқару платформалары арасындағы өзара үйлесімділікті жеңілдетеді.

BACnet құрылғыларының көпшілігі коммерциялық ғимараттарда кең таралған 24 VAC инфрақұрылымынан жұмыс істейді. Ішкі қуат тізбегі байланыс процессорларын, Ethernet модульдерін және оқшауланған RS485 арналарын қоректендірмес бұрын айнымалы токты тұрақты токқа түзетеді.

Бұл контроллерлердің күрделене түсуі сезімтал өңдеу компоненттерін тұрақтандыру үшін PMIC және оқшауланған DC/DC түрлендіргіштерінің барған сайын жиі қолданылуын да түсіндіреді.

HVAC басқаруы дәл инженерия саласына айналуда

HVAC жүйелері нысанның жалпы энергия тұтынуының едәуір бөлігін құрайды. Энергия бағалары құбылып, тұрақты даму мақсаттары қатаңдай түскен сайын, HVAC автоматтандыруы қарапайым термостат логикасынан бейімделмелі, деректерге негізделген басқаруға ауысуда.

Ауаның айнымалы көлемі жүйелері механикалық жүктемені азайтады

Дәстүрлі тұрақты ауа көлемі жүйелері компрессорларды қайта-қайта қосып-өшіріп отырады. Ал ауаның айнымалы көлемін басқару контроллерлері ауа ағынын динамикалық түрде реттеп, жылулық тұрақтылықты жақсарта отырып, тозуды азайтады.

Бұл тәсіл энергия тұтынуын азайтып, жабдықтың қызмет ету мерзімін ұзартады, әсіресе адам көп жиналатын коммерциялық нысандарда.

3-сурет. VAV контроллерлері ауа ағынын басқаруды желілік мониторинг мүмкіндіктерімен біріктіреді.

Энергетика инженериясы тұрғысынан бұл контроллерлер сымсыз байланыс модульдерін, дисплейлерді, төмен кернеулі MCU-ларды және оқшауланған fieldbus интерфейстерін бір уақытта қолдауы тиіс. Сондықтан көп рельсті қуатты түрлендіру аса қажет болады.

Көптеген заманауи қондырғылар диагностика мен қашықтан іске қосуды жақсарту үшін бұл контроллерлерді үлестірілген HMI және өнеркәсіптік есептеу платформаларымен де біріктіреді.

Бағдарламаланатын контроллерлер OT мен ғимарат инфрақұрылымын біріктіруде

Заманауи ғимараттар өнеркәсіптік автоматтандыру орталарына барған сайын ұқсап келеді. Бірнеше ішкі жүйе деректермен үздіксіз алмасады, сондықтан аналогтық сигналдарды, цифрлық енгізу/шығаруды, байланыс трафигін және шеткі деңгейдегі аналитиканы өңдей алатын икемді контроллерлер қажет.

Қуат икемділігі кеңірек енгізуді қолдайды

Бағдарламаланатын автоматтандыру контроллерлері енді қуатты енгізудің бірнеше әдісін, соның ішінде 24 VAC, 24 VDC және стандартты айнымалы ток желісінің кернеулерін қолдайды. Бұл икемділік жаңғырту жобалары мен аралас инфрақұрылым орталарында енгізуді жеңілдетеді.

Инженерлер, әсіресе ADC, DAC және қашықтағы енгізу/шығару кеңейту модульдерін біріктіргенде, оқшауланған аналогтық схемаларға қойылатын талаптардың артып отырғанына да тап болады.

4-сурет. Заманауи бағдарламаланатын контроллерлер желілік байланысты, аналогтық өңдеуді және икемді қуатты түрлендіруді біріктіреді.

Практикалық қолданыстарда тұрақты DC/DC түрлендіру сигнал тұрақтылығына, байланыс тұтастығына және контроллердің ұзақ мерзімді сенімділігіне тікелей әсер етеді.

Адам–машина интерфейсі қабаты қарқынды кеңеюде

Интуитивті визуализация платформаларынсыз автоматтандыру жүйелерін басқару қиындайды. Қазіргі HMI жүйелері бір мезетте операциялық бақылау тақталары, диагностикалық терминалдар және қашықтан техникалық қызмет көрсету құралдары ретінде жұмыс істейді.

Бұрынғы стационарлық панельдік жүйелерден айырмашылығы, жаңа HMI платформаларында көбіне сымсыз байланыс, аккумуляторлық қуат көзі, сенсорлық интерфейс және контроллерлермен әрі далалық құрылғылармен Ethernet арқылы тікелей байланыс болады.

5-сурет. Портативті HMI жүйелері іске қосу, диагностика жасау және ғимараттарды қашықтан бақылау үшін барған сайын жиі қолданылады.

Әдетте дисплей ішкі жүйесі ең көп қуат тұтынады, сондықтан көптеген портативті HMI жүйелері 12 VDC кернеуін дисплей жабдығына тікелей беріп, байланыс және өңдеу схемалары үшін қосымша қорек желілерін қалыптастырады.

Нарықтың келесі бағыты

Ғимараттарды автоматтандыру оқшауланған басқару контурларынан толық өзара байланысқан цифрлық экожүйелерге қарай дамып келеді. Энергияны басқару, болжамды техникалық қызмет көрсету, нысанның толуын оңтайландыру және киберқауіпсіздікті бақылау енді бір-бірімен тығыз байланысты.

Нысандар үлестірілген интеллектіні енгізген сайын, инженерлер модульдік қуат архитектураларына, оқшауланған байланысқа және масштабталатын төмен вольтты түрлендіру платформаларына көбірек басымдық беретін болады.

BAS жүйелерін орналастырудың келесі буыны өңдеудің көбірек мүмкіндігін контроллерлер мен шлюздерге тікелей кіріктіруі ықтимал. Бұл өзгеріс жылуды тиімді басқарудың, ықшам қуат түрлендірудің және төзімді байланыс инфрақұрылымының маңызын арттырады.

Автордың пікірі

Ғимараттарды автоматтандыру жүйелеріндегі көптеген ақаулар қате түрде бағдарламалық жасақтамаға немесе желіге жабылады. Шын мәнінде, тұрақсыз қуат архитектурасы байланыс ақауларының, сенсорлардың тұрақсыз жұмысының және контроллерлердің істен тұруының ең елеусіз қалатын себептерінің бірі болып қала береді.

Смарт инфрақұрылымға қомақты инвестиция салатын нысандар қуатты түрлендіру мен электрлік оқшаулауды стандартты жабдықты таңдау емес, стратегиялық инженерлік шешімдер ретінде қарастыруы тиіс. Бүкіл BAS экожүйесінің сенімділігі түптеп келгенде осы негізгі жобалық шешімдерге байланысты.

Дэниел Мерсер | Өнеркәсіптік жүйелер жөніндегі аға репортер

Дэниел Мерсердің өнеркәсіптік басқару инфрақұрылымын, смарт нысандарды және қуат жүйелерін интеграциялауды қамтитын 14 жылдық тәжірибесі бар. Оның тәжірибесіне коммерциялық және өнеркәсіптік нысандардағы Siemens ғимараттарды басқару жүйелері, Honeywell қадағалау жүйелері және Schneider Electric энергияны басқару платформалары қолданылған автоматтандыру жобалары кіреді.