Komponenty automatyki przemysłowej

Automatyka domowa i budynkowa

Główne korzyści, jakie przynosi automatyka budynkowa to przede wszystkim większy komfort osób, które w takim budynku codziennie przebywają lub nim zarządzają. Ponadto pozwala poczynić znaczne oszczędności finansowe, dzięki np. optymalizacji zużycia prądu, wyłączaniu zbędnych odbiorników oraz regulacji ogrzewania dostosowującego temperaturę do bieżących potrzeb, co prowadzi do niższych kosztów eksploatacji.

Dzisiaj nacisk kładzie się na funkcjonalność oprogramowania, w tym tworzenie scenariuszy sterowania pod kątem minimalizacji zużycia energii elektrycznej i innych mediów. Powodem jest oczywiście gwałtowny wzrost cen energii, który skierował uwagę firm i zarządców budynków na to, aby w jakiś sposób ograniczyć koszty. Komfort zdecydowanie ustąpił miejsca ekonomii i paradoksalnie jest to dobra wiadomość dla rynku, gdyż nic tak dobrze nie przemawia do wyobraźni jak mniejszy rachunek.

Szerokie spektrum

W temacie automatyki budynkowej problemem jest, że teoretycznie można prawie wszystko, w praktyce implementacja niesie ze sobą wiele problemów i ograniczeń, dlatego istotne jest chłodne wyważenie swoich potrzeb i możliwości. Podobnie jest z produktami wchodzącymi w skład instalacji. Założenie, że wszystko do siebie pasuje, daje się programować i ustawiać w żądanych zakresach, jest niestety złudne.

Najważniejsze trendy techniczne rynku komponentów do automatyki budynkowej

 

W zestawieniu najbardziej istotnych trendów zmieniających rynek automatyki budynkowej dwa kryteria wybijają się wyraźnie ponad resztę: prostota instalacji i zgodność ze standardami oraz możliwość obsługi z użyciem urządzeń mobilnych, czyli w praktyce ze smartfona. Inaczej mówiąc, liczy się funkcjonalność i łatwość użycia z wykorzystaniem aplikacji. Rola smartfonów w systemach automatyki jest duża i z pewnością będzie jeszcze się zwiększać, bo mają one duże możliwości (obliczeniowe, komunikacyjne) i zawsze mamy je przy sobie.

Trudno też ocenić jakość produktu, gdyż z jednej strony jest ona definiowana przez cechy fizyczne rozwiązania, np. elementy elektroniczne, montaż, zabezpieczenia, ale także jakość oprogramowania firmware. Nawet najlepsza platforma sprzętowa może się wieszać, reagować z opóźnieniem, mieć problem z komunikacją, stabilnością działania w długim terminie lub też bezpieczeństwem. Ocena rozwiązania jest więc wielowymiarowa i wymaga też doświadczenia z wcześniejszych realizacji.

Wybrnięcie z tej pełnej pułapek inwestycji może być trojakie. Pierwsze to, jak wspomniano, skorzystanie z usług firmy integratorskiej, która wsłucha się w potrzeby klienta, przygotuje projekt, a potem po zatwierdzeniu go zrealizuje. Inne podejście może polegać na oparciu się na jakimś spójnym systemie oferowanym przez dużego producenta. Wówczas szansa na niekompatybilność jest mniejsza, łatwiej o wsparcie techniczne, gdyż dotyczyć ono będzie wyłącznie produktów jednego wytwórcy. Trzecia opcja to własny projekt, co wymaga wiedzy, wysiłku i akceptacji dla zmian i nietrafionych pomysłów.

Wsparcie techniczne zawsze jest potrzebne

Skomplikowanie materii technicznej związanej z automatyką budynkową eksponuje rolę wsparcia technicznego producenta. Wiadomo, że teoretycznie wszystko powinno działać, współpracować, ale praktyka wskazuje, że mimo to problemy się pojawiają. Wówczas wsparcie producenta staje się cenną wartością dodaną do produktu. W naturalny sposób lokalny wytwórca ma w tym zakresie przewagę, gdyż nie tylko jest w stanie kompetentnie i szybko zareagować, ale również w ramach odpowiedzialności za rynek i produkt może pomóc bardziej, niż tylko świadcząc konsultację, np. modyfikując oprogramowanie, badając zachowanie urządzenia podczas pracy w skrajnych warunkach lub testując jego współdziałanie z innym (nietypowym) produktem.

Wsparcie techniczne oferowane przez producentów i integratorów systemów ma w obszarze automatyki budynkowej i przy dużych projektach znaczenie pierwszorzędne i jest ważnym czynnikiem przewagi nad firmami z Dalekiego Wschodu oraz rozwiązaniami (płytkami) DIY (open source i zrób-to-sam).

Główne czynniki sprzyjające rozwojowi rynku

 

Aktualnie głównym i najważniejszym czynnikiem sprzyjającym rozwojowi rynku komponentów automatyki budynkowej są szybko rosnące koszty związane z mediami (energią elektryczną, ogrzewaniem). Konieczność oszczędności spowodowała, że komfort i wygoda życia spadły na drugą pozycję i tym samym z systemów takich została zdjęta etykieta ekstrawagancji. Za istotne czynniki uznano ponadto coraz większą kompatybilność i interoperacyjność produktów pozwalających na mieszanie w instalacji różnych rozwiązań i marek, a także coraz większy rynek, który zaczyna osiągać potencjał przyspieszający rozwój przez analogię do kuli śnieżnej toczącej się z góry.

Komponenty systemowe niczym klocki

Podstawą systemu automatyki budynkowej i domowej są czujniki oraz elementy wykonawcze. W tej pierwszej grupie mieszczą się sensory temperatury i wilgotności (do sterowania HVAC), detektory gazów oraz dymu (do systemu ppoż, wentylacji mechanicznej), oświetlenia (do sterowania lampami). Uzupełniają je czujniki otwarcia okien/drzwi, wstrząsów będące elementem systemu alarmowego. Są też czujniki poboru mocy, czyli watomierze dostarczające informacji na temat zużycia energii.

Typowe elementy wykonawcze obejmują przekaźniki załączające zasilanie w różnej formie: dopasowanej do oświetlenia LED, z gniazdem pozwalającym na włożenie wtyczki sieciowej lub do instalacji w szafie rozdzielczej na szynie DIN.

Poza komponentami z tego zakresu podstawowego w instalacjach automatyki pojawiają się kamery monitoringu będące elementem systemu monitoringu i ochrony obiektu oraz jako elementy czujnikowe (alarmowe), gdyż większość nowoczesnych kamer ma rozbudowaną funkcjonalność związaną z analizą obrazu i wykrywaniem osób. Liczba czujników i ich typów stosowanych w układach automatyki stale się zwiększa, przyspieszenie rozwoju przyniosą technologie AL/ML.

Wystarczy przejrzeć dowolną ofertę, aby uzmysłowić sobie, że katalog dostępnych komponentów jest bardzo szeroki, co ma niestety zalety i wady.

Najważniejsze czynniki negatywne dla rynku

 

Najważniejszym czynnikiem negatywnym dla rynku komponentów automatyki jest brak wiedzy, prawdopodobnie wywołany bardzo dużą liczbą rozwiązań, produktów, systemów, marek, stowarzyszeń i dostawców. Przez wiele lat automatyka domowa i budynkowa była obszarem techniki, na którym wiele firm chciało zaistnieć a najlepiej zdobyć dominującą pozycję. Co kilka miesięcy pojawiały się nowe pomysły, zawsze określane jako rewolucyjne i tak samo szybko odchodzące w niepamięć. Nie pomagała też polityka dużych koncernów, które mamiły rynek swoim zainteresowaniem tematyką i zaangażowaniem po to, aby za dwa–trzy lata wycofać się z segmentu na skutek braku efektów. Skutki tego to m.in. słaba orientacja w aktualnych możliwościach, przeszkadzająca w rozwoju.

Detekcja obecności, a nie ruchu

Ważną funkcją systemu automatyki jest ustalenie, czy w pomieszczeniu ktoś jest. Dla oświetlenia, systemu alarmowego, ogrzewania i klimatyzacji informacja o przebywającej osobie jest kluczowa z punktu widzenia poprawności regulacji, stąd czujnik obecności można uznać za komponent kluczowy w omawianym obszarze. Ustalenie obecności człowieka nie jest wcale proste i przez lata odbywało się za pomocą detektorów ruchu w postaci czujek pasywnej podczerwieni, wspomaganych informacjami nt. otwieranych drzwi, z systemów kontroli dostępu z użyciem kart RFID, barier optycznych i podobnych.

Dokonując fuzji danych z takich sensorów, można było wypracować stan obiektu (zajętość), ale faktem jest, że działanie czujek PIR nie jest w tym zadaniu najlepsze, bo co do zasady wykrywają one ruch. Nieruchomo siedząca osoba dla takiego detektora przestaje istnieć i może się okazać, że aby światło nie zgasło w pokoju, trzeba co jakiś czas machać rękami.

Problem z detekcją obecności próbuje się rozwiązywać za pomocą kamer i analizy obrazu. Jest to skuteczne, ale kosztowne i na dodatek zawsze może się zdarzyć, że ich pole widzenia nie obejmie każdego zakamarka. Rozwiązaniem przynoszącym nową jakość i podejście będą wchodzące właśnie na rynek radary mikrofalowe. Są to czujniki dopplerowskie działające na częstotliwości rzędu 60 GHz, a więc przy długości fali 5 mm. W tym zakresie radar jest w stanie wykrywać mimowolne (niedostrzegalne okiem) drżenie ciała i pozwala na zbudowanie czujnika obecności obejmującego całe pomieszczenie, w tym na wykrywanie obecności człowieka znajdującego się za przeszkodą (np. meblem) dzięki odbiciu fal od ścian.

Domowa automatyka

Mówiąc o komponentach automatyki budynkowej i domowej, nie sposób pominąć konstrukcji hobbystycznych i półprofesjonalnych bazujących na gotowych platformach z mikrokontrolerami (DIY, Do It Yourself). Popularność takich rozwiązań jest największa w systemach o niewielkiej skali działania, stąd raczej ograniczonych do domu niż budynku i zastosowań amatorskich, a nie profesjonalnych. Siłą napędową jest tutaj darmowe oprogramowanie open source o relatywnie dużych możliwościach i uniwersalności. Dzięki temu nakład pracy i potrzebne wymagane umiejętności nie są wcale duże. W ramach systemów open source są też dostępne darmowe aplikacje i duże systemy kontrolne pełniące funkcję BMS. Przykładem może być Domoticz, który uruchamia się na różnych systemach operacyjnych, w tym serwerach NAS wykorzystywanych do obsługi kamer monitoringu oraz Pi Home Assistant dla komputera Raspberry Pi.