اتوماسیون ساختمان (سیستم اتوماسیون ساختمان) بیانگر قابلیت پیشرفته ای است که توسط سیستم کنترل ساختمان فراهم می شود. یک سیستم اتوماسیون ساختمانی (BAS) مثالی از سیستم کنترل توزیعی می باشد. سیستم کنترل، یک شبکه ی هوشمند و کامپیوتری از تجهیزات الکتریکی می باشد که برای کنترل و مانیتورینگ سیستم روشنایی و تاسیسات الکتریکی و مکانیکی (و همچنین کنترل تردد و دسترسی ، کنترل سیستم صوتی، کنترل پارکینگ، کنترل انرژی مصرفی، کنترل سیستم نظارت تصویری، کنترل سیستم آسانسورها، کنترل سیستم اعلان و اطفا حریق) یک ساختمان طراحی شده اند. این سیستم هوای ساختمان را در یک رنج مشخص دمایی نگه میدارد ، روشنایی را بر اساس زمانبندی حضور تامین می کند، عملکرد سیستم و خطای تجهیزات را مونیتور می کند، آلارم خطا را بوسیله ی ایمیل یا پیام کوتاه به مسئول نگهداری اطلاع می دهد. هزینه ی انرژی و نگهداری ساختمان به میزان قابل ملاحظه ای در مقایسه با ساختمانهایی که این تجهیزات در آنها کنترل نمی شود، کاهش می یابد(کنترل هوشمند مصرف انرژی). ساختمانی که به وسیله ی سیستم اتوماسیون ساختمانی (BAS) کنترل می شود، به اصطلاح ساختمان هوشمند یا خانه ی هوشمند نامیده می شود .

توپولوژی : 

اکثر شبکه های اتوماسیون ساختمان از دو بخش باس اولیه و ثانویه تشکیل شده است که کنترلرهای سطح بالا(کنترلرهای قابل برنامه ریزی) را به کنترلرهای سطح پایین (ماژول ها و تجهیزات رابط با کاربر) متصل می کنند. باس اولیه و ثانویه می تواندBACnet, Optical Fiber, Ethernet, ARCNET, RS-232, RS-485 یا شبکه ی بی سیم باشد.

هر کمپانی کنترلر مخصوص خودش برای کاربردهای ویژه ای را دارد. بعضی از آنها طوری طراحی شده اند که استفاده ی محدودی دارند و بعضی نیز طراحی منعطفی دارند که با پروتکل های باز نظیر BACnet یا LonTalk کار می کنند. بعضی از اتوماسیون های ساختمانی جدید از استانداردهای باز بی سیم نظیرZigBee استفاده می کنند که این سیستم ها نیز نظیر پروتکل های باز دیگر، قابلیت تطابق با تجهیزات دیگر کمپانی ها و قابلیت سازگاری با سیستم های کنترلی دیگر کمپانی ها را دارا می باشند.

ورودی ها و خروجی ها در این سیستم ها آنالوگ یا دیجیتال هستند. داده های آنالوگ برای خواندن و یا فرستادن اطلاعات متغیر سنسورهای دما، فشار، رطوبت و ... که می توانند از نوع مقاومت گرمایی 4-20m یا

0-10v یا دماسنج مقاومتی پلاتینی و یا سنسورهای وایرلس باشند، استفاده می شوند. داده های دیجیتال برای خواندن و یا ارسال اطلاعات از نوع صفر و یک که بیانگر روشن/ خاموش بودن یا قطع/وصل بودن و ... کاربرد دارند که یک سیگنال از نوع  می باشد.

این سیستم مانند سایر سیستم های کنترلی از سه بخش مهم تشکیل شده است: 

 

1-    کنترلرها

کنترلرها کامپیوترهای کوچکی در سایزها و قابلیت های مختلف هستند که برای هدف خاصی با قابلیت input و output کردن داده ها، ساخته شده اند. اطلاعات ورودی به کنترلرها از طریق Inputها مثل خواندن دما، رطوبت، فشار، جریان و ... (اطلاعات از نوع آنالوگ) و اطلاعات خروجی از کنترلرها از طریق Output ها شامل فرستادن دستور و سیگنال های کنترلی جهت کنترل سایر تجهیزات می باشد که کنترلرها با پردازش اطلاعات دریافتی بر اساس نرم افزار درونی خود و یا نرم افزار شبکه، اطلاعات خروجی را ارسال می کنند. اطلاعات ورودی و خروجی ( input و output) می توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند.

کنترلرهای مورد استفاده در اتوماسیون ساختمان به سه دسته تقسیم می شوند:

·         کنترلرهای منطقی برنامه پذیر (پی ال سی)

·         کنترلرهای شبکه/سیستم

·         کنترلرهای ترمینال یونیت

پی ال سی ها بیشترین قدرت پردازش و پاسخ دهی را دارند، اما از لحاظ قیمتی دو تا سه برابر قیمت کنترلرهای شبکه/سیستم را دارند. کنترلرهای ترمینال یونیت نسبت به سایر کنترلرها در پایین ترین سطح از لحاظ قیمت و قدرت قرار دارند. پی ال سی ها برای مکان های خاصی مثل اتاق تمیز یا بیمارستان ها که هزینه ی کنترلرها کمتر مورد اهمیت است، مورد استفاده قرار می گیرند. در ساختمان های اداری، سوپرمارکت ها، فروشگاه ها و ساختمان های معمول، کنترلرهای شبکه/سیستم بجای پی ال سی ها مورد استفاده قرار می گیرند. اغلب کنترلرهای سیستم، حلقه ی بازخورد و مدارهای دیجیتال دارند ولی زمان پاسخ پی ال سی ها کمتر از یک هزارم ثانیه است.

کنترلرهای شبکه/سیستم ممکن است برای کنترل یک یا چند سیستم مثل هواساز، دیگ، چیلر و ... یا برای نظارت بر مجموعه ای از کنترلرهای تحت شبکه بکار روند. کنترلرهای ترمینال یونیت معمولاً برای کنترل روشنایی و یا تجهیزات ساده تر مانند پمپ گرمایشی، فن کویل و ... مورد استفاده قرار می گیرند . 

 

2-   حسگرها

حسگرها سنجش پارامترهای محیطی و ارسال این اطلاعات به سیستم را عهده دار هستند. این اطلاعات می تواند از نوع آنالوگ و یا دیجیتال باشد. مانند اطلاعات مربوط به دمای محیط بیرون یا درون، دمای سیال گرم کننده یا خنک کننده، میزان روشنایی محیط، میزان رطوبت، مقدار گازها در هوا، حضور و یا عدم حضور افراد در محل و سایر اطلاعات لازم جهت راهبری سیستم.

 

3- عملگرها

اجزائی از سیستم هستند که فرامین ارسالی از کنترلرها را دریافت و بر اساس آن واکنش نشان می دهند. این عملگرها می توانند شیرهای برقی سیالات، دمپرها، رله های قطع و وصل جریان الکتریکی و ... باشند.

پروتکل ها و استانداردهای صنعتی مورد استفاده در اتوماسیون ساختمان

سه بخش ذکر شده در بالا توسط یک مکانیزم ارتباطی به هم مرتبط می شوند که این مکانیزم نیز از دو بخش تشکیل شده است:

1-    رسانه (مدیا) ارتباطی مانند: سیم، کابل، فیبرنوری، امواج رادیویی

2-    پروتکل ارتباطی مانند BACnet و ...

 

 

پروتکل ها و استانداردهای بین المللی هوشمندسازی

 

 

·         ASHREA

·         BACnet

·         S-Bus

·         Chartered Institution of Building Services Engineers

·         Dynet

·         Energy Star

·         EnOcean

·         KNX

·         DALI

·         LonTalk

·         Midac

·         OPC

·         Open Therm

·         Open Web Net

·         VSCP

·         ZigBee

·         DeviceNet

·         SOAP

·         XML

·         Usp

·         Lan

·         RS232   

کنترل هوشمند روشنایی : 

 

روشنایی ساختمان بوسیله ی اتوماسیون ساختمانی یا سیستم کنترل روشنایی، با استفاده از سنسور حضور، فوتو سنسور یا تایمر (زمانبندی)، می تواند روشن، خاموش و یا دیم شود. بعنوان مثال یک فوتو سنسور که در خارج از ساختمان نصب شده است، با تاریک شدن هوا و با توجه به زمان، روشنایی محوطه ی ساختمان و فضای پارکینگ را تنظیم می کند.

 

کنترل هوشمند هواسازها : 

 

اغلب هواسازها هوای تازه و هوای برگشت را با هم میکس می کنند تا تغییرات دمایی و رطوبتی کمی روی هوای تازه انجام دهند. این کار باعث صرفه جویی در هزینه با کمتر مصرف کردن آب گرم یا آب سرد برای گرم یا سرد کردن هوا در هواسازها می شود. مقداری هوا برای سالم نگهداشتن هوای ساختمان لازم است. برای بهینه سازی مصرف انرژی، زمانی که هواساز هوای داخل ساختمان (IAQ) و یا هوای تهویه مورد تقاضا (DCV) را تامین می کند، با تغییر میزان هوای تازه بر اساس اندازه گیری های انجام شده می توان عمل کرد. سنسورهای دمایی آنالوگ یا دیجیتال در فضای مورد نظر و کانال هوای تازه و کانال هوای برگشت و یا گاهاً در هوای بیرون تعبیه می شوند. محرک ها بر روی شیرهای آب سرد و گرم (روی کویل های سرد و گرم) و دمپرهای هوای تازه و هوای برگشتی قرار می گیرند. فن هوای رفت (و فن هوای برگشت در صورت امکان) بر اساس زمانبندی یا دما و یا فشار فضا و یا ترکیبی از آن ها روشن و خاموش می شوند.

 

کنترل هوشمند هواسازهای حجم ثابت (CAV) : 

 

کم صرفه ترین نوع هواسازها، هواسازهای حجم ثابت (CAV) می باشد. فن های این نوع هواسازها کنترلی در جهت تغییر سرعت ندارند. در عوض، از دمپرهای باز و بسته شو و شیرهای روی کویل ها جهت تغییر دمای فضای ساختمان استفاده می کنند.

 

کنترل هوشمند هواسازهای حجم متغیر (VAV) : 

 

با صرفه ترین نوع هواسازها، هواسازهای حجم متغیر (VAV) می باشد. این هواسازها هوای فشرده را در باکس های VAVذخیره می کنند که معمولاً برای هر فضا یا اتاق یک عدد در نظر گرفته می شود. این هواساز می توانند فشار باکس های هوا را با تغییر سرعت فن یا دمنده ازطریق درایوهای فرکانس متغیر کنترل کنند. میزان هوای مورد نیاز بواسطه ی نوع فضایی که بوسیله ی این هواسازها تغذیه می شوند مشخص می شود. هر باکس هوای مورد نیاز برای یک فضای کوچک را تامین می کند. هر باکس یک دمپر دارد که بسته به نیاز گرمایش یا سرمایش فضا باز یا بسته می شود. هر چقدر تعداد بیشتری باکس باز باشد یعنی هوای بیشتری مورد نیاز است و هواساز هوای بیشتری را تامین می کند. بعضی از باکس ها شیرهای آب گرم یا مبدل حرارتی دارند. شیرهای آب گرم و سرد بسته به نیاز گرمایش و سرمایش هوای فضایی که آن را تامین می کنند باز یا بسته می شوند. جهت اطمینان از تامین تهویه ی مناسب و بالانس مناسب هوا، مینیمم و ماکسیمم هوای مورد نیاز فضا (CFM) باید روی باکس ها تنظیم شوند.

 

کنترل هوشمند سیستم های آب سرد(چیلر) : 

 

آب چیلد برای سرد کردن هوای ساختمان استفاده می شود. سیستم آب چیلد شامل چیلر و پمپ ها می باشد. سنسورهای دمایی آنالوگ دمای آب رفت و برگشت آب چیلد را می سنجد. چیلرها برای سرد کردن آب، به ترتیب خاموش و روشن می شوند. کنترل قسمت های مختلف یک چیلر و تحلیل داده های جمع آوری شده جهت تامین دمای مناسب هوای فضای مورد نظر ضروری می باشد.

 

کنترل هوشمند سیستم آب کندانسور : 

 

برج خنک کن و پمپ ها برای تامین آب کندانس سرد برای چیلرها استفاده می شوند. به دلیل اینکه آب کندانس رفت به سمت چیلرها باید ثابت باشد، درایوهای سرعت متغیر روی فن های برج خنک کن برای کنترل دما نصب می شوند. برقراری دمای مناسب برج خنک کن اطمینان لازم از فشار مناسب جهت سرد کردن در چیلر را تامین می کند. سنسورهای دمایی آنالوگ، دمای آب رفت و برگشت کندانسور را اندازه گیری می کنند.

 

کنترل هوشمند سیستم آب گرم :

 

سیستم آب گرم، گرمای مورد نیاز هواسازها و یا دستگاه های تامین گرمای ساختمان را تامین می کند (از طریق تامین آب گرم مورد نیاز کویل های آب گرم). این سیستم شامل بویلر و پمپ ها می باشد. سنسورهای دمایی آنالوگ، دمای آب رفت و برگشت را اندازه گیری می کنند. شیرهای مخلوط کننده جهت کنترل دمای آب گرم سیرکوله استفاده می شوند. کنترل فشار و دمای قسمت های مختلف سیستم آب گرم، از طریق سنسورهای دما و فشار امکان پذیر می باشد.

 

آلارم های سیستم اتوماسیون ساختمان : 

 

بسیاری از سیستم های اتوماسیون ساختمانی قابلیت آلارم دادن دارند. این آلارم ها را می توان طوری برنامه ریزی کرد که به اطلاع شخصی که نگهداری و مونیتورینگ سیستم را بر عهده دارد برسد. این اطلاع رسانی می تواند از طریق پیجر، موبایل، کامپیوتر و یا صدای آلارم از دستگاه باشد. مانند آلارم های مربوط به:

·         سنسورهای دما (مثلاً سنسورهای دمای روی بویلرها)

·         سوئیچ های اختلاف فشار ( بعنوان مثال در فیلترهای هوارسان ها که اگر فیلتر گرفته باشد، آلارم می دهد)

·         آلارم های مربوط به وضعیت دستگاه ها (مثلاً اگر یک پمپ لازم باشد که روشن شود، ولی روشن نشود. گزارش وضعیت این پمپ حاکی از یک مشکل مکانیکی می باشد)

·         بعضی از محرک شیرها مبنی بر باز یا بسته بودن شیر مربوطه

·         سنسورهای CO و CO2 ،که اگر سطح این گازها از حد مشخص بالا باشد، آلارم می دهند.

·         سنسورهای یخ زدگی که در صورت نشتی آلارم می دهند.

·         سنسورهای جریان در شرایط جریانی پایین به علت لغزش تسمه پروانه یا گرفتگی صافی در پمپ

·         سیستم های امنیتی می توانند با سیستم اتوماسیون ساختمانی به صورت یکپارچه در بیاید. سنسورهای حضور، در صورت لزوم اعلام آلارم می کنند.

·         سیستم های اعلان حریق نیز می تواند به سیستم اتوماسیون ساختمانی متصل شود. به عنوان مثال اگر آلارم دود فعال شود، تمام دمپرهای هوای تازه به منظور جلوگیری از ورود هوای تازه بسته خواهند شد 

·          

·         تولید کنندگان تجهیزات اتوماسیون ساختمان

معرفی برخی از تولیدکنندگان تجهیزات هوشمند در سطح جهان:

·         Alerton Technologies

·         AMX, LLC

·         ASI Controls

·         Automated Logic Corporation

·         Azbil Corporation

·         Beckhoff Automation

·         ABB Group

·         Carrier Corporation

·         Cisco Systems

·         Citect

·         Computrols, Inc.

·         Crestron Electronics, Inc.

·         Dynalite Intelligent Light Pty Ltd

·         Delta Controls

·         Distech Controls

·         Echelon Corporation

·         Honeywell

·         Invensys

·         Iconics

·         ifm electronic

·         Invensys Building Systems

·         Johnson Controls Inc.

·         KMC Controls

·         Novar Controls

·         Panduit

·         Priva

·         Sauter

·         Schneider Electric

·         Siemens Building Technologies

·         Staefa Control System

·         StarDraw control

·         TAC (building automation)

·         Teletrol Systems Inc.

·         Trane Global Control Systems

·         Trend Control Systems Ltd.

·         WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG

·         Wonderware