Высоконадежная система управления зданием Metasys компании Johnson Controls представляет собой гибко масштабируемое многоуровневое решение для автоматизации управления инженерными системами здания и интеграции оборудования различных производителей в единую систему. Компания Johnson Controls, Inc. выпускает полный набор периферийных устройств для системы управления зданием, начиная от датчиков и клапанов и заканчивая интеллектуальными контроллерами, осуществляющими управление зданием на разных иерархических уровнях. Различные модификации контроллеров системы управления зданием поддерживают наиболее распространенные коммуникационные протоколы, такие как ставшие промышленным стандартом для систем управления зданием протоколы LonTalk и BACnet. На верхнем уровне управления используется архитектура OPC клиент-сервер, разработанная для интеграции продуктов различных производителей. Система управления зданием Metasys предусматривает и удаленное управление зданием – включенный в состав Metasys программный компонент M-Web предоставляет доступ к средствам диспетчерской станции через стандартный web-браузер.
Система управления зданием на базе оборудования и программного обеспечения Johnson Controls предназначена для централизованного мониторинга, диспетчеризации и управления оборудованием инженерных систем. Использование на объекте системы управления зданием не только гарантирует создание оптимальных климатических условий в помещениях и надежное функционирование всех инженерных систем здания, включая системы безопасности, но и обеспечивает существенное снижение энергопотребления благодаря строго дозированному расходу электричества климатическими установками и осветительной системой здания. Только за счет этого система управления зданием полностью окупается за 3 – 5 лет.
Что дает владельцу здания наличие системы управления
Современная система управления зданием дает возможность вписаться в те энергетические лимиты, которые зачастую вводят муниципальные службы города, и избежать расходов на строительство электрических подстанций. Это особенно актуально для центра города, где чаще всего и строятся наиболее крупные и престижные торговые и офисные центры. Кроме того, система управления зданием позволяет полностью использовать функциональный потенциал оборудования для управления климатическими, осветительными и другими инженерными системами здания за счет гибкой настройки взаимодействия между элементами системы.
Поскольку система управления зданием подразумевает исполнение управляющих функций интеллектуальной автоматикой здания, влияние человеческого фактора снижено, что позволяет значительно сократить расходы на эксплуатацию и ремонт оборудования в течение всего жизненного цикла здания, а также исключить выход из строя дорогостоящего оборудования.
Интеллектуальная система управления зданием вкупе с энергосберегающим оборудованием позволяет снизить ежегодные коммунальные платежи на 15-20%, а это немало, например, для бизнес-центра площадью порядка 50 000 квадратных метров, где ежегодные коммунальные расходы составляют около 100 долларов на 1 квадратный метр.
Несмотря на то, что первоначальные инвестиции в здание, оснащенное системой управления автоматикой, выше, чем в обычное здание, опыт показал, что управляемое электроникой здание гораздо более экономично в течение всего жизненного цикла.
При принятии решения об инсталляции системы управления зданием нельзя не учитывать психологическую и имиджевую составляющую. Для одних компаний наличие системы управления – это стандарт, отклониться от которого нельзя, для других – показатель престижа, для третьих – гарантия безопасности и комфорта работы персонала.
Срок службы системы управления зданием Johnson Controls составляет не менее 10 лет с учетом замены неисправных и выработавших свой ресурс компонентов. Среднее время наработки на отказ для системы управления зданием составляет не менее 10 000 часов, а среднее время восстановления работоспособности – 0,5 часа.
Архитектура системы управления зданием Metasys
Разработчики Johnson Controls заложили в системы управления зданием Metasys практически неограниченные возможности масштабирования, что позволяет создать на базе этого оборудования и программного обеспечения систему управления для объекта любого размера и уровня сложности. Существует следующие типовые конфигурации Metasys:
Проводимое разделение по площади объекта для этих конфигураций достаточно условно. Типовые конфигурации отличаются друг от друга программным обеспечением рабочей станции диспетчера и типом сетевого процессора (то есть управляющего устройства уровня автоматизации).
Система управления зданием Metasys имеет трехуровневую структуру, в которой можно выделить следующие иерархические уровни:
Уровень локального управления
На уровне локального управления располагаются первичные датчики, обеспечивающие сбор информации о системе; модульные устройства и контроллеры, позволяющие непосредственно обеспечивать управление локальными системами нижнего уровня; устройства интеграции, осуществляющие передачу информации о работе локального оборудования в сеть. В случае необходимости на локальном уровне системы управления зданием могут использоваться первичные датчики, приводы и автоматические устройства других производителей при наличии в них возможностей подключения к стандартным системам автоматизации. В системе управления зданием Metasys на этом уровне используются технология LonWorks и открытый протокол BacNet.
Расширяемые цифровые контроллеры DX-912x
Ядром уровня локального управления являются расширяемые цифровые контроллеры DX-912x. Эти контроллеры совместимы с сетью LonWorks и предназначены для управления чиллерами, бойлерными станциями, агрегатами для кондиционирования воздуха или распределенными системами освещения. Контроллеры DX-912x подсоединяются к системе управления зданием Metasys через шину N2E и обеспечивают обмен информацией между исполнительными устройствами инженерных систем здания и центральной станцией диспетчера. Для подключения к сети LonWorks контроллеры DX-9121 и DX-9120 используют различные типы трансиверов (FTT-10 и TP-78 соответственно).
Количество аналоговых и цифровых входов/выходов DX-912x, а значит и число управляемых устройств, можно увеличить, подключив к контроллеру модули расширения (с дополнительными цифровыми и аналоговыми входами/выходами) XT/XTM и модули наращивания (с дополнительными цифровыми или аналоговыми входами/выходами) XPx. К одному контроллеру DX-912x можно подключить до 8 таких модулей.
Терминальный контроллер TC-9102
Терминальный контроллер TC-9102 предназначен для управления фанкойлами. TC-9102 может использоваться как автономное устройство или подключаться к шине N2 системы управления зданием Metasys через сетевой управляющий модуль NCM. Через релейный выход контроллер управляет скоростью работы фанкойла на основании показаний комнатного термостата.
Модуль интеграции устройств третьих производителей Metasys Integrator
Metasys Integrator предназначен для подключения к системе управления зданием устройств третьих производителей. Данные с устройств, подключенных к Metasys Integrator, поступают на рабочую станцию оператора, что позволяет управлять ими наравне с другим оборудованием системы управления зданием. При необходимости с помощью Metasys Integrator можно подключить к системе управления зданием целую подсистему на базе оборудования сторонних производителей. В случае если производитель поставляет интерфейсное программное обеспечение для подключения к сети N2, можно обойтись без модуля Metasys Integrator.
За последние несколько лет в отрасли построения систем управления зданием был сформирован стандарт EN 1434-3, определяющий правила сбора и передачи данных об энергопотреблении из различных источников. Система управления зданием Metasys строится в соответствии с этим стандартом и может использовать измерительную шину M-Bus для передачи информации с датчиков на рабочую станцию диспетчера.
Интеграция инженерных систем сторонних производителей в систему управления зданием Metasys обеспечивает удобство централизованного мониторинга и управления системами, в частности:
Как правило, через Metasys Integrator в систему управления зданием интегрируются системы управления насосными станциями, охранно-пожарная сигнализация, комнатные системы управления, системы управления освещением.
Модульное устройство управления переменным объемом воздуха VMA1400
VMA1400 – это семейство конфигурируемых цифровых контроллеров, содержащих в одном корпусе управляющую электронику, датчик давления и двигатель. Использование шагового двигателя позволяет быстро и точно изменять положение заслонки воздуховода и регулировать количество горячего/холодного воздуха, поступающего к фанкойлу.
Помимо описанных выше устройств, к оборудованию локального уровня управления относятся:
Уровень автоматизации системы управления зданием
Уровень автоматизации оснащается цифровыми контроллерами, обеспечивающими как автоматическое управление группами локальных систем, так и передачу данных о работе этих систем на вышестоящий уровень сети. Центральным звеном этого уровня являются сетевые процессоры, в функции которых, помимо управления и обработки информации, входит и обеспечение связи между верхними уровнями сети и локальными системами.
Сетевые процессоры NCM300 и N30 обеспечивают централизованный мониторинг аварийных сигналов, сбор и запись данных о статистических трендах, времени работы оборудования и энергопотреблении элементов системы управления зданием. Сетевые процессоры могут также выполнять глобальные функции управления, например, определение точек общего пользования и взаимную блокировку работы систем.
NCM300 – это основной вычислительный модуль сети Metasys. Этот полностью программируемый контроллер управляет работой систем и приложений, подключенных к нему посредством сетевых модулей расширения (Network Expansion Unit, NEU) и специализированных контроллеров (Application Specific Controller, ASC), а также устройств климат-контроля (AHU, VAV, VMA, UNT, LCP, IFC). NCM300 подключается к системе управления зданием Metasys через локальную сеть ARCnet, тогда как другая модификация, NCM350, может работать в сети с архитектурой ARCnet или Ethernet.
N30 подключается непосредственно к сети Ethernet и поддерживает работу с теми же устройствами, что и NCM300. Оператор может осуществлять управление и мониторинг этих устройств как с рабочей станции, так и с терминала VT100. В этом случае оператор получает локальный доступ к контроллеру и может настраивать параметры работы подключенного оборудования. Как правило, этот контроллер в сочетании с рабочей станцией диспетчера M3 Workstation используется при управлении инженерными системами небольших объектов.
Поддержка технологии LonWorks
Сеть LonWorks – это локальная операционная сеть, концепция которой разработана Echelon Corp. Ядром сети LonWorks является микропроцессор Neuron, включающий три 8-битовых микропроцессора, встроенную память и 11 контактов ввода-вывода. Любое устройство на базе Neuron способно обеспечивать получение данных, двунаправленную связь и управление. В каждый контроллер уровня локального управления DX-912x системы управления зданием Metasys встроен такой микропроцессор, за счет чего обеспечивается поддержка протокола LonTalk и возможность интеграции в систему управления зданием Metasys оборудования сторонних производителей.
Интеграция с системной шиной EIB
Системная шина EIB представляет собой сетевую технологию, позволяющую использовать в составе одной установки оборудование различных производителей. Эта технология предназначена для управления всеми коммуникациями зданий и сооружений (освещение, отопление, кондиционирование, вентиляция, жалюзи, охранная и пожарная сигнализация и т.д.). Эта технология направлена главным образом на сектор «офисной» автоматики, где требуется высокая масштабируемость системы управления зданием: типовой функциональный диапазон устройств, распределенная структура оборудования, единая интеграционная платформа – и практически не используется в системах жизнеобеспечения, где требуется высокая гибкость функциональных устройств и относительно высокая скорость обработки и передачи информации. Интеграцию с EIB обеспечивает модуль расширения EIB Metasys.
Поддержка протокола BACNet
BACNet утвержден ASHRAE и представляет собой протокол связи и обмена данными, предназначенный для объединения компонентов систем автоматизации разных производителей. Программный модуль Metasys BACnet System Integrator (BSI) обеспечивает взаимодействие между системой управления зданием Metasys и другими устройствами автоматизации, поддерживающими открытый протокол BacNet (BACNet Standard 135-1995 и Addendum A).
Уровень управления информацией и администрирования системы
На уровне управления информацией и администрирования системы располагаются рабочие станции диспетчеров на базе ПЭВМ со специализированным программным обеспечением, на которых архивируется и анализируется работа всех систем здания в целом. Рабочие станции диспетчера (OWS) используют стандартные платформы аппаратного обеспечение ПК и работают в среде Microsoft Windows. В качестве верхнего уровня системы Metasys используется одна из лучших SCADA-систем в сегменте систем управления зданиями – M5 Workstation, поддерживающая технологию OPC. В качестве коммуникационной базы системы управления зданием Metasys используется сеть N1, к которой может быть подключено неограниченное количество рабочих станций диспетчера и сетевых модулей управления.
Рабочая станция диспетчера в сети Metasys
Рабочая станция диспетчера в системе управления зданием Metasys – это центральный пункт управления и мониторинга, позволяющий не только отслеживать состояние всех подсистем и устройств здания, но и производить настройку их параметров. Программное обеспечение для рабочей станции диспетчера предполагает единый графический интерфейс для всех приложений системы управления зданием, четкую структуру приложений и продуманную навигацию между программными компонентами, что обеспечивает максимальную простоту работы с системой и удобство поиска информации.
Оба варианта рабочей станции диспетчера – M3 Workstation и M5 Workstation – используют стандартные платформы аппаратного обеспечения ПК и работают с последними версиями ОС Windows. Оптимальной считается конфигурация ПК на процессоре Intel 80486 или Pentium. В системе управления зданием может использоваться несколько станций диспетчера, которые подключаются к сети N1 через сетевую карту или же через NCU посредством интерфейса RS-232.
Рабочая станция оператора с установленной на ней системой M3/M5 Workstation может работать со следующими программными приложениями:
BN OPC Server – доступ к совместимым с BacNet устройствам и объектам,
M-Password – для ограничения доступа к объектам,
M-Alarm – подтверждение и обслуживание сообщений о событиях, происходящих в системе управления зданием,
M-Explorer/M-Inspector (приложение включает функции M-Command, M-View, M-Schedule, M-Calendar) – отображение параметров объектов, настройка расписания, управление,
M-Collector – сбор статистических данных и анализ трендов,
Access Historian и SQL Historian – архивирование статистических данных,
M-Trend – отображение трендов в графической форме,
M-Graphics – отображение объектов в составе системы управления зданием в графической форме.
Рабочая станция диспетчера сочетает текстовую, табличную и графическую форму представления информации. Диспетчер может вывести на экран информацию о системе управления зданием с любой степенью детализации – от цветного плана здания до технических параметров отдельного прибора. Эти параметры включают в себя информацию о работе устройства, уставки, зону нечувствительности, информацию о сигналах тревоги и связанные с ними сообщения. Параметры прибора выводятся на экран рабочей станции в виде графика временной зависимости, чтобы диспетчер мог оценить динамику работы прибора. К окну технических параметров прибора можно перейти и из отчета о событиях системы управления зданием, щелкнув по строке сообщения о событии, поступившего с этого прибора.
В целях оптимизации процесса устранения неполадок система управления зданием Metasys обрабатывает сообщения о тревоге, поступающие с разных приборов, в строгом соответствии с приоритетами. События с наивысшим приоритетом выводятся на экран диспетчера и обрабатываются в первую очередь. Кроме того, аварийные сигналы распределяются по рабочим станциям разных диспетчеров в соответствии с их сферой ответственности. Во избежание ситуации, когда сигнал тревоги оставлен без внимания, диспетчеру предоставляется выбор из двух вариантов реагирования на высокоприоритетные сигналы тревоги: сохранение в файл напоминания (на экран рабочей станции будет периодически выводиться напоминание о том, что неполадка не устранена) или в файл отслеживания (диспетчер сможет следить за действиями по устранению неполадки). Некритические аварийные сообщения обрабатываются по запросу диспетчера.
Типы сетей в системе управления зданием Metasys
N1
Сеть N1 – это высокопроизводительная локальная сеть уровня управления информацией, которая служит для обмена информацией между контроллерами уровня автоматизации и рабочими станциями диспетчера. При построении сети N1 может использоваться архитектура ARCnet или Ethernet IP (этим определяется выбор активных сетевых устройств). Обе архитектуры допускают такие виды топологий, как шина, звезда, смешанная топология. При выборе Ethernet для создания магистрали можно использовать Fast Ethernet, FDDI (распределенный интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам), Token Ring, ATM. Скорость передачи данных – до 155 Мбит/с. Скорость передачи данных по сети ARCnet – до 2,5 Мбит/с.
N2
Сеть N2 является собственной разработкой Johnson Controls и представляет собой локальную сеть, которая объединяет устройства локального уровня под управлением сетевого процессора NCM. N2 использует архитектуру «главный-
подчиненный» и не предусматривает взаимного обмена данными между локальными контроллерами. Взаимодействие между контроллерами локального уровня происходит только путем обмена данными с сетевым процессором NCM, что обуславливает сравнительно низкое быстродействие такой сети.
LonWorks
Сеть LonWorks имеет децентрализованную распределенную архитектуру, где каждый узел выполняет функции управления, включая обработку информации, ввод/вывод данных и взаимодействие с другими узлами, что обеспечивается аппаратным ПО каждого из узлов. Протокол LonTalk, лежащий в основе технологии LonWorks, обеспечивает возможность создания сетей с практически неограниченным количеством узлов и ориентирован на решение задач автоматизации, где необходима высокая надежность и скорость передачи данных небольшими пакетами.
Шина N2E
Шина N2E является собственной разработкой Johnson Controls и предназначена для соединения контроллеров локального уровня управления с контроллерами уровня автоматизации. Сети на базе шины N2E используют протокол ASCII и работают по схеме «главный-подчиненный», где главным является контроллер уровня автоматизации. Данные распределяются по стандартным объектам управления HVAC, таким как аналоговые входы, аналоговые выходы, бинарные входы и бинарные выходы. Для подключения устройств к N2E используется трехпроводной RS-485, максимальная емкость сети 100 устройств, максимальное расстояние между устройствами 1220 м, скорость передачи данных 9600 бит/с.
Основным партнером Johnson Controls в России является компания АРМО-Инжиниринг, которая занимается установкой и инсталляцией систем управления зданиями Johnson Controls. На базе оборудования и технологий Johnson Controls специалистами АРМО-Инжиниринг были построены интеллектуальные здания, в которых интеграция всех инженерных систем осуществляется контроллерами JC, а данные обрабатывается системой управления Metasys.
Для получения дополнительной информации на системы управления зданием Johnson Controls, а также инженерные системы других производителей направляйте запрос на armoengineering@armo.ru или обращайтесь по телефонам (495) 787-3336, 787-3337 к менеджерам отдела проектов АРМО-Инжиниринг.