Интеллектуальное аварийное освещение расширяет концепцию интеллектуальных зданий

Достижения в области аварийного освещения позволяют составителям спецификаций и владельцам зданий учитывать новые правила безопасности и энергопотребления, в то же время обеспечивая интеграцию и автоматизацию зданий. Статья заостряет внимание на интеллектуальных светодиодных компонентах и стратегиях подключения аварийного освещения, а также на вопросах проектирования поколения интеллектуальных зданий с более высоким уровнем безопасности.

Все говорят об интеллектуальных зданиях и автоматизации зданий, но сложность всегда заключалась в развертывании интеллектуальной системы здания. Каков оптимальный метод включения систем здания в центральную инфраструктуру? Возможно, наиболее логичный подход начинается с повышения уровня безопасности здания с помощью подключенных систем аварийного освещения и последующего расширения системы для поддержки процесса автоматизации здания.

Аварийные светильники требуются во всех торговых помещениях и сооружениях и должны размещаться в стратегических точках по всему зданию (рис. 1). Аварийное освещение уже подключено к системам сигнализации здания, таким образом, эти фасеточные светильники могут указывать путь к ближайшему выходу в случае возникновения аварийной ситуации или отключения электроэнергии. Что если использовать те же самые аварийные светильники для создания беспроводной сети, способной автоматизировать системы безопасности здания? Эту же инфраструктуру легко можно расширить для управления широким спектром систем здания.

Прежде чем перейти к возможностям сетевой инфраструктуры интеллектуального здания, давайте рассмотрим аргументы в пользу создания инфраструктуры интеллектуального аварийного освещения.


2.jpg


РИС. 1 При обнаружении аварийной ситуации аварийное освещение должно включаться по крайней мере на 90 минут. Обычные светодиодные светильники работают в нормальных условиях (слева), тогда как аварийные светильники обеспечивают освещение точек выхода в аварийных ситуациях (справа).



Расширение инфраструктуры аварийного освещения



Системы аварийного освещения являются постоянной проблемой для специалистов по обслуживанию зданий и управлению объектами. Правила безопасности требуют от персонала периодического обхода здания для испытания и регистрации каждого аварийного светильника, включая функциональные испытания и проверку батареи. Светодиодные светильники более эффективны и упрощают процесс испытания аварийного освещения, в том числе благодаря индикаторам с красными или зелеными, горящими или мигающими светодиодами, указывающими на готовность системы в соответствии с требованиями стандартов, например, CSA C22.2 № 141 в Северной Америке и BS EN 50172:2004/BS 5266-8:2004 в Европе. Тем не менее, обслуживающему персоналу зданий по-прежнему нужно проводить визуальный осмотр, который всегда занимает много времени.

Объединение светодиодных аварийных светильников в единую сеть позволяет создать механизм централизованного мониторинга и управления. После подключения аварийные светильники можно контролировать из любого места, включая проведение диагностики для обнаружения сбоев. Можно даже устанавливать инструкции для проведения и регистрации результатов испытаний светильников на регулярной основе, включая ежегодные испытания, предполагающие максимальную продолжительность работы светильников – обычно 90 минут или более до разрядки батарей. После завершения испытания результаты автоматически регистрируются, и светильники возвращаются в состояние готовности, при этом весь процесс не требует физического контроля.

Хотя возможность автоматического испытания на предмет соответствия нормативным требованиям может являться недостаточной мотивацией для модернизации аварийного освещения, следует учитывать дополнительные преимущества использования одной и той же инфраструктуры для других типов услуг, связанных с данными и датчиками. При наличии сети ее можно использовать для обработки данных BACnet или даже для поддержки трафика данных для Интернета вещей (IoT). Интеграция интеллектуальных аварийных светильников с системами автоматизации зданий (BAS) позволяет достичь нового уровня управления зданиями, обеспечить более высокий уровень безопасности и упростить механизмы управления объектами.



Интеллектуальные аварийные светильники: Шаг 1



Вначале необходимо установить компоненты интеллектуального аварийного освещения. Аварийные светодиодные светильники производятся с использованием полупроводников, т. е. драйверы на основе микроконтроллеров позволяют программировать устройства (рис. 2). Обычно светодиоды программируются для регулировки их характеристик освещения, например, настройки яркости, изменения оттенка, измерения энергопотребления, затемнения или повышения яркости и т. д. Например, при модернизации освещения обычно приходится регулировать яркость и оттенок для обеспечения соответствия между новыми устройствами и имеющимися старыми светильниками. Однако нет причин, препятствующих программированию тех же светильников для выполнения других функций.

Мы уже говорили о нормативных требованиях и автоматизации регулярных испытаний аварийных светильников. Для обеспечения реального преимущества автоматические испытания должны выходить за рамки простой проверки и диагностики. В идеале аварийные светильники следует программировать для поддержки широкого спектра возможностей, в том числе:

•       Возможность тестирования систем из любого места и в любое время, включая функциональные испытания, испытания на продолжительность работы, автоматическую регистрацию результатов и автоматическое оповещение о сбоях.

•       Поддержка аварийного мониторинга в режиме реального времени, включая текущий статус и уведомления о происшествиях.

•       Дистанционное обслуживание и мониторинг с оповещениями в случае сбоя или истечения срока службы компонентов, например, драйверов, ламп и батарей.

•    Полная интеграция с другими системами безопасности и аварийного доступа.

•    Включение программируемых функций, например, интеллектуального реагирования на сигнал эвакуации и обнаружения присутствия.

•    Сбор данных для анализа и оценки таких факторов, как тенденции использования здания и схемы движения.

•    Возможность дистанционного ввода в эксплуатацию и обновления прошивки.

Цель состоит не только в упрощении процессов управления системами аварийного освещения, но и в повышении уровня безопасности зданий. Например, датчики аварийных светильников могут использоваться не только для включения аварийной сигнализации, но и для установления местонахождения опасности. В этом случае система с помощью искусственного интеллекта может включить определенные светильники, чтобы вывести находящихся в здании людей из опасной зоны и направить к ближайшему безопасному выходу.

Конечно, для обеспечения функционирования аварийной системы интеллектуального здания такого типа необходимо соединить аварийные светильники в сеть. Нужны каналы связи, а также программируемый интеллект.



Коммуникации консолидируют управление



Для объединения аварийных светильников в единую экосистему имеются два основных варианта подключения: проводной и беспроводной.

Вариант объединения светильников в сеть кабелями, безусловно, подходит для строительства новых зданий. Новые здания проектируются с учетом системного интеллекта, таким образом, проект может предполагать соединение светильников кабелями, особенно при использовании для энергообеспечения системы освещения технологии «питания через Ethernet» (Power over Ethernet – PoE). Благодаря технологии PoE можно использовать одни и те же кабели для передачи данных и электроэнергии.

Тем не менее, рынок перехода на светодиодное освещение обещает на некоторое время опередить процессы строительства новых зданий, особенно если учесть, что ежегодно лишь 8% коммерческих зданий строятся в качестве новых, и что возраст более чем половины находящихся в эксплуатации коммерческих зданий превышает 60 лет. Поскольку физическое кабельное соединение инфраструктуры освещения нецелесообразно, то беспроводная связь кажется более жизнеспособным вариантом.

Учитывая, что все больше владельцев зданий заключают контракты на модернизацию систем освещения и переход на светодиодные светильники, установка интеллектуальных светодиодных светильников со встроенной функцией беспроводной связи представляет собой логичный подход. Использование беспроводной технологии позволяет избежать вскрытия стен и замены кабелей для создания инфраструктуры управления зданием, но следующий вопрос заключается в выборе используемого беспроводного стандарта.

В беспроводной связи для системы освещения нет ничего нового. Например, протокол ZigBee (IEEE 802.15.4) представляет собой маломощную радиоплатформу, которая существует с 1998 года. Проблема ZigBee заключается в том, что платформа работает только на небольшом расстоянии и не может обрабатывать другие типы трафика данных, поэтому ее функционал ограничен управлением системой освещения.

Для подключения устройств за рамками систем аварийного освещения необходимо использовать открытый стандарт с возможностью расширения.

Bluetooth Mesh стремительно набирает обороты на рынке в качестве приоритетного подхода к созданию беспроводной экосистемы освещения. Bluetooth существует уже несколько десятилетий и представляет собой проверенный открытый стандарт для взаимодействия между устройствами. Технология Bluetooth Mesh появилась позже, но она опирается на тот же открытый стандарт, поэтому производителям проще разработать гарантированно совместимые продукты.

Еще одним важным преимуществом Bluetooth Mesh является поддержка двусторонней связи, таким образом, экосистема может заниматься вводом в эксплуатацию и обновлением программного обеспечения, а также мониторингом и анализом, например, для управления аварийным освещением. Bluetooth Mesh может обрабатывать автоматические команды для запуска процесса тестирования системы, а также для регистрации результатов. Кроме того, Bluetooth Mesh может передавать данные в нескольких форматах.



Подробнее о Bluetooth Mesh



Первоначально технология Bluetooth была разработана компанией Ericsson в 1990-х годах, а теперь контролируется Специальной группой Bluetooth (Bluetooth Special Interest Group – Bluetooth SIG). Стандарт Bluetooth Mesh был сертифицирован Bluetooth SIG в июле 2017 года, и все вопросы, связанные со стандартом, сейчас регулируются группой совместно с более чем 33 000 ее представителей в 150 странах.

Специальная группа Bluetooth отвечает за разработку спецификаций и управление программами, обеспечивающими соответствие продуктов, а стандарт Bluetooth Mesh определяет все уровни связи для обеспечения совместимости между осветительными приборами. В то время как Bluetooth обеспечивает взаимодействие между устройствами (1:1), Bluetooth Mesh имеет широковещательную (1:m) топологию (рис. 3).

В сетевой конфигурации устройства Bluetooth обычно называются узлами. Узлы добавляются в сеть путем инициализации, при использовании устройства, например, смартфона. При этом генерируются ключи безопасности для добавления устройства в сеть. После инициализации узлам присваиваются значения состояния, которые демонстрируют их статус и являются общими для сети. Возможно просто отображение включенного или выключенного состояния либо указание значения, например, яркости, установленной на 50%. Значения состояния могут генерироваться в качестве изменений путем отправки сообщения или запрашиваться другими узлами.

Поскольку Bluetooth Mesh представляет собой широковещательную систему, каждый узел передает информацию о своем состоянии всем другим узлам, используя несколько путей к ближайшим узлам. В результате создается надежная и масштабируемая сеть узлов, способных отправлять и принимать сообщения. Узлы взаимодействуют друг с другом, обмениваясь сообщениями многобайтового формата. В случае с Bluetooth Mesh существуют сообщения доступа и сообщения управления. При коммуникации на уровне приложений используются сообщения доступа, которые воздействуют на значения состояния и изменяют их (например, меняют включенное состояние выключенное), извлекают или отправляют через сеть. Сообщения управления влияют на работу самой сети, управляя расстоянием или связями между узлами.


3.jpg


РИС. 3 Сеть Bluetooth Mesh способна обеспечить широковещательную топологию для многих совместимых устройств, выступающих в качестве отдельных сетевых узлов.

 

Bluetooth Mesh идеально подходит для автоматизации зданий, поскольку не требует наличия шлюзов или маршрутизаторов для управления трафиком данных или передачи команд. Вместо этого узлы передают сообщения от источника к адресату волновым способом, таким образом, одни и те же данные передаются нескольким узлам одновременно. Это означает отсутствие единой точки отказа, и при удалении устройства из сети трафик данных просто перенаправляется через другие узлы. При этом также можно по желанию добавлять узлы в сеть или удалять их, не нарушая связи.


Расширение экосистемы автоматизации зданий



С помощью программируемых датчиков, встроенных в аварийные светильники в стратегических точках. Bluetooth Mesh позволяет создавать инфраструктуру, которую можно расширить для управления другими системами здания. Аналогичная двусторонняя система связи, используемая для управления аварийным освещением, может применяться для автоматизации здания, причем не только для повышения уровня безопасности, но и для контроля параметров окружающей среды с той же центральной консоли.

Давайте начнем с вопроса о том, каким образом расширенная интеллектуальная экосистема аварийного освещения может повысить уровень безопасности здания. Датчики в блоках аварийного освещения можно запрограммировать для обнаружения опасных условий и обеспечения безопасной эвакуации. Например, датчики можно запрограммировать на обнаружение огня, дыма, угарного газа и даже звуков выстрелов. При обнаружении опасности датчик запускает заданный вариант реагирования, например, сигнал тревоги, аварийное освещение или даже подает сигнал аварийным службам.

Возможно использование машинного обучения, чтобы аварийная система не только реагировала, но и работала на опережение. Например, при обнаружении пожара или иного источника опасности система может определить его местонахождение. На основании входящих данных датчика запрограммированная реакция может включать освещение пути к безопасному выходу, а не выдавать указание находящимся в здании людям двигаться к ближайшему выходу, поскольку в последнем случае они могут воспользоваться опасным маршрутом. Те же датчики можно использовать для определения факта присутствия людей в помещении, что упрощает проверку здания при эвакуации или определение местоположения людей, которые могли оказаться в ловушке. А поскольку вся система работает через Bluetooth Mesh, она доступна с любого устройства с поддержкой Bluetooth, например, с ноутбука, планшета или смартфона. Данные Bluetooth Mesh можно даже направить в Интернет и через сеть передать сотрудникам аварийно-спасательных служб, помогая им обнаружить источник опасности и определить местоположение людей в здании для их эвакуации.

Кроме того, такая экосистема может использоваться для повышения уровня безопасности здания. Например, аварийные светильники могут использовать функцию машинного обучения для управления доступом в здание. В аварийной ситуации электроника может заблокировать или разблокировать противопожарные двери для локализации опасности на основании входящей информации датчиков и инструкций системы машинного обучения. Система может использоваться и для управления доступом в здание. С помощью меток Bluetooth отдельным лицам может быть предоставлен или запрещен доступ к различным частям здания на основании метки на идентификационной карточке, что представляет собой намного более элегантное решение, чем клавишная панель для набора кода. Даже посетителям могут выдаваться временные карты с метками Bluetooth, не только предоставляющие доступ к определенным частям здания, но и направляющие в нужную точку с помощью Bluetooth-маяков и приложения-навигатора на основе местоположения на планшете или смартфоне. Благодаря меткам Bluetooth экосистема позволяет быстро найти сотрудников или необходимое оборудование – идеальное решение для медицинских учреждений и больниц.

Эти же датчики могут использоваться для мониторинга условий окружающей среды в системах автоматизации зданий. С помощью датчиков, расположенных в стратегических точках, система может отслеживать температуру окружающей среды, уровень освещения и другие параметры. Для обеспечения постоянного освещения датчики могут активировать команды затемнения или поднимать и опускать жалюзи в зависимости от наличия солнечного света. Также датчики можно запрограммировать на управление системой ОВК (отопление, вентиляция и кондиционирование) для регулировки температуры и влажности. Практически любые параметры окружающей среды можно контролировать с помощью датчиков аварийных светильников и системы зданий на базе инфраструктуры Bluetooth Mesh.



Общая платформа протоколов управления зданием




Для консолидации управления зданием в рамках единой управляющей экосистемы необходимо иметь возможность использовать различные протоколы управления зданием. Bluetooth Mesh представляет собой идеальный стандарт связи, поскольку позволяет обрабатывать данные почти любого типа. Однако при смешивании и согласовании системных протоколов требуется общий язык, обеспечивающий совместимость устройств.

Например, DALI (цифровой интерфейс освещения с возможностью адресации) уже давно является стандартом для систем управления освещением, но здесь нужен протокол BAS, например, BACnet, для управления системами ОВК. Если необходимо использовать один и тот же интерфейс для обеих систем, то важно найти решение для обеспечения их совместимости.

Обеспечение возможности подключения внутри схемы на основе Интернета вещей доказывает свою эффективность в качестве общего протокола для управления системами зданий. Существует распространенное заблуждение, что Интернет вещей заменит BAS; однако этого не произойдет. Наоборот, Интернет вещей опирается на отдельный протокол, который упрощает доступ к BAS и помогает в передаче данных. Один из подходов заключается во внедрении Niagara – схемы автоматизации зданий от Tridium, способной интегрироваться с системами управления освещением на базе таких решений, как elitedali от Fulham. Вне зависимости от подхода к проблеме потребуется общий протокол, подходящий для мониторинга и управления системами аварийного освещения и BAS, включая обмен данными и машинное обучение.

Интернет вещей предлагает ряд преимуществ в сфере управления зданиями. Интеграция элементов управления Интернета вещей в BAS упрощает процесс дистанционного управления температурой и средой здания через единую удаленную консоль. Интернет вещей можно также использовать для обнаружения системных сбоев, например, неисправностей аварийных светильников, что ускоряет процесс ремонта и снижает его стоимость. Возможно, наиболее важный аспект заключается в том, что, согласно исследованию, проведенному компанией Texas Instruments, развертывание расширенной системы управления освещением с опцией Интернета вещей и датчиками ОВК позволяет снизить энергопотребление на целых 40%.

Еще одним серьезным преимуществом внедрения Интернета вещей для поддержки BAS является удаленный доступ к системе. При наличии внешнего доступа к внутренним системам здания можно не только получить возможность дистанционного управления системами здания, но и открыть перспективы нового поколения приложений для интеллектуального анализа данных, оптимизации и планирования, включая новые облачные системы автоматизации.


Новое поколение компонентов Bluetooth



При наличии экосистемы, построенной вокруг беспроводных соединений между аварийными светильниками, можно ожидать появления на рынке новых интеллектуальных компонентов освещения. Появляются новые программируемые светильники и другие компоненты с поддержкой Bluetooth, которые можно без усилий включить в существующую систему Bluetooth Mesh. Эти интеллектуальные компоненты легко программируются – на заводе, у дистрибьютора или при установке – и модифицируются для обеспечения необходимых характеристик освещения и выполнения других функций.

Можно заметить также, что на рынке появилось новое поколение переходных драйверов для преодоления разрыва с экосистемой «умного» освещения. К числу этих беспроводных соединительных устройств относятся элементы управления затемнением в диапазоне 0-10 В или драйверы DALI для центральной системы управления.

Мы также ожидаем появления новых стратегий установки светодиодных светильников. Многие управляющие компании не готовы к переходу на интеллектуальные системы управления зданиями, однако на рынке появляются эффективные и экономичные устройства для инновационной модернизации освещения. Компания Fulham недавно представила новый светодиодный драйвер с технологией SmartLink, который можно добавить позднее для поддержки Bluetooth Mesh или других беспроводных сетевых протоколов, таким образом, драйвер можно установить сейчас и обновить в будущем. Многие поставщики также выводят на рынок компоненты освещения с поддержкой Bluetooth. EnOcean, например, предлагает беспроводные настенные переключатели с собственным источником питания для управления светильниками с беспроводным доступом Bluetooth

Возможно, перспективы в сфере автоматизации зданий заключаются в установке интеллектуальных светодиодных аварийных светильников с возможностями беспроводного соединения. С помощью программируемой беспроводной экосистемы аварийного освещения можно подключить все здание к единой инфраструктуре управления зданием. Благодаря Bluetooth Mesh можно по желанию добавлять устройства и использовать различные протоколы управления внутри единой системы. Интеллектуальное сетевое аварийное освещение обещает революцию в сфере автоматизации и одновременно повышает уровень безопасности зданий.