OPTIMÁL - Energia-racionalizálás és energia-monitoring

A projekt célja

A projekt célja egy olyan általános célú, kedvező árú szabályzó kifejlesztése volt, ami PC bázisú hardverre építkezve nyílt forráskódú operációs rendszert használva képes ellátni a hagyományos épületfelügyeleti rendszerek feladatait, de telepítése nem igényel speciális hardver és szoftver eszközöket. A választott megoldás egy olyan osztott intelligenciájú rendszer létrehozását jelenti, amiben a jellemzően nagy adatpont kapacitású, centralizált szabályzást több kisebb végpontszámmal dolgozó, de nagy műveleti sebességű processzorral rendelkező egységre bontsuk meg. Ezek a kisebb olcsó önálló muködésre képes, szabványos hálózati interfacet és protokollt használó eszközök lehetővé teszik az akár berendezés szintről történő moduláris, a pillanatnyi igényekhez alkalmazkodó rendszerfejlesztést. A rendelkezésre álló nagy tároló kapacitás nem korlátozza a helyben tárolt adatok mennyiségét ezért minden szabályzóra letölthető a teljes rendszer és helyben tárolhatóak és feldolgozhatóak az adatok. Az adott szabályzón, web-es felületen történik az aktuális feladatnak megfelelő szoftver modulok aktiválása és paraméterezése.

A fejlesztéssel megvalósult egy saját fejlesztésű és gyártású monitoring és beavatkozó rendszer, ami teljes körűen lefedi és egy rendszerbe integrálja egy adott ingatlan vagy ingatlan csoport működtetésével kapcsolatos összes épületgépészeti berendezést, erős áramú hálózatot és energiagazdálkodási területet, nem gyártó specifikus eszközökre alapozva, kiemelt figyelmet fordítva a megújuló energiaforrások használatára képes eszközök kezelésére.

Az alkalmazási terület és a megcélzott piaci szegmens a nagyvállalati rendszerszerektől a lakás méretű ingatlanokig terjed. Az egyes szabályozóknak képesek az egymás közötti valamint más adatbázis-kezelővel történő kétirányú kommunikációra. A PC bázis és az operációs rendszer lehetőségeit kihasználva, a kifejlesztett eszköz lehetőséget biztosít más, nem a felügyeleti rendszer részét képező alkalmazás futtatására is, valamint ezek helyben keletkező adatainak tárolására, feldolgozására.

Ami egy intelligens épülethez kell

Hűtés, fűtés, világítás – egy épület három, közvetlenül érzékelt funkciója, ami nem csak a komfortérzetet, de az üzemeltetési költségeket is nagyban befolyásolja. Egy épületfelügyeleti rendszernek azonban ennél jóval többet kell tudnia. Ezen dolgozik az Optima Klíma Zrt.

Egy épület fenntartása mára olyan komplex feladattá vált, melynek elvégzéséhez különböző felügyeleti, üzemeltetési rendszerek szükségesek. Ez ugyanakkor fordítva is igaz, a rendszerek technikai és informatikai fejlődése magas fokú automatizálást és racionalizálást tett lehetővé. Az épület-felügyeleti rendszerek kontrollálni és irányítani tudják az épületek épületgépészeti, épületvillamossági rendszereit, a gépeket és elektronikus berendezéseket. A külső és belső körülményeknek megfelelően vezérlik egyebek mellett a hűtést, fűtést, világítást, a biztonságtechnikai, kényelmi berendezéseket, hatékony alkalmazásukkal az épület gazdaságosan és kényelmesen üzemeltethető.

Egy átlagos épületfelügyeleti rendszert három nagyobb egység alkot: a bemeneti adatokat gyűjtő érzékelők, termosztátok (például hő-, fény- és páramérők); a saját vezérléssel rendelkező kétirányú kommunikációs beavatkozó eszközök (kapcsolók, fogyasztásmérők, frekvenciaváltók stb.), valamint maga az épületfelügyeleti szerver, amely a különböző programok alapján irányítja a rendszer által felügyelt elemeket.

Ez utóbbi elem megújítását, továbbfejlesztését tűzte ki célul az Optima Klíma Zrt.. "energia-racionalizálás és energia-monitoring összetett felhasználói rendszerekben” című projektjével. A projekt célja olyan általános célú, kedvező áru szabályzó kifejlesztése, ami PC bázisú hardverre építkezve, nyílt forráskódú operációs rendszert használva képes ellátni a hagyományos épületfelügyeleti rendszerek feladatait, de telepítése nem igényel speciális hardver és szoftver eszközöket, azaz központi szerver nélkül végzi a komplex irányítást.

Ez osztott intelligenciájú rendszer létrehozásával oldható meg, a jellemzően nagy adatpont kapacitású, centralizált szabályozás helyett több kisebb végpontszámmal, de nagy műveleti sebességű processzorral rendelkező egység felügyeletével. Ezek a kisebb, olcsó, önálló működésre képes, szabványos hálózati interface-t és protokollt használó eszközök lehetővé tennék az akár berendezés szintről történő moduláris, a pillanatnyi igényekhez alkalmazkodó rendszerfejlesztést.

A projekt során saját fejlesztésű és gyártású monitoring- és beavatkozó rendszer épül fel, ami teljes körűen lefedi és egy rendszerbe integrálja egy adott ingatlan vagy ingatlancsoport működtetésével kapcsolatos összes épületgépészeti berendezést, erősáramú hálózatot és energiagazdálkodási területet, lehetőleg nem gyártóspecifikus eszközökre alapozva, kiemelt figyelmet fordítva a megújuló energiaforrások használatára képes eszközök kezelésére.

A tervezett alkalmazási terület és a megcélzott piaci szegmens a nagyvállalati rendszerszerektől a lakás méretű ingatlanokig terjed. Az egyes szabályozóknak képesnek kell lenniük az egymás közötti, valamint más adatbázis-kezelővel történő kétirányú kommunikációra. A PC-bázis és az operációs rendszer lehetőségeit kihasználva a kifejlesztett eszköz lehetőséget biztosít más, nem a felügyeleti rendszer részét képező alkalmazás futtatására is, valamint ezek helyben keletkező adatainak tárolására, feldolgozására.

Szakaszok

A projekt három, egymásra épülő munkaszakaszból állt,

Épületautomatikai rendszerek elemzése

A piacvezető épületfelügyeleti rendszerek közül az elemzésbe az alábbi gyártó termékeit vonták be:

Honeywell épületfelügyeleti rendszer,
Siemens épületfelügyeleti rendszer,
Schneider épületfelügyeleti rendszer,
Johnson Control épületfelügyeleti rendszer.

Megvizsgálták a rendszerek kialakítását, alkalmazhatóságát, értékelték az egyes rendszerek által megcélzott piaci szegmenst, a „comunication protocol” lehetőségeket, a programozási környezetet, a vezérelt, felügyelt rendszereket. Az elemzés alapján a Honeywell épületautomatika rendszert választották. A kutatómunka során a kifejlesztendő automatika-megoldást a hasonló Honeywell termékkel hasonlítják össze, ez fogja képezni az értékelés, a minősítés alapját. Az összehasonlíthatóság érdekében az érzékelő és beavatkozó eszközöket a Honeywell termékskálájából választották.

Tesztkörnyezet kialakítása

A kifejlesztendő PLC (Programmable Logic Controller, az ipari szabályozástechnikában, a villamos, vagy villamosan működtetett folyamatok irányításában használt berendezés) alapú szabályozó működésének vizsgálatához valós tesztkörnyezet felépítésére van szükség. Ez lehetővé teszi a szabályozó működésének értékelését, a továbbfejlesztés feladatainak meghatározását a tényleges alkalmazásnak megfelelő valós épületgépészeti rendszerek, rendszerelemek esetében.

A szabályozó fejlesztése során az ellenőrzéshez és minősítéshez a szabályozott jellemző viselkedéseit veszik alapul. Ehhez folyamatos mérést és adatgyűjtést végeznek. A mérési eredményeket matematikai statisztika valószínűségelméleti alapon értékelik. A kiértékelés súlyozott pontszámrendszer alapján történik, a vizsgálati szempontok egyedileg meghatározott pontértékei alapján. A pontértékeket egyedileg, a fejlesztett rendszer tervezett tudásszintje, céljai alapján határozzák meg.

Négyévszakos adatgyűjtés

Az Optima Klíma Zrt. a kutatási tervben üzemelő rendszerekben tizenkét hónapos, folyamatos adatgyűjtés eredményeinek felhasználását vállalta. Ehhez két épületet választottak, a Budapest Bank XI. kerületi Etele úti bankfiókját, illetve a GE Hungary Kft. adatközpontját. Mindkét épület épületgépészeti üzemeltetője az Optima Klíma Zrt., így a rögzített adatok hozzáférhetősége biztosított volt.

Mindkét rendszer esetében a KwakLab Kutatóintézet elemezte az éves üzemmeneti adatokat a szabályozástechnika értékeléséhez. A szabályozott jellemző értékeinek valószínűségelméleti, matematikai statisztikai alapú kiértékeléséhez saját programot fejlesztettek. Az értékelés során meghatározták a kiválasztott szabályozott jellemzők átlagértékeit, szórását. A kutatómunka eredményeit épületenként önálló zárójelentésben foglalták össze.

Eszköz-fejlesztés, tesztelés

A projekt következő munkaszakaszaiban a szakemberek a tesztek és a valós adatok gyűjtése során kiválasztott PLC-hez kiválasztották az operációs rendszert, kifejlesztették a programot, majd az így teljessé váló szabályozástechnikai rendszert telepítették a tesztkörnyezetben, az ott nyert adatok alapján pedig továbbfejlesztették, optimalizálták. A végső lépés ezek után a piacképes termék elkészítése és auditálása volt.