Komponenty domowej automatyki i inteligentnego budynku

Systemy automatyki domowej są w stanie zarządzać pracą większości urządzeń znajdujących się w budynku oraz jego otoczeniu. Pierwsze tego typu systemy skupiały się na sterowaniu oświetleniem, kontroli temperatury pomieszczeń (sterowanie klimatyzacją i ogrzewaniem) oraz zarządzaniu zasilaniem urządzeń elektrycznych. Nowsze rozwiązania oferują więcej możliwości, cechują się ponadto wysokim poziomem autonomiczności, przez co w mniejszym stopniu wymagają interwencji użytkownika. Ponadto często korzystają z koncepcji IoT (Internet of Things), dzięki czemu mogą być obsługiwane za pomocą dowolnego urządzenia z dostępem do Internetu, jak np. smartfona.

Do niedawna w domach pojawiały się przede wszystkim przedmioty zapewniające komfort i wygodę jak termostaty. Niemniej ich cechą wspólną było to, że te wszystkie elementy nie działały autonomicznie i wymagały obsługi przez użytkownika. Dlatego połączenie urządzeń zapewniające komunikację, to innymi słowy stworzenie inteligentnego domu. Już jest część sprzętu konsumenckiego, która pozwala na dołączenie do sieci i chmury, a niektóre z nowinek, jak Alexa Echo lub Google Home oraz HomePod z Siri, pozwalają na sterowanie głosem. Trend sterowania językiem neutralnym będzie się szybko upowszechniał i pojawi się w nowych wersjach urządzeń domowych i AGD wymuszając na nich dołączenie do sieci. Tak jest bezpieczniej i taniej oraz bardziej przyjaźnie dla użytkowników. Niemniej cały czas operacyjność urządzeń pozostaje zadaniem do wykonania, a dom skomunikowany – connected home – to nadal przyszłość. Następna ewolucja jest w fazie spekulacji, niemniej da się dostrzec jej zwiastuny. Wykorzystując zaawansowanie sztucznej inteligencji (AI), uczenie maszynowe (ML), przetwarzanie języka naturalnego i rozpoznawanie obrazów, dom stanie się proaktywny i zyska zmysły za pomocą czujników wykrywających ruch, temperaturę, zapach itp.

Bezprzewodowość jest kluczowym czynnikiem przewagi rynkowej produktów do inteligentnego domu, bo przymuszenie konsumentów do instalacji urządzeń wymagających okablowania to zadanie niezwykle trudne. Instalacja musi obejmować wiele takich elementów, rozlokowanych we wszystkich pomieszczeniach i nawet przy dużej woli ze strony potencjalnego inwestora często nie da się wykonać okablowania w sposób nieuciążliwy. Nawet jeśli rozwiązania przewodowe bazują na pojedynczej skrętce przewodów wykorzystywanych do zasilania i komunikacji, dla wielu potencjalnych użytkowników jest to nie do przyjęcia z powodu estetyki. To z reguły jest domena dużych budynków użyteczności publicznej, biur i innych miejsc, gdzie instalację przewodów można przewidzieć na etapie budowy lub tam, gdzie są wydzielone kanały techniczne na instalacje.

Problemy te rozwiązuje komunikacja bezprzewodowa, zarówno bazująca na jakimś uznanym standardzie jak Bluetooth LE lub ZigBee lub bez standardu, w oparciu o protokół producenta lub dostępny w ramach chipów komunikacyjnych działających w pasmach ISM. Najnowsze standardy takie jak Bluetooth w wersji 5 zapewniają na tyle dużą efektywność energetyczną połączenia, że instalowane sensory mogą być z powodzeniem zasilane z baterii jednorazowych, bo starczają one na bardzo długo.

Główne czynniki sprzyjające rozwojowi rynku #1

Z

 

Listę czynników pozytywnie wspierających rozwój rynku produktów do inteligentnego domu otwierają „wygoda i komfort”, czyli potrzeba klientów o takim charakterze. Drugi czynnik, oszczędność energii i mediów, ma charakter bardziej utylitarny, ale także zyskuje na znaczeniu w przy kolejnych podwyżkach cen prądu. Pozostałe istotne czynniki to m.in. zwiększająca się wielkość rynku na takie produkty. Wynika z ogólnie dużego nasycenia naszego otoczenia urządzeniami technicznymi oraz możliwości budowy instalacji w oparciu o połączenie bezprzewodowe. Instalacja, która wymaga uprzedniego położenia przewodów, kucia ścian i prac budowlanych, nie jest tym, czego oczekują potencjalni inwestorzy instytucjonalni i domowi.

Wiele standardów branżowych

Standardów branżowych, które są wykorzystywane w systemach automatyki budynkowej, jest wiele, a poza nimi spora część rynku obsługiwana jest z użyciem rozwiązań specyficznych dla producenta, przez co kompatybilność produktów jest niewielka.

W zakresie rozwiązań przewodowych największą popularność ma KNX (dawniej EIB). Jest w stanie obsłużyć instalacje elektryczne, teletechniczne, HVAC, alarmowe, nagłośnienia, monitoring, zabezpieczenia budynków, opomiarowanie i wszystkie inne działające w budynku. Ma zatem duży potencjał i możliwości oraz jest wspierany przez ponad 400 producentów sprzętu i w zakresie automatyzacji przewodowej dużych budynków może być postrzegany jako numer 1. Nie wiadomo, czy w przyszłości pozycja KNX się nie zmieni, bo szybko upowszechnia się SPE, czyli Ethernet działający na pojedynczej skrętce przewodów (KNX też jest 2-przewodowy). W zastosowaniach przemysłowych jest to już rozwiązanie popularne i doceniane, jeśli chodzi o możliwość tworzenia instalacji rozporoszonych. Ekspansja SPE w systemach automatyki budynkowej już się zaczyna i być może spowoduje, że gwiazda KNX nieco przygaśnie, bo rozproszone systemy sterowania w przemyśle i automatyki budynkowej mają bardzo dużo wspólnych cech i transfer technologii jest nieunikniony.

Popularne rozwiązania bezprzewodowe to z kolei ZigBee i Z-Wave, doskonale znane od lat, pod kątem właśnie takich zastosowań opracowane i wreszcie zdobywające rynek. Niemniej rosnąca popularność rozwiązań IoT promuje też w omawianym obszarze Bluetooth LE, bo interfejs ten jest sprzętowo zaszyty w większości platform sprzętowych do takich zastosowań i dostaje się go praktycznie gratis. W zakresie domu istotny jest jeszcze PLC, czyli komunikacja po przewodach energetycznych.

Popularne standardy przewodowe i bezprzewodowe #2

 

Jeden wspólny dla branży standard wymiany informacji gwarantujący zgodność sprzętową i programową urządzeń do aplikacji budynkowych lub domowych to marzenie wielu specjalistów od lat i niestety cały czas jeszcze odległe. Być może nigdy nie doczekamy się jednego rozwiązania, bo musiałoby ono pogodzić zbyt wiele sprzecznych interesów firm aktywnych w tym obszarze (rozwiązania własnościowe, zamknięte) oraz mieć ponadczasowe funkcjonalności techniczne. Z przedstawionego wyżej wykresu, że za najpopularniejsze uznano ZigBee i Z-Wave (rozwiązania bezprzewodowe) oraz Instabus KNX/EIB (system przewodowy).

Koszty

Systemy automatyki budynkowej i domowej są rozwiązaniami kosztownymi, zwłaszcza jeśli mają obejmować wiele zagadnień, cały obiekt i być zbudowane z renomowanych produktów. Wynika to z wielu czynników: cały czas małego efektu skali pozwalającego na produkowanie urządzeń masowo, a więc tanio, dużego rozproszenia rynku na wiele małych firm, braku wspólnego standardu komunikacji, protokołów wymiany danych, który pozwoliłby produkować część centralną dla komponentów jako masowy element standardowy. Powodem są także większe koszty promocji i wydatki inżynierskie związane ze stworzeniem komponentów budynkowych i ich sprzedażą.

Czego najbardziej brakuje na rynku? #3

 

Zdaniem ankietowanych najbardziej brakuje wiedzy i rozeznania klientów w obszarze zagadnień związanych z instalacjami inteligentnego domu. Nieznajomość produktów, ich możliwości funkcjonalności, a jeszcze bardziej chyba tego, jak optymalnie wszystko połączyć i spiąć za pomocą oprogramowania, wydaje się sporą przeszkodą. Brakuje też kompatybilności w obszarze sprzętu i oprogramowania oraz funkcjonalności. Dwa czujniki temperatury posługujące się tym samym interfejsem wcale nie muszą być kompatybilne i wymienne, co niestety wywołuje ostrożność decyzyjną i inercję w wyborach.

Wykorzystać istniejące możliwości

Aby na poważnie zająć się automatyką budynkową konieczna jest orientacja w tym, co jest dostępne, a więc w ofercie, możliwościach i potencjale technicznym, integracji w ramach systemu. Do tego potrzebna jest ogólna koncepcja co taki system miałby robić i z jakimi istniejącymi systemami powinien zostać zintegrowany. To nie jest proste, bowiem wymaga nierzadko interdyscyplinarnego podejścia, szerszych horyzontów technicznych, wykraczających poza wąski wycinek produktów z katalogu automatyki budynkowej.

Produkty takie jak czujniki, siłowniki, przekaźniki są w tym przypadku narzędziami za pomocą których, niczym z klocków, buduje się większą całość. Takie elementy trzeba umieć rozmieścić, połączyć, zintegrować za pomocą scenariuszy działań w oprogramowaniu, czasem też skonfigurować. Te kompetencje nie są powszechnie dostępne, co niestety tworzy barierę dla rozwoju. Poza wybraniem dostawcy, produktów oraz kupnem oznacza to dużo żmudnej pracy. Im bardziej rozległy i wyrafinowany ma być system automatyki budynkowej, tym oczywiście więcej wysiłku trzeba poświęcić na jego integrację. Nie wszyscy są w stanie ponieść taki wysiłek, tak samo jak nie są w stanie przejść ze skali działań w skali mikro (produktowej) do makro (na poziomie budynku i systemu).

Inaczej systemy mają ograniczony zakres, czyli obejmują wycinek dostępnych możliwości, np. tylko sterowanie oświetleniem. Tymczasem im większa integracja, im więcej czujników, tym większą funkcjonalność można uzyskać.

Znaczenie prostoty

Jednym z istotniejszych wymagań w zakresie funkcjonalności urządzeń tworzących inteligentny budynek lub dom jest to, aby były to produkty proste w instalacji, odporne na pomyłki i wymagające jak najmniej działań, takich jak na przykład konieczność ustawienia parametrów (np. adresu w sieci). Takie wymaganie bierze się stąd, że instalacje wykonują często pracownicy budowlani, elektrycy, a więc personel, który niekoniecznie w działaniach może kierować się finezją. Ponadto instalacja często przebiega w trudnych warunkach: na drabinie, przy złym oświetleniu i w niewygodnej pozycji. Wówczas ryzyko pomyłki rośnie, dlatego wymagana jest odporność takich urządzeń na wszelkie możliwe pomyłki oraz konfiguracja typu plug-and-play.

Głównie czynniki niekorzystne dla rozwoju rynku #4

 

Za czynniki w największym stopniu przeszkadzające w rozwoju rynku domowej automatyki i inteligentnego domu specjaliści uznali brak wiedzy klientów i integratorów w dostępnej ofercie, możliwościach produktowych i aplikacyjnych. Na kolejnych miejscach sklasyfikowano obawy związane z prywatnością, bezpieczeństwem i zachowaniem prywatności użytkowników a także to, że wiele rozwiązań jest przypisanych do producentów (tzw. własnościowe) i ze sobą niekompatybilnych, przez co decyzja na co postawić, nie jest prosta.

Przyszłość to jeszcze większa integracja

Podstawowymi wymogami stawianymi obecnie systemom automatyki budynkowej są skalowalność i kompleksowość. Zastosowany system powinien obejmować wszystkie występujące w budynku podsystemy monitorujące i nadzorujące prace poszczególnych elementów. Chodzi o rozwiązania obejmujące systemy przeciwpożarowe, kontroli dostępu, klimatyzacji, telewizji dozorowej i sieci komputerowej. Alians możliwości nowoczesnej automatyki z IT daje szansę stworzenia zaawansowanej struktury o dużej autonomii.

Obserwując rynek, można stwierdzić, że systemy automatyki budynkowej rozwijane są i będą głównie w kierunku możliwości integracji niezależnych systemów, takich jak systemy sygnalizacji pożaru, dźwiękowego systemu ostrzegania, itp. Ważnym elementem jest również zdolność wykorzystywania przez systemy automatyki budynkowej wspólnej platformy okablowania strukturalnego i komunikacji poprzez Ethernet.