Анализ готовых систем автоматизации

ВятГУ кафедра АТ

группа УТ-51

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Взам. Инв. №

Инв.№ подл.

Подп. и дата

ТПЖА.421457.739 ПЗ

	Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

	Дата

Лит.

2



Листов

Лист

72







Ожегов И.В.

Шмакова Н.А.



Шмакова Н.А.





Семеновых В.И.

Разраб.

Пров.



Н. контр.

Утв.

Разработка автоматизированной системы обеспечения комфортных условий жизнедеятельности в загородном доме

	



ВятГУ кафедра АТ

группа УТ-51

Подп. и дата

Инв. № дубл.

Взам. Инв. №

Инв.№ подл.

Подп. и дата

ТПЖА.421457.739 ПЗ

	Изм.

Лист.

№ докум.

Подп.

	Дата

Лит.

2



Листов

Лист

72







Ожегов И.В.

Шмакова Н.А.



Шмакова Н.А.





Семеновых В.И.

Разраб.

Пров.



Н. контр.

Утв.

Разработка автоматизированной системы обеспечения комфортных условий жизнедеятельности в загородном доме

	



			

подп. и дата

Инв. № дубл.

Взам. Инв. №

Инв. № дубл.

Подп. и дата

ТПЖА.421457.739 ПЗ



Изм.

	Лист.

№ докум.

Подп.

	Дата

лист

21

подп. и дата

Инв. № дубл.

Взам. Инв. №

Инв. № дубл.

Подп. и дата

ТПЖА.421457.739 ПЗ



Изм.

	Лист.

№ докум.

Подп.

	Дата

лист

21

 Содержание

Введение…………………………………………………………………….	4

1 Анализ существующих методов автоматизации……………………….	5

     1.1 Анализ готовых систем автоматизации…………………………..	5

     1.2 Протоколы передачи для автоматизации зданий…………………	7

     1.3 Выводы к главе 1………………….....................................................	16

2 Объект автоматизации. Инженерные системы объекта……………….	18

     2.1 Объект автоматизации………………………………………………	18

     2.2 Система климат-контроля…………………………………………	20

     2.3 Система освещения………………………………………………….	22

     2.4 Выводы к главе 2…………………..................................................... 	22

3 Разработка системы управления………………………………………...	25

     3.1 Arduino Due……………………………….………………………...	26

     3.2 Структурная схема блока контроля………………………………….	28

     3.3 Физическая реализация интерфейса 1-Wire………………………..	30

4 Выбор и обоснование элементной базы………………………………...	32

     4.1 Выбор микроконтроллера…………………………………………...	32

     4.2 Выбор панели индикации…………………………………………….	34

     4.3 Выбор датчиков……………………………………………………….	35

        4.3.1 Датчик температуры………………………………………………	36

        4.3.2 Датчик освещенности и влажности………………………………	37

        4.3.3 Датчик движения…………………………………………………..	39

     4.4 Выбор исполнительных элементов…………………………………..	41

        4.4.1 Разработка исполнительного модуля…………………………….	42

        4.4.2 Разработка модуля ИК управления………………………………	46

        4.4.3 Расчет элементов схемы исполнительного устройства…………	50

     4.5 Расчет источника питания…………………..……………………….	53









5 Разработка программного обеспечения………………………………            61

     5.1 Создание меню и разработка интерфейса…………… ………….          62

     5.2 Программное управление исполнительным модулем…………...	70

6 Организационно-экономический раздел……………………………….	73

     6.1 Расчет капитальных затрат на разработку системы………………	74

     6.2 Расчет ожидаемого экономического эффекта от внедрения си-

стемы…………………………………………………………………………	81

Заключение………………………………………………………………….        82

Библиографический список…………………………..…………………....        84

Приложение А(справочное)………………………………………………..        85

Приложение Б(справочное)………………………………………………...        86

Приложение В(справочное)………………………………………………..         87

Приложение Г(справочное)………………………………………………..         88

































Введение

Современные жилые помещения оснащены огромным количеством оборудования и устройствами, обеспечивающими человеку комфортные условия проживания. Большинство устройств являются высокотехнологичными системами, способными самостоятельно анализировать факторы воздействия внешней среды и незамедлительно реагировать даже на малейшие изменения. К сожалению устройства, работающие в автоматическом режиме по отдельности, не редко конфликтуют друг с другом, снижая тем самым эффективность своей работы и повышая энергопотребление. В современных домах главными принципами жизни становятся энергосбережение, экологичность и как следствие экономичность.[3]

Цель выпускной квалификационной работы – это разработка автоматизированной системы обеспечения комфортных условий жизнедеятельности в конкретно заданном загородном доме.

Задачи, которые необходимо решить для достижения данной цели:

провести анализ существующих методов автоматизации жилых помещений, для этого необходимо рассмотреть аналоги систем управления и рассмотреть протоколы передачи, применяемые в таких системах;

рассмотреть объект автоматизации и его инженерные системы;

разработать систему управления с оптимальным набором компонентов;

разработать программное обеспечение и интерфейс взаимодествия с пользователем.







Анализ методов автоматизации жилых помещений



 Анализ готовых систем автоматизации

Современные жилые помещения оснащены огромным количеством оборудования и устройствами, обеспечивающими человеку комфортные условия проживания. Большинство устройств являются высокотехнологичными системами, способными самостоятельно анализировать факторы воздействия внешней среды и незамедлительно реагировать даже на малейшие изменения. В современных домах главными принципами жизни становятся энергосбережение, экологичность и как следствие экономичность.

Система автоматизации жилого помещения это на самом деле всего лишь качественная современная электрика, дающая пользователям дополнительные преимущества за счет более совершенной архитектуры.

На сегодняшний день существует огромное количество готовых решений автоматизации от различных компаний по проектированию, установке и обслуживанию систем, как для небольших коттеджей, так и для многоквартирных домов. Развивается устойчивая тенденция к возрастанию доли стоимости и объема инженерных систем и систем автоматизации в общей стоимости строительных объектов. Системы автоматизации и управления зданиями формируют базу для создания новых сервисов для пользователей в рамках объекта. Это находит выражение в повышении потребительской привлекательности интеллектуальных зданий, выражающейся, в частности, в снижении страховых рисков за счет повышения устойчивости интеллектуальных зданий  к различным дестабилизирующим факторам и снижении расходов на эксплуатацию, т. е. в повышении эффективности интеллектуальных зданий  по сравнению с традиционными решениями.

В ряде исследований последних лет показана устойчивая тенденция к возрастанию доли стоимости и объема инженерных систем и систем автоматизации в общей стоимости строительных объектов.  Развитие этой тенденции к настоящему моменту привело к качественному изменению места и роли систем автоматизации и управления зданиями с одной стороны и концепции взаимной увязки инженерного оборудования объектов и организационно-технических решений по эксплуатации с использованием систем и управления зданиями с другой стороны.

Сейчас на рынке представлено некоторое количество готовых и разработанных систем для автоматизированного управления системами помещения. 

Рассмотрим готовые решения для автоматизации и их среднерыночную стоимость. Можно выделить три системы в разных ценовых категориях для управления зданием на данный момент, это системы:



«Inels», Чехия – система с классом оборудования «стандарт» (централизованная система, имеется проводное и беспроводное решение, два варианта управления);

«Clipsal», Австралия – система с классом оборудования «бизнес» (децентрализованная система, проводное соединение C-Bus, множество вариантов управления);

«KNX», Германия – система с классом оборудования «премиум», одна из самых надежных систем на данное время (децентрализованная система, четыре среды передачи данных, различные варианты управления).



Базовая стоимость создания инженерии для типовых объектов с автоматизацией систем отопления и освещения и площадью автоматизации до 100 квадратных метров приведена в таблице 1.









Таблица 1 – Базовая стоимость аналогичных систем управления

Класс оборудования

Стоимость оборудования, руб.

Стоимость работ (проект + монтаж + наладка), руб.

Общая стоимость «под ключ», руб.

Стандарт 
(«Inels», Чехия)

от 110000,00

от 90000,00

200000,00

Бизнес 
(«Clipsal», Австралия)

от 205000,00

от 105000,00

310000,00

Премиум 
(«KNX»)

от 380000,00

от 150000,00

530000,00



Главными недостатками существующих систем являются – высокая стоимость конечного продукта, ввиду малой конкуренции и небольшое количество существующих качественных систем, общая стоимость установки данной системы даже для небольшой площади до 100 квадратных метров, может обойтись в сумму от 200000,00 до 1000000,00 руб.

 Протоколы передачи для автоматизации зданий

На сегодняшний день насчитывается более трех сотен разных интерфейсов передачи данных в системах автоматики. Все они должны соответствовать определённым требованиям.

В системах автоматизации ошибка в передаваемых от контроллера или к нему данных означает сбой исполнительного механизма. Стоимость такой ошибки может быть очень велика. Поэтому краеугольными требованиями, предъявляемыми к интерфейсу передачи данных, является надежность интерфейса, его устойчивость к ошибкам и возможным обрывам линии. 

Системы контроля и управления зданий подвергаются расширению несколько раз в течение  жизненного цикла. Как правило, если предприятие осваивает новую продукцию, или расширяет производство, существующие датчики, либо заменяются, либо дополняются более точными. При этом, протягивая линии связи к новым контроллерам или интеллектуальным адресным датчикам, зачастую приходится сталкиваться с жесткими требованиями топологии используемого интерфейса. Поэтому в данном случае, идеальным будет интерфейс, имеющий минимальные требования к топологии линий. Такой интерфейс принято называть интерфейсом со свободной топологией. 

Впервые задача по внедрению автоматики в жилое помещение, появление понятия «умного дома» была  решена в 1978 году компаниями Х10 USA и Leviton, которые разработали технологию для управления бытовыми приборами по проводам бытовой электросети. 

Впрочем, Х10 сегодня уже считается устаревшим, поскольку создавался для управления электроосветительными устройствами и поддерживал всего шесть команд управления питанием. Для создания «интеллектуального дома» этого явно недостаточно. Аудио- и видеотехника требуют как минимум команд смены каналов, изменения громкости, управления воспроизведением; а ведь требуется управлять еще системами отопления, вентиляция, кондиционирования воздуха. Эту технологию используют многие компании, такие как GeneralElectric, IBM, Philips, RCA, Magnavox, Gemini, Leviton, RadioShack, ATI, Black&Decker и др., а количество проданных устройств зашкаливает за сто миллионов.Сигналы, подаваемые с пультов управления или контроллеров, принимаются исполнительными модулями: выключателями, регуляторами, реле, приводами. Работает эта система при помощи обычной электропроводки (220 В, 50 Гц), по которой передаются информационные сигналы. Именно поэтому технология X-10 настолько распространена – ведь не нужно строить ничего лишнего или прокладывать новые линии связи.

В качестве центрального микроконтроллера может служить домашний компьютер, хотя по технологии X-10 наличие центрального микроконтроллера не обязательно: каждое устройство получает индивидуальный адрес, по которому команда, отправленная с пульта, найдет его. И необязательно все время компьютер держать включенным: модули X-10 и так запомнят и выполнят необходимые команды. Если и телефон включить в систему, то можно отдавать команды и получать информацию по телефонному звонку.

Недостатки технологии X-10: скорость передачи сигналов достаточно низка из-за передачи их по электросети. И еще, из-за недостаточных возможностей обратной передачи информации от электроприборов, организация более сложных систем затруднена. Поэтому сложную систему лучше строить на основе других технологий.

В поисках решений этой проблемы различными компаниями предпринимались попытки и разработаны новые интерфейсы передачи данных, например C-Bus, одна из распределенных систем управления «Умного дома».

В качестве передаточного звена в C-Bus используется неэкранированная витая пара. Информация посылается от переключателей или панелей управления через шину C-Bus к соответствующим активным блокам-реле. Еще одно достоинство C-Bus – то, что эта система позволяет управлять домом на расстоянии без наличия сервера. Контроллер с постоянным IP-адресом подключается к сети Интернет и к «Интеллектуальному дому», и все это связывается IP-интерфейсом. На этот интерфейс и посылаются команды с удаленного телефона или компьютера.

Система C-Bus позволяет объединять до 100 устройств в одной сети и 255 сетей в одной системе. Контроллеры присутствуют во всех звеньях системы: выключателях, датчиках, диммерах и т. д. и сеть таких контроллеров может управлять домом. Каждое звено системы имеет «память», которая не повреждается при сбоях в подаче электроэнергии, что делает систему, построенную на шине C-Bus, особенно надежной. 

Технология EIB (EuropeanInstallationBus) используется в Европе и поддерживается такими фирмами как Siemens, Gira, ABB, Hager, Marten и т.д.

По этой технологии для системы, параллельно с силовой проводкой, прокладывается витая пара; она и является управляющей шиной. К ней подключаются все устройства, и через нее поддерживается связь между устройствами, включенными в систему. Необходимая информация передается от передатчиков сериями сигналов, которые через шину подаются сразу на все приемники. И хотя эту информацию получают все приборы, реагируют на нее только те, которым она адресована. Обмен информацией по силовой проводке предполагает до 255 логических и до 32 767 физических адресов. Скорость передачи информации по силовой линии – до 1200 бит/с. Сегодня EIB-интерфейс может работать с радиоканалом, с инфракрасным каналом, с силовой проводкой (1200/2400 бит/с при 230 В, 50 Гц), а также осуществлять передачи по витой паре (со скоростью до 9600 байт/с).

В то же время для системы, построенной на основе EIB, существуют ограничения. Например, длина линии не должна превышать 1 км. Расстояние между двумя компонентами должно быть не больше 0,7 км, а расстояние между источником питания и любым устройством должно быть не более 0,35 км. В одну сеть может быть объединено не больше 64 компонентов.

Системы, построенные по технологии LonWorks по своей сетевой структуре похожи на EIB. Однако благодаря возможности программирования встроенного контроллера LonWorks позволяет реализовывать более сложные проекты. Эта технология была разработана американской компанией Echelon с целью автоматизировать промышленные и транспортные системы, а также общественные учреждения и здания.

LonWorks реализуется при помощи управляющей сети LON (LocalOperatingNetwork), имеющей минимальное количество уровней иерархии. Определенного центрального, ведущего устройства такая система не имеет. Ядро сети LonWorks – микромикроконтроллер Neuron, в который включены 3 восьмибитовых микромикроконтроллера, 11 контактов ввода-вывода и встроенная память. LonWorks может объединять до 127 LON-узлов в каждой подсети и до 255 подсетей в домене.

Системы AMX, Crestron основываются на применении широкого спектра управляющих контроллеров и исполнительно-командных блоков. Обработкой информации занимается мощный центральный компьютер, он принимает сигналы от датчиков и переключателей и пересылает их к управляющим блокам. Контроллеры AMX и Crestron имеют большие возможности и достаточную гибкость. Такие системы позволяют построить системы автоматизации практически любой сложности, при этом требует высокоуровневого программирования. Стоимость таких систем намного выше цен C-Bus и X-10.

BACnet – BuildingAutomationandControlNetwork был разработан американским обществом ASHRAE (общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха). Этот интерфейс предназначен для управления системами отопления, охлаждения и кондиционирования, а для управления освещением или другими бытовыми приборами этот интерфейс не применяется. 

Однопроводной интерфейс 1-Wire , разработанный в конце 90-х годов фирмой Dallas Semiconductor Corp. 1-Wire-net представляет собой информационную сеть, использующую для осуществления цифровой связи одну линию данных и один возвратный (или земляной) провод. Таким образом, для реализации среды обмена этой сети могут быть применены доступные кабели, содержащие неэкранированную витую пару той или иной категории, и даже обычный телефонный провод. Такие кабели при их прокладке не требуют наличия какого-либо специального оборудования, а ограничение максимальной длины однопроводной линии регламентировано разработчиками на уровне 300м. 

Основой архитектуры 1-Wire-сетей, является топология общей шины, когда каждое из устройств подключено непосредственно к единой магистрали, без каких-либо каскадных соединений или ветвлений. При этом в качестве базовой используется структура сети с одним ведущим или мастером и многочисленными ведомыми. Хотя существует ряд специфических приемов организации работы однопроводных систем в режиме мультимастера.

Конфигурация любой 1-Wire-сети может произвольно меняться в процессе ее работы, не создавая помех дальнейшей эксплуатации и работоспособности всей системы в целом, если при этих изменениях соблюдаются основные принципы организации однопроводной шины. Эта возможность достигается благодаря присутствию в интерфейсе 1-Wire-интерфейса специальной команды поиска ведомых устройств, которая позволяет быстро определить новых участников информационного обмена. Стандартная скорость отработки такой команды составляет ~75 узлов сети в секунду.

Благодаря наличию в составе любого устройства, снабженного сетевой версией 1-Wire-интерфейса, индивидуального уникального адреса, такая сеть имеет практически неограниченное адресное пространство. При этом каждый из однопроводных приборов сразу готов к использованию в составе 1-Wire-сети, без каких-либо дополнительных аппаратно-программных модификаций. Однопроводные компоненты являются самотактируемыми полупроводниковыми устройствами, в основе обмена информацией между которыми, лежит управление изменением длительности временных интервалов импульсных сигналов в однопроводной среде и их измерение. Передача сигналов, для 1-Wire-интерфейса, асинхронная и полудуплексная, а вся информация, циркулирующая в сети, воспринимается абонентами либо как команды, либо как данные. Команды сети генерируются мастером и обеспечивают различные варианты поиска и адресации ведомых устройств, определяют активность на линии даже без непосредственной адресации отдельных компонентов, управляют обменом данными в сети и т.д. 

Стандартная скорость работы 1-Wire-сети, которая составляет 15,4 Кбит/сек, была выбрана, во-первых, с учетом обеспечения максимальной надежности передачи данных на большие расстояния, и, во-вторых, с учетом быстродействия наиболее широко распространенных типов микроконтроллеров, которые в основном должны использоваться при реализации ведущих устройств однопроводной шины. Это значение скорости обмена может быть уменьшено до любого возможного значения благодаря введению принудительной задержки между передачей в линию отдельных битов данных (растягиванию временных слотов интерфейса). Или увеличено за счет перехода на специальный ускоренный режим обмена (скорость Overdrive - до 125Кбит/сек), который допускается для отдельных типов однопроводных компонентов на небольшой по расстоянию, качественной, не перегруженной другими приборами линии связи.

При реализации однопроводного интерфейса используются стандартные КМОП/ТТЛ логические уровни сигналов, а питание большинства однопроводных компонентов может осуществляться от внешнего источника с рабочим напряжением в диапазоне от 2,8В до 6,0В. Альтернативой применению внешнего питания служит, так называемый, механизм "паразитного питания", действие которого заключается в использовании каждым из ведомых компонентов 1-Wire-линии электрической энергии импульсов, передаваемых по шине данных, которая аккумулируется специальной, встроенной в прибор емкостью. Кроме того, отдельные компоненты однопроводных сетей могут использовать режим питания по шине данных, когда энергия к приемнику поступает непосредственно от мастера по линии связи, при этом обмен информацией в сети принудительно прекращается.

Так же, существуют беспроводные технологии для управления системой «Умный дом». Основные преимущества таких технологий - отсутствие проводов, а это значит, что монтаж оборудования становится проще и дешевле.

Одна из самых распространенных беспроводных технологий, использующихся в «Умном доме» это ZigBee. Сети, образованные по данному интерфейсу, начали рассматриваться с 1998 года, когда многие установщики осознали, что интерфейсы WiFi и Bluetooth стали неподходящими для многих приложений. Данный стандарт дает новые возможности для построения сетей нового уровня, а именно:

При низком энергопотреблении поддерживает не только простые топологии беспроводной связи “Звезда” и “Точка-точка”, но и сложные беспроводные сети с ячеистой топологией с ретрансляцией и маршрутизацией сообщений.

В отличие от Bluetooth устройств, у устройств ZigBee задержка отклика в сотни раз меньше (15 миллисекунд против 3 секунд у Bluetooth), что делает, к тому же, уровень энергопотребления чрезвычайно низким. На одной батарейке устройство может работать до 15 лет

Пульт управления ZigBee-устройствами работает в радиочастотном режиме малой мощности, что позволяет использовать его в любом помещении, несмотря ни на какие преграды: стены, перегородки, мебель и прочие. В отличие от пульта IR с инфракрасным управлением, вы из любого помещения можете управлять всеми устройствами в доме. Диапазон охвата имеет радиус в зависимости от оборудования от 10-75 метров до 1500 метров. Максимальная выходная мощность 1 мВт.

Способность сетей ZigBee к самовосстановлению при выходе из строя какого-либо устройства в сети, способность находить самостоятельно друг друга сразу же после включения питания практически без видимой задержки.

Возможность построения сети постепенно шаг за шагом.

Высокая надежность передачи данных, низкое энергопотребление и невысокая стоимость устройств делает применение таких сетей высокоэффективным способом автоматизации жилища.

Не менее распространенная система Z-wave – это запатентованный беспроводной интерфейс связи, разработанный для домашней автоматизации, в частности, для контроля и управления на жилых и коммерческих объектах. 

Z-Wave превращает любое автономное устройство в интеллектуальный сетевой узел, который может контролироваться и управляться без проводов. Управление светом, бытовой и мультимедиа-техникой, контроль доступа, управление климатическими системами дома, охранно-пожарная сигнализация – это только некоторое применение технологии Z-Wave в быту.

Технология Z-Wave реализуется в виде чипа (SingleChip) или в виде модуля с интегрированным модулем беспроводной связи и антенной. Система управления на основе Z-Wave представляет собой mesh-сеть с беспроводной дуплексной радиосвязью. Информационные сети, организованные по топологии Mesh, получили за последнее время большое признание. 

Mesh-сеть Z-Wave состоит из двух различных типов узлов:

Узлы (cоntrollers), которые могут осуществлять маршрутизацию;

Узлы (slave), которые могут посылать, принимать и исполнять команды, но они не содержат  функции маршрутизации. В то же время, slave-узлы могут работать в сети Z-Wave как ретрансляторы сигнала.

Максимальное количество узлов сети, определяемое интерфейсом Z-Wave составляет 232 узла. Controllers и slave – узлы в зависимости от назначения и применения бывают разных видов. Для идентификации устройств в сети, а также различия Z-Wave-сетей существуют понятия Home ID и Node ID. В пределах одной сети Home ID у всех устройств должен быть одинаков, в то время, как Node ID используется для однозначной идентификации конкретного узла, поэтому Node ID для каждого устройства должен быть уникален. В процессе конфигурирования сети предустановленные при производстве устройств значения идентификаторов Home ID и Node ID могут быть изменены.

Управлять каждой системой в отдельности вполне удобно. Но если имеется несколько систем, то, очевидно, удобнее ими управлять децентрализовано. Для этих целей идеально подходит технология Z-Wave, которая специально разрабатывалась для решения подобных задач.

Еще одна распространенная беспроводная система EnOcean основана на использовании двух ключевых факторов: первое -  появление микроэлектронных устройств — передатчиков и микроконтроллеров, для работы которых требуются нВт потребляемой мощности, второе - устройства, которые способны собирать и накапливать эту энергию из окружающего пространства. Наиболее эффективные из них это преобразователи механической энергии в электрическую, фотоэлементы и термоэлектрические преобразователи Пельтье.

 Первое устройство (беспроводный выключатель) получало энергию от встроенного пьезомеханического генератора. В дальнейшем для повышения срока службы и уменьшения прилагаемого усилия устройство было оснащено электромагнитным преобразователем. Это дало ресурс в 50 000 операций. Конечные изделия EnOcean не нуждаются в элементах питания и батарейках и могут работать годами автономно. 

Характерная дальность распространения сигнала от передатчика до приемника на открытом пространстве составляет порядка 300 метров. В помещениях прохождение сигнала сильно зависит от материала стен и перекрытий. Обычно этот параметр составляет примерно 30 метров. 

Радиотелеграммы EnOcean представляют собой цифровой пакет данных длиной 14 байт, передаваемых со скоростью 120 кбит/с. Каждый пакет содержит уникальный адрес устройства, который не повторяется. Это дает возможность использовать много передающих устройств в радиусе действия одного приемника. Существуют даже быстро разворачиваемые системы голосования на базе выключателей EnOcean. Кроме того, интерфейс передачи данных устроен таким образом, что каждый пакет передается три раза в течение промежутка от 50 до 100 мс. Длительность самого пакета от 1 до 5 мс. Микроконтроллер, который формирует пакеты, каждый раз хаотично размещает их в промежутке 50—100 мс. Поэтому, данные от разных передатчиков, отправляемые одновременно, практически, никогда не накладываются друг на друга, не возникает коллизий.

Модули EnOcean могут работать на разных частотах, но в основном, они выпускаются для, так называемых, SRC диапазонов,  на которых находятся устройства с ближним радиусом действия бытового назначения. 



 Выводы к главе 1

В данной выпускной квалификационной работе будет использоваться комбинация проводной и беспроводной систем передачи данных, которая позволит максимально использовать возможности передачи данных и минимизировать вмешательство в существующую сеть жилого помещения. 

Для достижения поставленной цели – разработки автоматизированной системы обеспечения комфортных условий жизнедеятельности в загородном доме, с учетом описанных выше недостатков существующих решений были сформулированы общие требование к системе:

универсальность решения – разрабатываемая система должна обеспечивать мониторинг и управление несколькими инженерными системами (система климат-контроля, система освещения);

экономическая целесообразность – система должна быть не дороже 200 тысяч рублей;

использование энергосберегающих технологий – разрабатываемая система должна обеспечивать рациональное и эффективное энергопотребление;

расширяемость решения – разрабатываемая система должна обладать возможностью для наращивания функционала и изменения настройки существующей конфигурации.

























Объект автоматизации. Инженерные системы объекта

2.1 Объект автоматизации

Объектом автоматизации, который будет рассматриваться в выпускной квалификационной работе, является загородный дом со свайно-ростверковым фундаментом, стены из газосиликатных блоков марки Д500, перекрытие крыши имеет деревянный каркас, дом утеплен минераловатным базальтовым утеплителем, фасад заштукатурен цементной декоративной штукатуркой. В доме уже имеются определённые инженерные системы, такие как: 

–	отопление;

–	вентиляция;

–	освещение.





Рисунок 2.1 – Вид лицевого фасада здания



Система отопления реализована на электрических конвекторах, работающих в паре с теплым полом, горячее водоснабжение отсутствует, в доме установлена система водоподготовки при помощи электроводонагревателя.



Рисунок 2.2 – План этажа автоматизируемого помещения



Система освещения реализована при помощи светодиодных лент и стационарных светильников. Вентиляция имеет всего лишь два режима работы пассивный, при котором все приводы электровентиляторов выключены и активный когда они работают на полную мощность.

На данном этапе совершенно понятно, что все самые необходимые системы для обеспечения жизнедеятельности есть, но работают они лишь в ручном режиме, что не удовлетворяет требованиям. Можно говорить о том, что внедрение системы позволит экономить и повысит уровень комфорта.

В связи с этим это помещение необходимо оснастить автоматикой, которая будет способна безопасно и в соответствии с желаниями пользователя организовывать  совместную работу систем, и при этом максимально экономить энергоресурсы. 

В данном автоматизируемом помещении уже завершены все отделочные работы, оно уже используется для проживания, поэтому для реализации идеи необходимо будет синтезировать устройство способное управлять, используя не только проводные, но и без проводные технологии.

2.2 Система климат-контроля



В загородном доме система отопления и охлаждения воздуха реализована при помощи кондиционера LG ART COOL Mirror , электроконвектеров Thermor EVIDENCE 2 Electronic 2000Вт с электронным термостатом и системы теплого пола реализованной с помощью пленочных элементов. 

             Рисунок 2.3 – Кондиционер LG ART COOL Mirror



Установленный кондиционер, обладает неплохим набором сервисных функций, низким энергопотреблением прост в использовании и не требует практически никакого сервисного обслуживания. Управляется устройство при помощи пульта дистанционного управления работающего на инфракрасном излучении.

         Рисунок 2.4 – Конвектер Thermor EVIDENCE 2 Electronic



Данный конвектер оснащен регулятором температуры и защитой от перегрева, основным недостатком данного обогревателя является отсутствие как такового управления, в автоматическом режиме он лишь поддерживает температуру на уровне заданной, получая данные с датчика температуры расположенного на его корпусе, что с практической точки зрения не в полне корректно, ввиду того что температура воздуха в комнате гораздо ниже чем температура возле нагревательного элемента. Единственным плюсом применения этого устройства является его цена и экономичность показателей энергопотребления в сравнении с аналогами.

Система теплого пола реализована при помощи пленочных элементов работающих под управлением терморегулятора Ensto ECO10FJ 

Рисунок 2.5 – Терморегулятор Ensto ECO10FJ



Данное устройство является простейшим в линейке терморегуляторов и не имеет никаких дополнительных функций кроме как, плавной установки температуры, имеет встроенный датчик температуры.

Система вентиляции загородного дома работает при помощи двух вентиляционных установок мощностью по 300Вт и управляется при помощи обычных клавишных выключателей.

Из вышеизложенного следует, что управление этим оборудованием для снижения затрат и энергопотребления необходимо осуществлять одновременно и согласованно. Так же очевидна необходимость в установке в комнатах дополнительных датчиков температуры, а существующие в устройствах будут выполнять лишь функции предохранительных, ввиду их невысокой точности. С задачей управления системой климат контроля сможет справиться лишь многоканальный термостат, безусловно являющийся неотъемлемой частью будущей системы автоматизации. 



2.3 Система освещения

	

Освещение комнат дома подразделяется на основное, реализованное при помощи светодиодных светильников и дополнительное RGB светодиодные ленты, выполняющие роль дежурного и ночного освещения. Несомненно, в комнатах имеются и точечные источники освещения, но считается не целесообразным автоматизировать, например настольную лампу или прикроватные светильники, это несет дополнительные затраты и неуклонно удорожает систему. Управление освещением в режиме on/off пригодно лишь для основного освещения, но не подходит для дежурного. Существуют готовые комплекты для управления источниками света, но все они имеют ряд недостатков, таких как ограниченное количество каналов, являются самостоятельными системами и не подходят для реализации недорогой автоматизации. 



2.4 Вывод к главе 2



Из описания объекта исследования понятна концепция системы управления.

Основные положения необходимые для автоматизации системы климат-контроля:

реализация экономичного управления системой конвекторов и теплым полом, которое заключается в поддержании определенной температуры в конкретно заданном помещении с возможностью отклонения на 3-4 градуса Цельсия;

автоматическое включение и выключение принудительной вентиляции и кондиционера при превышении заданного уровня влажности, также включение и выключение вытяжки в санузле при наличии в нем человека;

для мониторинга температуры в помещениях потребуется установка датчиков температуры и влажности.

Основные положения необходимые для автоматизации системы освещения:

реализация многоканального диммирования источников света;

автоматизация включения и выключения источников света в зависимости от присутствия в комнате человека, это не только повысит комфорт, но и снизит лишние энергопотери, для этого, несомненно, потребуется установка датчиков движения.

 В качестве исполнительного устройства оптимальным решением будет создание устройства выполняющего роль выключателя, а уже через него коммутировать любую нагрузку в зависимости от предпочтений заказчика, это позволит конечному пользователю не нарушая гарантийных, а также сервисных инструкций произвести полную или частичную замену существующего оборудования на более современное и экономичное.













          3 Разработка системы управления



В системе управления работой автоматизированной системы на контроллер возлагается функции по управлению, коммуникации и настройке внешних устройств (датчики, исполнительные механизмы, регуляторы и т.д.).

 Ввиду того что, в любой комнате автоматизируемого коттеджа фу.......................