Przykładowe przyciski i kontrolery pokojowe.Najważniejszym aspektem rzutującym na cenę jest funkcjonalność systemu. Mamy dzisiaj do dyspozycji bardzo wiele różnych rozwiązań. Są mało skomplikowane systemy zapewniające proste funkcje sterowania i systemy o możliwościach, które ogranicza tylko fantazja inwestora. Systemy o małym poziomie skomplikowania najczęściej nie są drogimi rozwiązaniami, jednak ich możliwości ograniczają się do wykonywania najprostszych funkcji np. załączania oświetlenia (bez sterowania jasnością), sterowania roletami, sterowania centralnego, czasami dodatkowo wykorzystują czujniki ruchu. Tego typu systemy najczęściej nie są drogie, lecz efekt z zastosowania takiego rozwiązania najczęściej nie jest satysfakcjonujący. Inaczej wygląda sytuacja w rozbudowanych systemach automatyki domowej/budynkowej. Rozwiązania takie, pozwalają na automatyzację dowolnych funkcji sterowania. Od oświetlenia, rolet/żaluzji, sterowania jasnością, temperaturą, po zaawansowane funkcje wizualizacji (również zdalnej) za pomocą dedykowanych paneli dotykowych i urządzeń przenośnych.
Koszty rozbudowanych systemów automatyzacji są najczęściej wyższe od ich prostszych konkurentów. Zapewniają jednak dużo większe możliwości i zależą w znacznym stopniu od umiejętności doboru potrzebnych urządzeń. Z tego powodu automatyzacja domu powinna być przede wszystkim przemyślana. Odpowiedni dobór funkcji, a co za tym idzie urządzeń, powinien być przeprowadzony starannie. Kryteria, jakimi powinien kierować się inwestor, który będzie również użytkownikiem systemu to: komfort, oszczędności w trakcie użytkowania oraz bezpieczeństwo domowników.
Komfort użytkowania systemu wyrażony jest najczęściej poprzez automatyzacje funkcji sterowania oświetleniem, roletami oraz ogrzewaniem. Dzięki automatyzacji możliwe jest nie tylko ściemnianie/rozjaśnianie oświetlenia za pomocą zdalnego sterowania, ale również poprzez automatyczną kontrolę jasności. Załączanie światła w nocy do ustalonego wcześniej, niższego poziomu, co umożliwia korzystanie ze stref komunikacyjnych bez oślepiającego światła załączanego czujnikiem ruchu. Sterowanie żaluzjami/roletami w połączeniu z czujnikiem jasności, umożliwia dostosowanie poziomu światła wpadającego przez okna do pomieszczeń. Można w ten sposób dostarczać odpowiednią jasność dla roślin, chroniąc jednocześnie pokój przed nadmiernym przegrzaniem.
Sterowniki temperatury mogą utrzymywać indywidualną temperaturę, przypisaną do każdego pokoju oraz przełączać ją do zdefiniowanych wcześniej trybów w zależności od wykorzystania danego pomieszczenia. Do wszystkich tych funkcji można dołączyć sterowania centralne i wywoływanie aranżacji oświetleniowych (tak zwanych scen świetlnych). Np. wyłączenie oświetlenia lub/i opuszczenie rolet w całym domu za pomocą jednego przycisku umieszczonego przy wyjściu. Przełączenie wszystkich regulatorów temperatury do utrzymywania trybu oszczędnościowego lub załączenie trybu komfortowego za pomocą zdalnego sterowania i telefonu komórkowego.
Oszczędności użytkowania bardzo często przenikają się z komfortem. Głównym kryterium jest tu jego maksymalizacja przy jednoczesnym obniżeniu kosztów eksploatacyjnych (jest to jedna z definicji tzw. „inteligentnego domu”). Wyłączenie oświetlenia w całym domu może być powiązane np. z odłączeniem wszystkich gniazdek elektrycznych, do który podłączone są urządzenia niepotrzebnie pobierające energię. Niewielkie obniżenie temperatury zadanej w pokojach, podczas nieobecności domowników, zdecydowanie przyczynia się do obniżenia kosztów ogrzewania. Sterowania rekuperacją za pomocą czujników poziomu CO2 i wilgotności może wpływać na prędkość nawiewu świeżego powietrza i automatycznie dostosowywać ją do danych warunków. Np. podczas wieczornego przyjęcia system sam podejmie decyzję o zwiększeniu obrotów wentylatora nawiewowego, proporcjonalnie do potrzeb. Połączenie ze sobą w jednym regulatorze temperatury sterowania ogrzewaniem i chłodzeniem nie dopuści nigdy do jednoczesnego załączenia obu funkcji, zapewniając przy tym odpowiedni komfort.
Bezpieczeństwo jest również bardzo ważnym argumentem, racjonalizującym wyposażenie domu w system automatyki. Niektóre z bardziej rozbudowanych systemów automatyki, oferują funkcje systemu alarmowego. Nie jest wtedy konieczne wyposażanie domu w dodatkowy system i dodatkowe czujniki. Można wykorzystać te same kontaktrony w oknach, które współpracują z systemem ogrzewania i czujniki ruchu załączające oświetlenie jako sensorykę dla potrzeb centrali alarmowej. Pozostałe systemy można integrować z centralami alarmowymi i kontroli dostępu, tak aby centralne wyłączenie uzbrajało jednocześnie alarm, a otwarcie drzwi wejściowych dedykowanym osobowo kluczem, przełączało funkcję domu według indywidualnych wymagań użytkowników. Np. system wykrywający wejście dziecka do domu podwyższa temperatury tylko w jego pokoju, kuchni oraz łazience, blokując jednocześnie nieodpowiednie kanały w domowym systemie telewizyjnym. Pozostałe strefy ogrzewania oraz pełne odblokowanie TV, zostaną załączone po powrocie reszty domowników.
Poziom bezpieczeństwa podnosi również zdalny monitoring wszystkich czujników w domu, za pomocą serwera domowego i odpowiednio chronionej strony WWW lub telefonu komórkowego wyposażonego w specjalną aplikację wizualizacyjną. Przydatną opcją, która jest już standardem w systemach sterowania domem jest odpowiednio skonfigurowany przycisk paniki, który w razie zagrożenia oświetli teren wokół domu powiadamiając jednocześnie służby ochrony.
Podczas wybierania funkcji, jakie będzie realizował system automatyki dobrze jest posłużyć się tabelą funkcjonalności, która pomoże nam wyobrazić sobie, co mamy do dyspozycji. Tabela taka, wypełniona dla przykładowego projektu, pokazana została poniżej (tab. 1). Podczas jej wypełniania, precyzujemy funkcje, na podstawie których dobieramy system i urządzenia o odpowiednich możliwościach.
Warto również zastanowić się nad ewentualną rozbudową lub modyfikacją systemu w przyszłości. Np. pokój małego dziecka, który obecnie ma daną konfigurację, po kilku latach może zmienić funkcjonalność i konieczne będzie jego przemeblowanie i zmiana aranżacji oświetleniowej lub rozmieszczenia przycisków sterujących. Przewidzieć można również zmianę funkcjonalności niektórych pomieszczeń. Np. otwarta biblioteka, po wstawieniu ścianki działowej może zmienić się w dodatkowy pokój.
Kolejnym krokiem jest dobór odpowiedniego systemu sterownia. Obecnie do dyspozycji mamy bardzo wiele rozwiązań. Niektóre z nich lepiej nadają się do automatyzacji małych domów, a inne z kolei lepiej sprawdzają się w większych obiektach z bardziej zaawansowaną funkcjonalnością. Profesjonalne systemy sterowania automatyką domową są najczęściej skalowalne. Możemy dobrać odpowiednie urządzenia do systemu w zależności od wymagań inwestora, gwarantując mu jednocześnie rozbudowę systemu w przyszłości. Decydując się na tanie (choć nie zawsze) i zamknięte systemy o małej funkcjonalności, zazwyczaj zamykamy sobie drogę do ewentualnej rozbudowy automatyki domu już na poziomie instalacji systemu. Decydując się na zakup danego systemu, powinniśmy zadać zawsze pytanie, jaka jest różnorodność urządzeń w systemie. Jeżeli ogranicza się on do kilku lub kilkunastu, dedykowanych do sterowania oświetleniem i roletami, możemy być pewni, że nasz system ograniczy się tylko do tej funkcjonalności. Jeżeli będziemy chcieli dołożyć do niego sterowanie ogrzewaniem lub zintegrować z systemem alarmowym lub wizualizacją, będzie się to wiązać z dodatkowymi kosztami, często znacznie przewyższającymi początkową inwestycję w „profesjonalny” system automatyki domowej. Każda pozorna oszczędność na etapie inwestycji, powoduje zazwyczaj konsekwencje w trakcie eksploatacji. Dotyczy to również, a może w szczególności automatyki.
Przykładowe przyciski i kontrolery pokojowe.Jako przykład systemu automatyki, który spełnia nawet najbardziej wyrafinowane wymagania można podać system KNX. Ma on już ponad dwudziestoletnią historią, ale również jest system otwartym, uniezależniającym inwestora od jednego producenta. Na dziś, urządzenia do tego systemu produkuje ponad 270 firm z całego świata. Nad rozwojem systemu czuwa organizacja, gwarantująca kompatybilność komunikacyjną wszystkich urządzeń. Są to argumenty, które pozwalają zaufać temu rozwiązaniu.
W trakcie doboru urządzeń do systemu sterowania, możemy wpłynąć również znacząco na jego cenę. Obecnie bardzo dobrym rozwiązaniem są systemy rozproszone. Nie wymagają one jednostki centralnej, w której przechowywany jest program działania całego systemu. Każde urządzenie w takim systemie posiada mikroprocesor, moduł komunikacyjny i pamięć, w której zapisany jest program (algorytm) jego działania. Alternatywnie do systemów centralnie sterowanych, systemy rozproszone są mniej podatne na awarię działania całego systemu. Jeżeli uszkodzeniu ulegnie jedno urządzenie w systemie, tracimy tylko funkcjonalność tego urządzenia. Pozostałe działają nadal i realizują powierzone im zadania.
W trakcie doboru urządzeń do systemu sterowania, możemy wpłynąć również znacząco na jego cenę. Obecnie bardzo dobrym rozwiązaniem są systemy rozproszone. Nie wymagają one jednostki centralnej, w której przechowywany jest program działania całego systemu. Każde urządzenie w takim systemie posiada mikroprocesor, moduł komunikacyjny i pamięć, w której zapisany jest program (algorytm) jego działania. Alternatywnie do systemów centralnie sterowanych, systemy rozproszone są mniej podatne na awarię działania całego systemu. Jeżeli uszkodzeniu ulegnie jedno urządzenie w systemie, tracimy tylko funkcjonalność tego urządzenia. Pozostałe działają nadal i realizują powierzone im zadania.
Poniżej przedstawiony zostanie przykład obniżenia kosztów systemu sterowania przy zastosowaniu różnych urządzeń w czterech wariantach realizacji systemu automatyki domu.
Założenia projektu są następujące:
Część sensoryczna, jako układ rozproszony jest stałym kosztem systemu. Zależy on bardzo od wykonania samych przycisków. Mogą to być przyciski o tradycyjnym wyglądzie (koszt najniższy), przyciski wykonane np. z aluminium, stali lub szkła, lub bardzo zaawansowane regulatory pomieszczeniowe o bardzo ekskluzywnym wykonaniu np. wykończone kryształami lub złotem, często z ekranami dotykowymi (fot. 1).
| Pomiesz- czenie |
Ilość przycisków | Ilość przycisków z regulatorem temperatury | Ilość czujników ruchu | Ilość obwodów załącz/ wyłącz dla oświetlenia |
Ilość obwodów rolet | Ilość obwodów ogrzewania | Ilość kontaktro- nów okiennych |
Inne funkcje sterujące |
| Parter | ||||||||
| Wiatrołap | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | Panel informacyjno-sterujący |
| Kuchnia | 0 | 1 | 1 | 4 | 1 | 1 | 2 | |
| Jadalnia | 1 | 1 | 0 | 2 | 3 | 1 | 3 | |
| Salon | 1 | 1 | 0 | 4 | 2 | 1 | 2 | Sterowanie za pomocą pilota |
| Pokój do pracy | 0 | 1 | 0 | 3 | 2 | 1 | 2 | Sterowanie za pomocą pilota |
| Łazienka | 0 | 1 | 1 | 2 | 0 | 1 | 0 | |
| Pomiesz- czenie gospodar- cze |
1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | Stacja pogodowa |
| Garaż | 0 | 1 | 1 | 2 | 1 | 1 | 2 | |
| Korytarz + klatka schodowa | 0 | 1 | 1 | 2 | 0 | 1 | ||
| Piętro | ||||||||
| Korytarz + klatka schodowa | 1 | 0 | 2 | 4 | 0 | 0 | Podział na strefy w zależności od wykrycia ruchu | |
| Sypialnia główna | 1 | 1 | 0 | 4 | 1 | 1 | 3 | Sterowanie za pomocą pilota |
| Sypialnia dziecka | 1 | 1 | 0 | 4 | 2 | 1 | 3 | Sterowanie za pomocą pilota |
| Łazienka | 1 | 1 | 1 | 4 | 1 | 1 | 1 | |
| Pokój gościnny | 1 | 1 | 0 | 3 | 1 | 1 | 2 | Sterowanie za pomocą pilota |
| Biblioteka | 0 | 1 | 0 | 3 | 1 | 1 | 2 | |
Dla potrzeb przykładowej wyceny przyjęte zostały przyciski średniej klasy z bardzo elastyczną możliwością modyfikacji ich funkcjonalności.
Część wykonawcza zrealizowana może być na bardzo wiele sposobów. Najdroższe rozwiązanie, to wykorzystanie układu rozproszonego (wariant I w tab. 3). Jest to rozwiązanie bardzo nieracjonalne i rzadko stosowane. Wersja druga (wariant II w tab. 3) zakłada częściowe scentralizowanie urządzeń wykonawczych. Polega ona na zastosowaniu urządzeń wielokanałowych, np. jedno urządzenie umożliwia sterowanie czterema niezależnymi obwodami załącz/wyłącz. Częściowa centralizacja umożliwia rozmieszczenie elementów wykonawczych w kilku rozdzielniach. Np. dwie na parterze, trzecia na piętrze. Dzięki temu możliwa jest jeszcze minimalizacja ilości okablowania elektrycznego, za pomocą którego, każdy obwód sterowany i kontaktrony muszą zostać sprowadzone do punktu sterowania elektrycznego. Trzecia wersja (wariant III w tab. 3), obrazuje wykorzystanie dużej wiedzy na temat oferowanych na rynku urządzeń wykonawczych, i zoptymalizowanie kosztów poprzez dobór elementów systemowych o największej ilości kanałów zastosowanych w jednym urządzeniu. Konsekwencją takiego podejścia, jest najczęściej zwiększenie ilości kanałów wejściowo-wyjściowych do pełnej ich wielokrotności w zastosowanych urządzeniach. Np. w podanym powyżej przykładzie potrzebnych jest czterdzieści trzy obwodów załącz/wyłącz, a zastosowane urządzenia w wariancie trzecim, narzucają zastosowanie czterdziestu ośmiu przekaźników. Jest to pozytywna konsekwencja centralizacji. Uzyskujemy tu zwiększenie możliwości systemu (więcej obwodów), przy jednoczesnej redukcji kosztów.
| Urządzenie/obwód | Ilość urządzeń/obwodów | Ilość urządzeń/obwodów |
| Przyciski sterujące | 9 urządzeń | Przyciski umożliwiające sterowanie sześcioma funkcjami, w tym scenami świetlnymi |
| Przyciski z regulatorem temperatury | 12 urządzeń | Każdy przycisk wyposażony w odbiornik IR współpracujący z pilotem |
| Czujnik ruchu | ||
| Czujnik ruchu | Załączanie/wyłączanie oświetlenia w wybranych strefach | |
| Obwód załącz/wyłącz | 43 obwody | Podstawowe elementy załączający/wyłączające oświetlenie w domu |
| Obwód rolet | 16 obwodów | Podstawowe elementy do sterowania roletami |
| Obwód ogrzewania | 12 obwodów | Podstawowe elementy do sterowania zaworami przy grzejnikach lub na rozdzielaczu |
| Obwód wejściowy (kontaktronowy) | 22 obwody | Detekcja otwarcia okien i drzwi w domu |
| Panel informacyjno- sterujący | 1 | Informacja o najważniejszych stanach urządzeń, np. otwarcie okien, załączenie oświetlenia oraz możliwość centralnego sterowania centralnego domem |
| Stacja pogodowa | 1 | Wbudowany czujnik temperatury, jasności zewnętrznej, prędkości wiatru i opadów deszczu. Informacje wykorzystywane przy sterowaniu roletami |
| Pilot zdalnego sterowania | 5 | Po jednym dla każdego pokoju. Przyciski z regulatorami temperatury wyposażone są w odbiorniki IR |
Najbardziej optymalnym cenowo rozwiązaniem jest wersja czwarta (wariant IV w tab. 3). Zastosowany został tu sterownik PLC z interfejsem do systemu KNX. Takie rozwiązanie jest najtańsze, jednak wymaga dodatkowej umiejętności, związanej z programowaniem samego sterownika. Dla świadomego instalatora, który chce zaoferować system sterowania domem, dostępny dla większości inwestorów/użytkowników, nie powinno to jednak stanowić problemu. Na rynku dostępne są specjalistyczne szkolenia, które są w stanie wyposażyć w odpowiednią wiedzę każdego, kto jest zainteresowany tego typu rozwiązaniami.
| Elementy systemu | Wariant I: system całkowicie rozproszony | Wariant II: Częściowa centralizacja urządzeń wykonawczych | Wariant III: Maksymalna centralizacja urządzeń wykonawczych | Wariant IV: Zastosowanie sterownika PLC z interfejsem do systemu KNX |
| Elementy sensoryczne | 24.539 | 24.539 | 24.539 | 24.539 |
| Elementy wykonawcze | 63.132 | 34.000 | 13.502 | 9.640 |
| Suma: | 87.671 | 58.539 | 38.041 | 34.179 |
| Uwagi | Najmniejsza ilość okablowania. Wymaga instalowania urządzeń przy każdym sterowanym obwodzie. | Niewielki poziom centralizacji, zabezpiecza w znacznym stopniu działanie systemu w przypadku awarii urządzeń. | Umożliwia budowę dwóch rozdzielni, dzięki czemu obniża koszt okablowania. | Zapewnia dużą bezawaryjność systemu, dzięki zastosowaniu sterownika PLC. Dodatkowa funkcjonalność w postaci serwera www |
Podsumowaniem przedstawionego kosztorysu urządzeń systemu automatyki domowej, powinny być wnioski mówiące o tym, iż zaawansowane systemy automatyki domowej nie muszą być wcale bardzo kosztowne. Oczywiście uzależnione jest to od zadanej funkcjonalności, ale przede wszystkim od odpowiedniego doboru urządzeń, jakie chcemy zastosować. Bardzo duży wpływ na ostateczną cenę ma również przemyślana funkcjonalność systemu. Podczas jej wyboru powinniśmy się kierować tym, co jest nam potrzebne, a nie granicą możliwości systemu. Ta może być nieraz bardzo odległa finansowo. Automatyki domowej nie należy się obawiać, należy ją racjonalnie stosować.
Andrzej Stachno
Certyfikowane Centrum Szkoleniowe KNX
Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki
Politechnika Wrocławska