Celem pracy jest zaprezentowanie nowoczesnego rozwiązania stosowanego w budownictwie, jakim jest systemów inteligentnych domów - Smartdom.
Powodem dla którego podjęto się tej tematyki jest coraz większa popularność omawianego systemu, która wynika z funkcji systemu Smart Home. Wygoda, bezpieczeństwo, oszczędność to trzy główne zalety systemu, które zyskują coraz większe grono zwolenników. System jest idealnie dostosowany do potrzeb użytkowników a jego konstrukcja minimalizuje konieczność wykonywania wielu codziennych czynności.
Stworzenie inteligentnego budynku nie musi się wiązać z gigantycznym wydatkiem. Okazuje się, że inteligentny system można zainstalować we własnym domu, mieszkaniu lub firmie, przeznaczając na to kilka do kilkudziesięciu tysięcy złotych. Należy zaznaczyć, że jest to inwestycja dość kosztowna, jednak poczynione dzięki niej oszczędności, zwiększenie poziomu bezpieczeństwa oraz wygoda uzasadniają taki wydatek. Inteligentne systemy w budynkach są elastyczne pod względem zmiany przeznaczenia i możliwości modernizacji. Łatwo jest nim zarządzać i nadzorować pracę wszystkich systemów. Większość procesów odbywa się w sposób automatyczny. Poszczególne systemy występujące w takim budynku współpracują ze sobą.
Inteligentny dom jest jednym z podstawowych elementów Internetu rzeczy (ang.
Internet of Things - IoT) – technologii IT pozwalającej na automatyczną komunikację między aktywnymi elementami systemów technicznych
[1].
Tendencją ostatnich lat jest coraz pełniejsza automatyzacja i komputeryzacja wszystkich procesów zachodzących w otoczeniu człowieka, począwszy od procesów produkcji dóbr konsumpcyjnych (taśmy produkcyjne), aż do procesów związanych bezpośrednio z życiem człowieka (windy, dystrybutory napojów, pralki automatyczne, kuchenki mikrofalowe, piekarniki, itp.). Automatyka wkrada się w coraz to nowe dziedziny życia, które przez dziesięciolecia funkcjonowały według niezmiennych zasad (np. automatycznie spłukiwane pisuary). Już dziś powstają w pełni zautomatyzowane domy, które odciążają swoich właścicieli od wielu rutynowych czynności, przy okazji zmniejszając zużycie energii (optymalne zarządzanie zużyciem energii) i podnosząc komfort pracy i odpoczynku
[2].
Pierwsze systemy sterowania „budynków” inteligentnych pojawiły się w latach osiemdziesiątych ubiegłego stulecia. Były zarządzane i monitorowane z jednej jednostki centralnej, wydającej rozkazy poszczególnym urządzeniom wykonawczym. Rozwiązanie takie miało wiele wad, m.in. złożoność instalacji i ogromną liczbę przewodów oplatających budynek, co znacznie podnosiło koszty przedsięwzięcia. Ponadto różnorodność rozwiązań pochodzących od różnych producentów znacznie utrudniała integrację podsystemów. Firmowe standardy ograniczały również możliwości ich rozbudowy i modyfikacji, zawężając wybór rozwiązań do oferty producenta wcześniej zainstalowanych urządzeń. Głównym problemem okazała się jednak wrażliwość systemu na awarie. Uszkodzenie jednostki głównej uniemożliwiało funkcjonowanie praktycznie całego obiektu
[3].
Znacznie lepszym rozwiązaniem okazały się systemy o „inteligencji rozproszonej”, w których role departamentu głównego przejęły aparaty rozmieszczone w rozmaitych częściach budynku oraz odpowiedzialne za sterowanie urządzeniami. Wyposażenie sterowników, czujników i urządzeń wykonawczych w proste mikrokontrolery i interfejsy komunikacyjne oraz podłączone do wspólnej magistrali pozwoliło na wymianę danych między nimi. Wprowadzenie otwartych standardów pozwoliło na łączenie we wspólną sieć urządzeń różnych producentów. „Rozpraszanie inteligencji” daje wiele korzyści. Z jednej strony, pozwala uprościć układ połączeń i wielokrotnie zmniejszyć liczbę potrzebnych przewodów, co znacznie obniża koszty budowy i utrzymania instalacji. Z drugiej strony, umożliwia wykorzystanie tych samych czujników do różnych zadań. Zintegrowanie podsystemów sterujących oświetleniem i klimatyzacją oraz strzegących bezpieczeństwa budynku pozwala też automatyzować funkcje wcześniej wymagające interwencji operatora, a czasem nawet niemożliwe do zrealizowania. Centralne narzędzie informatyczne przestało pełnić najważniejszą funkcję, stało się jedynie monitorującą jednostką, umożliwiającą wizualizację mechanizmów zachodzących w budynku
[4].
System EIB określany także mianem instabus jest inteligentnym, zdecentralizowanym systemem automatyki budynku, opartym na połączeniu instalacji elektrycznej ze specyficzną siecią komputerową. Służy do załączania, sterowania, nadzoru jak również regulowania urządzeń technicznych będących w obszarze budynku. Każdy element systemu, zwany elementem magistralnym ma własny system, który odpowiada za obieg informacji między nim a systemem. Obieg danych realizowany jest przy użyciu elektronicznych telegramów przesyłanych pomiędzy urządzeniami. Zatem rozkaz włączenia oprawy oświetleniowej przesyłany jest w formie telegramu od przycisku do oprawy, za pomocą magistrali. Właściwa wymiana informacji zachodzi przez dwie żyły przewodu sterującego, które służą do zasilania komponentów magistralnych
[5]. Standardowym magistralnym przewodem jest ekranowana dwuparowa skrętka 0,8 mm2. Obieg informacji nie jest odseparowany od zasilającego napięcia 24 V prądu stałego (DC), które jest dopasowywane podczas nadawania. Przykład załączania oświetlenia w wykonaniu EIB jest zapewne w pojęciu elektryka zbyt skomplikowany i drogi dla tak prostej funkcji. Jednak nie zapominajmy, że przy pomocy tego samego przewodu magistralnego (tylko 2 żyły) oprócz informacji włącz/wyłącz oprawę oświetleniową, przesyłane są tysiące innych informacji (wartości temperatur i natężenia oświetlenia w poszczególnych pomieszczeniach, rozkazy regulatorów temperatury, sygnały obecności, wartość aktualnego czasu i inne)
[6].
System otwarty w odróżnieniu od systemu zamkniętego (systemu firmowego) nie jest ograniczony tylko do jednej firmy. Główną zasadą takiego systemu jest umożliwienie produkowania urządzeń zgodnych ze standardem systemu przez wielu producentów.
Jednym z zasadniczych zadań Europejskiej Magistrali Instalacyjnej jest zespolenie instalacji, które w typowym wykonaniu pracują osobno. Obniża to ilość przewodów oraz kabli umieszczonych w budynku, przy jednoczesnym zachowaniu uprzednich funkcji osprzętu, a niekiedy rozszerzając zakres ich wdrażania. Kooperacja ta jest bezpośrednio powiązana ze wzrostem intrat z oszczędzania na energii. Dla przykładu czujnik otwarcia okna wysyła informację, która może być wykorzystana zarówno przez system antywłamaniowy, jak też poprzez instalację grzewczą. W kolejnym przypadku, dzięki zamykaniu grzejnikowych zaworów przy otwarciu okien, otrzymuje się oszczędność energii
[7].
System został przyjęty jako europejski standard w zakresie kompleksowej automatyzacji budynku i dzięki swojej otwartości umożliwił wielu producentom z różnych branż połączenia swoich urządzeń w jeden system z innymi. Problem integracji zostaje rozwiązany już na poziomie projektu. Cyfrowy przesył informacji sterującej umożliwia wykorzystanie tylko jednego przewodu sterującego. Skrót DC (ang.
direct current) oznacza prąd stały. Ze względu na unifikację wg norm europejskich na wszystkich urządzeniach elektrycznych wyprodukowanych na terenie Unii Europejskiej nanoszone są oznaczenia określające rodzaj prądu DC, prąd stały lub AC (ang.
altemating current) prąd przemienny
[8].
Upraszcza to w znaczny sposób strukturą instalacji oraz zwiększa jej przejrzystość. Technika systemowa budynku przyjęła się w państwach Europy Zachodniej, szczególnie w budownictwie publicznej użyteczności. Zasadniczym powodem stosowania układu są największe sposobności obniżenia zużycia prądu (do 40%). Jest on także coraz chętniej wdrażany w jednorodzinnym budownictwie również z uwagi na prostotę oraz komfort obsługi. Polska, dążąca do europejskich standardów, jest krajem, który rozpoczyna własną drogę ku innowacyjnym instalacjom automatyki budynku, mimo że od 1995 r. powstał u nas szereg instalacji czerpiących ze standardu EIB.
Nowoczesne technologie wykorzystywane w budynkach z systemem EBI pozwalają na oszczędność energii i wody w mieszkalnictwie w następującym zakresie
[9]:
§ 10-50 % w ogrzewaniu i klimatyzowaniu mieszkań,
§ 10-50 % w zużyciu wody,
§ 30-50 % w chłodzeniu,
30-50 % w oświetleniu.
[1] J. Lipski, Internet rzeczy w zastosowaniu do sterowania produkcją [w:] R. Knosala, Innowacje w zarządzaniu i inżynierii produkcji, Opole 2015, Polskie Towarzystwo Zrządzania Produkcją, s. 755.
[2] A. Szewczyk, Inteligentne domy – marzeniem mieszkańców miast? Zeszyty Naukowe Uniwesrytetu Szczecińskiego, Studia Informatica nr 29(721), 2012, s. 138.
[3] K. Płachta, Mikroprocesorowy sterownik mocy w domowych sieciach elektrycznych. Projekt Inżynierski, Politechnika Wrocławska, Wrocław 2010, s. 56.
[4] E. Niezabitowska, Budynek inteligentny - Podstawowe systemy bezpieczeństwa w budynkach inteligentnych. T.2. Śląsk, Wydawnictwo WPŚ 2010, s. 75.
[5] M. Horyński, W. Pietrzyk, Zastosowanie inteligentnych systemów magistralnych do sterowania napędami bramowymi, Logistyka, 2010, nr. 6, s. 1102.
[6] J. Kwaśniewski, Inteligentny dom i inne systemy sterowania w 100 przykładach, Wydawnictwo BTC, Legionowo 2011, s.71.
[7] R. Piotrowski, P. Dominiak, Budowa Domu Pasywnego krok po kroku, Wydawnictwo PB, Warszawa 2008, s. 81.
[9] M. Horyński, Programowanie graficzne w sterowaniu inteligentną instalacją elektryczną, Rynek Energii, Nr 3(94) – 2011, s. 1.