Успех технологии BACnet в Германии

K. Leber, президент компании Innovision AG, Германия

 

В 1987 году только что организованный комитет ASHRAE по разработке стандартов на своем первом заседании одобрил «хартию» разработки стандартизированных методов обеспечения взаимодействия систем ОВК прямого цифрового управления и другого компьютеризированного оборудования автоматизации зданий. Сегодня мы можем наблюдать впечатляющие результаты – протокол BACnet* в десятках тысяч проектов по всему миру успешно решает конкретные задачи. В настоящей статье мы расскажем о конкретных проектах с использованием BACnet, реализованных в Германии.

 

*BACnet (Building Automation and Control Network) – протокол обмена данными для систем автоматизации жизнеобеспечения зданий. BACnet разработан Американским обществом инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) и является зарегистрированным товарным знаком ASHRAE. В 2003 году BACnet стал международным стандартом ISO 16484-5.

Комплекс Allianz Treptower в Берлине

В 1996 году при строительстве нового комплекса Allianz Treptower в Берлине возникла необходимость в реализации системы управления здания, которая была бы способна интегрировать почти 50 000 точек данных различных инженерных систем: системы освещения, систем лифтов, безопасности и оповещения о пожаре, систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха. Данный проект стал в Германии первой широкомасштабной реализацией технологии BACnet.

В качестве системы автоматизации зданий (BAS) была установлена промышленная система диспетчерского управления и сбора данных (SCADA).

Координировать процесс работы было сложно, т. к. в установке различных систем автоматизации комплекса зданий (системы ОВК, освещения и управления оконными жалюзи, оповещения при пожаре и взломе, системы контроля доступа и главные компьютеры BAS) участвовали шесть разных подрядчиков. Во время работы над проектом возникало множество проблем, связанных с тем, что поставщики не всегда хотели раскрывать подробности работы своих собственных протоколов связи или обеспечивать интерфейсы BACnet. В результате необходимо было создать и установить множество шлюзов. Но ни одна из этих трудностей не была связана с самой технологией BACnet. Владелец здания – компания Allianz – настолько была удовлетворена результатами, что теперь предпочитает использовать BACnet во всех своих новых проектах.

Осуществление проектов, в которых участвует много поставщиков, может быть затруднено в том числе из-за боязни работать с системами, разработанными другими участниками.

Когда становится необходимой реконструкция инженерных систем здания, подрядчики не имеют большого желания заменять чужие системы на самое новое оборудование и программное обеспечение. В результате многие преимущества интегрированной системы BACnet теряются из-за применения устаревшего оборудования.

Во время одной из таких реконструкций в здании Allianz Treptower было установлено множество дополнительных кондиционеров воздуха – при этом применялась система DDC (прямого цифрового управления), использующая протокол BACnet и предназначенная для интеграции нового и существующего оборудования. В результате интеграция нового оборудования кондиционирования воздуха была выполнена в течение всего нескольких часов.

Рисунок 1. Протокол BACnet был использован во время последней реконструкции здания Рейхстага в Берлине

Комплекс зданий парламента в Берлине

Другой важный проект – интеграция систем управления нескольких различных производителей в комплексе зданий парламента в Берлине, в том числе и недавно отреставрированного здания Рейхстага (рис. 1). Многие протоколы отдельных производителей были подключены при помощи сети BACnet/IP-Ethernet к специализированному интерфейсу BAS (рис. 2). При реализации данного проекта были использованы различные протоколы, разработанные разными компаниями, и связанные с ними шлюзы, что привело к появлению множества проблем как на входной стороне, так и на подуровнях системы DDC.

Рисунок 2. В Рейхстаге многие протоколы отдельных производителей были увязаны в сети BACnet/IP-Ethernet

Здание Allianz в Дрездене

Система шлюзов, использованная в проектах Treptower (рис. 4) и Рейхстага, часто применяется и в других проектах, но BACnet все еще не может завоевать значительную долю на рынке. Однако специалисты полагают, что в немецких проектах протокол BACnet имеет хорошие перспективы.

В Дрездене еще одно здание компании Allianz было спроектировано с использованием BACnet и с учетом опыта, приобретенного при реализации проекта Treptower. Здание было снабжено «родным» оборудованием BACnet, начиная с основного уровня BAS и заканчивая панелями DDC. В результате была достигнута удовлетворительная работа оборудования всего здания. Это был первый проданный в Германии проект BACnet, хотя во время строительства здания Allianz в Дрездене был осуществлен ряд менее крупных.

Рисунок 3 (подробнее)   Схема установки Allianz Kai во Франкфурте. В этом проекте были использованы четыре из пяти возможностей сети BACnet

Рисунок 4. Комплекс Treptower в Берлине

Здание Kranzlereck в Берлине и банк в Дрездене

В качестве основного BACnet-интерфейса всей системы была использована промышленная система контроля и регистрации данных. В ходе инженерных разработок, выполненных подрядчиком механических систем ОВК, было выявлено, что системы BACnet не более сложны, чем любая специальная система DDC какого-либо производителя.

Тот же подрядчик выполнил сложную интеграцию систем при помощи BACnet в здании банка в Дрездене. Эта система включала в себя систему освещения EIB, оборудование систем кондиционирования воздуха, использующих протокол Modbus, и систему остекления фасада монохроматическими панелями (в этой системе пропускание света может варьироваться с помощью электрического сигнала, обеспечивая изменяемую степень защиты от солнца). В системе панелей остекления установлены интерфейс LonTalk и система DDC, которая в данном случае использует специальный протокол взаимодействия со шлюзом BACnet.

Здание Allianz Kai во Франкфурте

Во Франкфурте компанией Allianz был реализован проект с использованием BACnet, ограниченный чрезвычайно сжатыми временными границами – компании было необходимо в течение трех месяцев связать в общей сложности 45 000 точек данных из 17 больших панелей DDC с работающей системой BAS. В течение этого срока нужно было выполнить все установочные работы, программирование, запуск и ввод системы в эксплуатацию (рис. 3). Для решения этой задачи были привлечены 50 опытных специалистов в области DDC. Необходимо также было обеспечить профессиональное управление проектом и высокую квалификацию исполнителей, т. к. стояла задача интегрировать следующие системы здания:

1. Систему DDC для оборудования систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, специально предназначенную для работы с протоколом BACnet (5 500 точек данных).

2. Систему DDC для пожаротушения и дымоудаления, специально предназначенную для работы с протоколом BACnet (2 000 точек данных).

3. Интерфейс Modbus к системе парового отопления.

4. Шлюз EIB к системе управления осветительными устройствами (25 000 точек данных).

5. Систему пожарной сигнализации (5 000 точек данных).

6. Систему сигнализации против несанкционированного доступа (2 200 точек данных).

7. Систему контроля доступа.

8. Внутреннюю и внешнюю системы охранной сигнализации (1 000 точек данных).

9. Систему внутренней связи.

10. Систему контроля парковки и сопровождения маршрута обхода охранников (800 точек данных).

11. Систему измерения энергопотребления при помощи шины M-bus.

12. Систему аварийного закрывания дверей и дистанционного управления воротами и дверями главного входа.

13. Контроль лифтов.

14. Системы обеспечения информации и связи.

Из-за сжатых сроков было невозможно провести детальную разработку проекта с нуля с учетом конкретных условий, поэтому специалисты искали уже хорошо зарекомендовавшие себя готовые решения. Одновременно необходимо было разработать и реализовать всю систему автоматизации здания, DDC и обеспечения безопасности, в том числе нужно было обеспечить необходимую архитектуру системы BACnet, должный набор функций и малое время реакции системы. Приблизительно через две недели руководству компании Allianz был представлен на утверждение предварительный план.

Всем участникам проекта было ясно, что из-за 12-недельного временного ограничения о традиционном процессе реализации подобных проектов не могло быть и речи – в результате весь проект был разделен на несколько небольших, более управляемых подпроектов, использовавших существующие шкафы управления и кабели.

Подпроекты включали в себя интерфейс EIB, систему пожарной сигнализации, системы сигнализации о несанкционированном доступе, 17 панелей DDC, 69 контроллеров противопожарных заслонок, рабочие станции для оборудования систем ОВК, EIB и специализированных подсистем, систему обеспечения безопасности.

После успешного завершения всех подпроектов их нужно было собрать в единое целое. Предполагалось, что полученная в результате система должна поддерживать все необходимые функции по обеспечению взаимодействия всех ее компонентов. Для выполнения этой задачи хорошо подходило решение, основанное на применении веб- и Intranet-технологий, но это, в свою очередь, влекло за собой необходимость реализации всех графических данных рабочих станций в веб-совместимом формате, а баз данных – в формате JDBC (Java Database Connectivity – организация доступа приложений Java к базам данных в сети). И то и другое требовало больших, чем обычно, затрат времени.

Для работы над каждым подпроектом были организованы группы, в которые вошли технические специалисты по коммутационной технике, электрике, оборудованию систем управления и ОВК.

Для разделения общего проекта на меньшие подпроекты и последующей их «сборки» в единое целое необходима современная системная конфигурация – как раз в этом содержалась самая большая опасность для всего проекта: могла возникнуть ситуация, при которой было бы невозможно обеспечить должное взаимодействие всех компонентов и необходимое время реакции собранной системы приблизительно за шесть дней до даты приемки, а в этот оставшийся период уже никакие проверки и коррекции невозможны.

Архитектура планируемой системы состоит из быстрой оптоволоконной сети Ethernet-Intranet, нескольких серверов ввода-вывода, каждый из которых имеет веб-сервер и сервер данных для приема и сохранения информации приблизительно с 40 000 точек данных, а также рабочих станций веб-клиентов. Необходимые параметры времени реакции 1–2 секунды для всех систем, связанных с безопасностью, и менее напряженного времени реакции 10 секунд для всех других систем достижимы только при оптимальной настройке процессов ведения ввода-вывода и сохранения данных. Так как не было времени для экспериментов, группы разработчиков должны были полагаться на предыдущий опыт более ранних решений, основанных на веб-технологии.

Насколько известно, это был первый проект в Германии, в котором были полностью использованы преимущества фактора «нескольких поставщиков» технологии BACnet в исполнении контроллеров DDC. Контроллеры BACnet одного поставщика были выбраны для регулирования 2 000 противопожарных заслонок по сети BACnet MS/TP. Контроллеры BACnet другого поставщика использовались для обмена данными по сети ARCNET LAN приблизительно в 4 000 точек систем ОВК. Непосредственный веб-доступ ко всем данным осуществлялся веб-сервером, использовавшим для взаимодействия с конечным оборудованием протоколы BACnet/IP при передаче по сети Ethernet. Для использования обычных веб-обозревателей в качестве рабочих станций все графические данные стандарта DIN (DIN – Немецкая организация по разработке национальных стандартов, и эти графические данные используют символы стандарта DIN для компонентов системы) должны были создаваться в формате, совместимом с веб-технологией.

Для системы безопасности было необходимо использование двух экранов. Один экран был настроен для отображения всех интерактивных графических изображений схем здания, а также всех точек противопожарной сигнализации и сигнализации несанкционированного доступа. Второй экран был необходим для одновременного отображения текущих и предыдущих сигналов тревоги для одних и тех же точек (в том числе текстовые сообщения о специальных мерах, которые должны быть предприняты, или иные инструкции реагирования на сигналы тревоги). В то же время система должна была быть способной переключаться между режимами «Рабочий/Дежурный/ Техническое обслуживание» и контролировать устройства двусторонней связи, системы видео- и радиосвязи непосредственно с экрана рабочей станции в реальном режиме времени. Для предоставления таких возможностей понадобилась разработка некоторого специального программного обеспечения для ведения двунаправленного интерфейса BACnet и работы с базой данных.

Все системы автоматизации здания были успешно соединены в единую систему при помощи шлюзов EIB-BACnet: системы освещения и механизированного затенения окон, система двунаправленной связи, системы сигнализации при пожаре и несанкционированном доступе, система учета электроэнергии, основанная на шине М-bus. Другие системы, такие как система управления лифтами, управления парковкой в гараже, муниципальная система парового снабжения, объединялись либо непосредственно при помощи виртуального терминального интерфейса, либо при помощи сервера BACnet OPC или интерфейса Modbus/BACnet.

Были использованы четыре из пяти сетевых возможностей сети BACnet: Ethernet, ARCNET, MS/TP и PTP. Выбор этих возможностей определялся требованиями к производительности. Выбор сетевой архитектуры может иметь значительное влияние на стоимость проекта и производительность системы: наиболее дорогая, высокопроизводительная сеть не всегда приводит к большей производительности всей системы, и, соответственно, более экономически эффективные сетевые решения не обязательно приводят к снижению производительности, если они применяются соответствующим образом.

Наряду с обычными индикаторами и переключателями «Ручной режим/Выключено/Автоматический режим», контроллеры DDC систем ОВК должны быть оборудованы локальными дисплеями для возможности проведения ручных операций и редактирования программ. Установленная веб-технология предлагает экономически эффективное (его стоимость составляет около 3 500 евро) и удобное решение. Были установлены дисплеи с плоским экраном со встроенными промышленными ПК, для которых был необходим только веб-обозреватель для просмотра всей сети устройств DDC и для доступа к каждому контроллеру для осуществления функций отображения, управления и редактирования программ. Цветные дисплеи обеспечивают доступ к графическим данным, точкам данных и программам DDC, а также к сигналам тревоги.

Контроль всего комплекса зданий и система обеспечения безопасности были реализованы в качестве системы со многими поставщиками. Обращение ко всем необходимым функциям автоматизации зданий, таким как графическое отображение всех систем и состояния безопасности, может выполняться в полностью интегрированном формате. Каждый программный пакет мог реализовать все свои функциональные возможности без каких-либо ограничений.

Для оператора был создан унифицированный экран рабочей станции, поэтому из практических соображений было невозможно сказать, какой программный пакет используется в настоящее время. Только при выполнении технического обслуживания системы или базы данных нужно обходить определенный сервер ввода-вывода или обработки данных, который назначен соответствующей системе автоматизации, и выполнять непосредственный доступ к компонентам оборудования. Сервер обработки данных осуществляет подключение к разработанной в компании Allianz системе управления оборудованием.

Обзор системы с рабочей станции основан на поэтажных планах здания и на компоновке определенных систем здания. Обзор осуществляется по следующей иерархической схеме: тип системы – территория здания, этаж – точка данных системы.

Для выполнения обзора не нужно знать, какому серверу ввода-вывода или обработки данных назначена определенная система. При помощи отображения, имеющего структуру типа дерева и сходного с отображением данных в проводнике Windows®, имеется возможность быстро перейти к нужному элементу оборудования. Авторизация пользователя осуществляется при помощи ввода имени пользователя и пароля, которые определяют и соответствующие права доступа: просмотр – управление – изменение.

Заключение

Наиболее важные выводы, полученные в ходе анализа применения технологии BACnet в Германии:

– При помощи протокола BACnet могут быть подключены к сети очень сложные и самые современные инженерные системы зданий.

– Протокол BACnet позволяет сократить время осуществления проекта без значительных затрат и устраняет зависимость от определенных производителей систем автоматизации зданий.

– При необходимости интеграции разнородных продуктов и систем веб-технологии имеют значительные преимущества, выражающиеся в лучшей реализации проекта, большем наборе функций и удобстве для пользователя.

– «Собственные» системы автоматизации и управления зданиями отдельных производителей больше не имеют будущего, т. к. только открытые системы, имеющие доступную документацию и поддержку, могут предоставить пользователям возможность свободного выбора будущих продуктов как при строительстве новых зданий, так и при реконструкции существующих зданий.

 

Переведено с сокращениями из журнала «ASHRAE».

Перевод с английского Л. И. Баранова.

Научное редактирование выполнено ученым секретарем комитета НП «АВОК» «Интеллектуальные здания и информационно-управляющие системы» В. А. Максименко