Система управления электропитанием и освещением индивидуального жилого дома.

Тема: Система управления электропитанием и освещением индивидуального жилого дома
Исходные данные для проектирования
Введение
1Индивидуальный жилой дом как совокупность территориально распределённых технических средств поддержания жизнеобеспечения
1.1Понятие «интеллектуальный дом»
1.2Структура технических средств
поддержания жизнеобеспечения ИД
1.3Выводы
2Анализ типовых решений автоматизированного управления техническими средствами жизнеобеспечения
2.1Анализ рынка сетевых решений для ИД
2.2Типовая архитектура АСУ «Интеллектуальный дом»
2.3Анализ рынка технических средств реализации системы управления электропитанием и освещением интеллектуальным домом
2.4Типовая методика внедрения АСУИД
2.5Выводы
3Разработка архитектуры АСУИД как интеграция локальных подсистему правления средств поддержания жизнеобеспечения
3.1
Разработка структурных схем локальных подсистем АСУ ИД
3.2Методика внедрения АСУ ИД
3.3АСУ питания и освещения индивидуального жилого дома
3.4 Выводы
4 Экономическое обоснование проекта внедрения АСУИД
4.1Оценка стоимости технических средств АСУ ИД
4.2Расчет трудозатрат на разработку и ввод в эксплуатацию АСУ ИД
5Оценка БЖД проекта внедрения АСУИД
5.1Нормативные требования безопасности производственных процессов
5.2Анализ основных опасностей и вредных факторов
5.3Комплекс мер по охране труда оператора ЭВМ
5.4Пожарная безопасность
5.5Эргономика
Заключение
Список использованной литературы
Приложение

Система управления электропитанием и освещением индивидуального жилого дома.

5. Домашние кинотеатры
6. Проекторы
7. динамики
И др.
1.2.7 Коммуникационное оборудование
1. Телефоны
2. Антенны
3. передатчики
4. Модемы
И др.
На рис. 1.1 представлена структура системы управления интеллектуальным домом (СУИД)
Рис. 1.1
1.3 Выводы
Что может " УМНЫЙ  ДОМ"
Управлять светом:
-включение и выключение источников света с управляющих устройств,
-автоматическое включение и выключение света по датчику движения, 
-световые сцены в доме, имитирующие присутствие людей,
-включение и выключение электробытовых приборов по программе,
-энергосберегающее потребление.
Управлять климатом (температурой и влажностью):
-управление кондиционером - от датчиков, по программе-сценарию и т.д.
Управлять шторами и жалюзи:
-открыть / закрыть (дистанционно вручную, от датчиков,
-попрограмме-сценарию)
Управлять входными дверями и воротами:
-открыть / закрыть дистанционно вручную, автоматическое закрывание
-при постановке
-системы на охрану.
Контролировать аварийные ситуации:
-контроль протечки воды,
-контроль утечки газа,
-контроль повышения потребляемого тока,
-автоматическое отключение или перекрытие названных систем при аварии.
Охранять дом:
-сигнализация проникновения посторонних на территорию,
-сообщение (голосом или SMS) на стационарный или мобильный телефон,
-имитация присутствия тогда, когда хозяев нет дома (включение-
-выключение света, радиоприемника и т.д.).
-видеонаблюдение всего дома и прилегающей территории.
Система Умный Дом обеспечивает механизм централизованного контроля и интеллектуального управления в жилых, офисных или общественных помещениях.
С инсталляцией подобной системы дома или на работе каждый пользователь получает возможность:
В рамках общей среды обитания задавать параметры собственной индивидуальной среды (свет, температура воздуха, звук и т.д.), в т.ч. сценарии работы системы;
Осуществлять управление необходимой системой (освещение, климат, видеонаблюдение и т.п.);
Получать доступ к информации о состоянии всех систем жизнеобеспечения дома (находясь внутри него или удаленно).
Общая схема системы управления выглядит следующим образом:
Центральный процессор управления/главный блок управления;
Датчики (температуры, освещенности, задымленности, движения и др.);
Управляющие устройства (диммеры, реле, ИК-эмиттеры и др.);
Интерфейсы управления (кнопочные выключатели, пульты ИК и радиопульты, сенсорные панели, web/wap интерфейс);
Собственная сеть управления, объединяющая вышеуказанные элементы;
Управляемые устройства (светильники, кондиционеры, компоненты домашнего кинотеатра и др.);
Вспомогательные сети (Ethernet, телефонная сеть, дистрибуция аудио и видеосигнала);
Программное обеспечение проекта.
2. Анализ типовых решений автоматизированного управления техническими средствами жизнеобеспечения
2.1 Анализ рынка сетевых решений для ИД
В последние два-три десятилетия в мире появилось мно­жество решений и технологических платформ, нацеленных на удовлетворение в той или иной мере перечисленных требо­ваний. Но, как признает большинство специалистов, наибо­лее успешным и эффективным решением стали так называ­емые децентрализованные сети управления с распределен­ным интеллектом.
Все предлагаемые на рынке решения делятся на два больших класса - фирменные закрытые решения и открытые технологии. Термин "открытая технология" в данном случае означает, что любой разработ­чик или инсталлятор имеет свободный доступ к полной техни­ческой документации и спецификациям на данную техноло­гию и может самостоятельно начать производство совмести­мых с ней продуктов без каких-либо дополнительных разре­шений и лицензий с чьей-либо стороны. Достоинства откры­тых технологий неоспоримы - потребитель получает больший набор альтернатив и не привязан в течение многих лет к единственному поставщику со всеми сопутствующими этому обстоятельству рисками.
Наиболее известные и распространенные на се­годняшний день открытые системы в области автоматиза­ции зданий -сетевые технологии децентрализованной авто­матизации
LonWorks и KNX/EIB.
Эти технологии имеют ста­тус мировых, а в ряде стран и статус национальных отрасле­вых стандартов.
О степени распространения открытых стандартов LonWorks и KNX/EIB, поддерживаемых международными ас­социациями LonMark и Konnex соответственно, а также ог­ромным числом производителей по всему миру, в сравне­нии с другими распространенными на российском рынке тех­нологиями и решениями, свидетельствуют их рыночные про­фили (рис.2.1).
Стандарт ISO-16484-2 "Системы автоматизации и управле­ния зданиями. Аппаратные средства" определяет трехуров­невую иерархию систем автоматизации зданий. Нижний -"полевой" (fieldbus) уровень охватывает оконечные устройс­тва - датчики, клапаны, выключатели. К среднему уровню "автоматизации" стандарт относит контроллеры, принимаю­щие информацию от нижнего уровня и передающие ее на верхний уровень, а также вспомогательное сетевое оборудо­вание. Верхний уровень "управления" включает операторские станции. В рамках данной классификации системы LonWorks и KNX/EIB можно отнести к первым двум уровням - полево­му уровню и уровню автоматизации.
Идеологически технологии KNX/EIB и LonWorks имеют мно­го общих черт. Каждая из сетей состоит из множества равно­правных узлов (nodes), взаимодействующих друг с другом по стандартизированным открытым протоколам. Эти сети отно­сятся к классу одноранговых (peer-to-peer) сетей с коммутаци­ей пакетов (packet switching).
В состав каждого сетевого узла входят один или несколько микропроцессоров, прикладная подсистема, определяемая функциональным назначением ус­тройства (сенсор, дискретный вход или диммер и т.п.), и прие­мопередатчик (трансивер), соответствующий среде передачи, для которой он предназначен. Кроме того, каждый узел оснащен постоянной и перепрограммируемой энергонезави­симой памятью.
Рис. 2.1
Она содержит набор необходимых системных и прикладных микропрограмм, а также конфигурационные и коммуникационные адресные таблицы, определяющие, соот­ветственно, параметры прикладных программ и связи, в ко­торых данный узел должен участвовать. Введение узла в экс­плуатацию (commissioning) означает присвоение ему сетевого адреса, загрузку необходимой прикладной программы и уста­новку требуемых конфигурационных свойств.
После ввода сети в эксплуатацию, когда каждый ее узел сконфигурирован надлежащим образом, работоспособность каждого из узлов не зависит от работоспособности боль­шинства других узлов или от работоспособности какого-либо выделенного "центрального" элемента сети.
Каждый узел функционирует самостоятельно в соответствии с собствен­ной прикладной программой. Этим определяется высокая надежность децентрализованных сетей и их устойчивость к поломкам.
При выходе из строя любого конкретного узла функциональность теряется только в одном конкретном мес­те сети - в том, за которое отвечал вышедший из строя узел. Вся остальная сеть продолжает исправно работать.
Тех­нологии KNX/EIB и LonWorks следующим образом решают проблемы интеграции разнородных подсистем (cross-system integrated planning) и их совместимости (interoperability). Каждая из технологий определяет и стандартизирует свои типы дан­ных и функциональные блоки (объекты) для каждой приклад­ной области или задачи - будь то управление освещением или вентиляционной установкой. Каждый функциональный блок для инсталлятора - это своего рода "черный ящик" с известным входом и выходом. По сути, это готовая приклад­ная программа, поставляемая производителем вместе с ус­тройством.
Каждый производитель KNX/EIB или LonWorks сов­местимого оборудования гарантирует соответствие его аппа­ратно-программных решений утвержденным в соответствую­щем стандарте типам данных и функциональным профилям. Поэтому потребитель, выбирая оборудование, маркирован­ное знаками KNX или LonMark, может быть уверен, что неза­висимо от производителя получит предсказуемый результат и гарантию совместимости устройств.
Технологии KNX/EIB и LonWorks имеют также идеологи­чески схожие процедуры проектирования сетевой структуры, конфигурирования узлов и ввода их в эксплуатацию. Для это­го каждая из технологий использует свои программные инс­трументальные средства (tools software). Это интегрирован­ные среды проектирования, устанавливаемые на персональ­ном компьютере.
Работая в такой среде, проектировщик мо­жет в соответствии с решаемой задачей задать ту или иную топологию сети, выбрать из имеющейся базы данных уст­ройств необходимое оборудование,
Кроме того, он может определить необходи­мые функциональные блоки (т.е. отобрать из готовых библи­отек нужные прикладные микропрограммы) и задать требу­емые коммуникационные связи в сети (binding в LonWorks и group addressing в KNX/EIB). Связи устанавливаются между сетевыми переменными (в терминах LonWorks) или коммуни­кационными объектами (в терминах KNX). Как правило, каж­дая сетевая переменная или коммуникационный объект со­ответствует входам или выходам физических устройств (уз­лов), подключенных к сети.
Так в общих чертах выглядит про­цедура проектирования и программирования сетей KNX/EIB и LonWorks. Каждая технология использует свою терминологию и обладает своими особенностями, но общая идеология идентична.
Функ­циональные связи между сетевыми узлами в системах KNX/ EIB и LonWorks устанавливаются на программном уровне. Это позволяет относительно легко менять функциональность сис­темы без дополнительного монтажа или изменения кабель­ных проводок. Тем самым обеспечивается требование гиб­кости и программируемости системы управления. Стандарты KNX/EIB и LonWorks определяют и реализуют все семь уров­ней модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI, начи­ная с физического. Таким образом, помимо прочего, обес­печивается аппаратная совместимость устройств на уровне трансиверов.
Сравнивая применимость технологий KNX/EIB и LonWorks в той или иной области, можно сказать, что каждая из них имеет свои преимущества при решении определенных клас­сов задач. KNX/EIB может оказаться более эффективной тех­нологией в проектах, связанных с автоматизацией освеще­ния, жалюзи и индивидуального климат-контроля.
Технология LonWorks лучше подходит для сложных комплексных клима­тических систем или систем безопасности. LonWorks (LON - Local Operating Networkl LonWorks) –сетевая технология автоматизации, разработанная для применения на транспорте, в промышленности и строительстве.
Основы технологии LonWorks были заложены в начале 90-х годов прошлого века, когда инженерами компании Eche­lon были разработаны специализированный микропроцес­сор Neuron Chip (впервые был представлен в декабре 1990 года), коммуникационный протокол LonTalk (ANSI/EIA 709-1) и первое инструментальное программное обеспечение для разработки и проектирования. С тех пор технология непре­рывно развивается, и приобрела статус международного и национального стандарта ряда стран. На междуна­родный рынок технологию LonWorks продвигает Междуна­родная ассоциация LonMark , объединяющая более 300 компаний по всему миру. C 2007 года действует российское национальное отделение Ассоциации .
Топология сетей LonWorks: шина, кольцо, звезда, свобод­ная. Поддерживаемые среды передачи: витая пара, опти­ческий кабель, коаксиальный кабель, радиоканал, силовая электросеть, IP-сети, ИК-канал.
Наиболее распространен­ная среда передачи - витая пара. Физическую структуру сетей LonWorks определяют канал (физическая среда пере­дачи данных) и сегмент (участок физической среды переда­чи данных или канала, соединенный с портом маршрутиза­тора или репитера) сети. Скорость передачи данных для ви­той пары свободной топологии (FTT) составляет 78 Кбит/с. При этом максимальное расстояние между узлами, прина­длежащими одному сегменту, не может превышать 400 м, а общая длина кабеля - 500 м.
Базовое понятие сети LonWorks - сетевая переменная.
Механизм сетевых переменных служит основой для информационного обмена в сетях LonWorks. Любое изменение значения выходной сетевой переменной узла-сенсора авто­матически передается всем узлам сети, с входными сетевы­ми переменными которых связана данная переменная.
Сейчас стандарт LonWorks описывает более 180 типов стандартных переменных, SNVT (Standard Network Variable Types) и более 160 стандартных типов конфигурационных параметров, SCPT (Standard Configuration Parameter Types).
Логическая адресация узлов LonWorks реализуется через понятия домена, номера подсети и номера узла. Один до­мен может включать до 255 подсетей, а каждая подсеть -до 127 устройств. Таким образом, в одном домене может быть до 32385 узлов. Число доменов в сети LonWorks прак­тически не ограничено (до 248). Узлы, принадлежащие раз­личным доменам, не могут связываться по сети напря­мую. В этом случае связь осуществляется через специаль­ные сетевые устройства - мосты (bridges) и маршрутиза­торы (routers).
Один из важнейших структурных компонентов менедж­мента сетей LonWorks - сетевая операционная система LNS (LonWorks Network Services), представляющая собой клиент-серверную платформу для проектирования, администриро­вания и мониторинга сетей LonWorks и поставляемая ком­панией Echelon.
На российском рынке технология LonWorks представле­на продукцией таких производителей, как Beckhoff, Eche­lon, Elka, Loytec, S+S Regeltechnik, Svea, Thermokon, TCA, Wago и ряда других. Наиболее распространенное инстру­ментальное средство LonWorks - программный пакет Lon-Maker, поставляемый компанией Echelon и созданный на основе программы визуального проектирования Visio ком­пании Microsoft.
Европейский стандарт KNX/EIB полу­чилчил широкое распространение в начале 1990-х годов, объединив три стандарта - французский Batibus, гол­ландский EHS (European Home Systems) и немецкий EIB (Eu­ropean Installation Bus). Тогда же ведущие европейские элек­тротехнические компании организовали ассоциацию EIBA, переименованную в 2006 году в международную ассоциацию Коппех. С 2003 года действует российское национальное отделение Konnex.
Основы технологии KNX/EIB заложила немецкая компа­ния Siemens, разработавшая и начавшая производство не­обходимых аппаратных средств. В конце 2003 года стандарт KNX/EIB был утвержден как европейский стандарт элект­ронных систем для дома и здания EN50090, а в 2006 году -как международный стандарт автоматизации зданий ISO/IEC 14543-3.Топология сетей KNX/EIB: шина, свободная. Среды пере­дачи: витая пара, радиоканал, силовая электросеть, инфра­красный канал.
Физическую структуру сетей KNX/EIB определяют следу­ющие понятия: линия (физическая среда передачи данных), сегмент (часть линии со своим блоком питания) и область (совокупность линий). В каждой области может быть объеди­нено до 15 линий. Объединение линий в область производит­ся с помощью главной ее линии. Одна линия может обслужи­вать от 64 (один сегмент) до 256 (четыре сегмента) узлов. В сеть KNX/EIB может быть включено до 15 областей, объеди­ненных магистральной линией. Все линейные соединения выполняются с помощью шинных соединителей (line coupler). Таким образом, теоретическая емкость одной сети KNX/EIB примерно 57600 узлов.
Скорость передачи данных для витой пары свободной то­пологии составляет 9,6 Кбит/с. Технология KNX/EIB использу­ет метод множественного доступа к шине с контролем несу­щей CSMA/CA. При этом максимальное расстояние между уз­лами одной линии не должно превышать 700 м, максималь­ное расстояние между узлом сети и блоком питания - 350 м, а общая длина кабеля одной линии - 1000 м.
Традиционно в KNX/EIB все узлы делят на сенсоры (sen­sors) и актуаторы (actuators). Сенсоры посылают сообщения (телеграммы), а актуаторы их принимают и соответствующим образом на них реагируют. Адресация узлов KNX/EIB реализуется на двух уровнях индивидуальном и групповом. Двухбайтный индивидуаль­ный адрес узла состоит из трех полей: область (4 бита) - ли­ния (4 бита) - устройство (8 бит).
В основном индивидуаль­ный адрес служит для конфигурирования и диагностики уз­лов. Двухбайтный групповой адрес может иметь двухкомпонентую
структуру: группа (4 бита) - подгруппа (11 бит) или трехкомпонентную структуру: группа (4 бита) - промежуточ­ная группа (3 бита) - подгруппа
(8 бит). Групповая адреса­ция производится независимо от физического расположе­ния узлов в сети, отражая функциональную нагрузку адресу­емого объекта. Например, групповой адрес 4.97 может озна­чать "включение света на кухне". Групповая адресация - ос­нова логической организации сети KNX/EIB, в соответствии с которой объекты узлов коммутируют друг с другом посредс­твом телеграмм.
Стандарт KNX/EIB описывает стандартные типы данных - однобитовые (1.00x), двухбитовые (2.00x) и т.д. - для всех ти­повых задач: включения/выключения, диммирования, переда­чи физических величин и т.д. Полный список стандартизован­ных данных можно найти на сайте ассоциации Konnex.
На российском рынке технология KNX/EIB представлена продукцией таких известных компаний, как ABB/Bousch-Jae-ger, Berker, Gira, Jung, Merten, Siemens, Lingg&Janke и неко­торых других. Отечественный производитель оборудования KNX/EIB - НПО СЭМ. Сегодня основным инструментальным ПО KNX/EIB явля­ется пакет ETS3 (EIB Tools Software), эксклюзивно распро­страняемый ассоциацией Konnex.
х10 – это коммуникационный протокол и основанный на нем стандарт, которые применяют в системах домашней автоматизации. В х10 для передачи управляющих сигналов используют силовые электросети.
 Его очевидное преимущество в простоте реализации – не нужно прокладывать новые провода, достаточно подключить нужные приборы к существующей электропроводке. Технология х10 основана на передаче сигналов по электропроводке квартиры или дома.
Для передачи сигналов используются "пакеты" колебаний на частоте 120 кГц длительностью 1 мс, передаваемые по электропроводам (рис. 2.2)
Рис. 2.2 Генерация сигналов X10
Рис. 2.3 Структура кадров X10
а – последовательность кодов; б – информационные и комплиментарные биты;
в – передача последовательности адреса и команды
Передача сигнала в х10 синхронизирована с нулевым напряжением в цепи переменного тока . Когда напряжение достигает нулевого значения, приемник сигнала х10 (например, встроенный в патрон лампочки) "слушает" сеть в течение 6 мс. Если в это время передатчик сигнала х10 посылает "пакет", приемник воспринимает его как двоичную единицу. Отсутствие "пакета" воспринимается как двоичный ноль.
Каждое устройство, управляемое посредством х10, имеет свой адрес, (рис. 2.3)состоящий из двух символов. Первый – код дома, второй – код устройства. Каждый из них может иметь 16 значений, а общее число различных адресов достигает 256. Код дома обозначают латинской буквой (от A до P), а код устройства – числом от 1 до 16. По электропроводке каждый код дома и устройства передается своей последовательностью нулей и единиц – двоичным кодом