Charakterystyka i perspektywy rozwojowe systemów zabezpieczeń i automatyki budynku
Characteristics and prospects of development of security systems for buildings and their automated control
Rys. 1. Jednopłytowy system ochrony przed włamaniem i napadem
rys. M. Łukasiński, M. Kaczmarek
Na rynku dostępnych jest szereg rozwiązań systemów kontroli i sterowania układami zabezpieczeń lubi urządzeniami oraz oświetleniem w budynku, zwanych systemami „inteligentnego domu” (SMARTech, X10, Smartlabs, IRA). Ceny średniej klasy systemów w przeliczeniu na m2 monitorowanej powierzchni wynoszą w granicach od 300 zł/m2 do 500 zł/m2. W systemach tych niemożliwa jest modyfikacja wbudowanych algorytmów sterujących. Odrębną grupę stanowią systemy antywłamaniowe, które dodatkowo mogą sterować np. oświetleniem, ogrzewaniem i klimatyzacją oraz roletami czy bramą.
Zobacz także
AUTOMATION TECHNOLOGY Sp. z o.o. Automation Technology – nowy gracz na rynku
Automation Technology prężnie działa w obszarach energetyki, automatyki przemysłowej oraz robotyki.
Automation Technology prężnie działa w obszarach energetyki, automatyki przemysłowej oraz robotyki.
mgr inż. Dominik Trojnicz, dr hab. inż. Marcin Habrych, mgr inż. Justyna Herlender Wymagania stawiane automatyce zabezpieczeniowej i regulacyjnej inwerterów typu A
Obecny bardzo gwałtowny rozwój fotowoltaiki – nie tylko w Polsce, ale na całym terenie Unii Europejskiej (UE) – niesie za sobą dużo zalet, takich jak pozyskiwanie energii z praktycznie nieskończonej energii...
Obecny bardzo gwałtowny rozwój fotowoltaiki – nie tylko w Polsce, ale na całym terenie Unii Europejskiej (UE) – niesie za sobą dużo zalet, takich jak pozyskiwanie energii z praktycznie nieskończonej energii słonecznej oraz brak emisji szkodliwych gazów, co przyczynia się do redukcji emisji gazów cieplarnianych i zmniejszenia negatywnego wpływu na środowisko. Przyłączenie dużej liczby odnawialnych źródeł energii (OZE) nie pozostaje jednak bez wpływu na sieci elektroenergetyczne.
dr hab. inż. Marcin Habrych, mgr inż. Karol Świerczyński, dr inż. Bartosz Brusiłowicz Wymagania techniczne stawiane generacji rozproszonej w aspekcie elektroenergetycznej automatyki zabezpieczeniowej (część 2.)
Odpowiedzią na wymagania stawiane przez Kodeks Sieciowy jest opracowanie przez Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej (PTPiREE) na zlecenie Polskich Sieci Elektroenergetycznych (PSE)...
Odpowiedzią na wymagania stawiane przez Kodeks Sieciowy jest opracowanie przez Polskie Towarzystwo Przesyłu i Rozdziału Energii Elektrycznej (PTPiREE) na zlecenie Polskich Sieci Elektroenergetycznych (PSE) „Wymogów ogólnego stosowania wynikających z Rozporządzenia Komisji (UE) 2016/631 z dnia 14 kwietnia 2016 r., ustanawiającego Kodeks Sieci dotyczący wymogów w zakresie przyłączenia jednostek wytwórczych do sieci (NC RfG)” [4], opublikowanych w roku 2018.
Zastanawiasz się, ile kosztuje alarm do domu? Interesuje Cię indywidualna wycena? Nie jesteś pewien, jaki system alarmowy wybrać? Zapraszamy do kontaktu. W IDG – INSTALACJE jesteśmy do Twojej dyspozycji od poniedziałku do piątku. Alarm domowy.
Niektóre systemy wymagają poprowadzenia w domu wraz z klasyczną instalacją elektryczną dodatkowego oprzewodowania. Inne opierają się na istniejącej instalacji elektrycznej i transmisji danych w standardzie PLC (Power Line Communication).
Proste systemy pozwalające na wyłączanie lub załączanie urządzeń zainstalowanych w budynku mogą być również tworzone z wykorzystaniem bezprzewodowej transmisji Wi-Fi i specjalnych nakładek instalowanych między gniazdkiem a wtyczką urządzenia.
Komunikacja bezprzewodowa nie może być stosowana w systemach zabezpieczeń przed włamaniem, napadem i pożarem ze względu na ryzyko celowego lub przypadkowego zakłócenia transmisji.
System alarmowy, czyli zespół urządzeń stosowanych w celu zabezpieczenia danego obiektu, obejmuje następujące kategorie:
- System Sygnalizacyjny Włamania i Napadu (SSWiN),
- System Telewizji Użytkowej (CCTV – closed circuit television),
- System kontroli dostępu (ACC – access control),
- System Sygnalizacji Pożaru (SSP) [1–4].
- System Sygnalizacyjny Włamania i Napadu.
SSWiN jest najważniejszym systemem zabezpieczenia obiektu przed skutkami działań przestępczych.
Podstawowym elementem tego systemu jest centrala alarmowa (CA), która w zależności od konstrukcji, wyposażenia technicznego, sposobu programowania oraz kompatybilności z innymi urządzeniami decyduje o jakości całego systemu.
Do zadań CA należy, w ramach realizacji określonego algorytmu, przyjmowanie, przetwarzanie i wysyłanie danych – w celu wykrycia określonego zdarzenia, a następnie zareagowania na nie.
Należy zapewnić ochronę przeciwsabotażową CA i możliwość ciągłego monitorowania stanu jej łączności pomiędzy każdym z urządzeń dołączonych do systemu. Informacje o aktualnym stanie systemu muszą być niezwłocznie przekazywane użytkownikowi.
Istnieje wiele rozwiązań takich systemów:
- systemy oparte na CA jednopłytkowych, które stosowane są do obiektów małych i średnich. Rozwiązanie takie oferuje firma Rokonet w produkcie Orbit PRO (rys. 1. - patrz: zdjęcie przy tytule publikacji).
System przedstawiony na rys. 1. (patrz: zdjęcie przy tytule publikacji) składa się z płyty głównej, do której podłączony został szereg modułów. Istnieje możliwość rozszerzenia układu o różne moduły: dźwiękowy, drukarki, bezprzewodowy lub transferu programu, przez co wszelkie zdarzenia są przekazywane w wybranych przez użytkownika postaciach, np. drogą bezprzewodową, czy tylko poprzez sygnalizację dźwiękową. Dodatkowo mogą zostać zainstalowane: pamięć zdarzeń, interfejs szeregowy służący do komunikacji z innymi urządzeniami, panel szyfrujący lub wyjście programatora. Kontrola nad obiektami w jednopłytkowych systemach alarmowych odbywać się może natomiast poprzez komputer osobisty, telefon lubi stację monitoringu.
- Systemy komputerowe, w których jako CA stosuje się komputery z odpowiednim oprogramowaniem. Rozwiązanie takie oferuje firma NAPCO. Sterownik systemu GEM-P9600 poprzez konwerter jest łączony z dowolnym komputerem przez złącze RS-232.
- systemy bazujące na sieci, np. Ethernet, gdzie CA stanowi komputer będący serwerem. Rozwiązanie stosowane często w przypadkach, kiedy użytkownikowi zależy na podłączeniu wielu urządzeń do jednego systemu.
Rozwiązania te stosuje wiele firm, np. Siemens, Bosch, Magal, Thales, Honeywell.
System Telewizji Użytkowej
CCTV to system, który pozwala na identyfikację rodzaju zdarzenia i osób na podstawie sygnałów audio i wideo. Do wykonywania tych czynności niezbędne są zestawy kamerowe i urządzenia nadawcze. Dzięki temu użytkownik ma możliwość wykrycia intruza, zapisania informacji w postaci obrazu i dźwięku oraz odpowiedniego zareagowania na zaistniałą sytuację. Główny element systemu stanowi centrala, która odpowiada za zapis obrazu i dźwięku oraz sterowanie pozycją głowic kamer (rys. 2).
Przykładowymi firmami, które oferują tego typu rozwiązania, są: ASD Systemy Zabezpieczeń, CCTV Camera Pros, Montersi, Swann, jednakże niemalże każdy z usługodawców opiera swoje rozwiązania na urządzeniach producentów takich marek, jak: BCS, Grundig, Computar, Tibet, Abaxo, CNB, Bosch, Samsung.
System kontroli dostępu
ACC, czyli system, którego ideą jest ograniczenie dostępu do chronionych pomieszczeń, poprzez wprowadzenie indywidualnych kluczy, jakimi mogą być karty, piloty czy też kody. Dodatkową korzyścią płynącą z zastosowania takiego systemu jest możliwość monitorowania czasu oraz osób, które uzyskały dostęp do określonej strefy. Rozwiązanie takie składa się głównie z urządzeń, którymi są karta magnetyczna (klucz), czytnik, którego zadaniem jest zebranie informacji od nośnika, zweryfikowanie jej i przesłanie do elementu wykonawczego, np zamka, oraz często centrali (np. komputera) sterującej całym systemem.
Na rys. 3. pokazane jest rozwiązanie systemu ACC, w którym zastosowano podwójną kontrolę klucza, przy wejściu i wyjściu z każdego z pomieszczeń. Każde z drzwi blokowane są elektrozamkiem, który zwalniany jest w momencie poprawnej weryfikacji przez jeden z czytników. Cały system sterowany jest oprogramowaniem z komputera PC. Rozwiązania tego typu produkują np. firmy: Roger – system RACS, Control System FMN – system ACC, czy też firma PControl, która jest dystrybutorem urządzeń ZKTeco.
Na rys. 4. przedstawiono przykładowe rozwiązanie systemu kontroli dostępu, w którym do określonych pomieszczeń uzyskać można dostęp na dwa sposoby. Pierwszy to wprowadzenie na kontrolerach odpowiedniej kombinacji klawiszy, która otwiera drzwi do danego pomieszczenia. Niepoprawna sekwencja przycisków blokuje natomiast dostęp do tych drzwi na określony czas lub do momentu wpisania serwisowego hasła dostępu. Drugi sposób uzyskania dostępu do strefy to zbliżenie magnetycznej karty do czujnika, który znajduje się przy drzwiach. Kontroler, w celu weryfikacji hasła karty, łączy się z serwerem przez sieć bezprzewodową lub Ethernet.
System Sygnalizacji Pożaru
SSP jest systemem obowiązkowym w przypadku budynków przeznaczenia publicznego, jakimi są np.: muzea, biblioteki, szpitale, centra handlowe itd. Podstawę systemu stanowi centrala alarmowa, która w odróżnieniu od systemów SSWiN cechuje się dużą liczbą wejść, pod które podłączane są czujniki wykrywające pożar (automatyczny ostrzegacz pożarowy – rys. 5.), oraz wyjść, pod które dołącza się urządzenia sygnalizujące niebezpieczeństwo, np. syreny alarmowe. Dodatkowo centrala może sterować pracą elementów wykonawczych, które służą do stłumienia pożaru, czy też jego odizolowania od reszty pomieszczeń w budynku przez zamknięcie drzwiprzegród. Sama centrala na bieżąco analizuje sygnały z czujników i w momencie konkretnego zdarzenia reaguje na nie, realizując zaprogramowany wcześniej algorytm bezpieczeństwa.
Na rynku funkcjonuje wiele gotowych rozwiązań, które produkowane są przez takie firmy, jak: Bosch, Esser, Polon Alfa, Scharack, D+H.
Podstawowe elementy systemów zabezpieczeniowych
Czujniki rejestrujące ruch są najczęściej stosowanym rodzajem urządzeń monitorujących, które występują w systemach alarmowych.
Istnieje wiele typów czujników ruchu:
- ultradźwiękowe Dopplera,
- mikrofalowe Dopplera,
- pasywnej podczerwieni (PIR).
W czujnikach ultradźwiękowych wykorzystujących efekt Döpplera sygnał alarmowy generowany jest w przypadku zmiany częstotliwości emitowanej fali ultradźwiękowej (np. 22 kHz) w wyniku odbicia od obiektów pojawiających się w obszarze działania czujnika.
Czujniki mikrofalowe również wykorzystujące efekt Döpplera działają podobnie do czujników ultradźwiękowych – z tą różnicą, że emitowane są fale elektromagnetyczne o częstotliwościach powyżej 1GHz. Mikrofale odbijają się od materiałów o dużej gęstości, przez większość materiałów o małej gęstości jednak przenikają.
Oba omawiane układy są sensorami o bardzo dużej skuteczności i wykorzystuje się je przeważnie w drogich systemach.
Czujniki pasywne podczerwieni aktywują stan alarmowy w przypadku zmiany odbieranego natężenia promieniowania podczerwonego w wyniku pojawienia się nowego obiektu o temperaturze wyższej niż ich otoczenie.
W zależności od zastosowanej konstrukcji źródła emisji promieniowania podczerwonego występują czujniki z optyką Fresnela, których emisja promieniowania ograniczona jest do 90°.
Drugi rodzaj czujników wyposażony jest w optykę zwierciadlaną, a ich emisja znacznie przekracza 90°, istnieją nawet układy, których emisja wynosi 360°.
Czujniki PIR są najpopularniejszym typem tej kategorii, a zawdzięczają to przede wszystkim prostocie montażu i uruchomienia, oraz przy swojej niewielkiej cenie dosyć dużej skuteczności w wykrywaniu ruchu [5–6].
Wadą tego typu czujników jest wrażliwość na zakłócenia wynikające ze zmiany temperatury w monitorowanym pomieszczeniu ze względu na działanie światła słonecznego, grzejników lub klimatyzatorów. W takich przypadkach stosowane są detektory złożone z czujników PIR i mikrofalowych lub ultradźwiękowych Döpplera.
Czujniki otwarcia okien i drzwi najczęściej występują jako miniaturowe nadajniki z czujnikami kontaktronowymi umieszczonymi w futrynach drzwi lub okien. W skrzydłach drzwi/okien umieszczone są magnesy, które w przypadku przerwania oddziaływania między czujnikiem a emitowanym polem magnetycznym informują system o otwarciu drzwi czy też okien.
Czujnik stłuczenia szyby, istnieją dwa rodzaje czujników, aktywne i pasywne. Te pierwsze aktywują się przez hałas spowodowany rozbiciem szkła, natomiast drugie – pod wpływem drgań mechanicznych wywołanych uderzeniem w szybę.
Syreny alarmowe to urządzenia, które są nierozłączne w działaniu z wyżej wymienionymi czujnikami, emitują sygnały dźwiękowe jako reakcję na zadziałanie czujnika w momencie np. próby kradzieży czy w sytuacji błędnego wpisania kodu rozbrajającego alarm.
Domofony oraz wideofony są urządzeniami umożliwiającymi weryfikację osób próbujących uzyskać dostęp do zabezpieczanego obiektu [1], [2].
Energooszczędność
Z przeprowadzonych badań Agencji Rynku Energii wynika, że ogrzewanie pochłania aż 72% energii w gospodarstwie domowym (rys. 6) [7].
Najistotniejszą kwestią pozwalającą zapewnić oszczędność energii cieplnej w budynku po jego właściwym ociepleniu jest utrzymywanie odpowiedniej temperatury poszczególnych pomieszczeń [8]. Temperatura w pomieszczeniach dziennych nie powinna przekraczać 20°C, w pomieszczeniach gospodarczych, czyli np. w warsztatach – 16°C, a w magazynach powinna być utrzymywana na poziomie 10–12°C [9].
Na rys. 7. przedstawiono optymalny rozkład temperatur w pomieszczeniach domu jednorodzinnego.
Temperatura w pomieszczeniach nieużywanych powinna być utrzymywana na poziomie 7°C, w częściach wspólnych, klatkach schodowych, holu na poziomie 17°C, w łazienkach powinna być znacznie wyższa i wynosić 23°C [9–10]. W celu oszczędności ciepła w nocy lub w czasie, kiedy pomieszczenia są chwilowo nieużywane, temperaturę należałoby obniżyć. Istotną sprawą jest również kontrola otwarcia/zamknięcia okien i drzwi, ponieważ np. podczas wietrzenia pomieszczeń grzejniki powinny być wyłączone.
Znaczną oszczędność energii elektrycznej może zapewnić odpowiednie sterowanie oświetleniem pomieszczeń i przestrzeni na zewnątrz budynku. Sprawą priorytetową jest wyłączanie światła w pomieszczeniach, w których nikt nie przebywa, oraz korzystanie jak najwięcej i najdłużej ze światła dziennego [11–12]. Inne rozwiązanie polega na automatycznym sterowaniu oświetleniem w zależności od wybranego trybu, czyli w efekcie korzystanie z określonych lamp i odpowiedniej liczby punktów świetlnych w konkretnych, zaprogramowanych sytuacjach [13].W pomieszczeniu włączana jest mniejsza ich ilość w przypadku, kiedy ustawiony zostanie tryb „TV”, a większa, kiedy włączony jest tryb „Goście”. Zalecane jest sterowanie oświetleniem przy użyciu czujników ruchu, ponieważ ten sposób zapewnia wyłączanie oświetlenia tylko w sytuacji, w której faktycznie w określonym pomieszczeniu nikt się nie znajduje, oraz włączanie w chwili wejścia osoby do monitorowanej strefypomieszczenia. Zalecane jest również stosowanie ściemniaczy transformatorowych zdolnych obniżyć napięcie zasilanych żarówek i halogenów. Inna konstrukcja ściemniacza jest wymagana w przypadku, gdy źródło światła jest wyposażone we własny transformator, tak jak to ma miejsce w przypadku oświetlenia LED czy świetlówek kompaktowych. Istnieją także ściemniacze sterowane cyfrowo, regulujące moc elektrycznych źródeł światła w zależności od natężenia światła dziennego w pomieszczeniach [13].
Podsumowanie
Integracja systemów zabezpieczeń i automatyki budynku w systemy „inteligentnego domu” jest procesem postępującym od wielu lat. Wciąż istnieją jednak dalsze perspektywy rozwojowe, szczególnie w kierunku zwiększania zapewnianej przez te systemy energooszczędności, głównie w zakresie odpowiedniego sterowania temperaturą w monitorowanych pomieszczeniach. Drugim kierunkiem rozwoju może być opracowanie systemów otwartych, modyfikowalnych przez użytkownika zarówno w zakresie zainstalowanych podzespołów, jak i realizowanych przez procesor sterujący algorytmów. System ten powinien zatem wyróżniać się szczegółowym schematem połączeń elektrycznych i wykazem zastosowanych układów elektronicznych. Producent powinien udostępnić kod programu z opisem przykładowych modyfikacji i możliwością jego zmiany przez użytkownika, zarówno w zakresie wykonywanych procedur, jak i ich parametrów oraz obsługiwanych podzespołów.
Literatura
- R. Brzowski, Ł. Cerankowski, System zabezpieczenia w inteligentnym budynku, PWSZ w Elblągu, 2005.
- M. Brzęcki, Elektroniczne systemy ochrony osób i mienia – Poradnik praktyczny, Wydawnictwo i Handel Książkami „KaBe”, 2013.
- M. Szystakowski, W. Ciurapiński, Techniczne systemy zabezpieczenia mienia i infrastruktury krytycznej, Instytut Optoelektroniki, Wojskowa Akademia Techniczna.
- Poradnik SMARTech – część X: Bezpieczeństwo w inteligentnym domu, www.smarttech.pl, dostęp 1.12.2016 r.
- D. Alciatore, M. Histand, Introduction to Mechatronics and Measurement Systems, McGraw-Hill, 2012.
- W. Kwaśny, A. Błażejewski, Komponenty mechatroniczne, Politechnika Wrocławska, Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji.
- http://www.poznan.pl/mim/turystyka/wykorzystanie-energii,doc,1017,26812/wykorzystanie-energii,64361.html, dostęp 01.12.2016.
- http://www.poznan.pl/mim/turystyka/jakie-urzadzenia-zuzywaja-najwiecej-energii-elektrycznej,doc,1017,26812/jakie-urzadzenia-zuzywaja-najwiecej-energii-elektrycznej,64158.html, dostęp 1.12.2016.
- http://www.poznan.pl/mim/turystyka/nie-marnuj-ciepla,doc,1017,26929/nie-marnuj-ciepla,64376.html, dostęp 1.12.2016.
- Poradnik SMARTech – część IV: Kontrola nad ogrzewaniem i klimatyzacją, www.smarttech.pl, dostęp 1.12.2016.
- M. Adamski, Poradnik oszczędzania energii w gospodarstwie domowym, FOTON Agnieszka Morysewicz, 2014.
- I. Góralczyk, R. Tytko, Racjonalna gospodarka energią, Wydawnictwo i Drukarnia Towarzystwa Słowaków w Polsce, 2013.
- Poradnik SMARTech – część II: Oświetlenie w inteligentnym domu, www.smarttech.pl, dostęp 1.12.2016 r.