UN NOU MOD DE A PRIVI AUTOMATIZAREA INSTALATIILOR DINTR-O CLADIRE

UN NOU MOD DE A PRIVI AUTOMATIZAREA INSTALATIILOR DINTR-O CLADIRE

Ca urmare a dezvoltarii tehnologiei in domeniul electronic in special in cel al microprocesoarelor incepe sa fie tot mai economica utilizarea in automatizari a controlerelor decat a automatelor programabile

Due to the developement of the electronic components field, mainly of the microprocesors, the application in automation of the controllers in detriment to the PLC's starts to become more profitable.

Avand in vedere ca pe masura trecerii timpului se pune tot mai accentuat problema economisirii de energie in toate domeniile de activitate si ca pe aceasta linie a fost promulgata si Legea nr.372/2005 referitoare la performanta energetica a cladirilor s-au creat conditiile pentru a se actiona si in acest domeniu in sensul reabilitarii termice a cladirilor respectiv a utilizarii eficiente a energiei.

Studii efectuate asupra pierderilor de caldura (energie termica) ale unei locuinte au aratat ca prin ferestre se pierde 40%, prin pereti 26%, prin acoperis 24% si prin pardoseala 9%. Prin reabilitarea termica a cladirii se intelege anveloparea (invelirea) cladirii si apartamentelor cu materiale care sa nu permita pierderi de caldura mare. Practic aceasta consta in: termoizolarea peretilor exteriori, terasei, subsolului, tavanului holului de intrare a blocului cu placi de polistiren expandat, transformarea acoperisului tip terasa in acoperis tip sarpanta, inlocuirea usilor de acces in blocul de locuinte cu tamplarie cu geam termopan (termoizolator clar), inlocuirea ferestrelor exterioare, a usilor de acces la balcon cu tamplarie cu geam termopan, montarea de obloane la ferestre, izolarea tevilor din subsol, inlocuirea corpurilor de incalzire sau spalarea chimica, montarea repartitoarelor de costuri la corpurile de incalzire si inlocuirea robinetelor de la corpurile de incalzire cu robinete termostate. Realizarea reabilitarii termice conduce la cresterea temperaturii in locuinte cu aproximativ 4 grade Celsius, respectiv la reducerea consumului de energie termica care conduce la o reducere a costurilor pentru incalzire cu 15 - 20%. Investitia se poate recupera in 7-9 ani.

Utilizarea eficienta a energiei implica pe langa reabilitarea termica si automatizarea instalatiilor din cladire ( automatizarea instalatiilor de apa, de incalzire, de ventilare si climatizare, a statiei de pompare - hidrofor, a centralei termice, a instalatiei frigorifice, a instalatiei de alarmare incendii, a instalatiei de antiefractie, a instalatiei de control acces, a instalatiei de iluminat si a instalatiilor electrice).

Se pune problema ca functionarea acestor instalatii sa se faca intr-o interdependenta care sa conduca pe total cladire la economie de energie in conditii de confort impuse.

Aceasta revine la a alege ca si criteriu de optimizat a functionarii instalatiilor dintr-o cladire (in conditii de confort impuse), economia de energie respectiv eficienta energetica.

Din /1/ rezulta ca realizarea automatizarii instalatiilor dintr-o cladire (sistemelor de automatizare) cu elemente specifice Building Management Systems - BMS - se obtin economii considerabile.

In situatia actuala se impune stabilirea unei metode, respectiv a unui algoritm care sa determine o anumita configuratie, interdependenta a functionarii instalatiilor care sa conduca la un consum minim de energie.

Pentru a ajunge la aceasta situatie cu sistemele actuale de automatizare specializate pentru diferiti parametri si tipuri de instalatii (de exemplu regulatoare directe de temperatura) este imposibil de realizat aceasta configuratie de interdependenta.

Este evidenta necesitatea unei interfete intre elementele de automatizare de camp (traductoare, servomotoare, robinete, clapete de reglare, jaluzele, tije) si regulatoare.

Tehnologia actuala care utilizeaza controlere, traductoare si elemente de executie cu interfete compatibile intre ele si care are rezolvata problema retelei de comunicatii (LonWork, EIB - European Installation Bus si BACNet - Building Automation Control Network) poate constitui baza unui studiu care sa conduca la utilizarea eficienta a energiei intr-o cladire /2/.

Acest mod de a privi automatizarea unei cladiri, presupune ca element de automatizare central - controlerul, ca in figura 1

Controlerul este un element de automatizare ce poate indeplini functiile de supraveghere, comanda, reglare. Este un element de automatizare de tip Digital Direct Control - DDC (comanda numerica directa).

Din punct de vedere constructiv, controlerul contine un microprocesor cu sistem de operare stocat intr-o memorie de tip EPROM si o memorie de tip EEPROM sau flash EPROM pentru stocarea datelor si a programelor. Controlerul contine un ceas intern (timer) cu o baterie de back-up care asigura mentinerea in stare functionala pe timp de minim 30 de zile.

Controlerul este destinat sa interconecteze intrarile / iesirile (I/0) respectiv punctele sistemului, precum si punctele auxiliare specificate. Aplicatiile vor fi configurate cu intrari si iesiri analogice respectiv digitale si totalizatoare astfel incat logica de control sa fie rezidenta intr-un singur microprocesor pentru a se obtine o bucla de control locala. Aplicatiile sunt modulare si configurate in asa fel incat sa indeplineasca cerintele necesare inclusiv rezervele specificate. Iesirile analogice au o discretizare fina, care trebuie sa fie de minim 1% din gama de reglare a elementului de executie controlat. Fiecare controler trebuie sa fie prevazut cu o interfata de operare MMI (Man/Machine Interface Server - MMI Server) care realizeaza legatura dintre utilizator si sistemul de comunicare.

Controlerul este prevazut cu LED-uri care indica in permanenta prezenta alimentarii si starea de functionare. Modulele I/O ale controlerului au de asemenea LED-uri care indica starea pentru fiecare intrare / iesire in parte. Fiecare iesire este prevazuta cu un comutator (switch) on-off-auto sau deschis-inchis-auto.

Referitor la programele de timp si cerintele soft, fiecare controler trebuie sa poata stoca si utiliza pana la 20 de programe de timp diferite (TP). Fiecare TP trebuie sa contina programe zilnice, saptamanale si anuale inclusiv functia temporara 'ASTAZI'. Programele zilnice trebuie definite pentru zile de tip diferit cum ar fi zile de munca scurte, de sarbatoare, weekend, etc. Fiecare program zilnic trebuie sa realizeze o lista de comenzi care sa actioneze asupra punctelor respectiv elementelor selectate din sistem folosind un program de timp prestabilit. Programele de timp saptamanale vor folosi un set de programe zilnice definit pentru fiecare zi a saptamanii. Programul de timp anual va cuprinde o selectie de 52 de programe saptamanale. Selectarea unei date din programul anual trebuie sa permita modificarea programului zilnic cuprins in programul saptamanal (cum ar fi schimbarea datei de 25 decembrie din zi lucratoare in zi de sarbatoare). Softul de control va fi dedicat strict pentru a satisface cerintele detaliate in 'Secventa de Operare'. Controlerul trebuie sa fie programabil integral. Softul initial trebuie sa fie modificabil integral, dependent de indicatiile specifice de configurare ale beneficiarului. Mediul de programare trebuie sa contina facilitati grafice si o configurare grafica detaliata care sa poata fi folosita ca documentatie a sistemului. Strategiile de control trebuie sa realizeze setpoint-uri stabile, proceduri de incarcare lenta a variabilelor si moduri de functionare optime pentru a preveni variatiile bruste de presiune si temperatura in timpul pornirii sau a perioadelor de tranzitie. Privind managementul software, fiecare controler trebuie sa includa o arhiva care sa contina cel putin ultimele 200 de evenimente (modificari ale parametrilor - tranzitii digitale sau schimbarea valorilor variabilelor analogice) pentru un grup de puncte oarecare ale sistemului (minim 20). Se vor stoca data, ora, valoarea sau starea. Evenimentele care apar dupa umplerea arhivei se vor introduce in locul celor mai vechi, exceptand cazurile in care s-a prevazut un modem, caz in care aceste evenimente se vor transmite modemului respectiv. Evenimentele trebuie sa poata fi citite pe interfata de operare ca achizitii de date pentru evaluarea performantelor sistemului. Controlerul trebuie sa monitorizeze toate variabilele analogice si digitale specificate, in conditii anormale. Fiecare alarma trebuie sa aiba un timp de intarziere care va determina durata necesara (in secunde) pentru ca un punct aflat in stare anormala sa fie considerat alarma. Alarmele trebuie sa poata fi afisate pe interfata de operare (MMI) sau transmise la dispecer in functie de importanta.

Comunicatia controlerului cu dispeceratul trebuie sa fie in conformitate cu caietul de sarcini pentru dispecerat. Comunicatia cu dispeceratul trebuie realizata prin cablu cu doua fire (standard de comunicatie RS485). Viteza de comunicatie va fi de cel putin 9600bps. Protocolul de comunicatie va fi protocol proprietar, ModBus/J-Bus sau TCP/IP.

Interfata de operare (MMI) se va prevedea si folosi in cadrul tuturor aplicatiilor. MMI-ul trebuie montat pe panou si trebuie sa se poata conecta la controler prin port dedicat. MMI-ul va contine taste de comanda, de introducere date, de manevrare a cursorului si un afisaj cu cristale lichide alfa-numeric. Accesul se va face din meniu in meniu, utilizandu-se o structura de tip piramidal. Legatura MMI-ului cu panoul nu se va intrerupe de alte operatii uzuale ale retelei de comunicatie, prevenindu-se in acest fel nereceptionarea alarmelor sau intreruperea comenzilor lansate. MMI-ul trebuie instalat pe partea frontala a dulapului electric si de automatizare. Utilizarea MMI-ului trebuie sa respecte urmatoarele:

. Conectarea MMI la controler trebuie sa permita vizualizarea si modificarea pe baza unei parole a informatiilor si parametrilor softului. Se vor prevedea doua niveluri de acces pe baza unei parole. Primul nivel va permite operatorului sa modifice, sa creeze si respectiv sa stearga programe de timp (TP); al doilea nivel va permite operatorului sa modifice descriptorii pentru punctele sistemului, sa reseteze totalizatoarele, sa modifice setpoint-urile si parametrii, sa regleze ceasul (timer-ul) intern si sa vizualizeze achizitiile de date, respectiv alarmele. MMI-ul trebuie sa aiba comenzi de scriere-citire pentru toate functiile legate de timer si calendar intern, acces la punctele sistemului incluzand posibilitatea de afisare a achizitiilor de date in modul grafic, setarea limitelor de alarma si a altor parametri, monitorizarea alarmelor incluzand data, ora si timer intern.

. Selectand PROGRAME DE TIMP din meniul principal al MMI-ului, trebuie sa fie afisate programele de timp ale controlerului (cum ar fi ZONA DE INCALZIRE EST, etc.). Selectand un program de timp oarecare (prin deplasarea barei de marcare) trebuie sa fie afisate optiunile pentru programul selectat pentru ASTAZI, ZILNIC, SAPTAMANAL si ANUAL.

. Selectand ASTAZI se va afisa programul de timp curent pentru zona selectata. Fiecare program de timp trebuie sa afiseze timpii de pornire/oprire corelati cu comenzile date de program si/sau valorile (in cazul in care s-au programat comenzi analogice).

. Selectand programele de timp ZILNIC, SAPTAMANAL sau ANUAL se vor afisa intr-un mod similar optiunile corespunzatoare acestor programe.

. Selectand VALORI PROGRAM din meniul principal, se initiaza un proces interactiv care permite selectarea oricarui punct al sistemului, selectarea modului de comanda manual sau automat, afisarea timpilor de functionare efectiva a echipamentului, selectarea unei achizitii de date pentru orice punct aflat in urmarire, afisarea punctelor care au alarmele suprimate si posibilitatea de reactivare a alarmelor respective.

. Selectand PARAMETRI din meniul principal, se va afisa o lista cu parametri controlerului (cum ar fi unitati de alarmare, setari ale controlului efectiv, etc.) care pot fi afisate, respectiv operate.

. Selectand ALARME din meniul principal, submeniul deschis va contine patru optiuni. Selectand MEMORARE ALARME se va afisa o lista a tuturor alarmelor din memorie si ora declansarii. Selectand PUNCTE IN ALARMA submeniul deschis va contine o lista cu toate punctele aflate in alarma. Selectand ALARME CRITICE submeniul deschis va contine o lista cu toate punctele critice aflate in alarma. Selectand ALARME NECRITICE submeniul deschis va contine o lista cu toate punctele care nu sunt critice, dar se afla in stare de alarma.

. Selectand VALORI MEMORATE din meniul principal, submeniul deschis va contine o lista a punctelor aflate in urmarire (achizitie de date) avand descriptori in limba romana, permitand selectarea valorilor/evenimentelor cu data si ora pentru fiecare modificare a acestora.

. Selectand CEASUL SISTEM din meniul principal se permite modificarea datei/orei si introducerea unei date oarecare pentru schimbarea automata a orarului de vara respectiv iarna.

Schema electrica pentru o cladire dotata cu BMS si care are la baza utilizarea de controlere care pot indeplini functiile de supraveghere, comanda si reglare a instalatiilor din cladire este de forma data in figura 1 si care este in legatura cu /3/

Ca urmare a dezvoltarii tehnologiei electronice in /4/ se arata ca incepe sa fie mai economica utilizarea microprocesoarelor decat a automatelor programabile.

Bibliografie

/1/ xxx Catalog Siemens GAMMA. Cladiri inteligente. Building Management System in solutie Siemens instabus EIB.

/2/ Alecsandru, St. - Retele si standarde de comunicatie, A XXXIX-a Conferinta de Instalatii, Sinaia, Ed. MATRIXROM, Bucuresti, 2004, p.103-115, ISBN 973-685-812-X.

/3/ Ionescu, C.-Performanta energetica a cladirilor, revista Masurari si Automatizari nr.5, Bucuresti,2005, ISSN 1582-2834, p.22-24. /4/ xxx Revista "Transmission & Distribution World", iunie 2006 -https://www.tdworld.com/

Fig.1 Schema electrica pentru o cladire dotata cu BMS si controlere