انواع سیستمهای کنترل

 سیستمهای کنترل ساختمان(BAS)عموماً در دو دسته بندی قرار می گیرند:

· کنترل مستقیم دیجیتالی(Direct Digital Controls)یا DDCکه سیگنال های الکترونیکی را از طریق کامپیوتر دریافت کرده و با پردازش در کنترلرها برای کنترل مستقیم سیستم ها مورد استفاده قرار می دهند. پیش از این و در ساختمان های قدیمی به جای استفاده از سیگنال ها و تغذیه الکترونیکی، دمپرها وactuatorها را با هوای فشرده و روش پنوماتیکی کنترل می کردند.

· کنترل: Stand -alone :که در آن هر سیستم به طور مجزا و بدون اتصال بهBASدارای کنترلرهایی است که عموماً از پیچیدگی های زیادی برخوردارند و امکان اتصال آنها از طریق پروتکل های استاندارد ارسال داده به مرکز کنترل یا سیستم BMS وجود ندارد. نظیر سیستم های کنترل پکیج های چیلر.

سیستمهای کنترلDDC  مزایای زیادی نسبت به کنترلStand-aloneدارند که از آن جمله می توان به تولید فیدبک های بیشتر، امکان مونیتورینگ و ایجاد سیستم کنترل متمرکز و یکپارچه در سیستمهای کنترلDDC اشاره نمود.

استانداردها و پروتکل های ارتباطی

 دو نوع سیستم ارتباطی اصلی برای سیستم هایDDC وجود دارد:

· پروتکلهای اختصاصی، که در صورت استفاده از آنها تجهیزات در یک بخش خاص سیستم می توانند تنها با تجهیزات دیگری از همان برند اتصال پیدا کنند و امکان برقراری ارتباط ساده و مستقیم با تجهیزات تهیه شده از سایر برندها را ندارند. البته چنین سیستمهای به سرعت در حال حذف شدن از بازار تجهیزات BMS هستند چرا که دست کاربران را برای توسعه سیستم می بندند. اما مزیت این سیستم در بحث پشتیبانی است. چراکه تنها یک کارخانه سازنده و یک برند مسئول عملکردها و خطاهای سیستم است.

· پروتکلهای باز، که در آنها از پروتکلهای ارتباطی شناخته شده استاندارد که عموماً در اسناد علمی منتشر شده اند، استفاده می شود که برای تمام تولیدکنندگان باز است ASHRAEکه نام انجمن مهندسی سیستم های گرمایش و سرمایش آمریکا است در سال 1995 استانداردی باز با نام BACnet  را منتشر کرد که مبنای طراحی های اکثر تولیدکنندگان سیستم های BAS قرار گرفت. استاندارد باز دیگری از این نوع با نام Lonworks  هم وجود دارد که البته با استقبال چندانی روبرو نشده است.

به دلایل بسیاری استفاده از پروتکل باز و استاندارد BACnet دارای مزیت است از آن جمله می توان به اطمینان از عملکرد تجهیزات برندهای مختلف در کنار هم بر اساس استاندارد BACnet ،ایجاد فضای رقابتی برای افزایش کیفیت و قابلیت های تجهیزات BMS و افزایش مسوولیت تولیدکنندگان در قبال اشکالات احتمالی تجهیزات و پشتیبانی فنی از آنها را نام برد.

ضمناً برای ایجاد سازگاری میان نرم افزارهای مختلف نمایشی، مدیریت و کنترل در سیستم های BAS  بنیاد  OPC  استانداردی را با همین نام منتشر نموده است.

واسط کاربر وب (WEB Interface Browser) جستجوگر وب به عنوان بخشی از نرم افزار BMS  به کاربر اجازه می دهد تا به منابع اطلاعاتی دسترسی پیدا کرده و آنها را از طریق اینترنت ببیند. این امر قابلیت های کاربران را برای مدیریت تجهیزات روی شبکه BAS ساختمان، به شدت افزایش داده است. شبکه کردن سیستم کنترل تجهیزات همچنین می تواند امکان ارتباط با سایر نرم افزارهای کامپیوتری را فراهم آورد. مثلاٌ می توان نرم افزار BMSرا به سیستم های Online هواشناسی مرتبط نمود. با استفاده از این ابزار کلیه سیستمهای تهویه، امنیت و روشنایی ساختمانها می تواند توسط هر فرد یا گروه یا سازمانی از هر نقطه از دنیا مونیتور و یا کنترل شود. البته دستیابی به این اطلاعات باید در چهارچوبهای شناخته شده امنیت شبکه های کامپیوتری محدود شوند. یکی از مزیتهای اصلی واسط کاربر وب این است که باعث حذف کلیه واسطهای کاربر سنتی برای مانیتور وضعیت تجهیزات می شود و کلیه تجهیزات از طریق واسط وب قابل دیدن و ارتباط با یکدیگر می شوند. دیگر اینکه کلیه امکانات شبکه جهانی اینترنت برای ساختن یک سیستم BMS موثر و مفید قابل به کارگیری است.

معماری سیستم BMS سیستم معمولاً در سه سطح دسته بندی می شود. در سطح صفر وسائل و تجهیزات، حسگرها و اجزاء نهایی کنترل قرار می گیرند. سیستم های M&E(ایستگاه های مهندسی و اپراتوری سیستم) در این بخش قرار دارند و از طریق ورودی و خروجی هایی به کنترلرهای یکپارچه منتقل می شوند.

این انتقال ممکن است به طور مستقیم و یا از طریق تابلوهای طراحی شده صورت گیرد. اجزاء پس از خاموش شدن سیستم وجود داشته و شامل سیستمهایI/O ،کنترلرها و نرم افزارهای ارتباطی با سطح دو می باشد و تمامی الگوریتم های کنترلی و منطقی در این سطح انجام می شود.

در سطح دو یا سطح کنترل نظارتی سطحی است که در آن ابزارهای نظارتی و مدیریت اطلاعات شاملHMIها، سرورها، تجهیزات ذخیره سازی و ایستگاههای کاری اپراتورها و مهندسان که باید با سیستمBMSدر ارتباط باشند، قرار دارد. ارتباط بین سطح یک و دو از طریق پروتکلهای استاندارد صنعتی انجام می پذیرد.

نرم افزار کنترلی سیستمهایBMSدارای قابلیت های بسیاری هستند. این نرم افزارها در سطح سه قرار گرفته و روی سرورهای مناسب نصب می شوند و معمولاً دارای حداقل شرایط زیر هستند:

· دارای محیط گرافیکی مناسب و ساده برای کاربر عادی.

· دارای مجموعه (Library) از انواع راه حل ها و برنامه ها جهت آسانی طراحی و توسعه سیستم در آینده.

· دارای امکانات PM(سرویس و نگهداری) جهت راهبری سیستم در آینده بدون نیاز به تهیه نرم افزارPMمجزا. · امکان تعریف طول و عرض جغرافیایی جهت تنظیم اتوماتیک شرایط طلوع و غروب خورشید و کنترل مصرف انرژی.

· امکان تعریف لایه های امنیتی دسترس به برنامه توسط کاربران متفاوت.

· امکان تعریف لایه های امنیتی برای کاربران زیر سیستم های متفاوت از قبیل Access ، HVAC، Lighting و ….

· امکان ذخیره سازی اطلاعات نرم افزار در بانکهای اطلاعاتی SQL قابل کنترل توسط Microsoft Windows

· امکان تهیه ، تنظیم و مقایسه نمودارهای مختلف عملیاتی از جمله نمودار مصرف برق و … در بازه های مختلف زمانی.(Trends)

· ارتباط ساده نرم افزار گرافیکی وI/O  های سیستم.

· امکان ذخیره سازی اطلاعات مربوط به خطاها و دیگر گزارشات تا مدت ها قبل.

· امکان ردیابی و پیگیری درخت و توپولوژی شبکهBACnet  توسط نرم افزار بطور Onlineبطوریکه در صورت قطعی عضوی از شبکه، سیستم بطور اتوماتیک آلارم میدهد.

وظایف BMS در ساختمان هم اکنون سیستمهای یکپارچهBMSدر ساختمان ها، آسمان خراش ها و برج های تجاری- اداری و مسکونی و یا مجتمعهای صنعتی کنترل بخشهای مختلفی را به عهده دارند:

· سیستمهای روشنایی.

· فن ها و تأسیسات سرمایش و گرمایش.

· سیستم های کنترل تردد.

· سیستم های نظارت تصویری.

· تجهیزات اندازه گیری و میترها.

· سیستمهای اعلام حریق.

· سیستمهای امنیتی و حفاظت پیرامونی.

· آسانسورها.

به طور معمول از BMS در اکثر ساختمانها برای کنترل تأسیسات گرمایش و سرمایش، روشنایی و کنترل تردد بهره برداری می شود. اما این سیستمها به دلیل استفاده از پروتکلهای استاندارد و معماری مبتنی بر استانداردهای شناخته شده، امکان لینک شدن با کلیه سیستمهای شمرده شده در بالا و شکل دهی یک مدل کنترل مجتمع برای همه اجزاء قابل کنترل در ساختمان را ایجاد می نماید. در شکل زیر شمای کاملی از یک سیستم به هم پیوستهBMSمبتنی بر وب را مشاهده می کنید. اجرای چنین سیستم جامعی در یک ساختمان واقعاٌ آن را به یک سازه امن و هوشمند تبدیل خواهد کرد.

تحقیقات نشان می دهد که به کارگیریBMSدر بهترین حالت باعث کاهش 30 درصدی در مصرف انرژی در ساختمان ها می شود. اما استفاده از سیستمهای یکپارچه نسبت به سیستمهای مجزا 15 درصد قابلیت بالاتر ایجاد می کند.

بررسی و فواید پیاده سازی سیستم هایBMS

امروزه سیستم مدیریتی ساختمانBMS نقش بسیار مهمی در کنترل فنی، مدیریتی و هزینه های تاسیسات به عهده دارد.

 مزایای این کنترل در نیل به اهداف زیر خلاصه می شود:

• صرفه جویی مصرف انرژی بین 15 تا 50 در صد و متناسب با آن بازگشت سرمایه گذاری انجام شده

• کاهش نیروی انسانی

• افزایش عمر مفید تجهیزات و کاهش نرخ خرابی و تعمیراتی آن ها

• هزینه های نگهداری و راهبری را به نصف کاهش میدهد

• افزایش اطمینان خاطر مدیران نسبت به شرایط محیطی کارکنان و دستگاههای حساس

• برقراری اتوماسیون قابل انعطاف و یکپارچه برای تمام عملکردهای ساختمان

• بهبود شرایط راحتی در محیط کار( COMFORT) در نتیجه افزایش بازده کاری پرسنل

• امکان گرفتن گزارشات آماری از تمامی تجهیزات به منظور بهینه سازی مصرف و عملکرد آنها

صرفه جویی مصرف انرژی بین 15 تا 50 در صد و متناسب با آن بازگشت سرمایه گذاری انجام شده

 هدف اصلی استفاده از سیستم مدیریت هوشمند ساختمان(BMS)ذخیره سازی انرژی و مصرف صحیح و بهینه از امکانات میباشد، که نتیجه این هدف علاوه بر ذخیره سازی انرژی، بازگشت سرمایه اولیه اجرایBMS می شوند. در اکثر ساختمان ها بالغ بر 60 درصد سیستم هایی که توسط BMS کنترل می شوند تهویه مطبوع(HVAC)  بوده و 40 درصد باقیمانده نیز شامل سیستمهای الکتریکی و کنترل روشنایی و تجمع سیستم های دیگر نظیر سیستمهای حفاظتی، امنیتی، آسانسور، اعلام حریق و غیره می باشد. ابتدا باید نقشBMSرا در کنترل سیستمهای سرمایشی و گرمایشی ساختمان ( هواساز، فنکوئل، چیلر، بویلر ، مبدل ها و پمپ ها و……..) کنترل روشنایی و توزیع برق را بررسی نموده و چگونگی امکان صرفه جویی انرژی مورد مطالعه قرارگیرد.

بدین منظور شرح مختصری در مورد سیستمهایی که تحت کنترلBMS قرار دارند ارائه میگردد:

صرفه جویی انرژی از ناحیه هواسازها

با توجه به تعداد قابل توجه دستگاههای هواساز جهت تامین سرمایش و گرمایش مجموعه عملکرد درست و دقیق دستگاههای فوق، تاثیر به سزایی در صرفه جویی مصرف انرژی دارد.

در هواسازها ممکن است دمای مطلوب را بتوان از هوای محیط بیرون تامین نمود بدون اینکه نیاز به هدر رفت آب سرد و یا گرم باشد که اگر مدیریت و کنترل صحیح وجود نداشته باشد با اینکه محیط بیرون جوابگوی سیستم بوده ولی همچنان هواساز نیز در حال کار است که نتیجه عدم استفاده صحیح انرژی می باشد.

با ایجاد کنترل کامل بر روی هواسازها میتوان میزان هوای مورد نیاز به هر ساختمان را با استفاده از نقاط و پارامترهای کنترلی متفاوت همچون دمپرها، شیرهای برقی و …… دمای هوا را کنترل نمود و به تبع آن از حداقل آب سرد و گرم برای سیکل عملیات حرارتی استفاده کرد.

صرفه جویی در قسمت سرمایشی و گرمایشی

 می توان با استفاده از روش کنترلی مناسب، متناسب با نیاز از بکارگیری تمام چیلرها و بویلرها جلوگیری نمود. بدیهی است بکارگیری آنها بر اساس نیاز واقعی به برودت و یا گرمایش انجام خواهد پذیرفت و تعداد چیلرها و بویلرهای روشن را تنظیم نمود. ضمن آنکه خللی در کار سیستم بوجود نمی آید.

صرفه جویی در عملکر پمپ ها

با نصب سنسورهای مناسب بر روی پمپها می توان عملکرد دقیق پمپها را مشاهده نمود و با استفاده از وظیفه چرخه ( بر اساس میزان ساعت کار کمتر ) پمپ های اصلی و پشتیبان مورد استفاده قرار گیرند که این عمل عمر پمپها را به میزان قابل ملاحظهای افزایش میدهد.

صرفه جویی در مصرف انرژی الکتریکی روشنایی ها

 با توجه به زونبندی کامل در تابلوهای روشنایی و ایجاد کنترل کامل بر روی تمامی زونها میتوان با استفاده از برنامه زمانبندی مناسب و دیگر سناریوهای کنترلی، از مصرف بیهوده انرژی الکتریکی جلوگیری نمود. همچنین با کنترل کامل ژنراتورهای برق میتوان دستگاه را به موقع وارد عمل نموده و به موقع از چرخه خارج کرد و به طول عمر مفید تجهیزات افزود.

کاهش نیروی انسانی

 باتوجه به مزایایBMS و وجود سیستم یکپارچه و عمل مانیتورینگ بر روی تمامی تجهیزات باعث میشود که گروه راهبری با استفاده از این اطلاعات متمرکز دیگر نیاز به سرکشیهای مدام و تنظیمات غیر قابل انعطاف توسط نیروی انسانی نمیباشد و در نتیجه باعث کاهش نیروی انسانی ناکارآمد میشود.

افزایش عمر مفید تجهیزات و کاهش نرخ خرابی آنها

 یکی از قابلیتهای سیستمBMSجمع آوری اطلاعات دقیق از تمامی تجهیزات حرارتی و برودتی نظیر فن، پمپ، فیلتر، شیرهای برقی، دمپرها، چیلر، بویلر و غیره بر روی کامپیوتر مرکزی می باشد که می توان این اطلاعات را برای مدت طولانی ذخیره نمود. با دریافت سریع هشدار، خرابی تجهیزات و رفع سریع عیب آنها میتوان عمر مفید تجهیزات را افزایش داد. همچنین با آنالیز اطلاعات و تصمیم گیری به موقع و منطقی میتوان نرخ خرابی را کاهش داد. با بکارگیری زمانبندی سرویس سیستمها و کنترل عملکرد صحیح، کارایی و میزان عمر مفید هر یک از دستگاهها را، به حداکثر رساند.

کاهش هزینه ها و سهولت در نگهداری و راهبری

 نگهداری و راهبری تاسیسات تهویه مطبوع در ساختمانهای بزرگ نظیر برجهای تجاری، اداری، بیمارستانها با مشکلات فراوانی همراه میباشد. کنترل این تاسیسات با سیستمهای Stand alone یا کنترل های ساده و از وسایل اندازه گیری معمولی(gage)ها برای بدست آوردن پارامترهای مختلف نظیر درجه حرارت، فشار، رطوبت و غیره استفاده میکنند.

گروه راهبری مقادیر متغیرها را از روی(gage)ها و وضعیت و سلامت تجهیزات را با حضور و مشاهده فیزیکی یادداشت میکنند و برنامه تعمیراتی و راهبری خود را تدوین مینمایند که این مستلزم صرف وقت و پرسنل بسیار می باشد. در صورتیکه در سیستمBMS ،سنسورها، اندازهگیری پارامترها را بر عهده دارند و انتقال اطلاعات آنها به کامپیوتر مرکزی به آسانی به صورت  Real timeانجام میگیرد و وضعیت سلامت و یا خرابی تجهیزات نیز از طریق سنسورها و با چک کردن تابلوهای برق این تجهیزات، به آسانی در کامپیوتر قابل دسترسی میباشد. گروه راهبری با استفاده از این اطلاعات متمرکز، برنامه راهبری خود را به نحو احسن تدوین نموده و بازدیدهای روزانه و هفتگی خود را براساس نیاز سیستم اجرا می نمایند. اگر شرکت نگهدارنده تجهیزات، از گروه راهبری مجزا باشند، گروه نگهدارنده نیز میتوانند این اطلاعات را حتی از راه دور از طریق خطوط مخابراتی، در دفتر شرکت خودشان دریافت نموده و برنامه نگهداری خود را تدوین نمایند. امروزه نرم افزار هایی موجود است که با دریافت اطلاعات از تاسیسات، نسبت به اولویت آلارمهای دریافتی ، بطور اتوماتیک برنامه راهبری و نگهداری را تدوین می نمایند.

افزایش اطمینان خاطر مدیران نسبت به شرایط محیطی کارکنان دستگاههای حساس

 با توجه به وجود مانیتورینگ و تسلط راهبر بر سیستم این امکان برای مدیران وجود دارد تا تغییرات محیطی مورد نیاز خود را مانند رطوبت و دما و غیره را به بهترین نحو و در کمترین زمان ممکن توسط سیستمBMSبه مقدار مطلوب(SETPOINT)برسانند تا دستگاهها و کارکنان در بهترین شرایط لازم به کار خود ادامه دهند.

برقراری اتوماسیون قابل انعطاف و یکپارچه برای تمام عملکردهای ساختمان

 DDCها با استفاده از قابلیت های سخت افزاری مانند بهرهگیری از ورودی و خروجیهای متعدد دیجیتال و آنالوگ و امکانات نرم افزاری مانند لوپهای کنترلیPIDو عملکردهای ریاضی به راحتی قادر به انجام اتوماسیون دقیق تاسیسات ساختمان چه مکانیکی نظیر هواسازها و چه الکتریکی نظیر ژنراتور برق میباشند. این کنترل به این جهت قابل انعطاف میباشد که تغییرات در نحوه کنترل به صورت نرم افزاری بوده و نیازی به کابلکشی مجدد نمیباشد.

یکی دیگر از مزایای استفاده از شبکهDDCها درBMS ،استفاده از یک سنسور جهت اندازهگیری و تعمیم آن برای محلهای مورد نیاز برای کل شبکه میباشد. به طور مثال میتوان از یک سنسور دما برای اندازهگیری درجه حرارت بیرون ساختمان استفاده نمود و مقدار این پارامترها را به تمامیDDCها در طبقات مختلف ارسال نمود و در کنترل دمپرهای تمامی هواسازهای ساختمان از آن استفاده نمود.

درسیستمهای مدیریت ساختمانهای مرتفع با تجمع( INTEGRATION) سیستم های کنترلی مختلف نظیر تهویه مطبوع، روشنایی، اعلام و اطفاء حریق، کنترل تردد، آسانسور و غیره می توان با جمع آوری و آنالیز اطلاعات آنها در یک مجموعه واحد، مدیریت فنی و حفاظتی ساختمان را بهبود بخشید. برای مثال در صورت اعلام آتشسوزی در ساختمان سیستم تهویه و فنهای تخلیه(FANS EXHAUST( و سیستم روشنایی و همچنین سیستم اطفاء حریق میتوانند به صورت هماهنگ عمل نموده که باعث کنترل و جلوگیری از گسترش آتش سوزی شوند. این هماهنگی در BMS به سادگی قابل اجرا می باشد.

بهبود شرایط راحتی در محیط کار( COMFORT)در نتیجه افزایش بازده کاری پرسنل

 یکی از محاسن سیستمهای فنی و مدیریتی ساختمان افزایش راحتی ساکنین و در نتیجه بازده کاری آنهاست که معمولا در هیچ گزارش اقتصادی برای محاسبه زمان برگشت سرمایه گذاری سیستم BMS در ساختمان گنجانده نمی شود.

 سیستم BMS با استفاده از کنترلهای قابل برنامه ریزی نقش مهمی در کنترل دقیق پارامترهایی که باعث افزایش راحتی میشوند ایفا میکنند. عمده ترین این پارامتر ها عبارتند از: درجه حرارت، درصد رطوبت، مقدارCO2 ،سرعت هوا و همچنین تنظیم روشنایی و نور محیط. اپراتور راهبری میتواند سریعاً از طریق کامپیوتر نیاز گرمایی و سرمایی پرسنل را طبق خواست و شرایط فیزیکی پرسنل اصلاح نماید. کنترلCO2در مکانهای پر رفت و آمد نظیر ساختمانهای اداری ، بیمارستانها و دانشگاهها بسیار مهم است که امروزه با اندازهگیریCO2در کانالهای برگشت هواسازها و یا مستقیماً در فضاهای داخلی، این پارامترها اندازهگیری شده و با تنظیم دمپرها ، هوای تازه(Fresh Air )وارد محیط شده و مقدارCO2را تحت کنترل قرار می دهند. امروزه در ساختمانهای پیشرفته، کنترل روشنایی علاوه بر رسیدن به هدف صرفه جویی در انرژی الکتریکی به عنوان یک عامل آسایش نیز محسوب می شود.