انواع سیستمهاي کنترل

 سیستمهاي کنترل ساختمان(BAS)عموماً در دو دسته بندي قرار می گیرند:

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

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

سیستمهاي کنترلDDC  مزایاي زیادي نسبت به کنترلStand-aloneدارند که از آن جمله می توان به تولید فیدبک هاي بیشتر، امکان مونیتورینگ و ایجاد سیستم کنترل متمرکز و یکپارچه در سیستمهاي کنترلDDC اشاره نمود.

استانداردها و پروتکل هاي ارتباطی

 دو نوع سیستم ارتباطی اصلی براي سیستم هايDDC وجود دارد:

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

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

به دلایل بسیاري استفاده از پروتکل باز و استاندارد BACnet داراي مزیت است از آن جمله می توان به اطمینان از عملکرد تجهیزات برندهاي مختلف در کنار هم بر اساس استاندارد BACnet ،ایجاد فضاي رقابتی براي افزایش کیفیت و قابلیت هاي تجهیزات BMS و افزایش مسوولیت تولیدکنندگان در قبال اشکالات احتمالی تجهیزات و پشتیبانی فنی از آنها را نام برد.

ضمناً براي ایجاد سازگاري میان نرم افزارهاي مختلف نمایشی، مدیریت و کنترل در سیستم هاي BAS  بنیاد  OPC  استانداردي 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 هاي کاربران را براي مدیریت تجهیزات روي شبکه BAS ساختمان، به شدت افزایش داده است. شبکه کردن سیستم کنترل تجهیزات همچنین می تواند امکان ارتباط با سایر نرم افزارهاي کامپیوتري را فراهم آورد. مثلاٌ می توان نرم افزار BMSرا به سیستم هاي Online هواشناسی مرتبط نمود. با استفاده از این ابزار کلیه سیستمهاي 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 چهارچوبهاي شناخته شده امنیت شبکه هاي کامپیوتري محدود شوند. یکی از مزیتهاي اصلی واسط کاربر وب این است که باعث حذف کلیه واسطهاي کاربر سنتی براي 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 براي ساختن یک سیستم BMS موثر و مفید قابل به کارگیري است.

معماري سیستم BMS سیستم معمولاً در سه سطح دسته بندي می شود. در سطح صفر وسائل و تجهیزات، حسگرها و اجزاء نهایی کنترل قرار می گیرند. سیستم هاي M&E(ایستگاه هاي مهندسی و اپراتوري سیستم) در این بخش قرار دارند و از طریق ورودي و خروجی هایی به کنترلرهاي یکپارچه منتقل می شوند.

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

در سطح دو یا سطح کنترل نظارتی سطحی است که در آن ابزارهاي نظارتی و مدیریت اطلاعات شاملHMIها، سرورها، تجهیزات ذخیره سازي و ایستگاههاي کاري اپراتورها و مهندسان که باید با سیستمBMSدر ارتباط باشند، قرار دارد. ارتباط بین سطح یک و دو از طریق پروتکلهاي استاندارد صنعتی انجام می پذیرد.

نرم افزار کنترلی سیستمهايBMSداراي قابلیت هاي بسیاري هستند. این نرم افزارها در سطح سه قرار گرفته و روي سرورهاي مناسب نصب می شوند و معمولاً داراي حداقل شرایط زیر هستند:

· داراي محیط گرافیکی مناسب و ساده براي کاربر عادي.

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

· داراي امکانات PM(سرویس و نگهداري) جهت راهبري 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 انرژي.

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

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

· امکان ذخیره سازي اطلاعات نرم افزار در بانکهاي اطلاعاتی SQL قابل کنترل توسط Microsoft Windows

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

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

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

· امکان ردیابی و پیگیري درخت و توپولوژي شبکهBACnet  توسط نرم افزار بطور Onlineبطوریکه در صورت قطعی عضوي از شبکه، سیستم بطور اتوماتیک آلارم میدهد.

وظایف BMS در ساختمان هم اکنون سیستمهاي یکپارچهBMSدر ساختمان ها، آسمان خراش ها و برج هاي تجاري- اداري و مسکونی و یا مجتمعهاي صنعتی کنترل بخشهاي مختلفی را به عهده دارند:

· سیستمهاي روشنایی.

· فن ها و تأسیسات سرمایش و گرمایش.

· سیستم هاي کنترل تردد.

· سیستم هاي نظارت تصویري.

· تجهیزات اندازه گیري و میترها.

· سیستمهاي اعلام حریق.

· سیستمهاي امنیتی و حفاظت پیرامونی.

· آسانسورها.

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

تحقیقات نشان می دهد که به کارگیريBMSدر بهترین حالت باعث کاهش 30 درصدي در مصرف انرژي در ساختمان ها می شود. اما استفاده از سیستمهاي یکپارچه نسبت به سیستمهاي مجزا 15 درصد قابلیت بالاتر ایجاد می کند.

بررسی و فواید پیاده سازي سیستم هايBMS

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

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

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

• کاهش نیروي انسانی

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

• هزینه هاي نگهداري و راهبري را به نصف کاهش میدهد

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

• برقراري اتوماسیون قابل انعطاف و یکپارچه براي تمام عملکردهاي ساختمان

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

• امکان گرفتن گزارشات آماري از تمامی تجهیزات به منظور بهینه سازي مصرف و عملکرد آنها

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

 هدف اصلی استفاده از سیستم مدیریت هوشمند ساختمان(BMS)ذخیره سازي انرژي و مصرف صحیح و بهینه از امکانات میباشد، که نتیجه این هدف علاوه بر ذخیره سازي انرژي، بازگشت سرمایه اولیه اجرايBMS 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 سیستمهاي الکتریکی و کنترل روشنایی و تجمع سیستم هاي دیگر نظیر سیستمهاي حفاظتی، امنیتی، آسانسور، اعلام حریق و غیره می باشد. ابتدا باید نقشBMSرا در کنترل سیستمهاي 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 انرژي مورد مطالعه قرارگیرد.

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

صرفه جویی انرژي از ناحیه هواسازها

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

در هواسازها ممکن است دماي مطلوب را بتوان از هواي 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 جوابگوي سیستم بوده ولی همچنان هواساز نیز در حال کار است که نتیجه عدم استفاده صحیح انرژي می باشد.

با ایجاد کنترل کامل بر روي هواسازها میتوان میزان هواي مورد نیاز به هر ساختمان را با استفاده از نقاط و پارامترهاي کنترلی متفاوت همچون دمپرها، شیرهاي برقی و …… دماي هوا را کنترل نمود و به تبع آن از حداقل آب سرد و گرم براي سیکل عملیات حرارتی استفاده کرد.

صرفه جویی در قسمت سرمایشی و گرمایشی

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

صرفه جویی در عملکر پمپ ها

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

صرفه جویی در مصرف انرژي الکتریکی روشنایی ها

 با توجه به زونبندي کامل در تابلوهاي روشنایی و ایجاد کنترل کامل بر روي تمامی زونها میتوان با استفاده از برنامه زمانبندي مناسب و دیگر سناریوهاي کنترلی، از مصرف بیهوده انرژي الکتریکی جلوگیري نمود. همچنین با کنترل کامل ژنراتورهاي برق میتوان دستگاه را به موقع وارد عمل نموده و به موقع از چرخه خارج کرد و به طول عمر مفید تجهیزات افزود.

کاهش نیروي انسانی

 باتوجه به مزایايBMS و وجود سیستم یکپارچه و عمل مانیتورینگ بر روي تمامی تجهیزات باعث میشود که گروه راهبري با استفاده از این اطلاعات متمرکز دیگر نیاز به سرکشیهاي مدام و تنظیمات غیر قابل انعطاف توسط نیروي انسانی نمیباشد و در نتیجه باعث کاهش نیروي انسانی ناکارآمد میشود.

افزایش عمر مفید تجهیزات و کاهش نرخ خرابی آنها

 یکی از قابلیتهاي سیستمBMSجمع آوري اطلاعات دقیق از تمامی تجهیزات حرارتی و برودتی نظیر فن، پمپ، فیلتر، شیرهاي برقی، دمپرها، چیلر، بویلر و غیره بر روي کامپیوتر مرکزي می باشد که می توان این اطلاعات را براي 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 گیري به موقع و منطقی میتوان نرخ خرابی را کاهش داد. با بکارگیري زمانبندي 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 نگهداري و راهبري

 نگهداري و راهبري تاسیسات تهویه مطبوع در ساختمانهاي بزرگ نظیر برجهاي تجاري، اداري، بیمارستانها با مشکلات فراوانی همراه میباشد. کنترل این تاسیسات با سیستمهاي Stand alone یا کنترل هاي ساده و از وسایل اندازه گیري معمولی(gage)ها براي بدست آوردن پارامترهاي مختلف نظیر درجه حرارت، فشار، رطوبت و غیره استفاده میکنند.

گروه راهبري مقادیر متغیرها را از روي(gage)ها و وضعیت و سلامت تجهیزات را با حضور و مشاهده فیزیکی یادداشت میکنند و برنامه تعمیراتی و راهبري خود را تدوین مینمایند که این مستلزم صرف وقت و پرسنل بسیار می باشد. در صورتیکه در سیستمBMS ،سنسورها، اندازهگیري پارامترها را بر عهده دارند و انتقال اطلاعات آنها به کامپیوتر مرکزي به آسانی به صورت  Real timeانجام میگیرد و وضعیت سلامت و یا خرابی تجهیزات نیز از طریق سنسورها و با چک کردن تابلوهاي برق این تجهیزات، به آسانی در کامپیوتر قابل دسترسی میباشد. گروه راهبري با استفاده از این اطلاعات متمرکز، برنامه راهبري خود را به نحو احسن تدوین نموده و بازدیدهاي روزانه و هفتگی خود را براساس نیاز سیستم اجرا می نمایند. اگر شرکت نگهدارنده تجهیزات، از گروه راهبري 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 نگهداري خود را تدوین نمایند. امروزه نرم افزار هایی موجود است که با دریافت اطلاعات از تاسیسات، نسبت به اولویت آلارمهاي دریافتی ، بطور اتوماتیک برنامه راهبري و نگهداري را تدوین می نمایند.

افزایش اطمینان خاطر مدیران نسبت به شرایط محیطی کارکنان دستگاههاي حساس

 با توجه به وجود مانیتورینگ و تسلط راهبر بر سیستم این امکان براي 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.

برقراري اتوماسیون قابل انعطاف و یکپارچه براي تمام عملکردهاي ساختمان

 DDCها با استفاده از قابلیت هاي سخت افزاري مانند بهرهگیري از ورودي و خروجیهاي متعدد دیجیتال و آنالوگ و امکانات نرم افزاري مانند لوپهاي کنترلیPIDو عملکردهاي 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 افزاري بوده و نیازي به کابلکشی مجدد نمیباشد.

یکی دیگر از مزایاي استفاده از شبکهDDCها درBMS ،استفاده از یک سنسور جهت اندازهگیري و تعمیم آن براي محلهاي مورد نیاز براي کل شبکه میباشد. به طور مثال میتوان از یک سنسور دما براي اندازهگیري درجه حرارت بیرون ساختمان استفاده نمود و مقدار این پارامترها را به تمامیDDCها در طبقات مختلف ارسال نمود و در کنترل دمپرهاي تمامی هواسازهاي ساختمان از آن استفاده نمود.

درسیستمهاي مدیریت ساختمانهاي مرتفع با تجمع( INTEGRATION) سیستم هاي کنترلی مختلف نظیر تهویه مطبوع، روشنایی، اعلام و اطفاء حریق، کنترل تردد، آسانسور و غیره می توان با جمع آوري و آنالیز اطلاعات آنها در یک مجموعه واحد، مدیریت فنی و حفاظتی ساختمان را بهبود بخشید. براي مثال در صورت اعلام آتشسوزي در ساختمان سیستم تهویه و فنهاي تخلیه(FANS EXHAUST( و سیستم روشنایی و همچنین سیستم اطفاء حریق میتوانند به صورت هماهنگ عمل نموده که باعث کنترل و جلوگیري از گسترش آتش سوزي شوند. این هماهنگی در BMS به سادگی قابل اجرا می باشد.

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

 یکی از محاسن سیستمهاي فنی و مدیریتی ساختمان افزایش راحتی ساکنین و در نتیجه بازده کاري آنهاست که معمولا در هیچ گزارش اقتصادي براي محاسبه زمان برگشت سرمایه گذاري سیستم BMS در ساختمان گنجانده نمی شود.

 سیستم BMS با استفاده از کنترلهاي قابل برنامه ریزي 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 راهبري میتواند سریعاً از طریق کامپیوتر نیاز گرمایی و سرمایی پرسنل را طبق خواست و شرایط فیزیکی پرسنل اصلاح نماید. کنترلCO2در مکانهاي پر رفت و آمد نظیر ساختمانهاي اداري ، بیمارستانها و دانشگاهها بسیار مهم است که امروزه با اندازهگیريCO2در کانالهاي برگشت هواسازها و یا مستقیماً در فضاهاي داخلی، این پارامترها اندازهگیري شده و با تنظیم دمپرها ، هواي تازه(Fresh Air )وارد محیط شده و مقدارCO2را تحت کنترل قرار می دهند. امروزه در ساختمانهاي پیشرفته، کنترل روشنایی علاوه بر رسیدن به هدف صرفه جویی در انرژي الکتریکی به عنوان یک عامل آسایش نیز محسوب می شود.