Išmaniųjų pastatų pavaros: raktas į namų ir pastatų automatizavimą

Informatec Digital » Ištekliai » Išmaniųjų pastatų pavaros: raktas į namų ir pastatų automatizavimą

Pastatai nustoja būti pasyviais statiniais ir tampa sujungtomis, automatizuotomis ir daug efektyvesnėmis erdvėmis . Šioje paradigmos kaitoje pavaros tapo tokios pat svarbios kaip ir pačios plytos: be jų valdymo sistemos komandos liktų tik duomenimis, negalinčiais paveikti fizinės pastato realybės.

Kitaip tariant, kalbėdami apie išmaniuosius pastatus, turime omenyje ne tik jutiklius ir debesijos technologijas. Kalbame apie skaitmeninį signalą, kuris paverčiamas automatiškai nusileidžiančiomis žaliuzėmis, įsijungiančiu katilu, užsirakinančiomis durimis ar šviesa, kuri prisitaiko pagal buvimą ar natūralios šviesos kiekį. Būtent čia ir praverčia pavaros.

Kas yra aktuatorius išmaniojo pastato kontekste?

Paprastai tariant, pavara yra įrenginys, kuris elektrinį arba valdymo signalą paverčia fiziniu veiksmu . Išmaniųjų pastatų kontekste šis veiksmas paprastai yra mechaninis judesys (atidarymas, uždarymas, pakėlimas, nuleidimas, sukimas) arba elektrinis perjungimas (įrangos įjungimas arba išjungimas, galios lygių keitimas ir kt.).

Pastato automatizavimo sistemoje pavaros veikia kaip sistemos „raumenys“: jutikliai renka informaciją, valdiklis priima sprendimus, o pavaros juos vykdo . Be pavarų temperatūros, patalpų užimtumo ar apšvietimo matavimai būtų mažai naudingi, nes pastate niekas automatiškai nesikeistų.

Klasikiniai išmaniųjų pastatų pavarų pavyzdžiai yra motorizuoti šildymo vožtuvai, relės, įjungiančios apšvietimo grandines , vamzdiniai varikliai, kurie pakelia ir nuleidžia žaliuzes, arba mechanizmai, valdantys spynas ir prieigos vartus.

Energetiniu ir funkciniu požiūriu, pavaros leidžia pastatui realiuoju laiku prisitaikyti prie aplinkos sąlygų ir faktinio erdvių naudojimo, reguliuojant vartojimą ir gerinant komfortą be nuolatinio žmonių įsikišimo.

Pavarų vaidmuo pastatų automatizavime

Pastatų automatizavimas (dažnai vadinamas pastatų automatizavimu arba pastatų automatizavimo sistemomis) apima technologijų rinkinį, skirtą visų pastato techninių įrenginių – oro kondicionavimo, vėdinimo, apšvietimo, apsaugos, prieigos, drėkinimo ir kt. – valdymui , reguliavimui, priežiūrai ir automatiniam optimizavimui .

Šiame kontekste visi pastato techniniai elementai yra sujungti į tinklą: jutikliai, pavaros, valdikliai, elektros skydinės, kameros ir kita įranga . Centrinė sistema, nesvarbu, ar tai BMS serveris, PLC, KNX šliuzas, BACnet ar kita platforma, koordinuoja jų ryšį ir bet kuriuo metu nusprendžia, ką daryti.

Kai sistema aptinka aplinkos ar žmonių skaičiaus pokyčius, ji siunčia komandas pavaroms vykdyti tokius procesus kaip: zonos temperatūros reguliavimas, vėdinimo koregavimas pagal oro kokybę, dirbtinio apšvietimo lygio reguliavimas arba prieigos taškų uždarymas ribotomis valandomis . Visa tai atliekama naudojant iš anksto užprogramuotą logiką, tačiau vis dažniau remiamasi istoriniais duomenimis ir net dirbtinio intelekto algoritmais.

Dėl šios valdymo logikos pastato techninė įranga, kuri gali būti labai sudėtinga (katilinės, oro kondicionavimo įrenginiai, keli elektros skydai, pažangios saugos sistemos), valdoma centralizuotai, efektyviai ir saugiai , sumažinant žmogiškųjų klaidų skaičių ir nuolatinio rankinio įsikišimo poreikį.

Svarbiausia, kad pastatų automatizavimas siekia kelių tikslų vienu metu: energijos vartojimo efektyvumo, mažesnių eksploatavimo sąnaudų, didesnio komforto ir geresnio saugumo . Pavaros yra susijusios su visose šiose srityse, nes jos yra atsakingos už veiksmų, kuriais siekiama šių tikslų, vykdymą.

Pavarų, jutiklių ir valdymo sistemų ryšys

Norint visapusiškai suprasti, kaip pavaros dera išmaniajame pastate, naudinga visą sistemą vertinti kaip trijų pagrindinių komponentų rinkinį: jutiklius, valdiklius ir pavaras . Kiekvienas iš jų atlieka konkrečią funkciją, o automatizavimas veikia tik tada, kai visi trys veikia koordinuotai.

Jutikliai – tai prietaisai, kurie matuoja, kas vyksta pastate ir jo aplinkoje : temperatūrą, drėgmę, natūralios šviesos lygį, buvimą ar judėjimą, slėgį, vandens ar dujų srautą, durų ir langų angas, triukšmą ir kt. Ši informacija valdikliui perduodama per pastato tinklą arba belaidžius protokolus.

Valdiklis (arba namų / pastatų automatizavimo valdikliai) yra sistemos „galva“. Tai elektroninis įrenginys – nuo ​​mažų programuojamų modulių iki išbaigtų serverių, PLC , daiktų interneto šliuzų ar plokščių, tokių kaip „Raspberry Pi“, „Arduino“ ar ESP32, – kuris gauna duomenis iš jutiklių, apdoroja juos pagal nustatytą programą ir nusprendžia, kokią komandą siųsti kiekvienam pavaros elementui.

Galiausiai, pavaros, išdėstytos po visą namą ar pastatą, gauna šias komandas ir paverčia jas konkrečiais veiksmais: atidaro solenoidinį vožtuvą, keičia relės būseną, perkelia variklį arba keičia nustatytąją vertę . Daugelyje šiuolaikinių prietaisų jutiklis ir pavara netgi yra integruoti į vieną įrenginį, todėl supaprastinamas montavimas ir sumažinamas laidų skaičius.

Dabartinėse sistemose ryšys su šiais elementais paprastai valdomas per IP tinklus, Ethernet ryšius, „Wi-Fi“ , didelio nuotolio technologijas, tokias kaip „LoRa“, arba specialias automatizavimo magistrales . Informacija gali būti saugoma vietiniame serveryje arba debesyje, o tai palengvina nuotolinį stebėjimą iš kompiuterių, mobiliųjų telefonų ar planšetinių kompiuterių.

Pavarų taikymas išmaniuosiuose pastatuose

Pavaros yra beveik kiekvienoje išmaniojo pastato posistemėje, nors dažnai lieka nepastebimos, nes yra integruotos į didesnę įrangą. Dažniausios taikymo sritys apima klimato kontrolę, apšvietimą, žaliuzes ir markizes, apsaugą, prieigos kontrolę, drėkinimą ir išteklių valdymą.

ŠVOK sistemose pavaros pirmiausia valdo karšto ir šalto vandens vožtuvus, oro sklendes, ventiliatorius ir vidinius blokus . Pavyzdžiui, temperatūros jutiklis ir išmanusis termostatas nurodo motorizuoto vožtuvo pavarai atidaryti arba uždaryti vandens srautą į grindinio šildymo kontūrą, išlaikant komfortą ir užkertant kelią nereikalingam energijos suvartojimui.

Apšvietimo srityje pavaros įjungia ir išjungia šviesas bei jas pritemdo. Buvimo jutiklis ir dienos šviesos jutiklis gali signalizuoti valdikliui pritemdyti šviesas, kai yra pakankamai natūralios šviesos , arba automatiškai išjungti zoną, kai joje nėra žmonių, taip sumažinant energijos suvartojimą.

Valdant žaliuzes, užuolaidas ir markizes, vamzdiniai varikliai ir kitos pavaros leidžia šiuos apsaugos nuo saulės elementus pakelti, nuleisti arba išdėstyti pagal išorinę spinduliuotę, paros laiką arba patalpų temperatūrą. Tai pagerina šiluminį komfortą, apsaugo baldus ir palaiko oro kondicionavimo sistemos veikimą.

Jie taip pat yra esminiai apsaugos ir prieigos kontrolės sistemose, kur pavaros gali valdyti motorizuotas spynas, vartus, užtvaras, magnetines spynas, sirenas ir signalizacijas . Kai vaizdo stebėjimo sistema arba įsilaužimo jutiklis aptinka ką nors neįprasto, valdiklis siunčia pavarai komandą blokuoti prieigą, įjungti avarinius žibintus arba įjungti atgrasomąją sireną.

Pavaros, namų ir pastatų automatizavimas: namai ir komerciniai pastatai

Pastatų automatizavimas paprastai skirstomas į dvi sritis: namų automatizavimą, skirtą namams ir mažiems gyvenamiesiems pastatams , ir pastatų automatizavimą, skirtą didesniems pastatams, pavyzdžiui, biurams, viešbučiams, ligoninėms ar prekybos centrams. Abiem atvejais pavaros atlieka praktiškai identišką funkciją.

Namų automatizavimas leidžia automatizuoti namus naudojant laidines arba belaides sistemas, kurios siūlo energijos valdymo, saugumo, komforto ir ryšio paslaugas . Vartotojai gali valdyti apšvietimą, žaliuzes, šildymą, oro kondicionavimą ar prietaisus naudodami mobiliąją programėlę, balso asistentą arba išmaniuosius jungiklius.

Kad namas būtų tikrai išmanus, jam reikia trijų elementų: jutiklių, kurie siunčia informaciją, valdymo sistemos, kuri priima sprendimus, ir pavarų, kurios vykdo komandas . Buitiniai pavaros gali būti relės, įmontuotos į elektros dėžutes, moduliai, integruoti į elektros skydines, žaliuzių varikliai, drėkinimo pavaros arba įrenginiai, kurie išjungia vandens ar dujų tiekimą nuotėkio atveju.

Pastatų automatizavimo srityje tie patys principai perkeliami į kitą lygį. Dideliame išmaniajame pastate paprastai yra centralizuota stebėjimo ir valdymo sistema , kuri prižiūri visą kompleksą: klimato kontrolę keliose zonose, apšvietimą bendrose erdvėse, liftus, automobilių stovėjimo aikštelę, perimetro apsaugą ir kt. Šiame kontekste pavarų skaičius siekia dešimtis ar net šimtus.

Pagrindinis duomenų ir komandų centralizavimo privalumas yra tas, kad bendrą pastato būklę galima stebėti iš vieno taško , gauti realaus laiko signalizacijas ir nedelsiant imtis nuotolinių veiksmų paveiktiems pavaros mechanizmams. Tai reiškia, kad žymiai sumažėja energijos suvartojimas, pagerėja gyventojų komfortas ir padidėja eksploatavimo saugumas.

Išmanieji pastatai, energijos vartojimo efektyvumas ir tvarumas

Dabartinė statybų tendencija neišvengiamai linksta prie tvarumo. Vadinamoji „ žalioji statyba “ siekia pastatų, kurie yra atsakingi už aplinką ir efektyviai naudoja išteklius per visą jų gyvavimo ciklą – nuo ​​statybos iki naudojimo ir priežiūros etapo.

Šio tipo projektuose derinamos įvairios strategijos: lietaus vandens surinkimas sanitarinėms reikmėms, atliekų utilizavimas ir valymas, sveikų ir perdirbamų medžiagų naudojimas, žalieji stogai ir fasadai , taip pat sistemos, skirtos vandens ir energijos suvartojimui mažinti.

Pavaros yra labai svarbios, kad visos šios strategijos veiktų automatiškai ir koordinuotai. Pavyzdžiui, žaliųjų stogų drėkinimo sistemoje dirvožemio drėgmės ir kritulių jutikliai leidžia pavarai atidaryti arba uždaryti drėkinimo vožtuvus pagal faktinį vandens poreikį , taip užkertant kelią vandens švaistymui. Panašiai pilkųjų ar lietaus vandens valdymo sistemoje solenoidinius vožtuvus ir siurblius valdo prie centrinės sistemos prijungtos pavaros.

Be to, pastatų automatizavimas leidžia išsamiai stebėti pastato suvartojimą ir automatiškai valdyti pavaras, kad būtų išjungta įranga ne piko valandomis, suplanuotos apkrovos ne piko valandomis arba maksimaliai padidinta atsinaujinančių energijos šaltinių (pavyzdžiui, fotovoltinės) gamyba .

Pradinė visų šių sistemų įrengimo kaina paprastai yra didesnė, tačiau vidutinės ir ilgosios trukmės laikotarpiu sutaupytos lėšos priežiūros, eksploatavimo ir energijos sąnaudoms pateisina investicijas ir padidina turto vertę tiek ekonomiškai, tiek funkciniu požiūriu.

Saugumas, komfortas ir nuotolinis valdymas dėka pavarų

Viena iš priežasčių, kodėl žmonės domisi namų automatizavimu ir išmaniaisiais pastatais, yra jų teikiamas saugumo ir ramybės jausmas . „Prijungtas“ pastatas leidžia greitai reaguoti į nenumatytus įvykius ir sumažina riziką žmonėms bei turtui.

Gerai suprojektuotose sistemose pavaros gali automatiškai nutraukti vandens ar dujų tiekimą, kai aptinkamas nuotėkis , uždaryti duris ir langus, jei aptinkamas bandymas įsilaužti, nuleisti žaliuzes kaip apsaugos priemonę arba įjungti avarinį apšvietimą, kad būtų lengviau evakuotis.

Kalbant apie komfortą, tokius parametrus kaip temperatūra, drėgmė, apšvietimas ir triukšmo lygis galima reguliuoti , kad būtų sukurta malonesnė aplinka. Visa tai galima valdyti vienu įrenginiu: mobiliuoju telefonu, prie sienos montuojamu jutikliniu ekranu ar net balso asistentais, todėl kasdienis gyvenimas tampa patogesnis.

Dar vienas svarbus privalumas – nuotolinio valdymo galimybė. Šiandien visiškai įmanoma peržiūrėti apsaugos kamerų įrašus, keisti šildymo temperatūrą, nuotoliniu būdu atidaryti duris arba imituoti buvimą įjungiant ir išjungiant šviesas, kai nieko nėra namuose – visa tai išmaniuoju telefonu.

Namuose tai reiškia kasdienius veiksmus, tokius kaip prietaisų programavimas veikti ne piko valandomis, šildymo įjungimas prieš pat atvykstant arba automatinių įspėjimų gavimas, jei sistema aptinka neįprastą stebėjimo kameros veikimą.

Namų ir pastatų automatizavimo sistemose dažniausiai naudojamų pavarų tipai

Priklausomai nuo naudojamos energijos rūšies ir paskirties, išmaniuosiuose pastatuose naudojami įvairių tipų pavaros, nors galutinis vartotojas dažnai mato tik rezultatą, o ne technines detales. Dažniausiai pasitaikantys tipai yra elektrinės, elektromechaninės, pneumatinės ir hidraulinės pavaros.

Namų automatikoje labiausiai paplitę elektriniai ir elektromechaniniai pavaros: žaliuzių varikliai, vožtuvų servovarikliai, apšvietimo perjungimo relės ir išmanieji kištukai . Paprastai jie maitinami elektros tinklu ir valdomi žemos įtampos signalais arba ryšio magistrale.

Sudėtingesnėse instaliacijose, ypač tretinio ar pramoninio sektoriaus aplinkoje, integruotose į pastatus, gali atsirasti pneumatinės arba hidraulinės pavaros, kurios yra labai naudingos, kai reikalinga didelė jėga arba tikslus judėjimas , pavyzdžiui, didelėse vėdinimo sklendėse arba specialiuose techniniuose įrenginiuose.

Funkciniu požiūriu kai kurie pavaros mechanizmai veikia tiesiog kaip jungikliai arba relės, kurios atidaro ir uždaro grandines , o kiti turi nuolatinio reguliavimo galimybes (pavyzdžiui, keičia valdymo vožtuvo kampą arba ventiliatoriaus srautą) ir leidžia taikyti daug tikslesnes valdymo strategijas.

Daugelyje šiuolaikinių sistemų pavaros taip pat turi „išmaniąsias“ funkcijas, tokias kaip vidinė diagnostika, dvikryptis ryšys, būsenos informacija ir įvykių registravimas , kurios palengvina prevencinę priežiūrą ir ankstyvą gedimų aptikimą iš centrinės sistemos.

Praktinis pavyzdys: namų automatikos sistemos, pagrįstos plokštėmis ir relėmis

Be didelių komercinių sistemų, vis daugiau projektų naudoja atviras, nebrangias platformas, skirtas kurti individualius pastatų automatizavimo sprendimus . Tipiškas pavyzdys – jutiklių, IP kamerų ir pavarų, valdomų tokiomis plokštėmis kaip „Raspberry Pi“, „Arduino“ arba ESP32 moduliai, derinimas.

Šiose konfigūracijose pagrindinė plokštė prie tinklo jungiasi per Ethernet, „Wi-Fi“ arba tolimojo nuotolio technologijas, tokias kaip „LoRa“ . Iš ten duomenys renkami iš jutiklių, matuojančių temperatūrą, drėgmę, buvimą ar oro sąlygas (patalpose ir lauke), o komandos siunčiamos į pavaras, tokias kaip „Wi-Fi“ relės, daugiakanalės relių plokštės, solenoidiniai vožtuvai arba varikliai.

Per žiniatinklio sąsają, pasiekiamą iš bet kurio prie interneto prijungto įrenginio, vartotojai gali peržiūrėti realaus laiko kamerų ir jutiklių transliacijas ir aktyvuoti pavaras paprastais ekrane rodomais mygtukais . Tai leidžia valdyti šildymą, apšvietimą, prieigos kontrolę ir kitas sistemas praktiškai iš bet kurios pasaulio vietos.

Be to, į tą patį projektą galima integruoti kelis specialius modulius, pavyzdžiui, specialias prieigos kontrolės korteles, reles didesnės galios operacijoms, oro jutiklius, prijungtus naudojant „LoRa“, kad būtų gauti tikslūs duomenys apie išorinę aplinką, arba laidines ir belaidės stebėjimo kameras.

Šis požiūris rodo, kiek demokratizuota tapo pastatų automatizavimas: jis nebėra išskirtinė didelių infrastruktūrų sritis , bet gali būti taikomas ir vidutinio ar mažo dydžio projektuose, išlaikant pagrindinę jutiklių, valdiklių ir pavarų logiką.

Visa ši jutiklių, valdymo sistemų, pavarų, ryšio tinklų ir automatizavimo logikos ekosistema leidžia pastatams tapti gyvenamąja aplinka, kuri reaguoja ir prisitaiko prie realaus pasaulio naudojimo ir kintančių sąlygų . Nuo klimato kontrolės ir apšvietimo reguliavimo iki apsaugos sistemų aktyvavimo – pavaros yra tai, kas skaitmeninius sprendimus paverčia matomais ir apčiuopiamais veiksmais pastatytoje aplinkoje.