файл - Orenelectro.ru

Про технологии "умного дома"
Среда взаимодействия устройств "умного дома"
Но какой бы сложной ни была начинка, все сводится к взаимодействию большого числа
связанных между собой по определенному алгоритму устройств.
Первые системы домашней автоматизации были реализованы на контроллерах,
поддерживающих протокол Х10.
Технология Х10 была изобретена и запатентована в конце 70-х годов прошлого века
инженерной фирмой PICO Electronics, штаб-квартира которой находится в Англии.
Впоследствии инженеры из PICO перебазировались в Нью-Йорк, где продолжили свои
работы по развитию методов дистанционного управления проигрывателями, используя
готовую электропроводку для передачи сигналов. После выполнения девяти
экспериментальных проектов именно десятый оказался наиболее успешным (отсюда - и
название Х10), и именно его результаты определили стандарт передачи сигналов по
силовой электропроводке. Группа разработчиков Х10 назвала свою новую компанию по
автоматизации домов X10 USA, или X10 Inc.
Помимо X10 Inc. сегодня Х10-совместимые устройства производят многие компании Leviton, Marmitek, IBM, SmartLinc, PowerHouse и др.
Протокол X10 - это метод передачи управляющих сигналов-команд (включить,
выключить, ярче, темнее и т. д.) по силовой электропроводке на электронные модули, к
которым подключены управляемые электробытовые и осветительные приборы. Его
главным преимуществом является то, что управляющие сигналы передаются по проводке,
уже проложенной в помещении, то есть при внедрении системы "умный дом" отпадает
надобность в проведении модернизации, часто дорогостоящей.
Вторым неоспоримым преимуществом стандарта Х10 является то, что он гораздо
"старше" своего конкурента - "шинного" стандарта. По этой причине оборудование для
Х10 в настоящий момент выпускается множеством фирм (в том числе IBM и прочими
гигантами мировой электронной индустрии). Следствием этого является низкая цена (по
сравнению с "шинным" стандартом) на оборудование данного стандарта.
Основные недостатки стандарта Х10 следуют из его основного достоинства - передачи
сигналов по электропроводке:
- очень низкая скорость передачи информации и относительно низкая надежность;
- недостаточные возможности обратной (от электроприборов) передачи информации, что
затрудняет организацию каких-либо диагностических функций.
В силу этого возможности приборов стандарта Х10 в домашней автоматизации
существенно ограничивают полет фантазии.
Во-первых, без дополнительных ремонтных работ к "умному дому" нельзя подключить
некоторое оборудование (например, невозможно будет "заставить" работать две
существующие группы освещения как три, как бы этого ни хотелось).
Во-вторых, исполнение сложных схем управления бытовым электрооборудованием (с
организацией диагностических функций и функций контроля состояния оборудования) на
основе Х10 ведет к усложнению системы (а значит, к снижению ее надежности).
В-третьих, ограничено количество управляемых групп (до 256) и при этом велик риск
несанкционированного доступа к Х10-устройствам по электросети.
Многие недостатки решений на базе протокола Х10 были устранены в так называемых
"шинных" системах. Главное их отличие состоит в том, что они имеют отдельную
сигнальную шину, по которой подается низкое напряжение питания и осуществляется
подача сигналов управления.
На сегодняшний день в этой области не существует единого стандарта. На рынке
наиболее известны протоколы EIB, LonWorks, BACnet и Clipsal C-Bus, а также брендовые
продукты таких крупных компаний, как Crestron, AMX, Lutron, Leviton, Dynalite.
Чем же характеризуются эти системы?
EIB (European Installation Bus) - это децентрализованная открытая сетевая технология,
поддержанная десятками ведущих компаний - членов EIBA (European Installation Bus
Association), организации, основанной в Европе в 1990 г.
Устройства, будь то передатчики или приемники, связываются друг с другом
непосредственно, без иерархии или сетевого контролирующего прибора. Компоненты
осуществляют передачу последовательно, асинхронно, конфликты разрешаются
расстановкой приоритетов сообщений. Предназначенная для передачи информация
собирается в телеграммы и через шину передается приемнику или группе приемников.
Сообщение получают все абоненты, но реагируют на него только те, кому оно адресовано.
В случае успешной передачи каждый приемник подтверждает получение телеграммы.
При отсутствии подтверждения передача повторяется. После трех неудачных попыток
передача прекращается, а в запоминающем устройстве передатчика фиксируется
информация о неисправности.
При необходимости возможно введение централизованного режима управления.
Диспетчерский пульт или компьютер может быть помещен в любое место на шине.
Сегодня EIB-протокол поддерживает обмен по витой паре (9600 байт/с), непосредственно
по силовой линии (1200/ 2400 бит/с, первоначально - только для 230 В, 50 Гц), по радио и
по ИК-каналу.
При обмене данными по витой паре выполняются следующие условия:
- компоненты системы могут соединяться по типу "линия", "звезда", "дерево" и в любых
сочетаниях;
- максимальная длина линии не должна превышать 1000 м, причем расстояние между
двумя компонентами не может быть более 700 м;
- расстояние между источником питания и компонентом не должно превышать 350 м;
если питание линии обеспечивается двумя источниками питания, то расстояние между
ними должно быть более 200 м;
- в одной линии может быть до 64 компонентов;
- до 15 линий могут быть объединены в зону.
При обмене данными по силовой линии:
- топология - "звезда", "дерево", комбинированная;
- скорость передачи - 1200 бит/с;
- максимальное число логических адресов -255;
- максимальное число физических адресов - 32767.
Данная технология используется при построении систем интеллектуального здания в
крупных коттеджах и административных зданиях, как для комплексной, так и для
частичной автоматизации, например для управления светом на стадионах, в кинотеатрах,
конференц-залах и т. д. Поддерживается большинством производителей средств
автоматизации, такими, как Gira, ABB, Siemens, Hager, Marten и др.
Технология LonWorks - несколько более сложная система, разработанная американской
фирмой Echelon для автоматизации зданий, промышленных и транспортных систем,
общественных учреждений. Сетевая структура схожа с шиной EIB, но благодаря
возможности программирования встроенного контроллера позволяет реализовать
сложные протоколы управления исполнительными устройствами.
Ядром сети LonWorks является микропроцессор Neuron, включающий три восьмибитовых
микропроцессора, встроенную память и 11 контактов ввода-вывода. Любое такое
устройство содержит Neuron-процессор и способно обеспечивать получение данных,
двунаправленную связь и управление. В основе технологии лежит стандартизованный
протокол LonTalk. Концепция LonWorks заключается в реализации систем управления
при помощи "распределенного интеллекта" - управляющей сети (Local Operating Networks
- LON), которая имеет минимальное количество уровней иерархии и в которой нет
выраженного центрального устройства (Master). Оборудование, функционирующее по
технологии LonWorks, поддерживает различные сетевые топологии - "шину", "звезду",
"кольцо", а также широко распространенную смешанную. На рынке имеется несколько
типов маршрутизаторов, которые обеспечивают подключение к различным
промышленным или общественным сетям. Для уменьшения нагрузки на сеть используется
событийный механизм обмена сообщениями, т. е. данные передаются только тогда, когда
произошли какие-либо изменения. Имеется встроенная поддержка распределенной
операционной системы. Технология LonWorks ориентирована на построение
территориально распределенных систем с огромным количеством узлов. В наибольшей
степени все ее преимущества раскрываются при построении автоматизированных систем
управления инженерными системами (освещение, отопление, вентиляция,
кондиционирование, системы доступа, охраны) жилых и промышленных зданий
(концепция интеллектуального здания).
Кроме того, данная технология характеризуется отличным масштабированием: до 127
LON-узлов в каждой подсети; до 255 подсетей в домене.
BACnet (Building Automation and Control Network - сети управления зданиями. Этот
протокол обмена данными для систем автоматизации жизнеобеспечения зданий
разработан Американским обществом инженеров по отоплению, охлаждению и
кондиционированию воздуха (ASHRAE) и является зарегистрированным товарным
знаком ASHRAE. Предназначен для управления системами отопления,
кондиционирования и вентиляции.
BACNet - маршрутизируемый протокол, который при помощи программируемых
контроллеров интегрируется со структурированными кабельными системами и
различными совместимыми устройствами, маркируемыми как BACTalk. Под
совместимыми устройствами, разумеется, нельзя понимать системы контроля доступа или
управления освещением - речь идет исключительно о приборах, выполняющих функции
отопления, кондиционирования и вентиляции.
Сети BACnet, хотя они и обладают рядом неоспоримых достоинств, известны в России
пока мало. Главным из этих достоинств является возможность осуществления проектов
без привязки к конкретному производителю - такие сети допускают легкую замену и
модернизацию оборудования, в том числе на уровне отдельных функциональных
элементов.
Протокол С-Bus разработан компанией Clipsal, основанной в 1907 г. и являющейся
ведущим производителем электрооборудования в Австралии и Азии.
Фирма Clipsal производит более 50 000 видов оборудования и обеспечивает им 40% рынка
Азии, Австралии и Великобритании.
Из наиболее известных проектов с использованием продуктов Clipsal можно назвать
стадион "Манчестер" (Manchester Commonwealth), McLaren Mercedes, Дом оперы Сиднея
(Sydney Opera House) и, конечно, главный стадион Олимпиады 2000 в этом же городе.
Система Clipsal C-Bus построена на базе открытого IP- протокола; ПО, совместимое со
всеми версиями Windows, обеспечивает управление системами любого уровня.
Структура системы построена по принципу распределенного интеллекта. В каждый ее
управляющий элемент встроен микроконтроллер, позволяющий системе работать
независимо от остальных блоков. Все блоки оснащены памятью, не повреждающейся при
сбоях в подаче электроэнергии. Сеть C-Bus использует кабель данных Cat5 (витая пара)
для соединения управляющих элементов и питания безопасным напряжением 36V/DC.
При этом она электрически изолирована от основного электропитания и имеет защиту от
коротких замыканий.
Функциональные возможности системы C-Bus:
- управление освещением - диммирование*1 ламп накаливания, галогенного и
люминесцентного освещения с нагрузками до 20 А на канал, формирование любых
световых сценариев, поддержание определенного уровня освещения и т. д.;
_____
*1 Диммирование - плавное управление яркостью ламп.
- управление климатическими системами - кондиционерами, бойлерами, теплыми полами;
- управление открытием и закрытием жалюзи, ворот, дверей, в том числе дистанционное;
- управление доступом - скоординированная работа с системами безопасности, дозвон на
телефоны по любому несанкционированному событию, различные варианты работы
системы в зависимости от присутствия или отсутствия хозяина, карточные системы
идентификации;
- инфракрасное управление различными устройствами и бытовыми приборами;
- программирование любых последовательностей действий - ежедневных, еженедельных,
в отсутствие хозяина, офисных расписаний обогрева и вентиляции и т. д.
Управление всей системой может осуществляться с помощью многоклавишных
программируемых выключателей либо с применением обыкновенных выключателей
другого производителя, сенсорных экранов, компьютера, по сигналам детекторов
движения, датчиков уровня освещения, температуры, по сетям Ethernet и Интернет, по
протоколу RS 232, посредством телефона и голоса.
Технические особенности системы Clipsal C-Bus:
- 100 устройств и 1000 м кабеля категории 5 в одной сети;
- 255 сетей в одной системе;
- 25 500 устройств, до 255 км кабеля категории 5 в системе.
За последние несколько лет C-Bus была применена более чем в 54 тыс. установок начиная с домашних и заканчивая большими корпоративными. Устанавливать эту систему
выгодно, надежно и несложно.
ASI (Actuator-Sensor Interface) - такой интерфейс между сенсорами и актуаторами можно
встретить в некоторых европейских разработках. Это простая и недорогая полевая шина с
предельной скоростью передачи данных 167 кбит/с на расстояния не более 100 м.
Строится по архитектуре "мастер - помощник" и допускает подключение до 31
устройства.
Bitbus (IEEE 1118) - развитая полноценная сетевая система "мастер - помощник",
обеспечивающая высокую надежность передачи информации и высокую степень
абстракции (вплоть до уровня 7 OSI). Поддерживается работа с 256 устройствами на
одной шине на удалении до 13 км, скорости передачи в диапазоне от 62 кбит/с до 2,5
Мбит/c. На физическом уровне использует повсеместно признанный в промышленности
интерфейс RS485.
CAN (ISO 11898) - набирающая силу полевая шина, изначально создававшаяся для
применения в автомобилях. Характеризуется почти идеальным соответствием
потребностям событийных систем управления, неплохими характеристиками
масштабирования и невысокой стоимостью развертывания. CAN очень хорошо
поддержана самыми разными производителями электронных компонентов, что делает ее
перспективной для небольших компаний, специализирующихся в области создания
собственных узлов для реализации "умного дома". Требует применения двухпроводной
витой пары, обеспечивает высокую скорость передачи данных и гарантированное время
доставки пакетов (соответствует требованиям к системам реального времени).
HART - весьма забавная и в то же время заслуженно признанная (поддерживающая ее
организация - HART Communication Foundation создана в 1993 г.) и хорошо отработанная
аналого-цифровая шина (т. е. позволяющая передавать одновременно аналоговый и
цифровой сигналы). Требует двухпроводного кабеля, не слишком хорошо масштабируется
(всего до 15 устройств, этот барьер можно преодолеть с помощью отдельных
мультиплексоров), характеризуется возможностью небыстрой передачи данных (1200
бит/с) на большие расстояния (до 2 км). В силу специфики HART иногда применяется в
наружных охранных подсистемах "умного дома".
В общем и целом битва стандартов пока продолжается, и конца ее не предвидится. Работа
протоколов совершенствуется, каждый производитель постоянно выбрасывает на рынок
все новые и новые устройства с улучшенными и расширенными характеристиками.
Открытость протоколов способствует практически мгновенной интеграции технических
новинок одного протокола во все остальные.
На сегодняшний день географическое распределение основных протоколов выглядит так:
- американский континент - LonWorks;
- Европа - EIB;
- Великобритания, Австралия и большая часть Азии - C-Bus.
По мнению автора, теоретически наиболее удобной была бы система, использующая
массовые протоколы, например IP, применяемые в компьютерных сетях. Такую систему
можно контролировать и настраивать с любого компьютера практически в реальном
времени. А зная, с какой легкостью у нас в стране пишутся программы, можно бы было
предположить, что решение, построенное на этих принципах, будет наиболее
жизнеспособным. Компьютерные сети развиваются с неимоверной скоростью, и
подключить в единую структуру устройства контроля и управления системами "умного
дома" было бы логично.
Теперь по поводу цены. Конечно же, цена - это немаловажный фактор. Но в жизни за все
приходится платить. Техника "умного дома" является высокотехнологичной, построенной
на последних достижениях электроники, а потому не может быть общедоступной, ее
нельзя сравнить с электролампой. Но если вы не располагаете суммой, достаточной для
покупки всего комплекса сразу, то для вас есть выход - создавать комплекс поэтапно.
Начать можно с самого необходимого и постепенно пополнять комплекс, главное, чтобы
при проектировании системы были заложены возможности ее будущего расширения.
Кроме того, существуют малобюджетные проекты, которые позволяют создавать
отдельные виды систем с минимальными затратами.
Установить систему автоматизации несложно. Но сначала желательно обратиться за
консультацией к профессионалам. Лучше делать поэтапно весь комплекс с применением
"правильной" техники и технологии. Помните, что "умный дом" создается не на один
день!
И, наконец, главный аргумент в защиту предлагаемой технологии. Даже самые ярые
сегодняшние скептики наверняка не откажутся от возможностей "умного дома", когда они
станут реальностью (как в свое время не отказались скептики прошлого от
автоматических стиральных машин, микроволновых печей и прочих обыденностей
сегодняшнего дня).
Чего ждать в ближайшем будущем? Не станем выступать в роли гадалки, поэтому ответ
поищем в современных маркетинговых исследованиях. Опросы домовладельцев,
проводимые различными исследовательскими организациями, уже сейчас выявляют
весьма сильную заинтересованность в функциональности систем "умного дома". Так,
иметь в обязательном порядке возможность дистанционного управления
технологическими подсистемами и устройствами "умного дома" хотят порядка 19%
респондентов, для 40% это непринципиально и только 8% - категорически против. При
этом возможность непосредственного управления подсистемами безопасности, без
участия третьих лиц или организаций, считают безусловно необходимой 23%
респондентов, нейтрально настроены 47%, а 8% полагают, что заботу об этой подсистеме
безопасности лучше вообще переложить на плечи профессионалов. Примечательно, что и
в том и в другом случае примерно пятая часть респондентов считает эти две функции
совершенно ненужными. Но как бы там ни было, примерно пятьдесят - все-таки больше,
чем примерно двадцать, откуда следует, что и дистанционное управление всем
технологическим подпространством дома, и возможность сугубо персонального контроля
системы безопасности обязательно будут реализованы в различных вариантах системы
"умного дома". Однако строительным компаниям создание "умных домов" не гарантирует
роста численности заказчиков - только 12% из них согласны с приоритетом "умности" при
выборе жилья, 28% предпочитают сами строить свою систему "умного дома" на базе того,
что у них уже есть. По мнению ученых, потенциальные заказчики, даже не владеющие
описанной терминологией, инстинктивно стремятся сохранить социальную стабильность
своего дома и поэтому хотят играть роль проектировщиков наряду со специалистами.
Впрочем, управленцы строительных компаний тоже читают труды теоретиков, и во
многих странах существуют фирмы, специализирующиеся на проектировании и
возведении "умных домов" по принципу "любая прихоть заказчика - закон".