Безжични системи за сградна автоматизация

Кабелните системи за сградна автоматизация са подходящо и лесно за внедряване решение, когато са предварително планирани и инсталирани при строежа на нови сгради.

Тези системи обаче не винаги са подходящи за съществуващо или старо строителство, където инсталирането им може да се окаже трудно, скъпо или в разрез с естетическите норми. В такива случаи системните интегратори прибягват до безжични или хибридни (комбинация между кабелни и безжични) технологии за сградна автоматизация.

Безжичните решения, разбира се, имат свои предимства и недостатъци, които трябва да бъдат взети предвид при внедряването им. За целта в практиката се използват шест основни показателя за оценяване качеството и приложимостта на безжичните технологии: налични технологични решения, надеждност, безжична връзка, смущения, сигурност и експлоатационен цикъл на батерията.

Налични технологични решения
Wi-Fi, Zigbee и EnOcean са най-популярните безжични технологии за сградна автоматизация и притежават различни предимства по отношение на данни, цена и гъвкавост.

Wi-Fi решенията осигуряват по-висок капацитет на честотната лента, но обикновено са по-скъпи и енергоемки в сравнение с продуктите и системите по стандартите EnOcean и ZigBee.

ZigBee системите, от друга страна, предлагат среден капацитет на честотната лента, но консумират по-малко енергия и като цяло са по-евтино решение. Максималната скорост на данните, определена от стандарта IEEE 802.15.4, който е в основата на ZigBee, е 250 kbps.

Този вариант е много подходящ за приложения, които изискват ниски скорости на трансфер. Това означава също по-дълъг живот на батерията. ZigBee технологиите работят на същата честота като Wi-Fi (2.4 GHz) на повечето места по света, но могат да съществуват съвместно с Wi-Fi мрежите, въпреки че и двете технологии използват един и същ ISM-диапазон.

EnOcean системите използват безжични устройства без батерии и се отличават с ултранисък капацитет на честотната лента. Вместо батерии устройствата използват вградена energy-harvesting технология, която захранва сензорите им.

Те могат да функционират с много по-малко енергия от ZigBee и Wi-Fi системите, тъй като пакетите с данни са относително малки (около 4 байта) и излъчват на по-ниски честоти (315 или 868 MHz). За по-високи скорости на трансфер и при тях е необходима повече енергия за захранване (в мрежата или с батерии). EnOcean има обхват на действие от близо 300 метра и може да реализира информационен обмен до 120 Kbit/s.

Освен тези протоколи, приложение намират и някои други като например безжичната версия на протокола KNX, която може да се използва за дистанционно отчитане на тарифни уреди в сградите (електромери, водомери, топломери).

Данните се предават на честота 868.3 MHz. Обикновено информацията от тарифните уреди се събира от един или няколко концентратора (ако връзката е ограничена от разстояние, прегради или има радиозашуменост).

Освен за свързване на тарифните уреди, концентраторите служат и за предаване на данни един на друг, като всички данни от една мрежа се предават към един концентратор, който посредством шлюз (gateway) е свързан с доставчика на услугата.

Надеждност на системите
За безжичните системи важат същите изисквания по отношение на надеждността като за кабелните, включително способността да изпращат и получават данни непрекъснато в рамките на даден времеви период, без закъснения и с минимум грешки. Праговите параметри зависят от настройките на мрежата, а правилната им конфигурация осигурява необходимата надеждност.

Безжичните мрежи могат да бъдат точно толкова сигурни и надеждни, колкото и кабелните, но за това е необходимо внимателно планиране. При внедряването на решетъчни безжични мрежи с “умни” техники за маршрутизация могат да бъдат облекчени задачи като подсигуряване на безпроблемното пристигане на пакетите с данни до дестинацията им.

Безжична връзка
Строителните материали и различните прегради могат да имат значителен ефект върху надеждността и силата на безжичната връзка. Тези фактори определят допустимите разстояния между предавателите и приемниците и нуждата от повторители (ретранслатори) в рамките на сградната мрежа.

Материали като гипсокартон и дърво са отлични среди за разпространение на безжичния сигнал. L-образните греди, асансьорните шахти и металите, от друга страна, затрудняват разпространението на сигнала. Следователно, при съставяне на план за интегрирането на една безжична мрежа е добре да бъдат взети предвид конкретните характеристики на сградата.

Доставчиците на безжични решения трябва да извършат задълбочено предварително проучване на сградите, за да оценят конструктивните им особености. Това се прави с цел определяне на обхвата на покритието, капацитета на честотната лента, опциите за мобилни устройства и техния брой, както и конкретните локации на антените, за да се гарантира покритието, качеството и силата на радиочестотните сигнали.

При новото строителство проектантите на безжични мрежи трябва да използват инструменти за картографиране, които им помагат да изготвят прогнозни карти и мрежови схеми преди внедряване на BAS системите.

Смущения на сигнала
Смущенията на сигнала са основен проблем при безжичните мрежи, ето защо методите за превенция са важен детайл при проектирането. Смущения се получават, когато други радиочестотни устройства работят в същия ISM диапазон или сигналът преминава през дадени строителни материали. Повечето ZigBee и Wi-Fi устройства работят на 2.4 GHz, така че свеждането до минимум на тези смущения се превръща в ключов въпрос по време на планирането.

ZigBee технологиите използват 16 канала в 2.4-гигахерцовия ISM диапазон между 2.405 и 2.480 GHz. При Wi-Fi устройствата каналите в диапазона са 14, но не всички са достъпни в различните държави. Тъй като ZigBee каналите представляват по-тесни честотни интервали в сравнение с Wi-Fi, безжичните мрежи могат да бъдат конфигурирани така, че ZigBee устройствата да работят в междинните интервали между Wi-Fi каналите.

Повечето ZigBee устройства се настройват автоматично към честотните интервали при стартиране на мрежовата връзка, но това може да бъде извършвано и ръчно за по-прецизен контрол на мрежовите канали в сградите.

Сигурност на данните
Технологиите като ZigBee, BACnet и TCP/IP са достатъчно напреднали и осигуряват възможности за криптиране на данни, взаимно удостоверяване на комуникациите и високи нива на сигурност на паролите. Когато се имплементират такива решения в системите за сградна автоматизация, е гарантирана сигурността на данните.

Съществува възможност и за отделяне на безжичните BAS мрежи от IT мрежите и забрана на маршрутизацията между мрежовите слоеве, което да предотврати навлизането на съобщения от безжичните мрежи в IT слоевете.

Захранване на устройствата
На този етап на развитието си повечето съвременни контролери, повторители и сензори с опции за безжична връзка все още се нуждаят от захранване. То може да се осъществява посредством кабел или (по-често) с батерии. Повечето сензорни устройства на батерии, предлагани на пазара към момента, имат 5-годишен експлоатационен цикъл.

Животът на батерията зависи от 3 основни фактора: колко далече трябва да бъде изпратена информацията, какви са обемите й и колко често се изпращат/приемат данни.

Ето защо проектантите на безжични мрежови устройства трябва да включват детайлна спецификация на приложенията и информация за минималните изисквания относно батериите в техническата документация, като същевременно координират с операторите на системите за сградна автоматизация програми за профилактика и поддръжка, за да се избегнат сривове на системите.

Безжичните технологии могат да бъдат също толкова надеждни и сигурни като кабелните мрежи, но изискват много по-задълбочено планиране и специфични техники на внедряване.

В крайна сметка предимствата на безжичната връзка надделяват над недостатъците й, тъй като тя осигурява необходимата гъвкавост на сградната автоматизация, позволява инсталиране и премахване на сензори с много по-малко усилия и дискомфорт за обитателите и спестява разходите за окабеляване. Споделяйки обща инфраструктура с други сградни приложения, безжичните мрежи спестяват и голяма част от мрежовите разходи.