0
Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины
Харьковский национальный университет радиоэлектроники
Кафедра ТКС
Отчёт
По преддипломной практике
Выполнил:
Ст. гр. ТСМ- 12-1
Кириченко С.О.
Проверила:
Ковальчук В.К.
Руководитель практики от предприятия:
Руководитель дипломного проекта:
Харьков 2013
1
Министерство науки и образования, молодежи и спорта Украины
Харьковский национальный университет радиоэлектроники
Факультет ______Телекомуникации и измерительная техника___
Кафедра ________Телекоммуникационных систем_____________
ОТЧЕТ
о результатах прохождения преддипломной практики в
___________________ХДРНТЦ ТЗИ________________
Выполнил
ст. гр. ТСМс-12-1 Кириченко Станислав Олегович
Руководитель от базы практики
____ст. прп. Токарь Любовь Александровна_____
Руководитель практики ХНУРЭ
____доц. Ковальчук Валентина Константиновна_
Харьков 2013 г.
2
СОДЕРЖАНИЕ
Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов
3
Введение
4
1 Автоматизация зданий
5
1.1 Система управления зданием
5
1.2 Инженерно-технические системы зданий
5
1.3 Структура системы управления зданием
6
2 Общие сведения по структурированным кабельным системам
8
2.1 Определение структурированной кабельной системы
8
2.2 Преимущества структурированных кабельных систем
8
2.3 Международные стандарты ISO/IEC 11801 и ISO 16484-5
9
3 Организация структурированной кабельной системы
10
3.1 Структура СКС
11
3.2 Общая структура СКС
12
4 Протокол BACnet
13
4.1 Объекты BACnet
14
4.2 Транспортный уровень
16
4.3 Концепция BVLL
17
Заключение
19
Перечень ссылок
20
3
ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ, УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ,
ЕДИНИЦ И ТЕРМИНОВ
СКС — структурированная кабельная система
ЛВС — локальная вычислительная сеть
BMS — (от англ. Building Management System) система управления
зданием
BACnet — (от англ. Building Automation and Control Networks) сетевой
протокол автоматизации и управления зданий
АТС — автоматическая телефонная станция
УАТС — учрежденческая автоматическая телефонная станция
xDSL — (от англ. digital subscriber line) технологиия
позволяющая
передавать данные со скоростями, значительно превышающими
те
скорости,
которые
доступны
даже
самым
лучшим
аналоговым и цифровым модемам
ISO — (от
англ.
International
Organization
for
Standardization)
международная организация по стандартизации
IEС — (от
англ.
International
Electrotechnical
Commission)
международная электротехническая комиссия
BVLL — (от англ. BACnet Virtual Link Layer) слой виртуального
подключения BACnet
4
ВВЕДЕНИЕ
Структурированная
кабельная
система
—
физическая
основа
инфраструктуры здания, позволяющая свести в единую систему множество сетевых
информационных сервисов разного назначения: локальные вычислительные и
телефонные сети, системы безопасности, видеонаблюдения и т. д. Как правило, эти
сервисы рассматриваются в рамках определенных служб предприятия.
В
данной
работе
рассматриваются
все
этапы
проектирования
структурированной кабельной системы в административном здании предприятия на
основе
протокола
BACnet,
главная
цель
которого
—
стандартизировать
взаимодействие между устройствами систем автоматизации зданий от различных
производителей, позволяя вести обмен информацией и совместную работу
оборудования.
Благодаря такому подходу к инфраструктуре здания, особенно на стадии
разработки СКС, возможно создание интегрированной системы, полностью
прозрачной для пользователей и не зависящей от используемых приложений.
Структурированная кабельная система на основе протокола BACnet — это
гораздо больше, чем просто кабели или соединение воедино всех компонентов
системы. Разнообразные технологии, архитектуры и приложения, голосовые,
информационные данные, передача видео изображений и контрольных сигналов,
системы контроля доступа, сигнализации, видеонаблюдения — все должно
совмещаться и действовать как единое целое.
5
1 АВТОМАТИЗАЦИЯ ЗДАНИЙ
Успешное функционирование современного здания, как общественного,
развлекательного, торгового, так и административного, зависит от согласованной
работы
множества
использование
взаимосвязанных
энергии,
комфорт
систем,
обеспечивающих
окружающей
среды,
эффективное
безопасность,
противопожарную защиту и качественную связь. Этот комплекс систем сегодня
принято называть термином «интеллектуальное здание» или интеллектуальные
системы управления зданием.
Интеллектуальное здание – это здание, комбинирующее инновации с
квалифицированным управлением с целью максимального увеличения возврата
инвестиций.
1.1 Система управления зданием
Главным звеном интеллектуального здания является система управления
(Building Management System - BMS). Именно благодаря ей все инженерные
системы работают в едином комплексе, осуществляют между собой обмен данными,
контролируются, управляются из единой диспетчерской.
Все инженерные системы могут подключаться к BMS одновременно или
поэтапно. Отладка оптимальных алгоритмов работы инженерии и системы
управления интеллектуального здания осуществляется в первые месяцы работы
персонала, поскольку BMS должна «накопить» определенный объем информации о
режимах работы инженерных систем, степени их загруженности относительно
рабочего графика персонала.
1.2 Инженерно-технические системы зданий
В максимальной конфигурации система управления зданием сможет
осуществлять централизованный мониторинг оборудования, а также управление
6
следующими
инженерно-техническими
системами
и
комплексами:
гарантированного и бесперебойного электроснабжения, электрораспределения,
освещения
(комнатного,
отопления, горячего
и
коридорного,
холодного
фасадного,
аварийного),
водоснабжения,
вентиляции,
канализации,
дренажа,
оперативной связи, видеоконференций, воздухоподготовки, очистки и увлажнения,
холодоснабжения, кондиционирования, климат-контроля, контроля загазованности,
хранно-пожарной
сигнализации,
противопожарной
защиты,
пожаротушения,
охранного видеонаблюдения, контроля и управления доступом, управления
паркингом, метеорологии.
Рисунок 1.1 – Функции системы управления зданием
1.3 Структура системы управления зданием
Система
автоматизации
многоуровневую структуру:
и
диспетчеризации
имеет
следующую
7
– Уровень 1 (Field Level). Первичные датчики и исполнительные устройства,
полевые контроллеры с технологией DDC (прямое цифровое управление) или PLC
(программируемые логические контроллеры - ПЛК), локальные панели управления
оборудованием. В этой сети используются соответствующие открытые стандартные
протоколы цифровой периферии (BACnet, MODBUS, LonWorks и пр.)
– Уровень 2 (Systems Level). Сетевые процессоры, сервер BMS. Сетевые
процессоры содержат средства организации обмена информацией между собой
(системами), диспетчерскими АРМами (на базе локальной вычислительной сети) и
полевыми контроллерами. Сервер СУЗ содержит специализированное программное
обеспечение для долговременного архивирования информации, поступающей от
инженерных систем и ее специализированной обработки. В качестве сети передачи
данных на этом уровне используется сеть на базе высокоскоростных, не менее
10Мб/с, протоколов (ВACnet, Ethernet и пр.).
– Уровень 3 (Management Level). Автоматизированные рабочие места (АРМ)
диспетчеров. На этом уровне иерархии на рабочих станциях функционирует
специализированное программное обеспечение для мониторинга и управления
оборудованием инженерных систем. Сетью связи на этом уровне является локальная
сеть BMS.
8
2 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ПО СТРУКТУРИРОВАННЫМ КАБЕЛЬНЫМ
СИСТЕМАМ
2.1 Определение структурированной кабельной системы
Структурированной кабельной системой называется кабельная система:
 имеющая стандартизованную структуру и топологию;
 использующая
стандартизованные
элементы
(кабели,
разъемы,
параметры
(скорость
передачи
коммутационные устройства и т.п.);
 обеспечивающая
стандартизованные
данных, затухание и прочее);
 управляемая (администрируемая) стандартизованным образом [1].
Кабельную систему, не обладающую хотя бы одним из перечисленных
свойств, называют исключительной кабельной системой.
2.2 Преимущества структурированных кабельных систем
СКС, построенная на базе протокола BACnet, обладает рядом преимуществ
перед обычными кабельными системами:
– надежность СКС. Все кабельные линии в СКС отвечают требованиям
стандартов и имеют запас прочности по техническим характеристикам за счет
использования качественных компонентов, что позволяет конечным пользователям
эксплуатировать структурированную кабельную систему свыше 10-ти лет;
– простота использования. Технические специалисты быстро и без проблем
осваивают
работу
с
СКС,
так
как
все структурированные
кабельные
системы строятся на основе правил и требований стандартов, с определенным типом
архитектуры и структуры;
– простота обслуживания СКС. Обслуживание структурированной кабельной
системы гораздо проще осуществлять, чем обслуживание нескольких кабельных
систем на объекте или нестандартной кабельной системы;
9
– запас и избыточность. СКС имеет запас и избыток на перспективу развития
и использования кабельных линий в будущем;
– гибкость. Гибкость в СКС осуществляется за счет разделения кабельной
сети на подсистемы, создании фиксированной части кабельных линий;
– совокупная стоимость владения СКС. Совокупная стоимость владения СКС
имеет продолжительный срок службы и эксплуатации без привлечения каких-либо
дополнительных финансовых вложений в течение 10 и более лет [3].
– одним из самых больших преимуществ протокола BACnet является его
способность
адаптироваться
к
новым
сетевым
технологиям
и
учитывать
потребности пользователей [10].
2.3 Международные стандарты ISO/IEC 11801 и ISO 16484-5
В 1995 году ISO и IEC, выпустили стандарт, полное наименование которого:
International Standard ISO/IEC JTC1/SC25/WG3/11801 «Information Technology Generic
Cabling
for
Customer
Premises»
(«Информационная
технология
–
Универсальная Кабельная Система для зданий и территории заказчика»).
Стандарт обеспечивает:
 пользователей - независимой от применений универсальной кабельной
системой и открытым рынком ее компонент;
 пользователей - гибкой кабельной схемой, так что модификации ее легки и
экономичны;
 строителей-профессионалов - руководством, позволяющим приспособить
здание к кабелям еще до того, как станут известны специфические требования;
 стандартизаторов в промышленности и применениях
- кабельной
системой, которая поддерживает выпускаемые изделия и обеспечивает основу для
разработки будущих изделий [7].
Стандарт ISO/IEC 11801:1995 (Е) определяет универсальную кабельную
систему для использования внутри коммерческих территорий, которые могут
содержать одно или несколько строений на участке.
10
Стандарт оптимален для участков, имеющих географический размах до 3000
м, офисную площадь - до 1 000 000 кв.м и «население» - от 50 до 50 000 чел.
Рекомендуется, чтобы принципы этого стандарта применялись к инсталляциям, не
выпадающим из этих рамок.
Структурированная кабельная система, определенная этим стандартом,
поддерживает широкий диапазон систем, обрабатывающих голос, цифровые
данные, текст, изображение и видеоинформацию [2].
Протокол
BACnet
стал
международным
стандартом
ISO
16484-5.
Голосование в ISO завершило важный этап совместной работы ASHRAE
(разработчика BACnet) и технического комитета 205 (Building Environment Design)
Международной организации по стандартизации (ISO). За принятие BACnet в
качестве стандарта голосовали 20 стран, включая Россию, причем голосовавших
против - не было. Это означает, что тем самым согласно процедуре для стандарта
ISO 16484-5 будет пропущен этап «окончательный проект» («Final Draft International
Standard») и он сразу перейдет к этапу публикации. Благодаря новому стандарту
ожидается сильнейший толчок развитию рынка систем автоматизации зданий,
поскольку протокол будет способствовать удешевлению и интеграции систем [10].
11
3 ОРГАНИЗАЦИЯ СТРУКТУРИРОВАННОЙ КАБЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Основная цель дипломной работы – составить СКС для административного
здания предприятия. Данная СКС основывается на протоколе автоматизации зданий
BACnet, соответствует принятым международным стандартам (ANSI/TIA/EIA-568A, ISO/IEC11801 и ISO 16484-5) и обеспечивает передачу всех видов информации
(данные, голос, видео и т.д.) с учетом перспектив развития современных
информационных технологий. Кроме того, СКС, по средствам протокола BACnet,
обеспечивает интеграцию и работоспособность всех элементов и систем.
В частности, на базе СКС развернута компьютерная и телефонная сети,
охранная
и
пожарная
сигнализации,
системы
оповещения,
микроклимата,
видеонаблюдения, контроля доступа, бесперебойного питания.
СКС на базе BACnet устанавливается небольшом административном здании
с размерами в плане 10х20 м. Высота этажа составляет 3м. Толщина межэтажного
перекрытия составляет 20 см. Во всех помещениях здания имеется подвесной
потолок с высотой свободного пространства 30 см. Стены помещений изготовлены
из обычного кирпича и покрыты штукатуркой, толщина которой составляет 1 см.
В
ходе
работы
рассмотрено
несколько
вариантов
архитектуры
структурированной кабельной системы, и выбран вариант оптимальный по
стоимости и наиболее удобный с точки зрения последующего администрирования.
В ходе работы также рассмотрено популярные протоколы автоматизации
зданий, и также, выбран вариант наиболее удобный с точки зрения последующего
администрирования.
Созданная стстема обеспечивает функционирование ЛВС и телефонной сети
здания, то есть на каждом рабочем месте монтируется информационная розетка с
двумя розеточными модулями. Подсистема рабочего места состоит из необходимого
количества
универсальных
портов
подключения оконечного оборудования.
RJ-45
и
соединительных
кабелей
для
12
3.1 Структура СКС
Обобщенная кабельная система включает в себя функциональные элементы.
Группы этих элементов объединяются в кабельные подсистемы.
Обобщенная кабельная подсистема состоит из трех кабельных подсистем [4]:
 магистральная подсистема территории;
 магистральная подсистема здания;
 горизонтальная подсистема.
Объединение трех кабельных подсистем формирует структуру обобщенной
сети.
Рисунок 3.1 – Обобщенная кабельная система
3.2 Общая структура СКС
Обобщенная кабельная система имеет структуру иерархической звезды.
Количество и тип подсистем, включенных в систему, зависит от географии и
размеров территории предприятия, а также от стратегии пользователя. В здании на
переднем плане каждый тип распределительного пункта изображен отдельно. В
здании на заднем плане показан распределительный пункт, соединяющий в себе
функции пункта здания и пункта этажа [5].
13
Распределительные пункты размещаются в шкафах оборудования или
помещениях оборудования. На рисунке 2.2 показано типичное размещение
функциональных элементов.
Рисунок 3.2 – Типичное размещение функциональных элементов
14
4 ПРОТОКОЛ BACNET
Название протокола BACnet представляет собой аббревиатуру Building
Automation and Control Networks (сети автоматизации и управления зданий). Он
разрабатывался комитетом ASHRAE в течение 8,5 лет. Первый вариант был принят
в 1995 году. В 2001 году была принята последняя редакция стандарта.
BACnet представляет собой специализированный протокол передачи данных
для автоматизации зданий и управляющих сетей. Его главный приоритет
сосредоточен на уровне прикладной задачи.
Протоколом BACnet регламентируются:
 параметры электрических сигналов;
 система адресации;
 способы сетевого доступа (Master-Slave, Peer-to-Peer);
 процедуры проверки ошибок;
 процедуры управления потоком (Flow control);
 последовательность
сообщений,
система
сегментации,
наличие
контрольных точек;
 формат представления (упаковки, шифрования);
 формат сообщений.
Последовательность разработки протокола BACnet была следующей.
Вначале был определен вид или модель, по которой каждый производитель
может представить схему своего устройства. Следующим этапом был задан
стандарт «сообщений» или услуг, который использует модель и выполняет другие
общие функции. Затем было достигнуто соглашение о том, что считать «0» и «1».
Наконец, было принято соглашение о том, какие использовать стандарты
физических носителей, передачи данных и сетей (LAN). Рассмотрим подробнее
составляющие протокола.
15
4.1 Объекты BACnet
Каждый объект в сети BACnet характеризуется набором «свойств», которые
описывают его поведение или управляют его работой.
BACnet определяет набор стандартных объектов. В примере на рис. 4.1
параметр тип объекта (Object_Type) идентифицирует его как стандартный объект
Analog Input.
Рисунок 4.1 – Пример объекта BACnet
На следующем рисунке представлен набор основных стандартных объектов
BACnet (не всех). Предполагается, что в дальнейшем будут появляться новые
стандартные
объекты.
Кроме
того,
стандартом
оговорено
допущение
на
использование разработчиками своих собственных объектов, а также способы
взаимодействия с ними со стороны устройств сторонних производителей.
Рисунок 4.2 – Пример объекта BACnet
16
Любое устройство в сети BACnet описывается в виде набора стандартных
объектов. Причем количество одинаковых объектов, составляющих устройство, не
ограничено [8].
На рис. 4.3 представлен пример устройства, которое состоит из набора
следующих объектов: устройство (DEVICE), цикл (LOOP), расписание (SHEDULE),
группа (GROUP), аналоговое значение (AV), двоичный ввод (BI), двоичный вывод
(BI), аналоговый ввод (BO) и аналоговый вывод (AO). На практике устройство
обычно состоит из нескольких объектов «аналоговый ввод», нескольких объектов
«двоичный ввод» и т. д.
Рисунок 4.3 – Пример модели физического устройства при
описании с помощью стандартных объектов BACnet
Стандартом BACnet заданы следующие классы прикладных задач, которые
выполняют устройства:
 тревоги и события;
 доступ к файлам;
 доступ к объектам;
 управление удаленным устройством;
 виртуальный терминал.
17
Эти классы прикладных задач описаны набором услуг (Services), которые
выполняются определенным классом задач. Например, для класса прикладных задач
«доступ к объекту» заданы следующие услуги:
 ReadProperty;
 CreateObject;
 ReadPropertyConditional;
 DeleteObject;
 ReadPropertyMultiple;
 AddListElement;
 WriteProperty;
 RemoveListElement;
 WritePropertyMultiple.
Эта подробная регламентация позволяет представить все многообразие
устройств и решаемых ими задач в сети BACnet.
4.2 Транспортный уровень
Помимо прикладного уровня протокол BACnet описывает возможные опции
локальной сети. Первоначально протокол допускал использование следующих
сетевых технологий:
 Ethernet;
 ARCNET;
 Master-Slave/Token Passing (MS/TP);
 Point-to-Point (PTP);
 LonTalk.
Эти опции обеспечивают различные характеристики сети, покрывая
специфические потребности конкретных приложений. В таблице представлены
некоторые характеристики этих сетей.
18
Кроме того, последнее дополнение к протоколу 135a определяет понятие
виртуальной сети – «Virtual LAN», которое дает возможность использовать такие
сети, как TCP/IP, ATM и т. Д [8].
Для связи с частными сетями требуется наличие специализированных
шлюзов, которые при переупаковке сообщений BACnet должны, кроме того,
осуществлять их «перевод» на язык соответствующего частного протокола.
Для взаимодействия через IP-сети BACnet предусматривает 2 режима
работы:
 туннелирование IP-сообщений;
 использование BACnet/IP.
Рисунок 4.3 – Взаимодействие устройств BACnet в «смеси» стандартных LAN
4.4 Концепция BVLL
В последнем дополнении к протоколу 135a вводится понятие «Слой
виртуального подключения BACnet» (BACnet Virtual Link Layer – BVLL). В
соответствии с концепцией BVLL устройство BACnet/IP имеет доступ к
инфраструктуре IP, как если бы это была какая-то LAN частного типа. Подключение
такого типа называется «виртуальным подключением» («virtual data link»). Оно
19
позволяет удобным образом использовать такие сети, как ATM, SONET, Frame
Relay, ISDN и другие, даже те, которые могут появиться в дальнейшем. Если
передача сообщений между устройствами BACnet/IP через Internet идет напрямую,
то широковещательная передача обеспечивается посредством специализированного
устройства BACnet/IP Broadcast Management Device (BBMD)[9].
Через BBMD осуществляется также регистрация внешнего по отношению к
сети BACnet устройства. При использовании BACnet/IP «внешнее устройство»
может через интернет-провайдера присоединиться к BACnet.
При IP-туннелировании устройству не требуется «понимание» протокола IP.
Большую часть работы с протоколом IP берет на себя специализированный
маршрутизатор, который называется Annex H Router. Это название обусловлено тем,
что именно в приложении H описаны функции, которые он выполняет.
При использовании BACnet/IP каждое устройство является полноценным
узлом IP. Оно имеет свой IP-адрес, стек протокола IP и всю работу с протоколом IP
выполняет самостоятельно. Устройства передают сообщения через Internet
напрямую без посредников.
20
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
За время прохождения практики составлена модель структурированной
кабельной системы для административного здания предприятия на основе
протокола BACnet в соответствует принятым международным стандартами.
Подробно рассмотрены и изучены свойства, структура, функции и характеристики
BACnet. Также рассмотрены и другие популярные протоколы автоматизации
зданий: LonWorks, KNX/EIB.
Применение протокола BACnet нацелено на возможность взаимодействия
рабочих станций от разных поставщиков с широким ассортиментом устройств через
шлюзы, в которых осуществляется преобразование данных, представленных в
соответствии с протоколами таких устройств, в вид, соответствующий протоколу
BACnet. Применение такого протокола оставляет решение многих вопросов на
усмотрение производителей продуктов, в том числе вопросы реализации продукции,
и для которых совместимость (способность к взаимодействию) их продуктов не
является наиважнейшим приоритетом.
BACnet составляет хорошую основу для всех систем управления зданием.
Стандарт постоянно расширяется, охватывая все новые сферы применения. Работа
над расширением применения BACnet в область систем безопасности направлена на
создание гибких и надежных систем, способных обмениваться данными между
собой. Безопасность и комфорт идут рука об руку, но, только когда климатическое
оборудование,
видеонаблюдение,
контроль
доступа,
охранная
и
пожарная
сигнализация будут общаться между собой на одном языке, может быть достигнут
высочайший уровень безопасности и комфорта.
21
ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК
1. Смирнов, И.Г. Структурированные кабельные системы [Текст] / И.Г.
Смирнов. - М. : Эко-Трендз, 1998. - 178 с.
2. Семенов,
А.Б.
Структурированные
кабельные
системы
[Текст]
/
А.Б. Семенов, С.К. Стрижаков, И.Р. Сунчелей. – 4-е изд., перераб. и доп. – М. : ДМК
Пресс, 2002. - 232 с.
3. Бейли Д., Райт Э. Волоконная оптика: теория и практика [Текст] : Пер. с
англ. / М. : КУДИЦ-ПРЕСС, 2008. - 320 с.
4. Семенов, А.Б. Волоконно-оптические подсистемы современных СКС
[Текст] / М. : Академия АйТи: ДМКПресс, 2007. - 632 с.
5. Структурированные кабельные системы (СКС) - основные понятия
[Электронный ресурс] / Режим доступа : www/URL: http://skslines.com.ua/
proektirovanie_sks/pages_sks/ - Загл. с экрана.
6. Структурированная кабельная система понятия [Электронный ресурс] /
Режим
доступа
:
www/URL:
http://ru.wikipedia.org/wiki/структурированная_
кабельная_система - Загл. с экрана.
7. Стандарты телекоммуникационной инфраструктуры коммерческих зданий
ISO/IEC 11801, EN 50173 и ANSI/TIA/EIA-568-A [Электронный ресурс] / Режим
доступа : www/URL: http://www.ixbt.com/comm/sks-1 - Загл. с экрана.
8. Системы автоматизации зданий на базе сети BACnet [Электронный ресурс]
/ С. В. Золотарев.- Режим доступа : www/URL: http://www.abok.ru/for_spec/
articles.php?nid=2127 - 2003г. - Загл. с экрана.
9. Интеграция систем безопасности на основе открытого стандарта BACnet
[Электронный ресурс] / Олег Обтовка. - Режим доступа : www/URL: http://
www.polyset.ru/article/st499.php - 2009г. - Загл. с экрана.
10. Автоматизация зданий. Обзор и сравнение технологий [Электронный
ресурс] / Режим доступа : www/URL: http://www.armo-training.ru/docs/Build1.pdf 2003г. - Загл. с экрана.