خانه هوشمند

اكنون كه سالها از دست‌يابي بشر به تكنيك‌هاي اتوماسيون صنعتي مي‌گذرد و حتي قريب به سه دهه از ابتدايي‌ترين اشكال اتوماسيون در ساختمان گذشته است، هنوز تعاريف صحيح و كاملي از هوشمندسازي ارائه نشده است. و يا اينكه صرفاً به صورت تخصصي و از ديدگاه كارشناسي به موضوع پرداخته شده و در زمينه توسعه اين فرهنگ در بين اقشار عمومي و مخصوصاً سازندگان ساختمان فعاليت چشمگيري صورت نگرفته است. لذا اين شركت تصميم دارد به موازات فعاليت تخصصي خود در زمينه طراحي و ابتكار سيستم‌های خانه هوشمند و رشد و ارتقاء دانش فني در زمينه هوشمندسازي بناها، دستاوردهاي خود را به زبان عمومي و قابل فهم براي افراد غير متخصص، ارائه داده و در بالا بردن و هرچه غني‌تر كردن فرهنگ‌سازي خدمات ايمني، امنيتي و رفاهي ساختمان قدمي هر چند كوچك بردارد. علاوه بر سازندگان و سرمايه‌گذاران صنعت ساختمان، قطعاً يكي از پرتعدادترين گروههاي مخاطب اين شرکت، مجريان برق پروژه‌هاي ساختماني هستند كه طي چند سال گذشته از نظرات و ديدگاههاي عملياتي آنها بسيار بهره‌مند شده‌ايم. همچنين دانشجوياني كه قصد تحقيق در زمينه خانه هوشمند را دارند، پيوسته در تعامل سازنده با ما همكاري نموده‌اند كه ضمن تشكر از ايشان، صميمانه از همه مخاطبان درخواست ‌داريم تا ما را در ارائه هر چه بهتر مطالب ياري نموده و از همراهيمان فروگزاري نفرمايند. شايان ذكر است در صورت ارائه تحقيقات مستند كه قابل استفاده سايرين باشد، مقالات شما بعنوان دوستان اين شرکت و با نام خود شما در سایت قابل انتشار است .در ادامه مطالب پس از پرداختن به خاستگاه اتوماسيون در ساختمان و علت‌ها و اهداف آن به بيان دو ديدگاه  عمومي در هوشمندسازي يعني BMS و Smart Home یا خواهيم پرداخت و تفكيك آنها را به لحاظ فني مورد بررسي قرار خواهيم داد. سپس به قابليت‌هاي قابل دسترس در پروژه‌ها به صورت عملي نگاه كرده و به تشريح نحوه انجام كار و روش عملي ايجاد يك بستر مناسب در مرحله سيم‌كشي ساختمان براي نصب تجهيزات هوشمندسازي پرداخته و تجربياتي را كه در سالهاي گذشته طي دهها پروژه بدست آورده‌ايم ، آنچنانكه درخور مجال و مقام مطلب باشد بيان خواهيم كرد. اميد است مقبول طبع شما خواننده

محترم واقع شود.

خاستگاه هوشمند سازی

 چرا بايد يك ساختمان از تكنولوژي برتري چون اتوماسيون برخوردار باشد و اصلاً هوشمندسازی ساختمان يعني چه؟! این دقيقاً مطلبي است كه در اين قسمت به كنكاش آن پرداخته‌ايم. اتوماسيون به زبان ساده‌تر يعني اتوماتيك كردن عكس‌العمل‌ها نسبت به برخي از رويدادها. و با اين تعريف حتي يك سيستم اعلام سرقت يا اعلام حريق و ….  هر يك، به تنهايي شٍمايي از اتوماسيون هستند. يعني زماني كه در يك ساختمان حريقي در حال شكل‌گيري است، بتوان با استفاده از تجهيزات خاص، از آن مطلع شد و نسبت به آن عكس‌العمل نشان داد. اصلي‌ترين دليل اينكه بعضي افراد در برخورد اول از اين مسأله استقبال نمي‌كنند، عدم شناخت كامل ماهيت اين تكنيك است. اين دسته با خود مي‌انديشند كه هوشمندسازی ساختمان يعني كنترلي شدن همه تجهيزات و اين يعني تنبلي! دانشمندان اين رشته هرگز به اين موضوعات به عنوان اهداف هوشمندسازی نمي‌انديشند، بلكه ابتدا تجهیز ساختمان به پردازشگرهاي مورد نیاز جهت نیل به اهداف ایمنی و امنیتی و بهینه سازي مصرف انرژي به عنوان اهداف پایه هوشمندسازی در نظر گرفته شده است و سپس به ارائه خدمات کنترلی شدن تجهیزات و لوکس کردن قابلیت ها بعنوان گزینه های کم هزینه که به راحتی قابل وصول هستند و می توانند در ایجاد یک حس زیبا از زندگی در رفاه بیشتر نقش داشته باشند، نگاه شده است . افراد بسیاري به دلیل اتصالی هاي برق و یا حوادث پس از وقوع زلزله دچار صدمات جسمی، جانی و مالی شده اند که هوشمندسازی در کاهش این صدمات نقش به سزایی دارد. در واقع خاستگاه هوشمندسازی در ساختمان،‌ جلوگيري از آسيب‌هايي است كه انسان به دليل مشكلاتي از قبيل مشغله ذهني، كمبود فرصت‌ و يا خطاهاي انساني در طي قرن‌ها نتوانسته با آن مقابله كند. همه ساله شمار بسياري از خانه‌هاي همنوعان ما و يا خودمان دستخوش سرقت و يا طعمه حريق شده‌اند.

آيا تا به حال با اين مورد برخورد نداشته‌ايد كه يكي از همسايگان آپارتمان، در منزل حضور نداشته و در داخل خانه او يك تركيدگي لوله و نشت آب باعث تخريب خانه او و همسايگانش شده باشد و چون آن همسايه در مسافرت به سر مي‌برده هيچ راهي براي متوقف كردن اين حادثه نداشته باشيد؟! يا در سطح پائين‌تر، باغچه‌هايي كه در ساختمان‌ها صرفاً به دليل مشكل عدم آبياري مرتب از بين مي‌روند، چراغ‌ها و لامپ‌هاي اضافي كه به دليل عدم توجه انسان هميشه روشن هستند، سیستم های سرمايشي و گرمايشي كه به دليل عدم پردازش صحیح، بي‌وقفه در حال اتلاف منابع با ارزش انرژي هستند و صدها مورد ديگر همه از موضوعاتي می باشند كه ما را براي داشتن يك خانه هوشمند ترغيب مي‌كنند. آيا تا به حال براي خود شما پیش نيامده كه مثلاً پس از خروج از خانه شك كنيد كه آيا اجاق گاز را خاموش كرده‌ايد يا خير؟! حال تصور كنيد اگر اين خانه هوشمند بود، در هنگام خروج صاحبخانه از منزل آب و گاز را به طور خودكار قطع مي‌كرد و يا فرد مالك مي‌توانست از همان شهري كه به مسافرت رفته فقط با استفاده از تلفن و به راحتي شير اصلي آب واحد خود را ببندد. آيا اينها چشم‌اندازهاي مثبت و قانع كننده‌اي براي اتوماسيون يك خانه نيست؟ به نظر شما با ارزشترين چيز در يك ساختمان كدام  است؟ آيا چيزي با ارزش‌تر از جان ساكنان يك خانه وجود دارد؟والديني كه به دليل نشت گاز در خانه فرزند دلبند خود را از دست داده‌اند، خانواده‌هايي كه بر اثر عدم تجهيز ساختمان خود دچار زيان‌هاي جاني،‌ مالي و رواني غير قابل جبران شده‌اند، حتماً دقيقاً این مطلب را تأييد مي‌كنند. آيا زمان آن نرسيده كه به فكر تغيير فرهنگ فني خانه‌هاي خود باشيم و بپذيريم كه يك خانه بايد چيزي بیش از درب و ديوار و پنجره باشد تا بتواند حافظ امنيت و سلامت خانواده‌ها باشد؟ جالب‌تر اينكه هزينه اين اقدامات پيشگيرنده نسبت به كل بنا كسر بسيار ناچيزي است و ميتوان به راحتي آن را در آمار هزينه‌ها نادیده گرفت!

چرا اكنون كه هر روزه اتومبيل‌هايي با تكنولوژيهاي بهتر وارد بازار مي‌شوند و باز هم مصرف كننده را راضی نمي‌كنند، هنوز به بالا بردن تكنولوژي يك خانه نمي‌انديشيم؟! شايد عده‌اي بگويند كه اين تكنولوژي‌هاي برتر حتي در صنعت خودرو نيز مختص اتومبيلهاي گران قيمت است ولي با يك نگاه منطقي در مي‌يابيم كه در صنعت ساختمان هنوز حتي در خانه‌هاي گران‌قيمت نيز به چيزي جز همان نگاه سنتي معماري پرداخته نشده  است. استفاده از بهترين مصالح و طرح‌ها و رنگ‌هاي زيبا و حتي درب و پنجره‌هاي جديد و …. باز هم جاي خالي هوشمند‌سازي را پرنمي‌كنند. بله، زمان آن فرا رسيده تا در كالبد بي‌روح خانه‌هايي از جنس سنگ و چوب و سيمان، جان تازه‌اي تزريق شود و اين كالبد را با شبكه‌هاي هوشمند داراي رگ و اعصاب مصنوعي بسازیم و به عبارتی بايد خانه‌هايمان را با شعور كنيم(!) تا به ما در داشتن يك زندگي بهتر و بدست آوردن آرامش و امنيت خاطر كمك كنند.

بد نيست از نگاه  ديگري هم مسأله را مورد توجه قرار دهيم. منتقداني كه هوشمندسازی را چيزي جز لوكس كردن خانه نمي‌بينند، خودشان در ساخت خانه‌ها نهايت تلاش را براي لوكس شدن پروژه به خرج مي‌‌دهند. دقيقاً به  همان دليل كه در طراحي شومينه، پوشش‌هاي مختلف براي ديوار، سقف و كف خانه‌ها، انتخاب سنگ و كاشي‌هاي گرانقيمت، درب‌هاي مجلل و شاهانه و… هزينه‌كردن منطقي است، هزينه كردن براي خانه هوشمند حتي اگر از جنبه لوكس و فانتزي به آن نگاه كنيم، كاملاً منطقي باشد. همه ما از داشتن خانه‌هاي هر چه زيباتر لذت مي‌بريم و از بكار بردن هنر و زيبايي در خانه بعنوان محيطي كه يك خانواده بيشترين زمان را در آن سپري مي‌كند، ميتوانيم حس بهتري بدست آوريم. خانه‌اي كه هر روز صبح با تابیدن اولين پرتوهاي خورشيد، به صورت خودكار پرده‌ها را از پنجره كنار بكشد، يك خانه زنده است كه با رسيدن روز از خواب شبانه بيدار مي‌شود و چشمان خود را به روي يك آسمان اميد وفرح‌بخش باز مي‌كند. به ساكنين خود مي‌گويد كه برخيزيد و از تولد يك روز زيباي ديگر لذت ببريد. خانه‌اي كه در هنگام خروج شتابان شما از منزل مانند دايه ای مهربان شما را بدرقه مي‌كند و مي‌گويد: خاموش كردن چراغ‌ها و كولر، بستن شيرگاز و آب و روشن كردن دزدگير و …. با من. تو برو و به كارت برس. خيالت راحت! خانه‌اي كه با تمام دقت نگاه مي‌كند كه اگر در قسمتي از آن كسي حضور ندارد، خودش لامپ اضافي را خاموش كند و در زمان عدم حضور ساكنان در منزل، شدت كار سيستم‌هاي سرمايشي و گرمايشي را كم مي‌كند تا انرژي به هدر نرود، گويي كه در مخارج خانواده شريك است. خانه‌اي كه حتي در زمان خواب شما مراقب خانه، زندگي و سلامت شما و فرزندان شما است تا نكند دست آتش به دامان اين خانه برسد و يا سارقي وارد محيط امن خانواده شما بشود، تنها يك خانه نيست بلكه جزيي از خانواده است.

BMS چیست؟

BMS كه مخفف Building Management System مي‌باشد به سيستمي اطلاق مي‌شود كه توسط آن بتوان موارد مورد نياز يك ساختمان را كنترل و مديريت كرد. عبارت معادل BMS در زبان فارسي سيستم مديريت جامع ساختمان است. نكته قابل توجه، كلمه Building مي‌باشد كه نشان مي‌دهد دامنه پوشش سيستم مربوط به كل ساختمان است. بطور مثال ممكن است نياز داشته باشيم در يك برج با تعداد طبقات متعدد و مساحت زياد، مواردي از قبيل وضعيت كاركرد موتورخانه‌ها، اگزوزفن‌ها، روشنايي‌هاي ساختمان، وضعيت قفل درب‌هاي اصلي، روشن يا خاموش بودن پله‌هاي برقي، وضعيت اعلام حريق يا نشت گاز و …. را به صورت پيوسته كنترل نماييم. اين همان كاري است كه BMS امكان انجام آنرا برايتان بوجود مي‌آورد. در واقع هر وسيله يا هر پارامتري كه نياز به كنترل و بررسي آن داريم بايد به BMS متصل شود. در اين صورت از طريق مانيتور يا مانيتورهاي مربوطه مي‌توانيم ضمن اطلاع از وضعيت موجود، در صورت لزوم، فرامين مورد نظر را صادر كرده و تجهيزات مورد نظر خود را خاموش، روشن و يا كنترل نماييم.

(مانيتورهايي كه توسط اين شركت به اين منظور به كار گرفته شده است، به صورت لمسي طراحي شده و به صورت مستقيم قابليت ارسال فرمان را در اختيار مصرف كننده قرار مي‌دهد.)

پروتکل های خانه هوشمند

با توجه به مساحت بزرگ ساختمان مورد بحث، امكان اتصال مستقيم همه سنسورها به يك دستگاه وجود ندارد و عملاً اين كار منجر به افزايش غير قابل توجيه طول سيم و كابل مصرفي و همچنين بوجود آمدن اختلالات احتمالي در عملكرد سيستم خواهد شد. روشي كه امروزه براي حل اين مشكل در طراحي BMS استفاده مي‌شود، ايجاد يك شبكه ارتباطي بين طبقات و دستگاههاي مختلف موجود در آن مي‌باشد. بدين صورت كه فضاي كلي ساختمان به فضاهاي كوچك‌‌تر تقسيم ‌بندي مي‌شود. فضاهاي كوچك ساختمان هر يك توسط يك سيستم مستقل كنترل مي‌شوند. بطور مثال ممكن است براي هر طبقه ساختمان يك دستگاه طراحي شود و همه سنسورها و مصرف كننده‌ها به دستگاه همين طبقه متصل شوند و اين كار براي هر طبقه به صورت مستقل انجام شود. در نهايت كافي است دستگاههاي طبقات مختلف توسط بستر مناسب خود،‌ در يك شبكه كلي قرار بگيرند. بنابراين اگر نياز داشته باشيم دستگاه طبقه اول، از باز بودن يا بسته بودن درب خروج پشت‌بام در طبقه دهم اطلاع داشته باشد، نيازي به اتصال سنسورهاي پشت‌بام به طبقه اول نداريم بلكه فقط كافي است سنسورها به دستگاه طبقه دهم متصل و دستگاهاي طبقه اول و دهم نيز توسط يك شبكه مناسب به يكديگر متصل باشند.

اينجاست كه صحبت از پروتكل به ميان مي‌آيد و معمولاً وقتي مي‌خواهند در مورد يك سيستم BMS اطلاعاتي كسب كنند حتماً مي‌پرسند كه پروتكل سيستم شما چيست؟ اين سؤال در واقع زبان ارتباطي دستگاهها را شامل مي‌شود. امروزه روش‌هاي بسياري براي برقراري ارتباط بين دو يا چند دستگاه در دنيا وجود دارد كه در اصطلاح به هر يك از آنها يك پروتكل گفته مي‌شود. پروتكل‌هاي KNX ,Modbus (RS485,RS232) ,Canbus  ,Ethernet  پروتكل‌هاي كلي مورد استفاده توسط اين شركت جهت ارتباط اجزاي مختلف خانه هوشمند مي‌باشند.

خانه هوشمند و تفاوت آن با BMS

خانه هوشمند كه امروزه در جهان به نامهاي Smart Home شناخته مي‌شود، تفاوت مفهومي چنداني با BMS ندارد و شايد بتوان گفت يك BMS كوچك است و تنها نكته قابل توجه در آن، كوچك شدن شبكه و يا حذف آن مي‌باشد. به طور مثال اگر خانه هوشمند مورد بحث مساحتي حدود 150 مترمربع داشته باشد، بدليل كوچك بودن آن عملاً فقط يك سيستم براي كنترل كل فضاها كافي است و همه سنسورها و مصرف كننده‌ها مي‌توانند به صورت مستقيم به همين يك سيستم متصل شوند. ملاحظه مي‌كنيد كه  احتياج به ايجاد يك شبكه بين چند دستگاه در اين پروژه مفهومي نخواهد داشت. بنابراين با كمي اغماض مي‌توان گفت كه Smart Home همان BMS كوچك است.

يك ويژگي بسيار مهم  (ارتباط بين اجزاي سيستم)

نكته حائز اهميت در استفاده از يك سيستم جامع هوشمند، برقراري ارتباط بين اجزاي سيستماتيك يك پروژه است. بطور مثال: اگر در يك خانه، نشت گاز اتفاق بيفتد، سيستم اعلام نشت گاز آنرا تشخيص مي‌دهد و آژير خطر را به صدا درآمده و يا حداكثر اينكه شيربرقي گاز را جهت جلوگيري از ادامه نشت گاز، قطع می كند. اگر مالك اين خانه در خارج از آن باشد و در هنگام مراجعت به منزل اطلاعي از نشت گاز نداشته باشد و از طرفي سيستم ديگري مثل روشنايي اتوماتيك در منزل خود نصب كرده باشد (سيستمي كه با مشاهده فرد به صورت خودكار چراغ‌ها را روشن مي‌كند) چه  اتفاقي ممكن است رخ دهد؟ توجه كنيد كه گاز نشت كرده و سيستم اعلام نشت گاز هم آژير و …… را انجام داده است (بدون ارتباط با سيستم‌هاي ديگر) و از طرفي روشنايي اتوماتيك منتظر است تا با ورود شخص چراغ‌ها را روشن كند. در صورت زياد بودن حجم گاز نشتي، احتمال انفجار بسيار زياد است.

 ويژگي سيستم BMS اين است كه بين  اجزاي سيستمي مجموعه مثل سيستم اعلام نشت گاز و روشنايي اتوماتيك، ارتباط منطقي برقرار مي‌كند و مثلاً از روشن شدن اتوماتيك چراغ‌ها در صورت نشت گاز جلوگيري بعمل مي‌‌آورد. در يك BMS مي‌توان بين همه موضوعات ارتباط منطقي مورد نياز را برقرار كرد. به طور مثال درب‌هاي خروجي يك ساختمان در هنگام بروز آتش‌سوزي، جهت فرار ساكنان به صورت خودكار باز می شوند و بالعكس، در صورت وقوع سرقت به صورت خودكار جهت جلوگيري از فرار سارق، بسته شوند. بنابراين در اين مثال، بين سيستم اعلام حريق، اعلام سرقت و كنترل تردد ارتباط برقرار شده است. در واقع اين مهمترين ويژگي BMS است. ويژگي كه به دليل دارا بودن هوش مصنوعي و قابليت برنامه‌نويسي وتنظيمات در آن بوجود آمده است و بيانگر اين موضوع است كه به لحاظ تئوري محدوديتي براي اتصال سيستم‌ها و تجهيزات مختلف به BMS و تعريف نوع هماهنگي بين آنها وجود ندارد.