Читая Хабр и Гиктаймс, периодически натыкаешься на статьи типа «Умный дом на коленке за 5 минут, используя запчасти от ноутбука сестры». Я нисколько не сомневаюсь, что это реально работает и временами даже преклоняюсь перед умом и упорством этих людей. Однако я долгое время реально работал над разработкой и реализацией проектов умных домов. И мне хочется рассказать о теории, практике и трудностях реализации этих решений.

Итак, начнем с теории. Попробую рассказать кратко и доходчиво:


Для чего это нужно?

Существует четыре основных причины, почему заказчики устанавливают себе систему автоматизации в частном доме, квартире или офисе:
1. Экономия энергетических ресурсов. Электроэнергия и выработка тепла сжиганием природных ресурсов с каждым годом становится все дороже. Система автоматизации позволяет в некоторых случаях снизить энергопотребление до 30%.
2. Повышение комфорта проживания и «качества жизни».
3. Внешний вид и дизайн устройств. (Тут как говорится: понт — дороже денег.)
4. Широкие возможности диспетчеризации. Любая система домашней автоматизации (ну или почти любая, об этом ниже) имеет собственную систему диспетчеризации или может интегрироваться в стороннюю систему диспетчерского контроля и управления.

Теперь немного подробней по пунктам в рамках существующих российских реалий.

Пункт первый — экономия энергетических ресурсов. Является номером один для стран Евросоюза и последним для России в следствие, как бы это ни звучало странно, «относительной дешевизны энергоресурсов». К примеру, в Литве, в которой я побывал недавно по приглашению партнеров нашей компании, оборудование для автоматизации стоит значительно дешевле, а стоимость энергоресурсов в разы дороже, поэтому сроки окупаемости проектов 2-3 года. В России некоторые проекты, даже при условии четкой направленности на энергосбережение, не окупаются и за 5-7 лет.

Пункт второй и третий – комфорт и внешний вид. В 90% случаев для российских заказчиков эти два пункта оказываются решающими. В основном выбирают управление светом и инженерными системами здания. Ассортимент управляющих устройств огромный: от классических выключателей до совершенно фантастических устройств и решений, которые мы видим в некоторых фильмах. Набор функций тут тоже практически ничем не ограничен, зависит от фантазии и возможностей заказчика. Естественно, когда заказчик платит дорого, то это должно выглядеть дорого.

Пункт четвертый – возможности диспетчеризации. Актуален для систем автоматизации, которые работают в административных и офисных зданиях, однако для частных домов и квартир, в связи с популяризацией различного рода устройств типа смартфонов и планшетных компьютеров, это тоже стало популярно.

Какие системы автоматизации зданий существуют?

Поднимая данный вопрос, я не ставлю перед собой цель описать все возможные системы. Опишу лишь несколько типов технических решений, а также назову несколько популярных в России технологий без привязки к конкретным брендам (по возможности).

Системы управления, разделенные по своей структуре:
1. Централизованные системы управления. Системы, в которых одно или несколько центральных устройств отвечают за работу всей системы в целом, а датчики и исполнительные устройства выступают как периферия.
2. Децентрализованные системы управления. Системы, в которых каждый датчик и каждое исполнительное устройство является автономным.
Собственно говоря, данное разделение является довольно условным, потому как к практически любой распределенной системе можно подключать датчики в виде периферии, а любая централизованная система может стать распределенной.
Системы управления можно разделить и по средам передачи данных:
1. Витая пара. Самая популярная из всех. Это не только и не столько Ethernet. Это огромное множество промышленных стандартов передачи данных.
2. Силовая линия. Передача ведется по линиям питания. Применяется редко. В основном в случае модернизации существующей электроустановки.
3. Радиоканал. Система управления, построенная на радиоканале, имеет ряд преимуществ, но еще больше недостатков. В основном применяется для модернизации существующих систем. А также отлично зарекомендовала себя для управления светом и инженерными системами в бревенчатых домах. Оборудование не всегда сертифицировано в России.

Системы управления также разделяются и по протоколам передачи данных:

Существует большое количество промышленных протоколов и промышленных устройств, которые в принципе подходят для реализации систем автоматизации любого уровня, в том числе домашней, но в данной статье про них речь не идет.
Каждый производитель систем для домашней автоматизации считает своим долгом разработать свою систему с ноля и сделать ее максимально несовместимой с остальными, но есть системы, которые разрабатываются некоммерческими организациями, финансируемыми целым рядом производителей оборудования.

Итак, про конкретные системы:

1. KNX. Протокол изначально разрабатывался ассоциацией с неблагозвучным для русского языка названием EIBA. Ассоциация была основана в 1990г. в Брюсселе 15-ю компаниями производителями. Из основных компаний учредителей Siemens, Gira, ABB, Berker, Jung. В данный момент ассоциация называется Konnex. Сайт ассоциации: http://www.konnex-russia.ru. Организация некоммерческая. Цели: сертификация оборудования и обучение технологии. С 1 января 2013 года все права и полномочия по обучение специалистов EIB/KNX переданы МГСУ (Московскому Государственному Строительному Университету).

Описание:
Среды передачи данных: Витая пара, Силовая линия, Радиоканал (868 и 433 МГц) и KNX/IP (KNX поверх TCP/IP). Децентрализованная система автоматизации.
При использовании в качестве среды передачи данных витой пары или силовой линии поддерживается свободная топология сети. Компоненты системы могут соединятся между собой в свободном порядке. Питание устройств осуществляется по информационной шине. При проектировании на базе витой пары необходимо учитывать потребляемую из шины мощность. Теоретически одна система поддерживает 65535 физических адресов, но есть ряд служебных адресов. Физические адреса делятся на 3 разряда и разделяются точками по принципу «№ области.№ линии.№ устройства». Устройств в линии может быть до 255, линий может быть не более 15, областей не более 15. Скорость передачи данных зависит от среды передачи данных. В качестве среды для конфигурирования устройств служит программа ETS. В данный момент актуальна 4-я версия. От себя могу добавить, что система довольно медленная, но для 99% того функционала, что она предоставляет, этой скорости передачи данных достаточно. Для всего остального есть Ethernet.

2. LONWorks. Протокол изначально разрабатываемый компанией Echelon. В декабре 2008 года принят как международный стандарт ISO/IEC 14908 в 4-х частях. В данный момент стандарт поддерживается международной ассоциацией LonMark. Организация некоммерческая. Цели: сертификация оборудования и обучение технологии. Сайт ассоциации: www.lonmark.org.
Описание:
Среды передачи данных: Витая пара (TP/FT-10), Силовая линия (PL-20), Ethernet (IP-852). Каждое устройство LONWorks имеет свой уникальный идентификационный номер Neuron ID (48 бит), который может быть использован в качестве физического адреса. Также каждый объект системы может иметь индивидуальное имя. Имя задается один раз при создании объекта в системе. Существует система адресации CNP внутри которой адресация осуществляется по принципу домен.подсеть.узел также есть возможность работать в режиме групповой адресации. Подробней можно прочесть в документе. Для конфигурирования и программирования в данный момент служит ПО под названием OpenLNS CT. Для работы в программе необходим Microsoft Visio (2003,2010). От себя добавлю, технически LON система гораздо более шустрая и обладающая гораздо большим функционалом нежели KNX, но данная система применяется в качестве основы для «умного дома» редко в связи с тем что сенсоры, выключатели, термостаты и прочие компоненты системы с которыми контактирует конечный пользователь страшны как смерть и обладают в лучшем случае промышленным дизайном.

На рынке также присутствует множество систем, которые производит только один производитель, такие как My Home от Btchino (Legrand), LCN (Issendorff KG) и многие другие, не пожелавшие открывать протоколы обмена данными внутри своей сети. Специфика данных систем в том, что в них трудно интегрировать сторонние системы автоматизации, вследствие закрытости интерфейсов. А также они обладают ограниченным объемом дизайнерских решений органов управления.

Также хочу выделить в особую группу системы и технологии по озвучке помещений (или «Мультирум») такие как Crestron, AMX, Vantage Controls и прочие. Данные технологии изначально были предназначены для оповещения, озвучки помещений и мультимедийных развлечений, но в данный момент они представляют собой мощные системы автоматизации централизованного типа с очень обширным функционалом и возможностью интеграции с другими системами автоматизации.

Вот тут вот хочется дать пояснения почему были выбраны и описаны только эти две системы. Причин несколько. Первая. Эти две системы имеют четкую направленность именно на домашнюю автоматизацию. Вторая. Разработкой устройств для этих систем занимается огромное количество компаний по всему миру включая таких «зубров» как, ABB, Schneider Electric и Siemens. Третья. Огромный выбор устройств с практически неограниченным функционалом. Четвертая. Совместимость устройств в рамках системы контролируется путем сертификации единой некоммерческой организацией. Ну и пятая. У меня есть опыт проектирования систем автоматизации на базе этого оборудования.

На этом первая часть закончена. Однако для публикации готова вторая часть про стандартные функции систем и третья — про практику реализации подобных проектов.
Вторая часть тут.