پروتکل های هوشمند سازی ساختمان
گسترش سیستم های هوشمند و اتوماسیون ساختمان ها یک استراتژی مناسب برای پاسخ به نیازهایی مانند آسایش ، امنیت و صرفه جویی انرژی می باشد. در ساختمان های بزرگ میزان هزینه های مصرف انرژی قسمت قابل توجهی از برق مصرفی را تشکیل می دهد. از یکساختمانهوشمند یک پارچه انتظار می رود تا بطور موثری میزان هزینه های نگهداری، مدیریت ساختمان ، مصرف انرژی و … را کاهش دهد و همچنین می توان استفاده از ساختمان هوشمند را گزینه ای مناسب برای کاهش گازهای گلخانه ای نظیر CO2 دانست. به منظور یکپارچه سازی کنترل تاسیسات و زیرساخت های یک ساختمان هوشمند نیاز به انتخاب یک استراتژی ارتباطی بین اجزای مختلف این سیستم یکپارچه می باشد، به این استراتژی های ارتباطی بین اجزای گوناگون موجود که در واقع زبان صحبت آن ها با یکدیگر می باشد، پروتکل می گویند.
1- چالش های موجود در یکپارچه سازی
یکی از چالش های موجود به منظور بکارگیری و توسعه یکپارچه سازی تاسیسات و زیرساخت های موجود در ساختمان های هوشمند، تکنولوژی های ساخت گوناگون و نحوه عملکرد متفاوت آن ها است که بکارگیری یکی از پروتکل های باز نظیر” ” bacnet،lonwork ” ،Modbus “،knx” و … راه حل مقابله با این چالش می باشد. این پروتکل ها دارای ویژگی هایی همچون باز بودن، سازگاری و پشتیبانی توسط شرکت های تراز اول تکنولوژی در دنیا می باشند.
امروزه سیستم های مدیریت و هوشمند سازی ساختمان اتحادی بین زیرساخت های گوناگون نظیر تاسیسات گرمایشی، تهویه و خنک سازی HVAC ، روشنایی ها، سیستم دوربین های مدار بسته “CCTV“، کنترل دسترسی ، اعلام حریق و … بوجود آورده است. سیستم بعضی از این زیرساخت ها و تاسیسات توسط شرکت های سازنده به گونه ای طراحی می گردد که قابلیت اشتراک اطلاعات بین آن ها و بقیه سیستم ها وجود ندارد (که در این صورت جزو سیستم های بسته به حساب می آیند). هنگامی که نیاز به یک سیستم هوشمند باز ساختمان وجود دارد همکاری بین زیرساخت های تاسیسات ی (که توسط شرکت های تکنولوژیک مختلف تولید شده اند) به منظور به اشتراک گذاری اطلاعات و تقسیم وظایف، جنبه بسیار مهمی دارد. بعنوان مثال اگر امکان استفاده از یک سنسور بصورت مشترک برای همکاری بین زیرساخت هایی نظیر سیستم های “ HVAC” ، روشنایی و کنترل دسترسی بوجود آید، مفهوم این همکاری در ساختمان ها به عنوان هوشمند سازی شناخته می شود.
2- چگونگی ایجاد یکپارچگی بین این اجزا
اتاق کنترل یک ساختمان هوشمند یک پارچه با توجه به گوناگونی زیرساخت ها به طور معمول شامل تعداد زیادی از سیستم های نظارتی ( HVAC، CCTV، کنترل دسترسی ، اعلام حریق ) می باشد. اگر به منظور بهبود شرایط موجود در قسمتی از ساختمان نیاز به عملکرد هماهنگ بین زیرساخت های” HVAC“و کنترل دسترسی باشد؛ سوال اساسی این است که «چگونه باید یکپارچگی بین این اجزا بوجود آید؟». به دلیل تفاوت در امکانات ارتباطی بین زیر ساخت ها امکان همکاری و همگام سازی آن ها بسیار سخت و یا غیر ممکن می باشد که این موضوع در واقع مشکل اصلی این ارتباط می باشد، امکان همکاری بین اجزای مختلف زیر ساخت ها تنها در صورتی بوجود خواهد آمد که این اجزا توانایی فهم ارتباطات بین یکدیگر را داشته باشند.
3- راهکار های ایجاد همکاری بین اجزای مختلف زیرساخت ها
به منظور دست یابی به این فهم متقابل، استفاده از یک پروتکل ارتباطی امری ضروری می باشد. سه راه متفاوت به منظور ایجاد همکاری بین اجزای مختلف زیر ساخت ها وجود دارد.
- در نظر گرفتن امکان استفاده کامل از یک یا چند پروتکل ارتباطی در تولیدات مختلف تولید کنندگان زیرساخت ها
- ایجاد همکاری بین تولید کنندگان و پروتکل های باز موجود
- طراحی سیستم هایی بر اساس همکاری بین سیستم های مختلف با در نظر گرفتن ارتباطات بر پایه یک پروتکل باز استاندارد
4- پروتکل های ارتباطی در ساختمان های هوشمند
سیستم های هوشمند ساختمان بر پایه بهبود در کنترل عملکرد زیرساخت های مکانیکی و الکتریکی ساختمان ها بنا شده اند. از نظر عملکرد به طور کلی سیستم در سه سطح، طبقه بندی می شود این موضوع در شکل زیر نمایش داده شده است. در سطح پایینی عملیات ذخیره سازی اطلاعات ( اندازه گیری ها، محاسبات ) صورت می پذیرد و پروسه مدیریت ساختمان (سوییچ زنی ها، تنظیمات و تنظیم موقعیت ها) کنترل می گردد. در سطح میانی که سطح اتوماسیون می باشد جنبه های مختلف کنترل اتوماتیک نظیر اجرای حلقه های کنترلی انجام می گیرد و می توان از مراحلی مانند انجام تنظیمات و مدیریت وظایف (مانند کنترل های گرافیکی) به عنوان وظایف موجود در سطح مدیریت نام برد. امروزه تعداد زیادی از پروتکل های ارتباطی برای استفاده در مدیریت ساختمان های هوشمند بکار می روند. در میان این پروتکل ها می توان از ” ” KNX، LONWORK” “، Bac net” “و “Modbus “به عنوان مهمترین و شناخته شده ترین آن ها یاد کرد.
این استانداردهای باز با توجه به نوع کاربرد قابلیت عملکرد در هر سه سطح را دارا می باشند و باقی استانداردها قابل استفاده تنها در یک سطح از سطوح موجود می باشند. با توجه به شکل بالا کاملا مشخص است که کاربرد پروتکل هایی نظیر” KNX “و Lon Works” “در سطح اول بسیار بالا می باشد و می توانند تاحدودی در سطوح اتوماسیون و به مقدار کمی در سطح مدیریت نیز عملکرد داشته باشند و در مقابل پروتکلی مانند” Bac net “کاربرد بیشتری در سطح مدیریت دارد .
5- پروتکل های اختصاصی
در حالت کلی، کارایی پروتکل های اختصاصی به مفاهیم قابل قبول آن که با توجه به آن ها ساخته شده است، بستگی دارد. به هرحال در حالت کلی صاحب این پروتکل ها انحصار در الگوریتم های سیستم کنترلی، کانال های ارتباطی و حتی در بعضی از موارد، استفاده از سخت افزار مخصوص در محصولات را در نظر می گیرند. در صورت استفاده از این پروتکل ها از لحاظ فنی و یا اقتصادی مرتبط کردن و یا عملکرد هماهنگ دو محصول از تولید کنندگان مختلف سخت و یا غیر ممکن می شود، فراتر از جنبه های اقتصادی، ارتباطات انحصاری با نرم افزار ها و سخت افزارهای ثالت (تولید شده توسط برنامه نویس ها و یا توسعه دهندگانی غیر از شرکت تولید کننده اصلی) همخوانی مناسبی ندارند.
6- پروتکل های باز
سیستم های دارای معماری باز دارای مزایای بسیار فراتری از سیستم های انحصاری می باشند که این مزایا به سبب یکپارچه بودن شبکه کنترل در تمامی تجهیزات بوجود آمده است. هرچه میزان یکپارچه بودن اجزای مختلف سیستم کنترلی بیشتر باشد در اقدامات نگه داری، تعمیرات و نصب به میزان بیشتری در هزینه ها صرفه جویی می گردد .تنها با استفاده از امکان یکپارچه سازی کامل در یک سیستم می توان از آنالیز اطلاعاتی مانند مدیریت انرژی در ساختمان هوشمند بهره مند شد. با استفاده از پروتکل های باز می توان به یک راه حل با دوام برای داشتن یک ساختمان هوشمند پایدار، دست یافت. یک ساختمان هوشمند پایدار با استفاده از یک طرح اولیه که در آن علاوه بر باز بودن پروتکل، استاندارد سازی ابزارهای مدیریت شبکه و دست یابی آزادانه به محصول در نظر گرفته شود، قابل پیاده سازی می باشد.
7- پروتکل ها/سیستم های ارتباط باز
پروتکل های باز معرفی شده همگی پروتکل های مناسبی برای بکارگیری در سیستم های ساختمان هوشمند یکپارچه می باشند. این پروتکل ها که در قسمت قبل معرفی شدند در بازارهای جهانی توسط خریداران و همچنین سازندگان سیستم های هوشمند یک پارچه دارای اهمیت قابل توجهی می باشند و به عنوان یک راه حل کامل برای یک پارچه سازی زیرساخت های تاسیساتی شناخته می شوند.
8- پروتکل BAC net
پروتکل اتوماسیون و کنترل تحت شبکه ساختمان (The Building Automation and Control Networking Protocol ) بطور اختصاصی برای نیازهای ساختمانی، گسترش و توسعه داده شده است . این پروتکل برای سطوح اتوماسیون و مدیریت ساختمان بسیار مناسب می باشد. تاکید این پروتکل اتوماسیون ساختمان تا حد زیادی بر روی مواردی همچون کنترل HVAC، کنترل پنل اعلام حریق، تشخیص نفوذ و کنترل سیستم های دسترسی می باشد. این پروتکل با توجه به پیشرفت ها و توسعه های صورت گرفته هم اکنون در تجهیزاتی مانند پله برقی ها و آسانسور ها نیز مورد استفاده قرار می گیرد. سیر تکاملی و پشتیبانی این پروتکل توسط کمیته مهندسی انجمن گرمایش سرمایش و تهویه هوای آمریکا انجام می گیرد. یکی از آخرین نسخه های این استاندارد BACNET__A Data Communication Protocol for Bui ding Automation and control Network ANSI/ASHRAE Std. 135, 2004 نام دارد.
این پروتکل به طور ثابت توسط کمیته دائمی استاندارد “SSPC” پشتیبانی و گسترش، تعریف می شود. همچنین آزمایشگاه های تست”BAC net “نیز یکی دیگر از مهمترین سازمان هایی است که مسئولیت پشتیبانی و پایدارسازی این پروتکل را در محصولات متفاوتی که از این پروتکل استفاده می کنند ایفا می کند و هماهنگی و همخوانی بین تجهیزات ساخته شده تحت این پروتکل را گارانتی می کند.
9- تکنولوژی Ether net
BAC net ” “ از چهار پروتکل ارتباطی مختلف استفاده می کند در این جا به تنها دو عدد از مهمترین آن ها یعنی Ethernet و MS/TP اشاره می شود. Ether net تکنولوژی است که در سطح جهان مورد استفاده زیادی قرار گرفته است و از انواع مدیا و اطلاعات بر روی بستر بی سیم یا سیمی پشتیبانی می کند. این پروتکل در حالت کلی می تواند به سرعت 10 گیگابیت بر ثانیه دست یابد. MS/TP برای دستگاه هایی که برای عملکرد تحت شبکه نیاز به سرعت های پایین تری (1 مگابیت بر ثانیه یا کمتر) دارند استفاده می شود.
9-1- ویژگی های پروتکل “BAC net “
- بالاترین قابلیت حمایت از سرمایه گذاری به لطف استفاده از استاندارد ISO 16484-5
- توسعه رو به پیشرفت این تکنولوژی توسط نهاد های” ASHRAE “که همواره بر روی نیاز های ساختمانی تمرکز دارد.
- مستقل از شرکت های تولیدی
- ارسال داده ها و اطلاعات توسط استانداردهای متفاوت ارتباطی نظیر: BAC net IP ، BAC net Lon Talk ، BAC net MS/TP و همچنین ترکیب و پشتیبانی از توپولوژی های انعطاف پذیر مختلف.
- یکپارچه سازی بیشتر برند ها و تجهیزات با تنوع زیاد بدون استفاده از سخت افزاری خاص
