BMS pojawił się na rynku jako system z zamkniętym protokołem komunikacyjnym, jednak stwarzało to szereg ograniczeń, zwłaszcza w doborze urządzeń wykonawczych. Zamknięte protokoły wymuszają stosowanie sprzętu określonej firmy czy serwisowania instalacji przez wskazane przez producenta osoby, co znacznie zwiększa koszty instalacji oraz eksploatacji systemu. Z drugiej strony jednak, systemy te mają utajnione struktury danych i protokoły ich przetwarzania, co sprawia, że na tym poziomie bezpieczeństwo zarządzania budynkiem jest wyższe niż w przypadku systemów z otwartymi protokołami komunikacyjnymi. W odpowiedzi na powiększające się potrzeby rynkowe zaczęły pojawiać się coraz to doskonalsze systemy zarządzania budynkami. Obecnie bazują one głównie na otwartych protokołach komunikacyjnych typu: LON, BACnet, Modbus, IP, KNX, Z-WAVE i wielu innych. Urządzenia działające w oparciu o te standardy mogą współpracować z urządzeniami różnych producentów, jednak aplikacje muszą bazować na tym samym protokole. Takie podejście obniża koszty instalacji i daje szerokie możliwości doboru elementów, ale otwarte protokoły komunikacyjne mają także swoje minusy. Do podstawowych zaliczyć można możliwość niepoprawnej współpracy między urządzeniami różnych producentów, konieczność każdorazowego pisania nowej aplikacji, mniejsze bezpieczeństwo danych na poziomie zarządzania budynkiem, a co za tym idzie – konieczność stosowania dodatkowych form zabezpieczeń danych.

Dobór odpowiedniego systemu zależy przede wszystkim od charakterystyki obiektu, jego funkcji, wielkości, ilości systemów i elementów wykonawczych oraz możliwości integracji systemów automatyki.

-        BAS (Building Automation System) – system centralnego sterowania i nadzoru instalacji technicznych w budynku. Obejmuje on takie instalacje, jak: automatyka wentylacji i klimatyzacji, automatyka ciepła i chłodu, sterowanie oddymianiem, monitoring w ograniczonym stopniu instalacji elektrycznych;

-        SMS (Security Management System) oraz DMS (Danger Management System) – systemy bezpieczeństwa w budynku działające na poziomie zarządzania informacją;

-        BMCS (Building Management and Control System) – system globalny, który zarządza systemami BMS i SMS; 

-        HMS (House Management System), który jest odpowiednikiem BMS działającym na mniejszą skalę, np. na jednym piętrze czy w sali konferencyjnej.

 

Zarówno system BAS, jak i DMS może działać niezależnie lub pod kontrolą BMS. Związane jest to z dostosowaniem do wymogów bezpieczeństwa i oddzieleniem funkcji technicznych od systemów bezpieczeństwa. Dlatego w tym wypadku rolą BMS nie jest kontrola pracy tych podsystemów DMS czy SMS, a jedynie ich monitorowanie i analizowanie płynących od nich informacji. BMS może za to bez przeszkód kontrolować działanie BAS. 

Na rynku Polskim dostępnych jest wiele rozwiązań sprzętowych, które pozwalają zintegrować systemy budynkowe. Przykładowe systemy przedstawiamy poniżej.

 

System Delta Controls działa w oparciu o w pełni zintegrowany system BACnet, który zawiera sterowniki do systemu HVAC, kontroli dostępu i sterowania oświetleniem. Bardzo podobnymi rozwiązaniami sprzętowymi są systemy Trend, Kieback & Peter, Johnson Controls. Systemy te oprócz komunikacji za pomocą protokołu BACnet mogą wykorzystywać również inne protokoły budynkowe, tj. LonTalk czy CanOpen. Są to przykłady otwartych protokołów komunikacyjnych, które mogą być zarządzane z pojedynczej stacji roboczej. Systemy skonstruowane są tak, by umożliwić wdrażanie różnych strategii zarządzania budynkiem, co zwiększa jego elastyczność. Systemy te cechuje możliwość monitorowania zużycia mediów, co doskonale wpisuje się w trendy zielonych (ekologicznych) budynków. Paszportyzacja energetyczna nowoczesnych budynków wymusza na inwestorach oraz administratorach budynków wdrożenie procedur związanych z ochroną środowiska i optymalizację zużycia mediów.

Przedstawione tu rozwiązania są zaawansowanymi technicznie systemami, posiadającymi intuicyjny interfejs graficzny, dzięki czemu nie jest konieczne posiadanie dodatkowych kwalifikacji niezbędnych do obsługi systemu. Także konfiguracja systemu jest stosunkowo prosta. W pełni programowalny system pozwala na zaawansowane strategie zarządzania zużyciem energii, które mogą być dostosowane do aktualnych potrzeb i możliwości budynku. Archiwizacja danych umożliwia obserwację trendów, tworzenie wykresów zużycia poszczególnych mediów dla określonych podnajemców lub stref budynku, co daje możliwość implementacji scenariuszy energetycznych.

Architektura komunikacyjna pozwala na stworzenie pełnego systemu automatyki budynkowej zarządzającego instalacjami HVAC, kontroli dostępu, sygnalizacji włamania i napadu, telewizji dozorowej, monitoringu mediów oraz integrację z innymi systemami za pomocą protokołów MOD-bus, M-bus lub Gateway. Całość systemu zarządzana jest z jednej stacji roboczej, a serwer wizualizacyjny umożliwia łatwe i szybkie prezentowanie stanu systemu.

 

Koncepcja rozwiązań firmy Phoenix Contact opiera się na zastosowaniu sterowników swobodnie programowalnych. W zależności od obiektu czy systemu sterowania można w dowolny sposób zintegrować i rozproszyć system. Sterowniki są dowolnie skalowane, dzięki czemu możemy wyposażyć je w odpowiednią ilość wejść, wyjść. Dzięki różnorodności wykonania sterowników można wybrać odpowiedni sposób komunikacji z elementami obiektowymi. Sterowniki te posiadają możliwość komunikacji z takimi protokołami obiektowymi, jak: Modbus, Profinet, ethernet, Dali, enOcean czy OPC za pomocą rozwiązań takich, jak: GPRS, WLAN, Bluetooth, RS232, RS485. Oprogramowanie wizualizacyjne Visu+ integruje i wizualizuje wszystkie elementy obiektowe w budynku. Standardowym i często spotykanym rozwiązaniem są WebPanele. Są to panele dotykowe, które komunikują się bezpośrednio ze sterownikiem i wizualizują pracę poszczególnych elementów systemu na wcześniej przygotowanej grafice. Istnieje możliwość wyświetlenia tej wizualizacji z dowolnego innego narzędzia, które ma dostęp do sieci sterowników oraz posiada przeglądarkę internetową. Oprócz szerokiej gamy sterowników, modułów wejść, wyjść firma Phoenix Contact posiada pełną gamę produktową w zakresie ochrony przepięciowej, zasilania i systemu przesyłu danych. Dzięki temu możliwe jest zbudowanie pełnej i kompletnej struktury całego systemu w oparciu o jednego producenta, co gwarantuje kompatybilność i stabilność działania.

Podobnie jak w przypadku rozwiązań Phoenix Contact koncepcja systemu WAGO opiera się na zastosowaniu sterowników swobodnie programowalnych. W zależności od rodzaju budynku i systemu sterowania możliwe jest dowolne integrowanie i rozpraszanie systemu. Tu również sterowniki mają budowę modułową, dzięki czemu można doposażyć je w odpowiednią ilość wejść i wyjść. Wiele rozwiązań sprzętowych sterowników pozwala na dobranie odpowiedniego sposobu komunikacji z elementami obiektowymi. Sterowniki te posiadają możliwość komunikacji z takimi protokołami obiektowymi, jak: LonTalk, Bacnet, CanOpen, DeviceNet, Profibus, Lightbus, Dali, enOcean, EtherCAT, KNX, M-Bus. Za pośrednictwem oprogramowania wizualizacyjnego ASIX istnieje możliwość wizualizacji i integracji pozostałych elementów obiektowych poprzez OPC. Także zastosowanie WebPaneli pozwala na szybką wizualizację i sterowanie bezpośrednio z danym sterownikiem i zobrazowanie pracy poszczególnych elementów systemu na wcześniej przygotowanej grafice. Firma WAGO dostarcza sterowniki, moduły wejść, wyjść a także posiada pełną gamę produktową w zakresie ochrony przepięciowej, zasilania, systemu przesyłu danych. Dzięki temu system ten, mimo iż opera się na otwartym protokole komunikacyjnym, umożliwia proste zbudowanie struktury w oparciu o jednego producenta, dzięki czemu można uniknąć wielu problemów wynikających z braku kompatybilności elementów pochodzących od różnych producentów.

Bardzo podobnym rozwiązaniem jest również koncepcja systemu Beckhoff. Oprócz cech wymienionych powyżej posiada także możliwość obsługi protokołu DMX.

 

Firma Schneider Electric posiada w swojej ofercie m.in.: system TAC Vista, Andover Continuum, TAC I/NET.

Są to systemy dedykowane np. do systemów klimatyzacji i wentylacji, kontroli dostępu, telewizji przemysłowej. Poprzez zastosowanie otwartych standardów komunikacyjnych pozwalają na integrację i komunikację między poszczególnymi elementami podsystemów.

Jedno z rozwiązań to TAC Vista, do którego zaliczyć można grupę produktową sterowników Xenta oraz narzędzie programistyczne Menta. Komunikacja między elementami systemu odbywa się za pomocą magistrali LON. Oprócz sterowników swobodnie programowalnych dostępne są również sterowniki parametryzowane, dedykowane do obsługi poszczególnych stref klimatycznych. Dzięki temu można w prosty i szybki sposób zbudować nieskomplikowaną wizualizację. Aby zbudować sieć komunikacyjną, należy użyć narzędzia do konfiguracji sieci, np. LonMaker. Za pomocą tego narzędzia generowane są wszystkie powiązania. Wizualizacja systemu Vista jest narzędziem umożliwiającym wyświetlanie stanów pracy, parametrów zmiennych, wszystkich elementów sieci LON. Oprócz standardowych zmiennych sieciowych możliwa jest również wymiana zmiennych dedykowanych dla sterowników systemu TAC Xenta, takich jak 401. Dla systemów małych, gdzie nie występują powiązania sieciowe, można użyć oprogramowania Vista jako narzędzia do konfiguracji sieci. Problem pojawia się w przypadku systemów rozbudowanych i potrzeby wymiany danych między elementami systemów. W przypadku dużych obiektów istnieje potrzeba wymiany danych między bazą LNS (LonMaker) a bazą danych Visty. Sterowniki swobodnie programowalne, tj. 401, 301, mogą być programowalne zdalnie ze środowiska programistycznego Menta, jednak w przypadku zmiany pliku konfiguracyjnego sterownika istnieje potrzeba wgrania oprogramowania poprzez port RS232 bezpośrednio do każdego sterownika. Oprócz sterowników dostępne są również bramki komunikacyjne i serwery Web. Dzięki bogatej gamie rozwiązań sprzętowych można wykorzystać pozostałe dostępne elementy do stworzenia kompletnej i w pełni funkcjonalnej sieci komunikacyjnej.

Kolejnym rozwiązaniem z zakresu sterowania i zarządzania budynkiem jest system Andover Continuum. Dzięki interfejsom do systemów innych producentów Andover Continuum może współpracować i wymieniać informacje z różnymi systemami, włączając w to systemy klimatyzacji, system sygnalizacji pożarowej, system telewizji przemysłowej, sterowania oświetleniem itp. Jeżeli dany produkt nie wykorzystuje do komunikacji otwartych standardów, istnieje możliwość zastosowania sterowników komunikacyjnych innych producentów, które obsługują wiele różnych protokołów. Andover Continuum obsługuje protokół BACnet oparty na normie ASHRAE/ANSI/ISO, który zapewnia możliwość współpracy systemów automatyki budynku z innymi systemami. System ten w pełni wykorzystuje możliwości otwartego protokołu BACnet w zakresie udostępniania danych, analizy trendów, harmonogramowania, alarmowania oraz zarządzania urządzeniami. System Andover Continuum pozwala na integrację oraz wspiera wiele standardów komunikacji oprogramowania biurowego i automatyki budynków, włączając w to pocztę elektroniczną, SNMP, HTML, Active-X, XML, TCP/IP, OPC, LONWORKS, BACnet i ethernet. Dodatkową funkcjonalnością jest możliwość zastosowania sterowania bezprzewodowego za pomocą protokołu ZigBee już w warstwie sterowania. Narzędzie wizualizacyjne i programistyczne są zintegrowane, dzięki czemu z pozycji jednego środowiska można zarządzać całą infrastrukturą sieciową. Interesującą nakładką funkcjonalną jest dodatkowa walidacja zmian, akceptacji alarmów itp. Co jest wykorzystywane główne w procesach, gdzie decyzje personelu obsługującego muszą być przemyślane i celowe, np. w przemyśle farmaceutycznym, zakładach przemysłowych i ciepłownictwie.

 

System Niagara jest jednym z otwartych systemów automatyki, monitorowania i integracji systemów automatyki budynków. Niagara AX jest narzędziem umożliwiającym powiązanie dowolnego protokołu komunikacyjnego z systemami obiektowymi. Ponad 200 opracowanych i dostępnym protokołów, ponadto możliwość samodzielnego implementowania protokołów komunikacyjnych to elementy, które pozwalają teoretycznie na nieograniczone możliwości komunikacyjne, przewodowe czy też bezprzewodowe. Cała struktura sieci opiera się o sterowniki swobodnie programowalne „Jace”, które zbierają informacje z podsieci i przesyłają dalej do systemu nadrzędnego Niagara AX Supervisor. Komunikacja odbywa się za pomocą sieci ethernet. Oprócz sterowników swobodnie programowalnych dostępne są również moduły wejść, wyjść. Brak elementów wykonawczych, sterowników strefowych, lokalnych powoduje konieczność wprowadzenia wielu dostawców na obiekt, co może być problematyczne. Problem ten może być rozwiązany dzięki zastosowaniu systemu CentralLine, który wykorzystuje środowisko Niagara AX, ale dodatkowo posiada elementy wykonawcze i sterujące.  

Na rynku dostępnych jest dużo systemów pozwalających na integrację instalacji budynkowych. Na podkreślenie zasługuje jednak ich wspólna cecha, jaką jest gromadzenie informacji płynących z całego budynku w jednym miejscu i pozwalanie na reagowanie w czasie rzeczywistym na zmiany warunków zewnętrznych i wewnętrznych, tak by możliwe było uzyskanie optymalnego zużycia energii, mediów, poprawa funkcjonalności, bezpieczeństwa oraz komfortu budynku. Należy pamiętać, że obecnie otwarte protokoły komunikacyjne BMS pozwalają na integrację elementów pochodzących od różnych producentów, a także wykonanych w różnych standardach (EIB/KNX, LonWorks, BACnet) w jeden system. Dzięki temu możliwości systemów zarządzania budynkiem stały się niemalże nieograniczone, co pozwoliło na stworzenie takiego rozwiązania, które najlepiej odpowiada oczekiwaniom użytkownika. Dzięki budowie modułowej systemu BMS można dowolnie rozbudowywać instalację, wyłączać jedynie niektóre elementy systemu, ograniczyć szkody wywołane awarią jednego segmentu. Taka budowa sprawia, że cały system staje się bardzo elastyczny. 

Przedstawione tu systemy należy traktować jako zarysowanie pewnych możliwości rozwiązań stosowanych w zarządzaniu budynkami. Należy pamiętać, że w podobny sposób działa wiele systemów dostępnych na rynku, których opisy nie zostały uwzględnione w tym krótkim porównaniu.

Automatyka-budynkowa.com