Automatyzacja funkcji sterowania jest coraz chętniej stosowana przez inwestorów i przyszłych użytkowników, ponieważ niesie ze sobą wiele zalet. Na przykład dzięki wymuszeniu odpowiedniego rozmieszczenia okablowania elektrycznego, gwarantuje przejrzystość instalacji elektrycznej w budynku. Umożliwia łatwą modyfikację sposobu działania poszczególnych funkcji nie tylko na etapie wykonywania instalacji, ale również podczas jej eksploatacji. Najważniejszą zaletą jest jednak możliwość połączenia wszystkich urządzeń elektrycznych w jeden spójny system sterowania.

Zdalny dostęp
do obiektu mieszkalnego Fot.: i-Stock

Dostęp do systemów w budynku

Zarządzanie funkcjami automatyki budynku, na poziomie wewnętrznej modyfikacji parametrów systemu, jest coraz częściej niewystarczającym elementem. Oprócz wewnętrznego (lokalnego) dostępu do zasobów systemu sterowania, niezbędne jest udostępnienie jego części dla potrzeb zdalnej komunikacji. W takim przypadku konieczne jest uwzględnienie trzech aspektów praktycznych zdalnego dostępu do systemu: Programowanie i/lub modyfikacja wewnętrznych parametrów, wizualizacja działania systemu oraz archiwizacja i przetwarzanie danych pomiarowych.

Do zdalnego dostępu do systemu sterowania dla potrzeb wymieniowych powyżej funkcjonalności, najczęściej wykorzystywana jest sieć internetowa. Specjalistyczne oprogramowanie konfiguracyjne, programy wizualizacyjne instalowane na smartfonach, czy bazy danych, wykorzystujące różne media komunikacyjne (skrętka, WiFi, połączenie światłowodowe) pozwala połączyć się z bramą, czyli urządzeniem zapewniającym dostęp do systemu sterowania.

Rys.
1. a) sterownik wyposażony w interfejs komunikacyjny IP Fot.: WAGO, b) okno konfiguracji dostępu do sterownika WAGO PLC.Rys.: oprac. własneRys. 1. a) sterownik wyposażony w interfejs komunikacyjny IP, Fot.: WAGO,
b) okno konfiguracji dostępu do sterownika WAGO PLC.
Rys.: oprac. własne

Zdalna modyfikacja systemu sterowania

W przypadku systemu scentralizowanego, cały proces sterowania zawarty jest w jednym urządzeniu. Jego modyfikacja wymaga zatem dostępu tylko do tego urządzenia. Dlatego też większość takich sterowników posiada wbudowany port komunikacyjny, umożliwiający najczęściej połączenie z urządzeniem za pomocą sieci internetowej. Posiada ono możliwość przypisania adresu IP i odwoływania się do jego zasobów pamięciowych za pomocą tego adresu (rys. 1a, 1b).

Dzięki temu w łatwy sposób możemy komunikować się z systemem sterowania z dowolnego miejsca i w każdej chwili wpływać na sposób zarządzania budynkiem poprzez modyfikację algorytmów sterowania.

Fot. 2. Okno konfiguracji interfejsu komunikacyjnego dla systemu KNX. Rys.: oprac. własneFot. 2. Okno konfiguracji interfejsu komunikacyjnego dla systemu KNX.
Rys.: oprac. własne

Dla systemu rozproszonego, konieczny jest punkt dostępowy, którego zadaniem jest zamiana standardowego protokołu komunikacyjnego wykorzystywanego w sieciach IP, na protokół wykorzystywany w magistrali komunikacyjnej danego systemu. Urządzenie to musi jeszcze posiadać możliwość zdalnej identyfikacji, np. poprzez analogicznie jak w systemie scentralizowanym, przypisanie jednoznacznego adresu IP (rys. 2). Ważne jest również, aby informacje retransmitowane przez tego typu punkt dostępowy, mogły być widoczne we wszystkich fragmentach złożonej struktury magistralnej. Np. w przypadku rozbudowanego systemu KNX, telegramy rekonfigurujące poszczególne urządzenia muszą mieć możliwość retransmisji przez sprzęgła systemowe, rozdzielające galwanicznie poszczególne fragmenty instalacji.

Fot. 3. Przykładowy widok ekranu wizualizacyjnego zdalnej wizualizacji Re-Designs. Fot.: Re-DesignsFot. 3. Przykładowy widok ekranu wizualizacyjnego zdalnej wizualizacji Re-Designs.
Fot.: Re-Designs

Zdalna wizualizacja

Drugim, bardzo ważnym zadaniem, któremu służy zdalny dostęp jest wizualizacja systemu sterowania. Umożliwia ona zdalny podgląd wszystkich potrzebnych zmiennych systemowych. Realizowana jest najczęściej w formie graficznej w celu łatwej, wizualnej interpretacji danych pomiarowych oraz stanów elementów wykonawczych (rys. 3). Realizacji wizualizacji centralnie sterowanego sytemu automatyki jest łatwiejszym zadaniem z uwagi na bezpośredni dostęp do wszystkich danych. Oprogramowanie do tworzenia i edycji graficznej jest zazwyczaj wbudowane w narzędzie konfiguracyjne samego sterownika. Ograniczeniem jest najczęściej pamięć, jaka przeznaczona jest na grafikę związaną z obrazowaniem algorytmu sterowania. Dlatego dostępne są również niezależne programy wizualizacyjne typu SCADA, dedykowane do komunikacji ze sterownikiem i wyposażone w odpowiednie biblioteki graficzne przeznaczone do wizualizacji procesów budynkowych.

Wizualizacja w systemach rozproszonych, ze względu na ich specyfikę komunikacyjną, wymaga stosowania dodatkowych urządzeń w postaci serwerów wizualizacyjnych. Mogą one być zrealizowane w postaci sprzętowej – gotowe urządzenie z oprogramowaniem graficznym i interfejsem komunikacyjnym, lub oprogramowania dedykowanego do wizualizacji danego systemu, instalowanego na komputerze z odpowiednim systemem operacyjnym (rys. 4).

Fot. 4. Okno konfiguracyjne programu wizualizacyjnego systemu KNX – JUNG Facility Pilot. Rys.: oprac. własneFot. 4. Okno konfiguracyjne programu wizualizacyjnego systemu KNX – JUNG Facility Pilot.
Rys.: oprac. własne

Tego typu rozwiązania, zarówno sprzętowe jak i programowe, są przez producentów wyposażane w dużą ilość elementów graficznych, dedykowanych dla automatyki budynkowej. Można w nich również realizować algorytmy sterowania, które mogą być uzupełnieniem standardowych urządzeń. Np. w serwerze wizualizacyjnym mogą być zrealizowane regulatory temperatury, bazujące na pomiarach wykonywanych przez systemowe czujniki temperatury.

Zdalne obrazowanie i archiwizacja danych pomiarowych

Systemy automatyki budynkowej umożliwiają monitoring i archiwizację wszystkich parametrów budynku. Są to zarówno informacje z sensorów środowiskowych, takich jak czujniki jasności, temperatury czy wiatru (rys. 5), jak również informacje o zużyciu mediów. Np. pomiary zużycia gazu, wody, prądu mogą być nie tylko na bieżąco monitorowane, mogą być również archiwizowane i uwzględniane przy obliczaniu kosztów eksploatacji budynku czy też jego części.

Rys. 5. Okno wizualizacji danych pomiarowych w serwerze wizualizacyjnym systemu KNX. Rys.: oprac. własneRys. 5. Okno wizualizacji danych pomiarowych w serwerze wizualizacyjnym systemu KNX.
Rys.: oprac. własne

Umożliwia to np. automatyczne rozliczanie najemców ze zużytych mediów w danym okresie rozliczeniowym. Możliwe jest również optymalizowanie działania układów sterownia pod kątem kosztów, jakie generuje utrzymanie budynku.

Dostęp do archiwalnych danych pomiarowych umożliwia również badanie trendów analizowanego parametru. Dzięki temu, przy pomocy metod prognostycznych, oprogramowanie poinformuje nas odpowiednio wcześniej o możliwości przekroczenia krytycznego progu mierzonej wartości, np. stężenia dwutlenku węgla w pomieszczeniu (rys. 6).

Bezpieczeństwo zdalnej komunikacji

Zdalny dostęp do systemów sterownia jest oczywiście zabezpieczony za pomocą odpowiedniego hasła i szyfrowanego protokołu komunikacyjnego. Są to standardowe metody, jakie wykorzystywane są np. podczas komunikacji z kontami bankowymi za pomocą stron WWW. Zastosowanie tego typu zabezpieczeń w praktyce uniemożliwia niepowołany dostęp do systemu.

Systemy rozproszone mają tu jednak niewielką przewagę. Uzyskanie zdalnego dostępu do interfejsu komunikacyjnego nie jest jeszcze dostępem do poszczególnych urządzeń. Mogą one być zabezpieczone niezależnymi hasłami lub całkowitym zakazem rekonfiguracji.

Rys. 6. Efekt zaawansowanego sposobu prognozowania danych pomiarowych stężenia dwutlenku węgla w pomieszczeniu. Rys.: oprac. własneRys. 6. Efekt zaawansowanego sposobu prognozowania danych pomiarowych stężenia dwutlenku węgla w pomieszczeniu.
Rys.: oprac. własne

Zdalny dostęp do układu sterowania budynkiem tworzy nowe możliwości wykorzystania informacji zawartej w algorytmach sterowania. Umożliwia pozyskanie aktualnej informacji o stanie obiektu, optymalizację kosztów eksploatacyjnych, przewidywanie trendów mierzonych wartości, bieżącą reakcję na sytuacje zaistniałe podczas sterowania. W przypadku skomplikowanych systemów sterowania są to nieodzowne argumenty, przemawiające za wykorzystaniem tej dodatkowej i nie zawsze kosztownej możliwości.

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

Terminy szkoleń KNX:

Szkolenie Podstawowe KNX:
14 - 17 listopada 2013, Warszawa
21 - 24 listopada 2013, Wrocław
5 - 8 grudnia 2013, Warszawa
Szczegóły na www.knxpolska.org