SCADA, АСУ ТП, контроллеры – основная тематика журнала «ИСУП»
Журнал «Информатизация и Системы Управления в Промышленности» публикует тематические материалы посвященные SCADA, АСУ ТП, контроллерам, автоматизации в промышленности.

Система автоматизации зданий на базе протокола BACnet

ORCAview – аппаратно-программный комплекс, разработанный компанией Delta Controls Inc. для построения систем управления зданиями. В статье подробно рассмотрено как программное, так и аппаратное обеспечение для ORCAview – контроллеры Delta Controls и варианты построения систем управления от локальных шкафов до системы диспетчеризации здания.

ООО «Дельта Контролс», г. Москва

Delta-Controls.png

Компания Delta Controls

Имея за плечами тысячи успешных инсталляций по всему миру, Delta Controls Inc. является мировым лидером в разработке и производстве высококачественных систем автоматизации зданий, использующих протокол BACnet и объединяющих климатические, энергетические системы и системы безопасности. С 1980 года оборудование Delta Controls улучшает эффективность управления коммерческой недвижимостью, частными и государственными зданиями, промышленными, транспортными, спортивными сооружениями, торгово‑развлекательными комплексами, школами, университетами и отелями.

Система управления Delta Cont­rols интегрирует любое BACnet-оборудование, включая устройства систем ОВК, освещения, контроля доступа. Всю систему можно контролировать через интернет с персонального компьютера оператора, находящегося в одном здании с объектом управления или в любом другом месте.


Описание системы ORCA

В состав системы управления ORCA (Open Real-time Control Architecture) входит программное обеспечение ORCAview и широкая номенклатура контроллеров, предназначенных для управления как системами здания, так и локальными объектами (бойлер, приточная установка, система наружного освещения). И программные средства, и контроллеры в качестве протокола передачи данных используют стандарт ISO/EN 16484-5 BACnet. Применение BACnet в качестве основного протокола упрощает построение системы, особенно при наличии оборудования третьих производителей, и увеличивает гибкость настройки требуемой функциональности системы.

Компания Delta Controls разработала ORCA как интегрированную систему управления зданием, в которой объединено управление системами ОВК, освещения и контроля доступа на едином протоколе BACnet. Этот принцип позволяет легко наращивать систему от размеров одного шкафа локальной автоматики управления тепловым насосом или приточной установкой до системы диспетчеризации, управляющей и контролирующей целое здание или комплекс зданий. С помощью применения BACnet можно с легкостью расширить функциональность системы за счет оборудования сторонних производителей, поддерживающих BACnet и имеющих функции, отсутствующие в системе Delta Controls. Например, дополнить функциональность контроллеров ОВК на протоколе BACnet можно за счет подключения к ним системы контроля и управления доступом (СКУД) производства Delta Controls.

Согласно стандарту BACnet, система управления ORCA насчитывает 4 уровня:
- уровень диспетчеризации (Ma­nagement Level);
- уровень автоматизации (Automation Level);
- полевой уровень (Field Level);
- уровень КИПиА (I/O Device Level).

К уровню диспетчеризации (Ma­nagement Level) относятся автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов, диспетчеров, администраторов (ПЭВМ с программным пакетом ORCAview).

На уровне автоматизации (Automation Level) располагаются так называемые «системные» контроллеры DSC (Delta System Controller) и DSM (Delta System Manager), предназначенные для управления большими установками типа центральных кондиционеров и выполняющие роль маршрутизаторов BACnet между уровнями системы управления. Как правило, эти контроллеры имеют увеличенный объем оперативной памяти и порты Ethernet, RS‑485 и RS‑232.

К полевому уровню (Field Level) относятся так называемые «полевые» контроллеры DAC/DAC-E (Delta Application Controller) и «полевые» модули дополнительных входов/выходов DFM (Delta Field Module) и ADM (Access Door Module) — модули СКУД.

Уровень КИПиА (I/O Device Le­vel), согласно стандарту BACnet, описывает работу Smart Sensor и Smart Actuator — датчиков и приводов, имеющих встроенные микроконтроллеры управления и подключаемых к АСУ здания по протоколу BACnet.

На рис. 1 приведена типовая архитектура системы управления ORCA.

Ris_1.png

Рис. 1. Типовая архитектура системы управления ORCA


Программный пакет ORCAview

Пакет операторского программного обеспечения ORCA­view имеет интуитивно понятный графический интерфейс и предоставляет мощные средства управления объектом. ORCAview обладает модульной структурой и включает в себя:
- модуль Navigator (рис. 2), позволяющий сконфигурировать систему управления, создать любое количество BACnet-объектов как в контроллерах, так и на рабочих станциях операторов, изменять значения и свойства объектов в режиме реального времени;

Ris_2.png

Рис. 2. Рабочее окно программного модуля Navigator

- модуль Illustrator (рис. 3), предназначенный для создания мнемосхем, как отображающих состояние отдельных систем или контроллеров, так и дающих обобщенное представление о статусе здания. Наличие библиотеки трех- и двумерных анимированных графических объектов позволяет быстро создать понятный графический интерфейс системы управления;

Ris_3.jpg

Рис. 3. Экран с мнемосхемой, созданной с помощью программного модуля Illustrator

- модуль программирования на алгоритмическом языке GCL+, который служит для создания, редактирования и отладки любых алгоритмов управления климатическим, энергетическим оборудованием или системами безопасности. В каждом контроллере может быть запущено несколько параллельно работающих программ, причем изменение каждой из них производится «на лету», без выключения контроллера или перевода его в режим программирования;

- модуль тревог, позволяющий создавать, редактировать и отображать тревоги и события в системе управления, выдавать их на АРМ операторов, подтверждать и записывать в базу данных для последующего анализа;

- модуль трендов, с помощью которого создаются, редактируются и отображаются тренды значений любых BACnet-объектов;

- модуль отчетов, позволяющий создавать любые отчеты о событиях или каких-либо данных системы управления ORCA и выводить их в файл PDF или отправлять по электронной почте как в ручном, так и в автоматическом режиме;

- модуль настройки системы безопасности, позволяющий давать или ограничивать доступ к действиям на любых объектах системы, а также записывать действия оператора в файл для последующего контроля правильности его работы;

- модуль СКУД, обеспечивающий настройку прав доступа в помещения, отображающий тревожные события (вскрытие дверей, проход по одной карте, попытки доступа в закрытые зоны и пр.). Данный модуль позволяет создавать полноценную систему контроля доступа на объекте, причем в состав АСУ здания могут входить контроллеры и программные пакеты различных производителей;

- модуль Historian для обеспечения хранения больших объемов данных в SQL-базе данных типа MSDE, MS SQL Server, MySQL. После записи данных в таблицы СУБД они готовы к дальнейшей обработке в других программных пакетах типа MS Office, SAP R/3 или 1 С;

- модуль ODBC-драйверов для передачи любых свойств любых объектов системы ORCA в любое Windows-приложение, поддерживающее стандарт ODBC. Это позволяет использовать для построения отчетов стандартный пакет MS Office.

Большинство этих модулей входит в базовую комплектацию пакета ORCAview, которая дает возможность сразу начать работу по созданию системы управления.

Благодаря поддержке протокола BACnet с помощью пакета ORCAview можно отображать и использовать в работе контроллеров Delta Controls объекты из контроллеров сторонних производителей, поддерживающих данный стандарт.


Аппаратное обеспечение

Рассмотрим основные типы контроллеров, входящих в систему ORCA, и их характеристики.

Четыре уровня системы управления соединяются различными шинами передачи данных. Уровни 1 и 2, как правило, соединяются по Ethernet (BACnet over Ethernet, BACnet IP); уровни 2 и 3, а также 3 и 4 — по RS‑485 (BACnet MS/TP), ZigBee. На втором, третьем и четвертом уровнях расположены микропроцессорные устройства, предназначенные для мониторинга и управления некими системами здания. В отечественной практике уровни 2 и 3 объединены понятием «локальная автоматика».

Delta Controls разрабатывает и производит оборудование, относящееся ко всем четырем уровням.

Практически все контроллеры являются свободно программируемыми и универсальными, с предустановленными на заводе функциями диспетчеризации. Каждый контроллер работает под управлением многозадачной операционной системы с возможностью обновления ее в онлайн-режиме. Система ORCA в настоящее время является единственной интегрированной системой управления зданием, построенной на протоколе BACnet на всех уровнях.

Системные маршрутизаторы DSM служат для передачи BACnet-сообщений между уровнем полевой шины BACnet MS/TP (RS‑485) или BACnet PTP (RS‑232) и уровнем диспетчеризации BACnet over Ethernet или BACnet IP. Также маршрутизаторы могут работать в режиме шлюза протоколов Modbus RTU или JBUS для трансляции регистров Modbus в объекты BACnet и обратно. Это позволяет интегрировать с АСУ здания анализаторы качества электроэнергии, дизель-генераторы, источники бесперебойного питания, прецизионные кондиционеры и т. п. Маршрутизаторы не имеют входов и выходов, но тем не менее в них можно создавать программы управления, обрабатывающие данные, расположенные в других контроллерах системы.

Системные контроллеры DSC предназначены для управления установками с большим количеством входов/выходов, а также могут осуществлять функции маршрутизации сообщений между шиной Ethernet и RS‑485/RS‑232. В линейку системных контроллеров входят: DSC‑1616E, DSC‑1212E, DSC‑1180E, DSC‑1146E, DSC‑633E, DSC‑606E. Первые две цифры показывают количество входов контроллера, третья — количество аналоговых выходов, четвертая — бинарных. Контроллеры DSC‑1616E и DSC‑1212E имеют 16 входов / 16 аналоговых выходов и 12 входов / 12 аналоговых выходов соответственно. Каждый вход контроллера — универсальный и может принимать аналоговые сигналы 0–5 В, 0–10 В, 4–20 мА, «сухой контакт» и термистор 10 кОм тип 3. Переключение типа входа осуществляется с помощью перемычки, расположенной на плате контроллера. Аналоговые выходы выдают сигнал 0–10 В, а бинарные — тиристор 24 В переменного тока на 0,5 А. При необходимости аналоговый выход может быть программным путем сконфигурирован как бинарный, при этом необходимо установить развязывающее реле, например Sontay IO-ORM1.

Полевые контроллеры DAC/DAC-E предназначены для управления установками с небольшим количеством входов/выходов и не выполняют функции маршрутизации. В линейку входят контроллеры DAC‑1180/1180E, DAC‑1146/1146E, DAC‑633/633E, DAC‑606/606E, DAC‑322, DAC‑304. Модели контроллеров с буквой «E» могут соединяться по Ethernet (BACnet over Ethernet, BACnet IP). Тип полевых контроллеров расшифровывается так же, как у системных, кроме того, имеется полное соответствие по типам входов и выходов.

Модули расширения DFM служат для увеличения количества входов/выходов контроллера. Они подключаются по шине RS‑485 и могут размещаться на расстоянии до 1200 м от контроллера. В линейку входят модули DFM‑1600, DFM‑1616, DFM‑440, DFM‑404, DFM‑400, DFM‑400P. Тип модулей расшифровывается так же, как у контроллеров. Имеется полное соответствие по типам входов и выходов.

Для построения системы вентиляции с переменным расходом воздуха в линейке есть специальные контроллеры DZNT. Они состоят из двух частей: настенного пульта-контроллера с BACnet MS/TP и терминального модуля, устанавливаемого на регулятор расхода воздуха (VAV-box или VVT-box). Поскольку данное решение лучше всего применять в бизнес-центрах или других зданиях, где расположено большое количество помещений с индивидуальной вентиляцией, Delta Controls разработала технологию замены экранированного кабеля RS‑485 на обычную витую пару 5‑й категории. Такой подход резко сокращает стоимость кабельной разводки контроллеров и ускоряет монтаж.

В системе ORCA есть специализированные контроллеры СКУД, которые позволяют построить полноценную систему контроля и управления доступом на базе протокола BACnet. Это дает возможность использовать информацию о наличии (отсутствии) людей в помещениях здания для изменения режимов работы систем вентиляции, кондиционирования, отопления, освещения, что приводит к значительному энергосбережению и снижению стоимости владения зданием. СКУД поддерживает до 10 тыс. карт доступа и до 4 млн дверей. Также контроллеры ASM способны осуществлять маршрутизацию между уровнями Ethernet и RS‑485, благодаря чему можно отказаться от использования выделенных системных маршрутизаторов DSM.

Конструкция контроллеров предусматривает установку на монтажную панель или DIN-рейку. Сенсорные экраны, сетевые термостаты или сенсоры могут быть установлены прямо на стену помещения или на дверь шкафа управления.

Наличие у Delta Controls собственных отделов исследований, разработки, производства и клиентской поддержки гарантирует высочайший уровень технологий, качества продукции и обслуживания клиентов.

Система управления качеством контролирует весь процесс производства продукции от разработки до обслуживания на объекте. Компания Delta Controls имеет сертификат ISO 9001:2000.

Статья опубликована в журнале «ИСУП», № 6(66)_2016

ООО «Дельта Контролс», г. Москва,
тел: +7 (495) 988‑8028,
e‑mail: info@deltacontrols.ru,
www.deltacontrols.ru