تاریخچه سیستم هوشمند ساختمان

گام اول : کنترل اتوماتیک

تاریخچه سیستم هوشمند ساختمان مشخص میکند که سرآغاز هوشمند سازی با استفاده از ریموت برای دستگاههای برقی منزل نظیر روشنایی و تلویزیون و درب پارکینگ و همچنین استفاده از سنسورهای دارای چشم حرارتی و سنجش شدت نور و یا دارای تایمر برای کنترل روشنایی رایج گردید.

گام دوم : ایده کنترل متمرکز و یکپارچه (integration)

در این مرحله کنترل‌های دارای ورودی و خروجی I/O ماژول ها بوجود آمدند که از سنسورها ورودی دیجیتال (0,1) و یا ورودی آنالوگ (مانند عملکرد سنسور دما و یا فشار در یک بازه مشخص) را گرفته و پس از پردازش در خروجی ها فرمان دیجیتال برای کنترل روشن و خاموش و یا خروجی آنالوگ برای کنترل دمپر ها و یا شیرهای برقی تدریجی را صادر میکردند.

 مزایای سیستم کنترلهای مرکزی (I/O ماژولها)

1- کنترل تمامی تجهیزات از طریق یک درگاه متمرکز که امکان یکپارچه سازی مدیریت را به همراه داشت.
2 – دارای لاجیک برای ایجاد منطق های کنترلی ترکیبی IF,OR,AND, …
3 – حذف کنترل‌های stand alone متعدد
4 – امکان ایجاد نرم افزارها و اپلیکیشن های مختلف جهت کنترل منطقی و گزارش گیری از فیلد دیوایس ها و تجهیزات

معایب سیستم کنترل مرکزی (I/O ماژولها)

1 – وابستگی کنترل منزل به یک دستگاه مرکزی (king management sistem ) که در صورت از کار افتادن کنترلر مرکزی تمام سیستم کنترلی از کار خواهد افتاد و سایر قطعات کارایی خود را از دست خواهند داد که این مورد برای منازل مسکونی که واحد تعمیر و نگهداری مقیم ندارند باعث کاهش سطح اعتماد به این سیستم میشود.
2 – هزینه بالای کنترلر مرکزی که در صورت از کار افتادن تقریبا هزینه هوشمند سازی واحد مجددا تکرار میشود چون هزینه فیلد دیوایس‌ها که دارای پروتکل نیستند به نسبت کمتر است.
3 – برنامه نویسی پیچیده کنترلرها باعث وابستگی سیستم به یک برنامه نویس حرفه ای علاوه بر وابستگی به تامین کننده کنترلر را به همراه داشت لذا در منازل مسکونی که سلیقه‌های مختلف باعث درخواست خدمات پس از فروش و افزایش هزینه این خدمات را به دنبال خواهد داشت استفاده از این سیستم منسوخ شد.

گام سوم : ایده ترکیب کنترلرهای مرکزی ( PLC BUS ) با آیفون تصویری

از این ایده شرکت‌هایی نظیر cocom, LG و Samsung استفاده کردند و علاوه بر آیفون تصویری امکان کنترل بعضی از تجهیزات را در پنل مرکزی آیفون تصویری ایجاد کردند.
مزایا:
1- کنترل درب باز کن منزل از طریق تاچ پنل روی کنترلر مرکزی
2 – عدم نیاز به تابلو برق کنترلی بعلت تجمیع کلیه خروجی ها در پشت پنل مرکزی
3 – امکان کنترل سرخط های روشنایی از رله پشت کلیدها که امکان سیم کشی به صورت سنتی را فراهم میکند.
4 – امکان فرمان دادن به رله‌های پشت کلیدها توسط دیتا با سری کردن کلیدها توسط یک کابل شبکه

 معایب سیستم کنترلرهای مرکزی برپایه آیفون تصویری (Samsung, LG,cocom)

1 – این سیستم تقریبا تمامی معایب ذکر شده در سیستم کنترلرهای مرکزی ذکر شده در بالا را دارند.
2 – محدودیت تعداد سرخط های کنترلی توسط تاچ پنل مرکزی ماکزیمم تاچ پنل میتواند 64 خروجی داشته باشد که به ازای هر سرخط وصل شده به پشت کلیدها یک ظرفیت از این 64 خروجی اشغال میشود.
3 – محدودیت ظرفیت کانالهای خروجی ماکزیمم 2.5 آمپر برای سوییچرها و ماکزیمم 1.5 آمپر برای دیمر علاوه بر اینکه حداکثر 4 خروجی از 64 خروجی میتواند دیمر باشد.
4 – عدم امکان اینترلاک کردن کانالهای خروجی برای کنترل موتورها نظیر پرده برقی و یا فن‌کویل لذا تنها راه کنترل سیستم سرمایش و گرمایش در این سیستم استفاده از ترموستات سایر برندها و کنترل از پنل مرکزی به صورت فعال یا غیر فعال کردن فن کویل می باشد.
5 – عدم امکان کنترل تجهیزات ریموت دار نظیر تلویزیون و اسپلیت یونیت بعلت نداشتن ماژول فرستنده امواج IR
6 -بعلت نداشتن پروتکل استاندارد در سیستم ذکر شده امکان ارتباط با پروتکل TCP/IP برای کنترل تجهیزات منزل توسط WiFi و اینترنت وجود ندارد.

7 – نداشتن کلید دیجیتال در سیستم های کنترل مرکزی جهت جمع آوری کلید های متعدد از روی دیوار بزرگترین نقطه ضعف این سیستم‌ها به شمار میرود اما در LG و SAMSUNG با استفاده از کلیدهای دارای ریموت RF تا حدودی این مشکل حل شده است اما خود کلید ها دارای معایب زیر می باشند:

1 – کلیدها دارای محدودیت در تعداد سرخط خروجی می باشند.
2 – کلیدها دارای محدودیت در در تعریف سناریو می باشند .
3 – کلیدها دارای محدودیت در کانالهای دیم می باشند و برای دیم کردن باید نوع کلید تغییر کند و یا نوع متفاوتی از کلید استفاده شود.
4 – هر کلید دارای ریموت مستقل بوده که تعدد ریموت و stand alone بودن کنترل کلیدها آنها توجیه ناپذیر نموده است.
5 – حداکثر 4 عدد تاچ پنل میتو اند به پنل مرکزی متصل شود که اگر تاچ پنل مرکزی با این 4 تاچ با حداکثر 64 خروجی را قیمت گذاری نماییم بدون امکانات کنترل سیستم سرمایش و گرمایش و صوتی و کنترل توسط WIFI و اینترنت حدود 17 میلیون تومان میشود که با توجه به امکانات و آپشن های سیستم هوشمند در سایر برندها توجیه فنی و اقتصادی ندارد.

گام چهارم در تکامل سیستم های هوشمند ساختمان :

ایجاد بستر شبکه ارتباطی BUS بین تجهیزات برپایه یک پروتکل مشخص بدون نیاز به سوپر وایزر یا KING
اولین سیستم شبکه کنترلی بر بستر RS485 را شرکت IBM آمریکا به صورت ارسال پک دیتا از یک آدرس به یک آدرس مشخص دیگر (عملکرد BUS ) ایجاد نمود که پس از آن پروتکل های ارتباطی قطعات Information با نام های مختلفی شکل گرفت نظیر mod – BUS و C-BUS و S-BUS و TIS-BUSو EI-BUS که همان European Instalation BUS می باشد که امروزه به نام موسسه تفکر KNX به این نام معروف است و خیلی از شرکتهای اروپایی از این موسسه پروتکل و لایسنس چیپ ست مبتنی بر این پروتکل را خریداری کرده اند.
با توجه به اینکه خیلی از شرکت ها از این موضوع برای مطرح کردن پروتکل خود به عنوان یک پروتکل مطلق استفاده کردند استاندارد ASCII آمریکا یک پروتکل استاندارد را به صورت زیر معرفی نمود.
تمام پروتکل های ارتباطی در دنیا در هر شرکتی معتبر و استاندارد می باشد به شرط آنکه برای برقراری ارتباط با سایر پروتکل ها مبدل یا مترجم داشته باشند یعنی قطعات گوش شنوا و زبان گویا برای برقراری ارتباط با قطعات سایر برندها داشته باشند.

مزایای سیستم هوشمند بر پایه شبکه BUS :

1 – تمام قطعات با یک پروتکل مشخص با هم در ارتباط هستند و به اصلاح هوشمند هستند و با دیتا ارتباط برقرار میکنند به همین خاطر محدودیت ارسال و دریافت فرمان های مختلف را ندارند.
2 – تمام قطعات بدون وابستگی به یک کنترلر مرکزی میتوانند به صورت مستقیم با هم ارتباط برقرار کنند و دریافت و ارسال فرمان بهم داشته باشند.
3 – بدلیل استفاده از فرم ور در قطعات امکان ویروسی شدن قطعات وجود نداشته و هر قطعه دارای یک پلاک یا آدرس می باشد که در صورت قطع برق نیز تا پایان عمر آن آدرس را در خود ذخیره دارد و اگر بسته ای بعد از برق دار شدن آن به این آدرس ارسال شود فرمان را اجرا میکند.
4 – دلایل ذکر شده در بالا با از کار افتادن هر قطعه فقط عملکرد همان قطعه از دست رفته و کل سیستم از کار نخواهد افتاد بنابراین بطور مثاب چنانچه در یک ساختمان 100 قطعه نصب شده باشد و 98 قطعه از کار بیفتد دو قطعه باقیمانده به کار خود ادامه میدهند و از کار افتادن هر قطعه به مانند سوختن یک لامپ می باشد نه از بین رفتن کنتور ساختمان

5 – تمامی قطعات با یک مکانیزم مشخص در کارخانه های مختلف مشابه هم به یک رشد نسبی رسیده اند و دارای کیفیت و طول عمر بالاتری نسبت به سایر تکنولوژی های منفرد می باشند.
6 – بدلیل ماژولار بودن قطعات توسعه تعداد سرخط های کنترلی محدودیت ندارد و برای واحدهای با متراژ بالا که دارای سرخط های زیادی می باشند جز این سیستم انتخاب دیگری وجود ندارد.
7 – هر قطعه دارای قابلیت مشخص بوده و برای ایجاد آپشن های کنترلی مشخص کافی است قطعه مورد نظر را به سیستم اضافه کرد این مورد به کاربر این امکان را میدهد با پیش بینی زیر ساخت سیم کشی ارتقای آپشن های کنترلی را در هر زمان دلخواه انجام دهد.
8 – بدلیل داشتن پروتکل استاندارد قابلیت‌هایی نظیر کنترل اینترنتی و WiFi و SMS و نیز نرم افزار ها و اپلیکیشن های مختلف و جذاب کنترلی به سادگی فراهم میشود.
9 – سیم کشی دیتا بین قطعات در فضاهای مختلف با یک کابل شبکه به صورت سری انجام میشود که موجب صرفه جویی در سیم کشی ارتباطی بین قطعات هوشمند میشود.
10 – کلیدها محدودیت کنترلی دیم و یا تعریف سناریو ندارد و حتی در مدلهای تاچ بعضی برندها محدودیت کنترل تعداد سرخط و آپشن تقریبا از بین رفته است.

 معایب سیستم هوشمند بر پایه شبکه BUS :

1 – وجود درگاه‌های مختلف نظیر کلیدها ،ریموت،انواع تاچ پنل و تبلت ها،SMS و اینترنت و … و همچنین برنامه پذیر بودن تمامی این درگاه‌ها با توجه به سلیقه متنوع افراد یک خانواده که سناریوهای مختلف و متنوعی را در هر درگاه تقاضا میکنند باعث میشود فرد حرفه ای که دوره برنامه ریزی این سیستم را گذرانده است نتواند خدمات خوبی ارایه نماید و یا با هزینه خدمات بالایی تمام خواسته های مشتری را که تدریجی شکل میگیرد در زمان طولانی برآورده نماید این مشکل باعث شده در پروتکل هایی نظیر KNX که برنامه ریزی به صورت تغییر در دیتا بیس و بسیار پیچیده و زمان بر است باعث شود در اغلب پروژه های بزرگ یک فرد برای ارایه خدمات و برنامه ریزی و تغییرات درخواستی ساکنین ساختمان در پروژه مقیم شود.
این مورد باعث شده که در ساختمان اروپایی و یا آمریکایی سیستم هوشمند متداول نشود و بازار آن فقط در کشورهای عربی و هندوستان و ایران آنهم در حد یک سیستم تجملی و لوکس در بعضی ساختمانها اجرا شود که پس از نصب و انجام هزینه های بالای خدمات پس از فروش و یا عدم پاسخگو بودن شرکت فروشنده مشتری ناراضی گردد.

2 – علی رغم ادعای شرکت‌های دارای پروتکل باز ارتباط از طریق مبدل محدودیت داشته و قابلیت ارسال فرمان به چند سناریو خلاصه میشود و در برند های مبتنی بر پروتکل KNX نیز علی رغم ادعای شرکت‌هایی اروپایی برای منطبق بودن قطعات با هم سابقه ای برای همکاری دو شرکت با دو برند مختلف در یک پروژه وجود ندارد و دلیل آن دو مورد زیر است:

1 – بدلیل استفاده از نرم افزارهای برنامه ریزی در هر برند و همچنین نوع ساختار دیتا بیس نویسی برای اینکه دو برند با یک پروتکل بتوانند برنامه ریزی شوند باید توسط کارخانه های سازنده با هم منطبق شده باشند و برای برنامه ریزی از یک نرم افزار استفاده شود در غیر اینصورت با آپلود دو دیتا بیس مختلف روی قطعات خواهیم دید که با یکدیگر کار نخواهند کرد این مشکل بیشتر در برند های مبتنی بر پروتکل knx دیده میشود و برای برندهایی که پروتکل C-BUS یا S – BUS و یا TIS – BUS کار میکنند بعلت اینکه برنامه ریزی با یک نرم افزار کانفیگ انجام و دیده میشود و نیاز به آپلود دیتا بیس نیست وجود ندارد.

2 – دلیل دوم عدم تطابق دو برند با یک پروتکل knx اینست که چون در هر بار مراجعه به واحد برای تغییر در برنامه ریزی بایستی تغییرات ابتدا در دیتا بیس انجام شود و بعد روی قطعات آپلود شود حال چنانچه این دیتا بیس در اختیار نفر دوم که برای تغییرات بعدی به واحد مراجعه میکند قرار نگیرد و دیتا بیس دیگری آپلود شود تغییرات قبلی از بین رفته و تغییر جدید جایگزین خواهد شد که فرد برنامه ریز دوم از آن بی خبر خواهد بود.

3 – مشکل سوم بسیاری از برند های موجود مبتنی بر شبکه BUS این است که کل قطعات و آپشن ها در یک برند موجود نمی‌باشد و تنها کارخانه های خاصی نظیر ABB و Bush-jeger که سبد کالای کاملی ندارند با هم توافق نموده اند که با تجمیع قطعات تولیدی خود با هم تحت یک نرم افزار بتوانند آپشن کلید و سوییچرها را در سبد محصول ارائه نمایند که حتی در این شرکت ها هم آپشن هایی نظیر سیستم صوتی و یا فرستنده امواج IR و یا پرده برقی با پورت شبکه و …. وجود ندارد.

گام پنجم :توسعه و اصلاح مشکلات سیستم هوشمند مبتنی بر پایه BUS :

در ادامه تاریخچه سیستم هوشمند ساختمان مشخص میشود که بسیاری از شرکت ها برای راهیابی به بازار اروپا و آمریکا که مصرف کنندگان آن اعتقادی به پرداخت هزینه های هنگفت خدمات پس از فروش ندارند برای حل مشکلات ذکر شده در بالا به این فکر افتادند که برنامه ریزی سیستم هوشمند را آنقدر ساده کنند که خود مصرف کننده بتواند بدون نیاز به کامپیوتر تغییرات درخواستی خود را انجام دهد لذا تکنولوژی DIY به معنای DO IT YOURSELF وارد بازار شد.
این شرکت ها برای حل مشکل از پروتکل هایی که ارتباط را ساده تر کرده و خبری از مشکلات پروتکل های قبلی نظیر mod – BUS یا knx نبود استفاده کردند که بسیار کاراتر و سریعتر در سیستم هوشمند منازل مسکونی ایفای نقش نمود .
این شرکت ها برای برقراری ارتباط با سایر پروتکل ها از مبدل استفاده کردند که همان مشکلات ذکر شده در بالا را در مورد مبدل دارا هستند اما برای کنترل اینترنتی و WiFi که قسمت جذاب کنترل هوشمند ساختمان می باشد به جای مبدل از پورت مستقیم TCP/IP روی بعضی از قطعات خود استفاده کردند.

از طرفی با ایجاد قطعاتی نظیر سیستم صوتی ، پرده برقی و فرستنده امواج IR و… با پورت شبکه BUS معایب برند های قبلی را که سبد محصول کاملی نداشته و این تجهیزات را به صورت ناقص به سیستم خود متصل می نمودند حل کردند.
بعضی از شرکت ها نظیر TIS پا را از این مرحله فراتر گذاشته و تجهیزاتی ارائه نمودند که حتی سیستم را بهینه تر و کم هزینه تر نمود مانند:

1 – شرکت TIS با ارایه سوییچرهایی که کانال‌های آن به صورت دوتایی و یا 3 تایی اینترلاک می شوند باعث حذف ماژول شاتر پرده و نیز ماژول HVAC برای کنترل فن های سه دور گردید.
2 – با ارایه پرده برقی های دارای پورت شبکه BUS که دیگر نیاز به سرخط رله برای کنترل ندارند باعث صرفه جویی در هزینه و کنترل کامل تر پرده برقی گردید.
3 – با ارایه سیستم صوتی دارای پورت شبکه TCP / IP که قابلیت اتصال به ماژول های مشابه را دارد سیستم یکپارچه صوتی را ارایه نمود که نیاز به سیستم صوتی ماتریس را در منزل حذف کرده همچنین با سرعت بالا و بدون هزینه کنترل اینترنتی و WiFi سیستم هوشمند را فراهم کرد.

4 – با ارایه کلیدهای تاچ رنگی که دارای 3 صفحه با ترموستات مستقل است امکان کنترل همزمان گرمایش از کف و دو زون مستقل سیستم سرمایش و گرمایش را در یک فضای بزرگ نظیر سالن پذیرایی بدون نیاز به نصب کلید ترموستات دار اضافه فراهم نمود که صرفه جویی در هزینه و تعداد کلید و کنترل کامل تر را به دنبال داشت.
5 – با ارایه تمامی امکانات نظیر آیکون اختصاصی و فونت بر روی کلید ها این امکان را فراهم کرد تا سناریوهای متعدد (تا24سناریو) به صورت دستی با اختصاص آیکون و فونت دلخواه با کنترل کامل سیستم روشنایی ،سرمایش و گرمایش،صوتی و …. توسط مصرف کننده ایجاد شود.(تکنولوژی DIY )
6 – با ایجاد و تعبیه سوییچرهایی در پشت کلید که از شبکه BUS از هر مکانی فرمان میگیرند باعث شد که امکان اجرای سیم کشی سیستم هوشمند به صورت سنتی فراهم گردد و نیز حجم تابلو کوچکتر شود.
از دیگر امکانات پنل های پشت کلید میتوان به کنترل تجهیزات ریموت دار و هوشمند کردن کلیدهای سنتی و سنسورهای NO/NC اشاره نمود.

7 – با تولید کلیدها ،ترموستات، کنترل کننده سیستم صوتی و انواع سوکت‌ها و پریزهای مورد استفاده در ساختمان که بصورت ماژولار کنار هم قرار میگیرند با قابهایی از جنس چوب ،چرم ،سنگ،فلز،شیشه و … این امکان را فراهم نمود تا با هر سلیقه مشتری خود بتواند نوع کلید و طرح دلخواه خود را کنار هم بصورت ماژولار 1،2،3،4 خانه چیده و یک کلید جدید با سلیقه خود و رنگ مورد نظر دکوراسبون منزل خود ایجاد نماید.
8 – با تولید آیفون تصویری مستقل که علاوه بر پورت شبکه TCP / IP برای اینترکام و … دارای پورت شبکه BUS میباشد نقطه ضعف برند های هوشمند سازی بر پایه BUS را که این آپشن را نداشتند از بین برده و باعث حذف نیاز به تاچ پنل جداگانه برای کنترل سیستم هوشمند گردید که حذف تاچ پنل خود باعث صرفه جویی در هزینه تا حدی شد که میتوان هزینه آیفون تصویری را نادیده گرفت.
9 – با ارایه دیمر های LED که هر 64 سرخط LED با یک ماژول کنترل و دیم میشوند باعث کاهش هزینه کنترل سیستم روشنایی تا 50 درصد شده و از طرفی کیفیت بهتر کنترل سرخط های روشنایی به صورت دیم را که غالبا در منازل تبدیل به لامپ LED شده اند را به دنبال داشته باشد.

10- برند TIS با ارایه مغز منطق پذیر و تایمر دار در سنسورها و کلیدها و ماژول های منطقی و امنیتی سیستم امنیتی را نیز به آپشن های سیستم هوشمند اضافه نمود.
11 – ارائه پاور میتر توسط شرکت TIS تحولی بزرگ در سیستم های هوشمند می باشد که این سیستم را از یک سیستم لوکس به یک سیستم energy saving با قابلیتها کنترل مصرف کننده های پر مصرف در ساعات اوج مصرف تبدیل کرده است
که میتوان پس از این ادعا نمود سیستم هوشمند میتواند هزینه انرژی در یک ساختمان را کاهش دهد.