Оптимальное управление в «интеллектуальном здании»

Отвлечемся от проблемы определения термина «интеллектуальное здание» — объем настоящей статьи не позволяет уделить этой теме достаточного внимания. Сосредоточимся на важной составляющей в концепции «интеллектуального здания», которой является управление. Основным отличием управления в «интеллектуальном здании» от управления в обыкновенном здании является оптимальность процессов управления. �ными словами — все процессы управления оптимальны относительно какого-либо выбранного критерия. Обычно таким критерием является интегральное соотношение между ценой и качеством управления, то есть между затратами на организацию всего процесса управления и экономическим эффектом от управления в течение всего жизненного цикла здания. Например, процесс управления наружным и архитектурным освещением здания характеризуется поставленной задачей — освещать прилегающую к зданию территорию в темное время суток и следующими параметрами: стоимостью подсистемы управления, стоимостью технического обслуживания, учитывающей также ресурс оборудования (ламп и пускорегулирующей арматуры), и стоимостью потребленной электроэнергии. Соотношение между ценой и качеством для этой системы есть отношение стоимости подсистемы управления наружным освещением к сумме затрат на техническое обслуживание и потребленную электроэнергию. Другим примером является процесс управления микроклиматом в каждом отдельном помещении здания. Задачей управления микроклиматом является поддержание температуры и влажности воздуха внутри помещения в заданном диапазоне комфортных значений. Критерием оптимальности для данного процесса является наилучшее соотношение между стоимостью системы управления микроклиматом, включая стоимость ее эксплуатации, и стоимостью энергии и других ресурсов, использованных для поддержания микроклимата в необходимом диапазоне параметров. Основные сложности при управлении несколькими системами, обеспечивающими поддержание микроклимата, возникают при отсутствии координации в работе. Снижение стоимости энергии, потребленной климатическими системами, может быть обеспечено: за счет снижения точности регулирования микроклимата при отсутствии людей и в ночное время (расширение пределов регулирования температуры и влажности) — т. е. эффективное планирование; за счет использования температурного потенциала наружного воздуха в переходный период при изменении кратности воздухообмена в системе вентиляции; за счет устранения потерь от перерегулирования при использовании качественных, адаптивных алгоритмов терморегулирования; за счет устранения противодействия климатических систем друг другу при совместной работе. Так как в реальных зданиях, помимо технических средств, процессы управления обеспечивают люди, то в качестве аналогии будет справедливым рассмотреть процессы управления в живых системах. Для живых организмов характерно сочетание централизованного и децентрализованного методов управления — все сложные живые организмы имеют центральную и периферическую нервные системы. Следствием процесса эволюции является то, что чем сложнее нервная система, тем эффективнее организм приспосабливается к изменению условий внешней среды. Многие законы природы универсальны и действуют одновременно в живой и неживой природе. Поэтому эволюция систем управления в зданиях протекает подобно эволюции нервной системы живых организмов — от простейших сигнальных систем к сложным структурированным системам управления. В 70—80 гг. 20-го столетия активные исследования нейронов, развитие теории управления и микроэлектроники привели к созданию промышленных управляющих сетей, в которых сетевыми узлами являются универсальные микроконтроллеры. Разработанные в это время сети управления Profi-Bus, C-Bus, LON и несколько позже EIB, BAC-net являются сейчас наиболее распространенными сетями в системах управления зданий. Каждая из этих сетей обладает своими преимуществами и недостатками, из которых общим является отсутствие полного спектра оборудования для обслуживания всех систем здания. Поэтому в системе управления реальных зданий присутствует несколько различных сетей управления. Как правило, эти сети не взаимодействуют между собой и связаны только с центральным узлом. В качестве центрального узла управления для этих сетей, как правило, применяют компьютер — сервер с программным обеспечением типа SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). В том случае, если SCADA-система имеет драйверы для подключения различных сетей управления, то имеется возможность взаимодействия нескольких управляющих сетей через SCADA-сервер. Однако в этом случае сервер является критичным узлом в смысле надежности, так как его отказ приведет к нарушению взаимодействия управляющих сетей. Более совершенные SCADA-системы имеют средства для разработки специальных драйверов для подключения дополнительного оборудования с нестандартными протоколами обмена информацией. В больших распределенных системах может быть несколько SCADA-серверов, объединенных в локальные сети. Возможно также резервирование серверов для повышения надежности. В SCADA-системах для каждого рабочего места диспетчера или инженера требуется специализированное программное обеспечение — SCADA-клиент. SCADA-клиент может быть установлен на том же компьютере, что и SCADA-сервер, или на другом компьютере и может получать информацию от нескольких SCADA-серверов. Для развертывания SCADA-систем требуются инженеры и специально подготовленные программисты, а также однотипная операционная система для каждого компьютера. Техническая поддержка и сопровождение SCADA-систем также требует высокой квалификации и специальной подготовки от инженеров службы эксплуатации здания. С развитием технологий построения локальных и корпоративных сетей, а также с широким распространением �нтернет получают развитие технологии распределенного сетевого управления. В таких системах одна или несколько промышленных управляющих сетей подключены к web-серверу, включенному в локальную или распределенную сеть, например, �нтернет. В этих системах не требуется специального клиентского программного обеспечения — универсальным клиентом является web-browser. Не требуется также единства операционных систем и языков программирования, так как в качестве универсального языка используется Java. Сохраняя все преимущества SCADA-систем, web-управляющие системы избавлены от их громоздкого программного обеспечения. Для развертывания web-управляющих систем требуются инженеры и программисты с общесистемной подготовкой и знанием �нтернет, а также однотипная операционная система для каждого компьютера. Техническая поддержка и сопровождение web-управляющих систем требует средней квалификации, и с ней могут справиться даже студенты старших курсов технического университета. В силу очевидных преимуществ web-управляющие системы будут интенсивно развиваться и станут основной технологией управления инженерным оборудованием зданий в течение ближайших 10 лет. При всех их преимуществах даже web-управляющие системы не могут гарантировать оптимальность процессов управления в здании. Чтобы обеспечить оптимальность процессов управления в здании, необходимо оптимизировать не только структуру управляющих систем, но и методов управления. Весьма перспективной технологией построения оптимальных систем управления является PROFIVE™, объединяющая как методы построения структурированных систем управления инженерным оборудованием объекта, так и методы оптимального управления некоторыми физическими процессами.