Проектирование структурированной кабельной системы для интеллектуального здания

      Можно ли упростить  кабельную инфраструктуру интеллектуального  здания, сделать более эффективной  и экономичной сложную иерархическую  схему, избежать прокладки кабелей  различного назначения: например, задействовать  «традиционную» СКС для реализации  функций, связанных с обслуживанием  здания, причем не только на  верхнем уровне систем управления, но и для передачи управляющих  сигналов систем жизнеобеспечения? Стандартные СКС в интеллектуальном  здании далеко не всегда пригодны  для поддержки слаботочных систем  различного назначения (узкополосных  и широкополосных видеосистем,  пожарной сигнализации, охранной  сигнализации и контроля доступа,  управления вентиляцией и кондиционированием, энергоснабжением и т. д.). Однако  ряд приложений допускает подобную  интеграцию, а СКС обычно имеют  резерв пар, которые иногда  используются для этой цели.

      Хотя сегодня СКС  применяется для управления зданием  и обеспечения безопасности весьма  ограниченно, она может стать  основой для видеоприложений  (видеонаблюдения и телевидения)  и IP-телефонии, служить средой  для передачи различных управляющих  сигналов и мониторинга. Ведь  электрические параметры сигналов  многих слаботочных систем полностью  или частично соответствуют особенностям  СКС, что позволяет объединить  множество различных по своему  функциональному назначению информационных  систем и сервисов. Такие возможности  следует закладывать на этапе  проектирования и строительства  либо в процессе переоборудования  здания, когда модернизируется уже  существующая СКС. Наряду с экономией кабелей, упрощением проектирования и монтажа, такую инфраструктуру проще расширять и развивать. Например, изменение функций достигается простой перестановкой, добавлением или перепрограммированием компонентов системы.

      Несмотря на то что реализация представленной концепции повышает начальные расходы на создание кабельной инфраструктуры, применение единой кабельной системы сокращает время ее монтажа и снижает общую стоимость установки СКС и оборудования, поскольку за инсталляцию отвечает одна организация. Наконец, хотя сегодня в основном учитывают стоимость начальных строительных работ, подобный подход ведет к сокращению затрат на эксплуатацию здания.

      В отличие от  «стандартных» офисных инфраструктур,  к кабелям и разъемам в системах  интеллектуального здания предъявляются  повышенные требования. Некоторые производители выпускают специальные руководства для проектирования подобных СКС и проверяют свои СКС на совместимость со слаботочными системами различных поставщиков.

      Хотя в ряде  ситуаций интеграция разнородных  систем здания оправдана, для  каждой функции нередко советуют  применять отдельные кабели. В  случае многожильных кабелей  необходимо проверить соблюдение  ограничений со стороны соответствующих  приложений. Некоторые из них,  например аналоговые аудиосистемы  или системы аналогового ввода/вывода, не допускают использования многопарного  кабеля, по которому передаются  цифровые сигналы, поскольку возможны  взаимные помехи. Волоконно-оптический  кабель в системах автоматизации  зданий встречается нечасто, но  такое решение применяется, особенно  для соединений между контроллерами.  При анализе или проектировании  централизованной системы нужно  тщательно измерить допустимые  расстояния, проконсультироваться  с поставщиком оборудования автоматизации  по рекомендуемым длинам кабелей  и доступности волоконно-оптических  интерфейсов.

      Кабельные системы  АСУ здания имеют свои особенности.  Оборудование в «рабочей зоне»  обычно не предназначено для  пользователей, и, в отличие  от компьютерной сети, несколько  устройств или сенсоров часто  подключается шлейфом. СКС строится  по топологии «звезда», реализация  «шины» для подключения устройств  не всегда осуществима из-за  различных ограничений (например, на длину соединения). Кроме того, в системах автоматизации питание  датчикам и исполнительным устройствам  подается, как правило, по тому  же кабелю, что и сигнал.

      Кабельная проводка  интеллектуального здания может  дополняться специальными информационными  розетками RJ-45 для подключения  устройств различных слаботочных  систем. Такие розетки размещаются  недалеко от мест установки  устройств, причем к каждой  может подключаться сразу несколько  приборов. Подобная гибкая схема  позволяет при необходимости  подключить к розетке другое  устройство (например, температурные  датчики вместо видеокамеры) с  перекоммутацией на этажном кроссе. Если розетка находится близко  от рабочего места пользователя, ее можно задействовать как  телефонную или для подключения  компьютера. Многие производители  выпускают розетки со сменными  модулями, что делает их еще  более универсальными.

      Разводка кабелей  и принципы управления в системе  вентиляции, отопления и кондиционирования  (HVAC) порой значительно различаются  у разных производителей, так  что применяемые кабели «вне  СКС» зависят от конкретного  приложения. В разных «нестандартных»  и «стандартных» решениях предусматриваются  различные типы подключения оборудования, монтаж проводки, скорость коммуникаций  между устройствами и протоколы,  а потому для выяснения данной  специфики необходимы консультации  с поставщиком. Единая кабельная  инфраструктура здания включает  в себя не только СКС, но  и дополнительные шины для  передачи аудио- и видеосигналов,  управляющих команд. Разумный подход  к интеграции и использование  СКС в качестве общей среды  передачи, обеспечивающей взаимодействие  между устройствами в масштабах  всего здания, позволяет избежать  ситуации, когда для каждого функционального  элемента нужна отдельная линия,  а для каждой системы управления  — своя сеть.

      Производители постепенно  переходят от нестандартных систем  к более открытым решениям, в  которых продукция разных поставщиков  может взаимодействовать друг  с другом, а для управления, контроля  и сигнализации применяется общая  сеть [11].

    4.4. Развитие стандартов  ИЗ

    При оснащении здания  различными системами и оборудованием  от разных производителей важно,  чтобы технические устройства  не «конфликтовали» между собой,  а были бы совместимы и представляли  единое целое. Проблема совместимости  была решена через разработку  «стандартов открытых систем». В основе построения ИЗ как раз и лежат принципы «открытой архитектуры». Отметим, что здесь под «открытостью» предполагается наличие единого сетевого протокола у оборудования разных производителей, обеспечивающего «правильное» взаимодействие всех инженерных систем здания. Возможность обмена данными обеспечивает сетевую совместимость систем и возможность интеграции систем в единый комплекс, «работающий как часы».

    Для того чтобы системы  «понимали» друг друга, они  должны использовать одни и  те же правила — стандарты  — при обмене данными. В  области телекоммуникаций такие  правила называют протоколами.  Наличие стандартного сетевого  протокола у оборудования ИЗ дает нам уверенность в том, что при расширении системы не возникнет проблем. Теперь мы не «привязаны» к какому-то одному поставщику оборудования и его ценам [10].

    В июле 2002 г. организация  TIA (Ассоциация телекоммуникационной  промышленности) опубликовала стандарт TIA/EIA-862 - Building Automation Systems Cabling Standard for Commercial Buildings (Стандарт кабельных систем  для коммерческих зданий). Он был  призван сыграть роль руководства  по проектированию и инсталляции  структурированных кабельных систем  для систем автоматизации зданий (Building Automation Systems — BAS), используемых  в новых и реконструированных  коммерческих зданиях и кампусах.

    Данный стандарт, разработанный  подкомитетом TIA TR-42.1, определяет кабельную  систему для BAS-средств коммерческих  зданий, которая будет поддерживать  продукты разного назначения  от разных производителей. В нем  также содержится информация, которая  может быть использована при  разработке BAS-устройств, являющихся  основой функционирования так  называемых “интеллектуальных”  зданий.

    По мнению инсталляторов,  данный стандарт хорош тем,  что:

    - улучшает сети, рекомендуя  типовую структуру кабельных  систем;

    - определяет интерфейсы  для подключения других подсистем,  которые не всегда присутствуют  в зданиях;

    - упрощает процессы переконфигурирования  и расширения кабельных систем.

    В стандарте TIA/EIA-862 описана  необходимая для функционирования BAS-систем кабельная система и  ее компоненты, определены характеристики  интерфейсов. Он также способствует  появлению общих методик инсталляции  СКС, обеспечивающих однородность  их характеристик.

    Стандарт TIA/EIA-862 имеет много  общего со стандартами TIA/EIA-568-B и TIA/EIA-569-A на кабельные системы  для передачи речи и данных. Подкомитет TR-42.1 предусмотрел в нем  те же самые среду передачи  сигналов и терминологию, которые  рассматриваются в стандарте  568. Это дает возможность включить  кабельную систему BAS в общую  кабельную инфраструктуру здания, ведь в системах BAS все шире  используется технология Ethernet, а  конфигурация соответствующей кабельной  инфраструктуры описана в документе  568.

    Однако в новом стандарте  есть ряд важных отличий. Прежде  всего в нем введено понятие “зона охвата”, определение которого похоже на определение рабочей области (work area) кабельных систем, предназначенных для передачи речи и данных. Зона охвата — это пространство, обслуживаемое одним BAS-устройством, например, сектор обзора видеокамеры системы безопасности или площадь, в пределах которой термостат “чувствует” изменение температуры. Типичный размер зоны охвата составляет около 25 м2. Это значение основано на усредненных данных, полученных в результате исследования разных систем: освещения, охранных, нагревания, вентиляции и кондиционирования воздуха. Для планирования кабельных систем в стандарт включены рекомендации по определению зон охвата.

    В данном стандарте  также определена модифицированная  звездообразная топология магистральной  и горизонтальной кабельных систем , которые можно легко переконфигурировать с целью соответствия требованиям BAS-приложений. В рамках топологии задаются метод терминирования кабелей и способ подключения их к телекоммуникационной комнате. Стандартом определены и основные элементы горизонтального кабельного канала. Это горизонтальные кросс (horizontal crossconnect), кабель и точка подключения (horizontal connection point), а также необязательная розетка BAS.

    Согласно определению,  топология кабельных соединений  представляет собой звезду. Горизонтальные  кабели идут от телекоммуникационной  комнаты, в которой находятся  контроллеры, к точкам подключения  BAS-устройств. Максимальная длина  горизонтального кабеля составляет 90 м. Индикаторы дыма, разного  рода датчики и другие BAS-устройства  можно соединять последовательно  (по цепочке), что уменьшает расход  кабеля и снижает стоимость  системы.

    Без звездообразной топологии  было бы трудно находить неисправности  в кабельной системе и переконфигурировать  ее. Благодаря ей администратор может удалить BAS-устройство, не влияя на работу других устройств [12].

      Широкое распространение  в системах управления зданиями  получили стандарты EIB, LonWorks, BACnet и некоторые другие.

      Ряд европейских  производителей электрооборудования  поддерживают European Installation Bus (EIB) — шину  для управления энергопотреблением, освещением, микроклиматом, системами  охраны и сигнализации, а также  контроль, индикацию, мониторинг  и взаимодействие с другими  системами. EIB — общеевропейский  стандарт международной ассоциации  разработок на основе общей  шины European Installation Bus Association (ЕIВА), объединяющей более 100 производителей электротехнических изделий. Оборудование, поддерживающее спецификацию EIB (около 4000 наименований), выпускают такие компании, как ABB, GIRA, Siemens, Merten. Кроме разработки стандартов и норм EIBA осуществляет контроль качества и совместимости продукции различных производителей. Стандарт EIB определяет требования к каналам связи, включая сети Ethernet, и к формату передаваемой информации. Технология EIB позволяет, например, передавать сообщения от контроллеров к исполнительным механизмам по компьютерным сетям.

      В Европе популярен  также стандарт LonWorks на базе протокола  LonTalk, созданный компанией Echelon. Технология LonWorks основана на распределенной, децентрализованной схеме — управляющей  сети LON (Local Operating Networks). В LonWorks логика  работы контроллера реализуется  на уровне специализированных  сигнальных процессоров, а сеть  может строить в соответствии  с разными топологиями («звезда», «шина», «кольцо» или их комбинации). Для передачи данных от систем  управления через сеть LonWorks в  локальную сеть Ethernet применяется  специальный маршрутизатор: со  стороны LonWorks он поддерживает  протокол LonTalk, а со стороны локальной  сети — TCP/IP. Процессы управления  распределяются среди узлов сети, взаимодействующих по протоколу  LonTalk. В качестве сети управления LonWorks поддерживает витую пару, коаксиальный  или волоконно-оптический кабель. За технологию LonWorks выступает также  организация LonMark, пытающаяся решить, в частности, проблемы совместимости  оборудования разных производителей. Ее поддерживает и ассоциация European Intelligent Building Group (EIBG), в которую  входят Avaya, Cundall Johnston & Partners, EcoProg, EIBA, IBTEC, Invensys Intelligent Building Systems, Legrand, целый  ряд других компаний и университетов  (всего около 45 членов). ПО и  оборудование стандарта LonWorks выпускают  около 200 компаний стран из  Европы и США. Этот стандарт  стал одним из наиболее распространенных и в России.