Thiết kế và quản lý hệ thống mạng cho Building

Sự tăng trưởng và phát triển nhanh chóng của công nghệ tiên tiến đã mang lại lợi ích đáng kể cho môi trường xây dựng. Những tiến bộ trong công nghệ hệ thống tòa nhà đã dẫn đến sự phát triển rộng rãi của các Tòa nhà thông minh Buiilding. Tòa nhà Thông minh là một tòa nhà sử dụng công nghệ để tự động hóa hoạt động của các hệ thống tòa nhà nhằm nâng cao sự an toàn, hiệu quả và sự thoải mái của người cư ngụ. Tòa nhà Thông minh sử dụng công nghệ để giám sát hệ thống cơ sở vật chất và thực hiện bất kỳ điều chỉnh cần thiết nào. Mục tiêu của Tòa nhà Building là sử dụng máy tính và phần mềm để điều khiển hệ thống chiếu sáng, hệ thống báo động, HVAC (sưởi ấm, thông gió, điều hòa không khí) và các hệ thống khác thông qua một giao diện máy tính duy nhất, vì thế mà việc thiết kế và quản lý hệ thống mạng cho Building là rất quan trọng. Mặc dù không có tiêu chuẩn chung về Tòa nhà thông minh, nhưng có một số đặc điểm chung mà hầu hết các Tòa nhà thông minh đều có chung. Thông thường, Tòa nhà thông minh cung cấp:

• Khả năng kiểm soát các hệ thống mạng cho tòa nhà Building. Chức năng cơ bản nhất cần có đối với Tòa nhà Thông minh là kiểm soát các hệ thống chính của tòa nhà ảnh hưởng đến sự an toàn, hiệu quả và sự thoải mái của người ở. Các hệ thống đó bao gồm HVAC, hệ thống an toàn cứu hỏa và sinh mạng, hệ thống báo động, kiểm soát ra vào hoặc bất kỳ hệ thống nào khác được công nhận là quan trọng đối với hoạt động của cơ sở.
• Khả năng thực hiện các nhiệm vụ quản lý phức tạp. Tòa nhà Thông minh có thể chủ động quản lý hệ thống theo cả lịch trình đặt trước và thay đổi, điều kiện môi trường và các sự kiện khẩn cấp.
• Khả năng phối hợp các hành động giữa và giữa nhiều hệ thống. Tòa nhà Thông minh phải có khả năng điều khiển nhiều hệ thống phối hợp để đạt được một hành động phối hợp duy nhất.
• Khả năng giao tiếp và báo cáo. Hệ thống Tòa nhà thông minh có thể tạo thông tin và báo cáo chi tiết, tùy chỉnh bằng cách sử dụng các phương pháp kết nối hiện đại (chẳng hạn như xml qua IP). Thông tin này được sử dụng bởi người quản lý cơ sở để giám sát cơ sở. Hệ thống tòa nhà thông minh có thể tạo báo cáo toàn diện, gửi cảnh báo qua e-mail tự động và tạo ra các báo cáo tùy chỉnh khác theo yêu cầu của người quản lý cơ sở. Đồng thời, hệ thống Tòa nhà Thông minh giao tiếp với các hệ thống, cơ sở bên ngoài, các bên liên quan, văn phòng từ xa hoặc trụ sở chính, hoặc bất kỳ thực thể nào khác mà người quản lý cơ sở xác định.

Thiết kế hệ thống mạng cho Building

Hệ thống cơ sở hiện đại sử dụng các cảm biến và thiết bị điều khiển được liên kết với hệ thống điều khiển trung tâm. Các cảm biến và thiết bị điều khiển này được lắp đặt trong toàn bộ cơ sở. Trước đây, mỗi hệ thống riêng lẻ sẽ có một bộ cáp riêng cho phép nó giao tiếp với hệ thống điều khiển trung tâm. Điều này vẫn xảy ra ở nhiều cơ sở, nhưng các tòa nhà mới hơn đang triển khai các mạng hội tụ hoạt động như một xương sống truyền thông duy nhất cho nhiều hệ thống. Các hệ thống mạng dựa trên Giao thức Internet (IP) ngày càng trở nên phổ biến như một xương sống truyền thông cho các hệ thống cơ sở. Nhiều cơ sở hiện đang bắt đầu triển khai nhiều hệ thống Tòa nhà thông minh cũng như các Mạng cục bộ quản trị trên một mạng dựa trên IP duy nhất. Hầu hết các nhà sản xuất BAS và các cảm biến và điều khiển liên quan đang thiết kế các sản phẩm của họ để hoạt động trên mạng IP. Một số lợi ích chính của việc sử dụng một mạng đơn lẻ bao gồm:

• Hiệu quả về chi phí. Nhiều hệ thống, chẳng hạn như BAS, mạng LAN công ty (mạng cục bộ), VoIP (Giao thức thoại qua Internet), và thậm chí cả tín hiệu video có thể được chạy trên một mạng duy nhất. Thay vì nhiều bộ cáp, chỉ cần một bộ. POE (Power-Over-Ethernet) có thể cấp nguồn cho các thiết bị điện áp thấp thông qua cáp mạng mà không cần nguồn điện riêng. Điều này loại bỏ một hệ thống cáp khác. Một số hệ thống kiểm soát truy cập và giám sát video hiện chỉ sử dụng một cáp CAT6 duy nhất cho mỗi thiết bị, loại bỏ nguồn điện riêng biệt.
• Dung lượng dữ liệu cao hơn. Hệ thống IP có thể giao tiếp với tốc độ 10 MB / giây trên các hệ thống cáp cũ hơn; 100 MB / giây là phổ biến trên hầu hết các hệ thống. Tốc độ này thường nhanh hơn hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn lần so với các giao tiếp trước đây trên hệ thống cáp không phải IP. Dung lượng bổ sung này cho phép bạn vận hành nhiều hệ thống trên một mạng duy nhất.
• Tính linh hoạt cao hơn. Các mạng dựa trên IP mới hơn có thể dễ dàng nâng cấp để có tốc độ nhanh hơn, thường mà không cần thay thế hệ thống cáp. Đồng thời, các hệ thống mới có thể dễ dàng được thêm vào mạng hiện có.
• Nhiều tùy chọn nhà cung cấp. IP không phụ thuộc vào nhà cung cấp, vì vậy người quản lý cơ sở có thể chọn từ nhiều sản phẩm của các nhà sản xuất khác nhau để xây dựng mạng.

Ước tính tải mạng

Hệ thống mạng rất phức tạp và thường không trực quan. Ước tính tải mà hệ thống sẽ đặt trên mạng là một nhiệm vụ rất phức tạp và sẽ có tác động rất lớn đến sự thành công của hệ thống. Bạn có nên thuê một nhà thiết kế mạng (tốt nhất là có chứng chỉ CCNA) để thiết kế và triển khai mạng hay không. Cũng cần lưu ý rằng video giám sát có thể gây căng thẳng cho mạng IP hơn nhiều so với hệ thống kiểm soát truy cập hoặc BAS. Sử dụng video trên mạng IP có thể sử dụng hàng trăm, thậm chí hàng nghìn băng thông so với hệ thống kiểm soát truy cập. Đảm bảo tìm hiểu kỹ dung lượng mạng của bạn trước khi thêm video vào các mạng vận hành các hệ thống tòa nhà quan trọng.

Cáp mạng thích hợp

Một trong những trở ngại lớn nhất đối với một mạng IP hội tụ, duy nhất thường là loại cáp được lắp đặt trong cơ sở. Nhiều cơ sở vẫn sử dụng cáp CAT5, không đủ để chạy một số hệ thống băng thông cao, mới hơn như video và VoIP. Ngay cả cáp CAT5E, cung cấp băng thông cao hơn CAT5, cũng nhanh chóng trở nên lỗi thời trong bóng tối của các hệ thống mới được phát triển, tiên tiến và yêu cầu dung lượng dữ liệu lớn của chúng. CAT7 rất được khuyến khích cho các hệ thống ngày nay và có thể phù hợp với các hệ thống đang phát triển trong tương lai. Nếu bạn đang nâng cấp lên hệ thống cáp mới hoặc lắp đặt hệ thống cáp trong một cơ sở mới, chi phí bổ sung của cáp CAT7 là tối thiểu so với những lợi thế lâu dài. Cáp quang cung cấp dung lượng cao nhất, hiện tại lên đến 10 GB / giây, nhưng chi phí cao hơn so với CAT7 và thường không được sử dụng rộng rãi trong các cơ sở. Có thể là một rủi ro khi chạy tất cả các hệ thống Tòa nhà Thông minh trên một mạng dữ liệu duy nhất. Tuy nhiên, bạn có thể giảm thiểu rủi ro này bằng cách đầu tư vào thiết bị có thể xử lý các nhu cầu của bạn một cách an toàn và đảm bảo có các hệ thống dự phòng. Giống như tất cả các công nghệ khác, có thể một ngày nào đó mạng IP sẽ bị lỗi, vì vậy điều quan trọng là phải có một nhà cung cấp dịch vụ mạng sẵn sàng cho các trường hợp khẩn cấp.

Giao tiếp không dây

Một số nhà sản xuất thiết bị BAS đang chế tạo thiết bị giao tiếp qua kết nối vô tuyến không dây sử dụng giao tiếp mạng LAN không dây chuẩn 802.11. Ưu điểm của các hệ thống này là chúng không yêu cầu cáp mạng, điều này có thể khó lắp đặt ở một số khu vực cơ khí, trên mái nhà và những nơi khác có thể đặt hệ thống BAS. Những thách thức đặt ra bởi giao tiếp không dây đến từ một số lĩnh vực:

• Sự can thiệp từ các vật liệu vật lý. Thép, gỗ, bê tông hoặc hầu hết mọi vật liệu sẽ hấp thụ hoặc phản xạ một số tín hiệu từ thiết bị không dây. Điều này có thể làm giảm tín hiệu đến mức không thể sử dụng được.
• Nhiễu từ các nguồn điện từ. Nguồn vô tuyến, đèn huỳnh quang, thiết bị điện và hệ thống cáp có thể gây nhiễu tín hiệu không dây.
• Quá ít (hoặc quá nhiều) điểm truy cập không dây. Để mạng không dây hoạt động, cần có số lượng và vị trí chính xác của các điểm truy cập để kết nối tín hiệu không dây với mạng có dây.

Nếu tồn tại bất kỳ yếu tố nào trong số này, kết quả liên lạc chậm sẽ do tín hiệu chất lượng thấp hoặc nhiễu. Do đó, các thiết bị không dây có thể không hoạt động. Để xác định xem các yếu tố này có tồn tại trong các khu vực bạn muốn sử dụng cảm biến và thiết bị BAS không dây hay không, bạn nên tiến hành khảo sát không dây trước khi lắp đặt. Cuộc khảo sát sẽ cho bạn biết nhiễu nào, nếu có, và tốc độ kết nối của bạn sẽ như thế nào. Nếu tốc độ kết nối không đủ nhanh, bạn có thể cần cài đặt bộ lặp không dây để cải thiện cường độ và chất lượng tín hiệu cũng như tăng tốc độ kết nối.

Giao tiếp thiết bị trong các tòa nhà thông minh

Tòa nhà thông minh giao tiếp với thiết bị của họ bằng cách gửi tín hiệu trong giao thức truyền thông qua mạng dữ liệu. Hãy coi giao thức như ‘ngôn ngữ’ mà hệ thống nói và mạng là ‘đường dây điện thoại’ mang cuộc trò chuyện (mặc dù mạng phức tạp hơn nhiều so với đường dây điện thoại). Hệ thống Tòa nhà thông minh giao tiếp bằng cách gửi tín hiệu qua mạng đến và đi từ các cảm biến, bộ truyền động và phần mềm điều khiển. Thông tin được gửi trong các phân đoạn nhỏ, được gọi là các gói tin. Sẽ rất hữu ích khi coi một gói tin như một bản fax, đi qua máy fax từng trang một, với một thông báo xác nhận được trả về sau mỗi trang được gửi đi. Tất nhiên, tất cả điều này xảy ra nhanh hơn nhiều so với một máy fax hoạt động. Các gói tin được gửi đi và xác nhận chỉ trong vài giây. Mỗi gói tin chứa thông tin được viết bằng một giao thức, một ngôn ngữ mà cả người gửi và người nhận đều hiểu.

Các giao thức

Trong những ngày đầu của BAS, mỗi nhà cung cấp đều có một giao thức độc quyền mà chỉ riêng họ sử dụng. Do đó, không thể sử dụng bất kỳ sản phẩm nào ngoại trừ những sản phẩm do nhà sản xuất BAS cung cấp. Tuy nhiên, với sự phổ biến của mã nguồn mở, các nhà sản xuất BAS đã làm cho sản phẩm của họ trở nên chung chung hơn. Điều này đã cho phép khách hàng lựa chọn các sản phẩm khác nhau từ các nhà sản xuất khác nhau mà vẫn có các thành phần hoạt động cùng nhau. Hai trong số các giao thức mã nguồn mở phổ biến nhất là BACnet và LonWorks.

Chọn một giao thức

Có một số cuộc tranh luận giữa các chủ sở hữu cơ sở và các nhà quản lý, kỹ sư và kiến ​​trúc sư, về việc liệu BACnet hay LonWorks có phải là giao thức ưu việt hay không. Vẫn còn một số tranh luận về định nghĩa “mã nguồn mở” và điều gì làm cho một hệ thống thực sự mở. BACNet hoàn toàn độc lập với nhà cung cấp và không yêu cầu chip độc quyền trong các thiết bị của mình. Tuy nhiên, hệ thống LonWorks được sử dụng rộng rãi và được toàn ngành chấp nhận. Nhiều nhà sản xuất BAS đã thỏa hiệp giữa hai giao thức bằng cách thiết kế hệ thống của họ để giao tiếp với thiết bị BACnet hoặc LonWorks và hoạt động trên nhiều loại mạng. Ngoài ra còn có một số giao thức khác đang tồn tại, mặc dù BACnet và LonWorks đang trở thành tiêu chuẩn của ngành. Tuy nhiên, một số thiết bị vẫn hoạt động bằng các giao thức cũ hơn như RS232 hoặc Modbus trong một phần hoặc toàn bộ cơ sở. COBA (Tự động hóa tòa nhà mở được kết nối), là một hệ điều hành dựa trên Linux nhưng đã có một số thành công hạn chế. Nhiều nhà sản xuất BAS cung cấp khả năng nói chuyện với các thiết bị sử dụng các giao thức này.

Xem thêm: hệ thống mạng cho Building, dây nhảy quang loại Slim, cáp mạng chạy được khoảng cách bao xa