Systemy automatyki budynkowej, tworząc „układ nerwowy” inteligentnych budynków zapewniają oszczędności oraz komfort użytkowania nowoczesnej instalacji elektrycznej. Dzięki nim mamy możliwość zautomatyzowania na co dzień wykorzystywanych funkcji, takich jak sterowanie oświetleniem, ogrzewaniem, roletami i innymi elementami dołączonymi do systemu. Samo sterowanie bardzo często nie jest jednak wystarczająco komfortowym rozwiązaniem. Ostatecznym uzupełnieniem systemu jest element jego wizualizacji.

Celem wizualizacji systemu automatyki domowej jest zobrazowanie wszystkich parametrów systemu w jednym miejscu. Na przykład panel umieszczony przy wyjściu z domu pozwala sprawdzić stan wszystkich obwodów oświetleniowych, zobrazować otwarcie/zamknięcie okien lub nastawy temperatur we wszystkich pomieszczeniach. W przypadku parametryzacji pozwalającej na wysyłanie informacji, możliwe jest dodatkowe sterowanie uprzednio przewidzianymi obwodami. Serwery wizualizacyjne pozwalają również na archiwizację danych pomiarowych, jakie są niezbędne do pracy systemu automatyki. Można zapamiętać np. poziom zużycia energii o każdej godzinie w każdym dniu roku, przedstawić go w postaci wykresu i na tej podstawie wprowadzać algorytmy oszczędzające prąd lub rozliczać się z najemcami poszczególnych pomieszczeń.

Wszystko w jednym

Podstawowym warunkiem możliwości wizualizacji systemu automatyki jest jego spójność (integralność wszystkich funkcji). Bardzo trudne lub bardzo kosztowne jest wizualizowanie systemu składającego się z niezależnie działających fragmentów. Na przykład jeden system odpowiedzialny jest za sterowanie ogrzewaniem, drugi za sterowanie oświetleniem w domu, trzeci kontroluje czujniki systemu alarmowego a jeszcze czwarty pozwala na centralne sterowanie roletami. Tego typu rozwiązania są bardzo trudne do integracji, a co za tym idzie do ich jednolitego monitorowania. Rozwiązania tego typu istnieją w budynkach, których właściciele (inwestorzy) nie są do końca świadomi, jak powinien być zrealizowany spójny system automatyki budynkowej. Nęceni niską ceną prostych rozwiązań automatyzacji podstawowych funkcji, nie myślą jakie konsekwencje będzie miał w przyszłości wybór takich rozwiązań.

Na każdym etapie rozwoju

Podstawową zasadą wyboru systemu automatyki domowej powinna być informacja, jak dany system może być rozbudowany w przyszłości (jakie i ile urządzeń możemy do niego dołączyć) oraz jakie ma możliwości integracji z innymi systemami. Dobry system to taki, który w każdej sytuacji możemy rozbudować o dowolny element (funkcje) i połączyć z innymi systemami. Daje to również gwarancję możliwości zrealizowania wizualizacji całości systemu na każdym etapie jego eksploatacji. Kryteria takie spełniają w większości zarówno systemy centralnie sterowane, np. oparte na sterowniku PLC, jak i rozproszone systemy magistralne np. KNX. W przypadku pierwszej grupy, systemów centralnie sterowanych, wizualizacja może być zrealizowana już w samym sterowniku. Istnieją rozwiązania, które mają wbudowane elementy wizualizacji np. za pomocą serwera WWW, który jest zintegrowany z samym sterownikiem. Przykładem może być sterownik PLC 750-849 firmy WAGO (rysunek 1). Wbudowany WEB-Serwer pozwala na wizualizacje prostych elementów bez ponoszenia dodatkowych nakładów finansowych.

Spójrz dalej, zobacz więcej

Wizualizacja realizowana jest bezpośrednio podczas programowania sterownika, wykorzystując te same zmienne, które są odpowiedzialne za algorytm sterowania domem. Można ją oglądać za pomocą dowolnego komputera domowego lub urządzenia przenośnego wyposażonego w przeglądarkę internetową. Niestety wadą tego typu rozwiązań jest najczęściej mała ilość pamięci, jaką dysponujemy na realizację graficzną wizualizacji. Nie możemy tu operować na zdjęciach domu w wysokiej rozdzielczości, czy wieloekranowym układzie odzwierciedlającym budynek. Zadaniem tego typu rozwiązań jest najczęściej schematyczne przedstawienie stanów urządzeń, np. w postaci tekstowej informacji o stanie załączenia poszczególnych opraw oświetleniowych lub wartościach temperatur w pomieszczeniach (rysunek 2). Rozwiązania takie również niezbyt efektownie wyglądają na dużych panelach dotykowych. Należy jednak pamiętać o ich pierwotnym zastosowaniu i ich bardzo niskim koszcie, a w niektórych przypadkach wręcz darmowym dodatku.

W przypadku systemów rozproszonych, elementy wizualizacji to najczęściej dedykowane urządzenia, których zadaniem jest monitorowanie magistrali systemowej i analizowanie transmitowanych w niej informacji. Rozwiązania tego typu mogą być również implementowane do systemów centralnie sterowanych. W takim przypadku konieczna jest ich integracja z centralną jednostką sterującą i stanowi dodatkowy koszt systemu automatyki. Dedykowane urządzenia wizualizacyjne możemy podzielić na trzy grupy:

• panele informacyjno-wizualizacyjne z wbudowanym oprogramowaniem i interfejsem komunikacyjnym do danego systemu lub sterownika;
• domowe komputery PC z zainstalowanym dodatkowym, uniwersalnym oprogramowaniem wizualizacyjnym;
• dedykowane systemy wizualizacyjne, w skład których wchodzi urządzenie w postaci serwera ze zintegrowanym, dedykowanym specjalnie dla niego oprogramowaniem.

Kolejność elementów w powyższym zestawieniu podyktowana jest poziomem ceny danego rozwiązania. Panele informacyjne są najczęściej najtańszym rozwiązaniem, a serwery wizualizacyjne to najczęściej urządzenia o największych możliwościach i stosownej do tego cenie.

Prosto i schematycznie

Pierwszą grupę stanowią gotowe urządzenia (rysunek 3), które zamontowane bezpośrednio np. na ścianie potrafią połączyć się z naszym systemem i pokazywać na ekranie interesujące nas informacje. Urządzenia tego typu, mają bardzo różnorodną budowę. Od małych wyświetlaczy tekstowych po duże, kilkunastocalowe ekrany dotykowe. Cechą charakterystyczną dla tych urządzeń jest ich łatwość instalacji i oprogramowania, ale kosztem niezbyt wyrafinowanych możliwości graficznych jakie uzyskujemy na ekranie. Producenci skupiają się głównie na wizualizacji standardowych funkcji i nie pozostawiają możliwości swobodnej ich parametryzacji graficznej. Ponadto każde takie urządzenie działa całkowicie niezależnie. Sposób przedstawiania informacji i sposób komunikacji z systemem jest konfigurowany na każdym panelu osobno.

Obraz niemalże rzeczywisty

Druga grupa, to oprogramowanie, które można zainstalować na domowych komputerach i samodzielnie opracować układ graficzny wizualizacji. Producenci dają tu najczęściej pełną swobodę w możliwościach przedstawiania graficznego budynku i realizowanych w nim funkcji (rys. 4). Ograniczeniami są pamięć komputera, na którym takie oprogramowanie jest zainstalowane oraz wyobraźnia twórcy wizualizacji. W większości wypadków oprogramowanie takie jest instalowanie na komputerze, w którym chcemy wizualizować system. Aby powielić wizualizację w innych pomieszczeniach, wymagany jest zakupu nowej licencji. Cenę licencji oprogramowania, najczęściej klasyfikuje się pod kątem ilości zmiennych, jakie dana wersja obsługuje. Takie podejście bardzo dobrze sprawdza się w obiektach z centralnym pomieszczeniem, w którym zgrupowane są systemy sterujące wszystkimi pokojami, np. w hotelach czy biurowcach. W ostatnich latach rozwiązania tego typu rozpowszechniły się również w niewielkich domach wyposażonych w systemy automatyki. Było to możliwe dzięki komputerom PC z ekranami wyposażonymi w matryce dotykowe i system operacyjny, których montaż pozwalał na zainstalowanie ich nie tylko na biurku, ale również bezpośrednio na ścianie pomieszczenia.

Wszystko w pakiecie

Ostatnia grupa, to specjalizowane serwery wizualizacyjne (rysunek 5). Oprogramowanie, jakie jest potrzebne do realizacji wizualizacji zainstalowane jest tu na stałe przez producenta. Daje ono możliwość konfiguracji i przystosowania do wymagań użytkownika. Oprócz graficznej reprezentacji systemu, możliwa jest realizacja różnego rodzaju operacji arytmetyczno- logicznych, archiwizacja i przedstawianie numerycznego oraz w postaci wykresów danych historycznych, połączenie z innym sprzętem, np. kamerami, wideodomofonami i innymi podsystemami sterowania. Najważniejszą zaletą tego rozwiązania jest możliwość połączenia z serwerem wielu podstacji wizualizacyjnych. Mogą to być dedykowane monitory dotykowe, urządzenia przenośne wyposażone w oprogramowanie klienta systemu lub tylko przeglądarkę internetową. Tego typu rozwiązanie znakomicie sprawdza się w sytuacji, w której użytkownik chce mieć dostęp do wizualizacji z wielu miejsc, np. salonu, korytarza czy sypialni jednocześnie.

Pełna kontrola

Zarówno dedykowane serwery jak i oprogramowanie wizualizacyjne, umożliwiają ustawienie hierarchii dostępu do systemu wizualizacji, zmiany nastaw i sterowania. Mogą udostępniać swoje zasoby ograniczonym grupom użytkowników według ściśle określonego algorytmu podczas tworzenia projektu wizualizacji. Np. administrator może kontrolować wszystkie procesy zachodzące w domowej automatyce, a typowy użytkownik ma możliwość dokonywania tylko nielicznych zmiana w ograniczonym zakresie parametrów. Wizualizacja w systemach automatyki budynkowej wiąże się również ze zdalnym dostępem do systemu sterowania. Serwery wizualizacyjne spełniają funkcję bramek dostępu, za pomocą których możliwa jest zdalna wizualizacja i sterowanie systemem np. poprzez utworzoną stronę WWW, zabezpieczoną hasłem. Równie często stanowią bramę, za pomocą której można zdalnie rekonfigurować sam system sterowania. Jest to bardzo wygodne dla programisty systemu, szczególnie w sytuacji, w której automatyzowany obiekt jest bardzo oddalony od programującego go inżyniera. Obniża to znacząco koszty nadzoru systemu oraz przyspiesza wszelkie modyfikacje sposobu jego działania. Wybór odpowiedniego rozwiązania powinien uwzględniać również efekt jaki chcemy uzyskać i nakład pracy, jaki jest niezbędny do realizacji ostatecznej wizualizacji. Należy pamiętać, że dedykowane panele informacyjno-wizualizacyjne są łatwe w konfiguracji, ze względu na przygotowane przez producenta gotowe funkcje wizualizacyjne i przypisane im ikony. Przy dużych obiektach, gdzie wizualizacja ma odzwierciedlać indywidualny charakter domu, lepszym rozwiązaniem jest uniwersalny program wizualizacyjny lub dedykowany serwer. W przypadku, gdy chcemy uniezależnić się od awarii tradycyjnych komputerów i popularnych systemów operacyjnych, a nasza wizualizacja ma być wyposażona w wiele ekranów graficzno- sterujących, zastosowanie znajdzie jeden centralny serwer wizualizacyjny na który zapisany jest program i dodatkowe urządzenia w postaci komputerów z ekranami dotykowymi, telefonów czy tabletów.

Andrzej Stachno
Certyfikowane Centrum Szkoleniowe KNX
Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki
Politechnika Wrocławska

Terminy szkoleń KNX:
22-25 listopada 2012: Tychy
7-10 grudnia 2012: Warszawa
13-16 grudnia 2012: Wrocław
18-21 grudnia 2012: Warszawa

---