Почему умные здания спотыкаются: отсутствующие стандарты, их сдерживающие

С инженерной точки зрения, создание умных зданий технически просто — процессоры и ПО уже существуют. $3 MCU может быть встроен в выключатели света, розетки, моторизованные шторы и водяные насосы, и эти крошечные узлы могут быть объединены в сеть. Крупные приборы, термостаты, температурные сенсоры, детекторы присутствия и пожарные сигнализации могли бы координироваться для управления центральным HVAC, управлением солнечными водяными баками, циркуляцией 15 °C подземной воды через тепловые насосы и регулировкой освещения в реальном времени.

Так в чем проблема?

• Нет индустриального коммуникационного протокола, гарантирующего ≥ 99,999% надежности («пять девяток» стандарт). На практике беспроводные и power-line решения терпят неудачу 1–10% времени из-за зон мертвой зоны, перегрузки спектра, низкого SNR и интерференций.
• Нет общей операционной системы для зданий устройств. В то время как ПК работают на Windows, телефоны на iOS или Android, актуаторы и сенсоры зданий лишены унифицированной OS, делая plug-and-play интеграцию трудной.

Обеспечение надежности

Когда жильцы переключают настенный выключатель, коммуникация между этим выключателем и потолчной лампой должна работать минимум 99,999% времени. Любой простой в повседневной инфраструктуре неприемлем. Power-line данные особенно хрупки, так как сигналы должны пройти через коробку предохранителей и бороться с напряжением скачками, ведущими к частым ошибкам.

Инженеры могут использовать шину данных, зеркалящую автомобильную CAN bus — надежную, fault-tolerant сеть, защищающую линию данных даже если она случайно задета к силовому кабелю. Топология сети должна напоминать дерево: один кабель разветвляется к множеству устройств, соответствуя геометрии здания и позволяя масштабируемую, низкозатратную проводку.

Легкие vs тяжелые нагрузки

Умные-здание устройства делятся на две категории мощности. Легкие устройства (<20 Вт) включают LED лампы, выключатели, термостаты, сенсоры, моторы для штор и радиаторные клапаны. Тяжелые устройства (>20 Вт) охватывают HVAC блоки, крупные приборы и высокомощные розетки. Например, 10-Вт LED потребляет 0,1 А при 110 В AC — только 1/200 от 20-А предохранителя. Маршрутизируя легкие нагрузки на 48 В DC через 18-AWG провод, инженеры могут снизить затраты на кабели и соответствовать меньшим строительным нормам, освобождая бюджет для дополнительных сетевых устройств.

Сеть автоматизации соединяется от центрального местоположения по всему зданию. Источник: Manhattan 2

Унифицированное ПО для всех устройств

Низкая стоимость и высокая надежность опираются на развертывание одного и того же программного стека на каждом устройстве. Открытый, бесплатный и хорошо документированный код обеспечивает широкое принятие и быструю итерацию. Пока существует множество сетевых протоколов, ни один не предоставляет полную операционную систему для автоматизации зданий.

Исследователи UMass Amherst и других институтов разрабатывают BuildingBus, бесплатную, открытую ОС умного здания. BuildingBus позволяет любому устройству отправлять сообщения, читать/писать порты, обмениваться библиотеками устройств, мониторить сенсоры в псевдо-реальном времени и выдавать команды — все с fault tolerance и plug-and-play поддержкой.

Принятие общей OS и надежного коммуникационного бэкбона может драматически снизить стоимость интеллекта зданий, повышая энергоэффективность. Множественные инициативы идут, и следующие несколько лет вероятно увидят несколько зрелых решений.

>> Эта статья изначально публиковалась на нашем партнерском сайте EDN.