Building Automation

Publicerad: 20 oktober 2016

Fastighetsautomation är automatiserad kontroll av värme, ventilation, luftkonditionering, belysning och andra system som använder centraliserade regulatorer inom en byggnad. Vi tar Building Automation Systems (BAS) system till nästa nivå med införandet av decentraliserade BAS system som tillhandahåller flexibilitet och robusthet till BAS-system.

Cyberfysiska system (CPS) har identifierats som en av de centrala möjliggörande teknik för framtida industriell revolution i flera nationella och internationella forskningsplaner. Kärnan i CPS är att tätt integrera beräkning, kommunikation och fysikaliska processer tillsammans för att förbättra systemets prestanda, tillförlitlighet flexibilitet och efficiency.A kommersiella fastigheter kan klassificeras som ett komplext CPS system där många fysikaliska processer (sensorer och ställdon som lampor, strömbrytare HVACs etc är individuellt övervakas och kontrolleras av beräkningsprocesser interagerar via kommunikationslänkar till ger en flexibel och effektiv Building Automation Control System (BACS) systemet.

Det finns många utmaningar i moderna BACS system där centraliserat styrsystem inte längre tros vara tillräcklig. Dessa utmaningar omfattar:

  1. Efterfrågan på återanvändbara styr artefakter sedan BACS vanligtvis innebär betydande mängd återkommande uppgifter med repetitiva rum med identiska funktioner. Det finns ett behov att minska dessa mödosamma uppgifter med en effektiv väl definiera konstruktion paradigm och återanvändbara styrprogram.
  2. Behov av en omfattande mätning infrastruktur för hantering av mätning i decentraliserade BACS system.
  3. Efterfrågan för simulering-in-the-loop-testning för snabb prototypframställning och utvärdering av olika kontrollstrategier.

Decentraliserade BACS Systems

En hierarkisk konstruktion arkitektur föreslås för modellering av ett decentraliserat BACS systemet. En byggnad kan delas upp i flera hierarkiska nivåer. På den översta nivån är en byggnad (modelleras i IEC 61499 som BuildingFB). Inom en byggnad, det finns flera våningar (Beräknade som FloorFB) med många rum (Beräknade som RoomFB) med enskilda komponenter såsom ljus (LightFB), A / C (A / C FB), vattenkokare (BoilerFB) och andra komponenter.

Picture1.png

Denna granulära uppdelning av en comerical byggnad ger många fördelar i modellering som inkluderar ger väldefinierade interaktion mellan den fysiska och cyber delar från lägre kontrollnivån på rumsnivå till högre nivåregleringen på energi ledningsnivå för hela byggnaden i en BACS systemet.

Picture2.png

En annan fördel med den hierarkiska modellen är den sömlösa fördelningen av BACS funktioner för fysiska övervakare. Nivån på nedbrytning av kontrollsystem som införs genom den hierarkiska modellen gör att man kan definiera vilken nivå av den hierarkiska kontrollen (om det på golvnivå, rumsnivå etc) körs på fysiska övervakarna och det finns flexibilitet att ändra om det behövs lätt.

Picture3.png

Virtual Smart Metering

Jämfört med konventionella energimätare, avancerade meter eller så kallade "smarta mätare" kan ge funktioner såsom automatisk mätaravläsning, realtids energiförbrukning mätning och dubbelriktad kommunikation som gör det möjligt för konsumenterna att spåra deras användarinformation i realtid. Detta ökar energimedvetenhet av konsumenter och därmed incitament för att minska energiförbrukningen. En viktig aspekt av Demand Side Management (DSM) gäller effektivitet energihushållning på efterfrågesidan. Detta uppnås vanligen med hjälp av energieffektiva apparater och genom att anta hållbara och intelligenta kontrollstrategier. Genom att tillhandahålla korrekt energiförbrukning och relaterade mätningar Virtual Smart Meter (VSM) fastställs infrastrukturen för DSM.

Den huvudsakliga teorin bakom VSM konceptet är som följer. För det första, genom att kontinuerligt övervaka driftstatus av BACS noder, som kan vara enskilda apparater eller deras aggregat som ett delsystem, data från dessa noder användning kan hämtas. Sedan, baserat på dessa data användnings och motsvarande nominella effekt specifik nod, energiförbrukning kan beräknas med den enkla formeln:

Formel

Funktionaliteten för VSM kan utformas i ett enda IEC 61499 FB med förmåga att bearbeta mätdata, logga mätdata och presentera data på Human Machine Interface (HMI). Denna implementering ger möjlighet att återanvända VSM meter under den hierarkiska nivå för att övervaka energibehov på rummet, golvet eller byggnadsnivå och hantering och övervakning av efterfrågan på energi i en byggnad på olika nivåer.
Picture4.png

Simulation-in-the-loop

Det är inte alltid möjligt att testa eller utvärdera dina BACS på en verklig-system är inte heller önskvärt. Simulering-in-the-loop används ofta för att utvärdera designat system vara det programvara-in-the-loop (SIL) eller hårdvara-in-the-loop (HIL). Bilden nedan är ett exempel på en ram simulering för utvärdering av belysning kontrollstrategier. Ramen för simulering består av 3 delar. Den BuildingModelFB modeller miljödata av byggnaden som består av dagsljus luminans, åkande närvaro och fysisk modell av belysningssystemet. Den BACFB modeller ljus styrsystem som består av högnivå Controller för bearbetning av miljödata och beräkning av lämpliga kontrollreglerna för den låga nivån controller och den virtuella mätare som övervakar energianvändningen av belysningssystemet. Den SimulatorFB bearbetar data från BACFB och rapporterar energieffektiviteten av olika kontrollstrategier för jämförelse och visualisering.

Picture5.png

Building Automation Testbed

En byggnadsautomation testbädd är installerad i vår AIC3 labb för modellering och testning av våra BACS forskningsprojekt.

Testbädd omfattar:

  1. Lighting System
  2. Gardiner
  3. HVAC
  4. DALI belysningsstyrenhet
  5. B-Control med stöd för energihantering kör IEC 61499 främmande kroppar
bas.jpg