Inteligentní budovy jsou dnes často skloňovaným pojmem, nejen z hlediska úspory energií ale i variability celku. Tyto systémy nalézají uplatnění hlavně ve velkých stavebních celcích. Určitým úskalím pro výstavbu inteligentních budov jsou trochu paradoxní názor projektantů, jenž nejsou většinou specializovaní na integrované řešení systémů. Většinou správně navrhnou kabelové trasy a prostupy, nikoli však způsoby komunikace. Detailní návrh systému pak většinou stanovuje dodavatel, který získal zakázku. Zvládnout všechny technologie není v silách jedince. Generální dodavatel navíc poměrně často tyto technologie mírně podceňuje, mimo jiné proto, že později nezodpovídá za ekonomii a integraci provozu budovy, ale jen za její stavbu.

Je zajímavé, že klasické informační technologie, jako jsou počítačové sítě, tímto nedostatkem netrpí. Překážkou je i neochota zúčastněných subdodavatelů ke spolupráci, neboť otvírání protokolů a sdílení dat vede ke snížení obratu v zakázce a k možným problémům se zárukami. K tomu všemu přispívá také nechuť neinformovaného investora umožnit přístup do svého mnohdy již zavedeného řešení (například na vlastní počítačovou síť). Jedinou cestou je přesvědčit jmenovaného o výhodách komplexního řešení, tento systém navrhnout a obhájit koncepci integrovaného typu. V tomto mají výhodu zejména velcí výrobci komplexních systémů a na ně navázané dodavatelské firmy.

Významným prvkem informačních a řídicích soustav inteligentních budov je vlastně kabeláž sloužící pro přenos dat. Moderní stavby využívají zásadně kabeláž strukturovanou, její základní vlastností je adresovatelnost nejen jednotlivých kabelových tras ale i zásuvek či přípojek. Výhodou je pak velká flexibilita například při změnách dispozic budovy (například obchodní centra), rozšiřování a podobně. Kabeláže jsou většinou z mědi nebo z optických vláken. Propojení a komunikaci mezi všemi prvky řízení lze zajistit například pomocí systému LexCom nebo Infra+ na ethernetovém rozhraní (TCP/IP). Velikou předností je také dlouhá životnost. Všechny systémy budov by tím mohly být schopny komunikovat po této strukturované kabeláži.

V současné době existuje na evropském trhu množství výrobců a technologií pro řízení budov. Na těchto technologiích participují i menší výrobci, kteří doplňují sortiment komponent (převodníky dat, webové servery, minipočítače a moduly a další) Je snaha sjednotit síťové komponenty, například známá sběrnice LonWorks.

Kromě základní jednotky (energetické centrum) podmiňující chod celku včetně záložního napájení a řídicího okruhu tohoto centra, které bude stručně popsáno v závěru, se jedná v zásadě o tyto základní okruhy:

• Telekomunikační zařízení (TZ)
• Elektronickou kontrolu vstupu (EKV – SKV)
• Datovou síť (DS) • Kamerové systémy (CCTV)
• Elektronickou zabezpečovací signalizaci (EZS)
• Elektrickou požární signalizaci (EPS)
• Rozvody TV/R • Klimatizace, VZT
• Topné systémy a jejich regulace
• Ostatní zařízení, mající komunikační rozhraní
• Měření a regulace
• Řídící centrální systémy a vizualizace (PLC, SCADA)
• Řízení pohonů prostřednictvím frekvenčních měničů

Telekomunikační zařízení

V prostorách stavebního celku jsou jako součást TZB vybudovány páteřní a přípojkové telefonní rozvody. Většinou je použita kombinace analogových (mnohdy původních) a digitálních telefonních přístrojů s klasickými rozvody po multipárových kabelech. Napojení telefonních přístrojů v rámci celku budovy je tradičně provedeno do digitální pobočkové telefonní ústředny, která disponuje dostatečnou rezervou. Toto řešení je vlastně oddělený telefonní subsystém s vlastními diskrétními telefonními čísly – seznamem. Tato ústředna je napojena na veřejnou telekomunikační síť, kdy provozovatel má nasmlouvaný určitý počet veřejných telefonních linek, na které mají postupný přístup pouze předem programově zvolené určité vnitřní linky budovy.

Datová síť pro EKV a použité prvky

Při stavbě areálu budov, nebo celé firmy, lze použít komplexní kartový systém, který v sobě sdružuje požadované funkce pro řízení, kontrolu a zpracování definovaných pohybů osob a vozidel uskutečněných pomocí identifikačních karet s využitím podpůrného hardware (zejména různých typů snímačů i mikrovlnných snímačů, identifikačních karet) a souboru programových modulů na příslušných počítačích.

Pohybem osob, vozidel a dalších nositelů ID karet rozumíme vstupy a vjezdy do areálu a v rámci jednotlivých objektů a výstupy z nich, průchody dveřmi, závorami a uzavřenými nebo technologickými prostory.

Povolený pohyb osob se děje pomocí definovaných přístupových práv jednotlivých osob – přístupové právo s hlediska SW představuje povolení průchodu:

• na určitém snímači ID karet nebo množině snímačů
• v určitou časovou dobu (časovou zónu, nebo časový interval)
• volitelné speciální chování karty jako určitého typu
• u havarijních situací, povolení určitých prostor a emergentního přivolání

Terminály pak jsou provozovány v ON-LINE režimu, jejich provoz je dozorován řídicím centrem. Přijímaná data z terminálů lze soustřeďovat například v zaměstnaneckém odboru a zde také budou zpracovávána a vyhodnocována pro potřeby vedení komplexu. V tomto místě také lze zadávat a povolovat přístupová práva pro vstup do oddělených zón.

Část vyhodnocených dat je pak (v případě potřeby) možné zobrazit na displejích terminálů včetně krátkých zpráv.

Kontrola vstupu systémově je nasazena následovně:

• na všech vrátnicích a po obvodu areálu – mikrovlnné čtecí jednotky
• na závorách parkovišť
• na vstupy na oddělení pracovišť
• na vstupy do technologických nebo prodejních provozů pověřenými pracovníky
• speciální pracoviště
• místa uložení zvláštních prostředků, zásob s přístupovým právem a podobně
• archiv
• laboratoře
• prodejní plochy
• technické místnosti – slaboproudé rozvodny, strojovny, a další
• místnosti vedoucích pracovníků, kanceláře a jiné úložiště rizikových odpadů a podobně
• ve výtahu – z důvodu řízení přístupu jen do povolených pater
• u výtahů z důvodů emergenčního přivolání výtahu dotyčnou osobou

Další součásti systému EKV

Zaměstnanci, nebo i VIP zákazníci, kteří mají firemní přístupové karty, je mohou rozšířeně používat v rámci budovy nebo firmy k čerpání služeb. Uzavřený platební systém představuje řešení pro lokální bezhotovostní platební místa spojené do jednoho centra, kde probíhá centrální správa účtu karet. Je určený pro obsluhu výdejových automatů a snímačů (pokladen), které pracují v obdobném režimu automatů. Je schopen vést účty v rámci například stravování zaměstnanců (držitelů karet), vypočítávat hodnoty odebraných jídel u jednotlivých osob a další funkce, příslušející obslužným SW.

Systém automatů umožňuje řešit bezhotovostní platbu za odebrané služby nebo zboží v rámci různých typů prodejních míst.

Různé typy zařízení je možné kombinovat v rámci jedné instalace. Jedná se o:

• nápojové automaty a automaty pro výdej například mražené stravy
• obslužná místa se speciálním snímačem pro ruční zadávání, například závodní jídelna firmy s výdejem teplé stravy – obědy, večeře (celodenní provoz)
• prodejny se slevou na VIP karty.

Předpokladem je špičkový bezpečnostní systém pro sledování a řízení přístupu, správu poplachových hlášení, fotoidentifikaci a řízení výtahových modulů z jediného grafického prostředí, pracující na pozadí sítě Windows. Systém musí umožňovat připojení na nové řídicí jednotky (rozšíření).

Měl by umožňovat připojení k jednotkám po sítích LAN, dovolujícími dosažení přenosových rychlostí až 10 Mbs. Díky tak vysokým přenosovým rychlostem lze velmi rychle pracovat i s nejrozsáhlejšími databázemi, až 200 000 záznamů na řídicí jednotku se 20 znaky na jednu identifikaci. Nedochází tak již k prodlevám při nahrávání dat nebo ve špičkách, při čekání na možné ohlášení poplachového stavu nebo stavu systému.

Řídicí jednotka by měla disponovat dvěma IP adresami a schopností mezi nimi podle potřeby přepínat. Tím lze aplikovat ŘS jak pro aplikace LAN/WAN, tak pro vzdálené aplikace s modemovým připojením. Měla by mít zabudovanou podporu pro CDPD (Cellular Digital Packet Communications), což dále rozšiřuje pole působnosti. Komunikační rozhraní Ethernet TCP/IP s vysokými přenosovými rychlostmi jsou standardem. Rychlé nahrávání velkých množství dat tím nepředstavuje problém. Musí podporovat zpracování více úloh najednou (Multi-tasking) a tím vyhovět těm nejnáročnějším požadavkům.

Různé formáty karet, stejně jako problémy s různými typy čteček pod jednou řídicí jednotkou, s několika kódy objektu pro jednu čtečku či s několika formáty karet pro jednu čtečku, to vše musí řídicí jednotka podporovat. Pokud bude uživatel vyžadovat rozšíření možností (například použití 200 000 karet), bude možné přidat standardní paměťové moduly. Použití paměťových karet typu Flash znamená, že již není nutné provádět aktualizaci firmware. Všechny změny lze snadno nahrát z hlavního počítače (Host) nebo v režimu podpory či oživení naprogramovat pomocí přenosného počítače.

Je-li potřebná funkce zálohování databáze na paměťové karty PCMCIA, navrhujeme použití dynamického adresování paměti. To zajišťuje velký prostor a jeho dokonalé využití bez nutnosti nastavování přepínačů. Systém by měl umožňovat použití časových posunů pro rozsáhlé vzdálené aplikace přesahující časové pásmo.

Použité snímače kontroly vstupu

1. Mikrovlnné terminály Přístupový terminál s displejem a klávesnicí je určený pro snímání bezkontaktních identifikačních karet či tagů na delší vzdálenost (nejméně 4 m). Docházkový terminál s displejem a klávesnicí je určený pro evidenci pohybu osob a kontrolu přístupových práv po obvodu areálu.
2. Terminály Přístupový terminál s displejem a klávesnicí je alternativně určený pro snímání bezkontaktních identifikačních karet či tagů, bezprostředně. Docházkový terminál s displejem a klávesnicí je opět určený pro evidenci pohybu osob a kontrolu přístupových práv.
3. Snímací jednotka Multifunkční řídicí jednotka s vysokou vlastní inteligencí, umožňující práci v režimu off-line i on-line. Velkoplošný grafický displej (volitelný i barevný) a přehledná klávesnice zjednodušující uživateli komunikaci s terminálem. Pro komunikaci s okolím lze využít soubor sériových kanálů s nejrůznějšími rozhraními (TTL, SPI, RS485, RS232, I-link) nebo rozhraním Ethernet (UDP, IP). Terminál podporuje mnoho čtecích zařízení pro identifikační prvky na různých frekvencích (125 KHz, 13,56 MHz, 2,45 GHz).
4. Komunikační modul Převodník pro komunikaci RS 485/RS 232.
5. Záložní zdroj Zdroj nepřetržitého napájení 24 V ss (pro prvky technologické sítě systému – snímače karet a řídicí členy) se záložními akumulátory, které jsou schopny zabezpečit provoz systému i v případě výpadku elektrické energie 220 V, a to od 1 do 4 a více hodin, v závislosti na zatížení systému (četnosti pohybu osob přes snímací zařízení). Při výpadku síťového napětí přechází zdroj na provoz z akumulátoru. Výstupní napětí je závislé na stavu jeho nabití. Při poklesu napětí akumulátoru pod nastavenou hodnotu jej řídicí jednotka odpojí a zamezí tak úplnému vybití. Záložní zdroje jsou většinou umístěny v příslušných patrových rozvodnách slaboproudu. Lze je vybavit GPRS hlášením o přepnutí na záložní provoz s průběžným upozorněním, kolik kapacity ještě zbývá do totálního výpadku systému.
6. Identifikační médium Kombinace hybridního čipového transpordéru, určeného jednak pro identifikaci na velkou vzdálenost, pracujícího v pásmu 5,4 GHz, jednak pro identifikaci na kratší vzdálenosti v řádech cca centimetrů. Tento prvek umožňuje při čtení na dlouhé vzdálenosti bezkolizní čtení více čipů najednou v aktivním poli čtecího zařízení. Konstrukční provedení ID čipů je odolné vibracím, vodě, korozi a chemickým vlivům. Čelní panel je vyrobený z polymeru, dovolujícího potisk dle potřeb uživatele.
7. Zařízení pro personifikaci identifikačního média V souladu s možným požadavkem je dispoziční zařízení včetně příslušného SW, umožňujícího na běžném „kancelářském" PC s doplňkovým vybavením o „scanner" zajišťovat grafickou personifikaci identifikačního media (logo, jméno, druh oprávnění, fotografii uživatele). S ohledem na cenu media se doporučuje neřešit přímý potisk media, ale potisk dalšího prvku, kterým je samolepicí folie formátu ISO (ekvivalent platební karty), jenž může být v případě ukončení pracovního poměru uživatele nahrazena jinou (nového uživatele) bez znehodnocení ID media.

Datová síť

Datová síť (DS) sestává ze strukturované kabeláže (hlavní a objektové rozváděče strukturované kabeláže, optické kabely, metalické stíněné kabely, zásuvky na jednotlivých pracovištích a příslušenství).

Datová síť je obecně využívaná v rámci objektů pro všechny systémy. Jmenovitě dále pro kancelářský informační systém (síť umožní připojení běžných kancelářských počítačů /terminálů/ a přístup do firemních serverů). Přenos dat z technologické sítě řídicího systému pro potřeby kancelářských aplikací je prováděný přes řiditelné switche tak, aby bylo zajištěno úplné virtuální oddělení TCP/IP sítě řídicího systému technologií a datové sítě obslužných systémů.

Servery počítačové sítě jsou umístěny v zvláštních místnostech serverů v centrech strukturované kabeláže.

Hlavní rozváděč strukturované kabeláže, ve kterém jsou soustředěny (osazeny) patch panely pro ukončení optické kabeláže, patch panely pro ukončení metalické kabeláže i patch panely pro ukončení telefonních linek. Obdobně hierarchicky jsou vybavené další možné objektové rozváděče strukturované kabeláže, dle potřeby rozmístěné v potenciálním areálu. Hlavní místnost řídicích systémů je vybavena klimatizací, EZS, přístupovým systémem EKV, detektory EPS a lokálními hasícími systémy.

Všechny IT komponenty v místnosti řídicího systému jsou napájeny ze zdroje zajištěného napájení (záskokové zdroje akumulátorového napájení, respektive doplňkové dieselelektrické agregáty), které slouží současně pro životně důležité odběry (jednoznačně například nemocnice pro provoz operačních sálů a služební výtahy).

Datová síť je pro minimalizaci obslužného personálu doplněna Wi-Fi Access Pointy, které zajistí pokrytí všech prostor technologie, prodejen a dalších včetně kancelářských prostor Wi-Fi signálem a umožní tak například operátorům sledovat vše na příručním portable NB i během obchůzky.

Obvyklé požadavky na provedení strukturované kabeláže:

• rozváděče pro IT systémy
• optické kabely – provedení multimode 50 μm/125, ukončení v SC-RJ (případně LC) konektorech; kabely i v budovách v provedení do náročného venkovního prostředí
• metalické stíněné kabely – universální provedení Cat. 6 (R&M freenet) s dostatečnou mechanickou a elektro-mechanickou odolností
• aktivní prvky strukturované kabeláže (switche) jsou vybavené funkcí „spannig tree protocol"
• topologie sítě LAN (PIN/PCN):
  • páteřní síť – optické kabely 1 Gbps s redundantními spoji
  • připojení klientů – metalické kabely 1 Gbps z jednotlivých distribučních rozváděčů
  • připojení do stávající sítě (pokud je) – optické kabely do hlavní i záložní serverovny
• topologie sítě kamerového systému (CCTV):
  • páteřní síť – optické kabely 1 Gbps s redundantními spoji
  • připojení klientů – převodník metalika/optika nebo metalika 1 Gbps
  • připojení k záznamovým a distribučním serverům v hlavní serverovně, zálohová data
• požadavky na uložení kabelů:
  • kabely uloženy ve zdi, pod omítkou, ve flexibilních plastových průchodkách, rozhodnuto v projektové dokumentaci
  • kabelové drátěné rošty typ kablofil – samostatné rošty použité pro datové kabely strukturované kabeláže, samostatné pro kamerový systém (odděleno)
  • označení kabelů v roštech – vždy před a po průchodu stěnou dle ČSN
  • označení roštů – každých 5 metrů nápisem „Datové kabely"

Kamerový systém

Na trhu jsou dnes už plně digitální systémy, které používají IP kamery a záznamy z těchto kamer jsou zcela v digitální formě, aniž by bylo třeba používat převodníky. Stále více uživatelů tak používá IP – variantní systém CCTV a všichni výrobci mohutně investují do těchto nových technologií. Během několika let se dožijeme toho, že systémy IP CCTV zcela nahradí systémy s analogovými kamerami. Existuje řada možností jak přenášet signály z IP kamer. Nejrozšířenější z nich je použití datových kabelů (viz výše), respektive již vytvořenou a používanou strukturovanou kabeláž budov. Je nutné pouze namontovat IPkameru a vhodně ji umístit poblíž datové zásuvky dle projektu. Tento projekt však musí být navržený pro poměrně hustý datový tok obrazového signálu. Proto je mnohdy používaná oddělená síť pro CCTV, která je ukončena na záznamových a sledovacích systémech centrály.

Řídicí jádro, speciálně bezpečnostního systému CCTV, je tvořeno centrálním maticovým přepínačem s ovládacími klávesnicemi. Řídicí jádro monitorovacího systému tvoří centrální maticový přepínač s podružnými maticovými přepínači v satelitním zapojení.

Maticový přepínač pro bezpečnostní systém CCTV je tak propojený s centrálním maticovým přepínačem lokálního audio/video systému v konfiguraci MASTER-SLAVE, kde operátoři bezpečnostního systému mohou v případě potřeby sledovat jimi vybrané nebo vybrané ohrožené prostory. Videosignály ze všech kamer (jak bezpečnostního systému, tak monitorovacího systému CCTV) se zaznamenávají na HDD digitálních záznamových zařízení. V cílové variantě je celé řídicí jádro systému umístěno ve velínu, v jeho rozváděčové části. Celý systém je vybavený klávesnicemi pro dohledová pracoviště a počítači pro dálkový dohled přes PC síť s možností přehrávání a archivace záznamu. Veškeré stanice jsou vybaveny příslušným software s možností dálkové konfigurace systému. Tyto PC bývají vybaveny grafickým nadstavbovým software pro ovládání matic tohoto systému.

Systém CCTV jako komplet je opět napájen ze zálohované sítě akumulačními zdroji a centrálním záskokovým dieselagregátem. Celý systém dále by měl být napájený z jedné fáze 230 V stř./50 Hz ze samostatně jištěných okruhů v nejbližších podružných slaboproudých rozváděčích. Kde nebude zajištěno napájení z jedné fáze, je nutné opticky nebo galvanicky oddělit videosignály, aby nedocházelo k poruchám přenosu videosignálu.

Kamerový systém bývá provázán s ostatními bezpečnostními systémy. Jednotlivým poplachovým situacím jsou přiřazeny zvolené kamery, které budou zobrazovány na vybraných poplachových monitorech. Provázanost jednotlivých systémů je vždy řešena v jednotlivých stupních projektové dokumentace.

Kamerový systém je tedy rozdělen dle účelu použití na:

• provozní televizní okruh, sloužící pro dohled nad důležitými technologickými prostorami
• bezpečnostní televizní okruh, sloužící pro ochranu majetku a monitorování pohybu osob

Nahrávání obou je většinou řešeno konceptem iSCSI, který je založený na přímém nahrávání kamer ze sítě na iSCSI diskové pole s redundantím ethernetovým připojením. Řízení ukládání je zajišťováno Video Recording Managerem (dále jen VRM) na HW platformě HP. VRM pracuje tak, že alokuje pro každou kameru 100 GB prostoru na diskových polích. V případě, že dojde k výpadku VRM, kamera nahrává dál, dokud nevyčerpá přidělený prostor. Nahrávání tak není závislé na řízení ze serveru, čímž se zvyšuje stabilita a spolehlivost celého systému. Další výhodou iSCSI řešení je možnost ukládání Metadat spolu s video záznamem. Metadata jsou výsledkem Inteligentní Video Analýzy a mohou být použita jak v živém zobrazení, tak při následném prohledávání záznamu. Lze tedy velice rychle a efektivně prohledat dlouhé týdny záznamu a vyhledat konkrétní situaci díky detailně konfigurovatelnému filtru. Na kteroukoliv kameru lze kdykoliv aplikovat Inteligentní Video Analýzu pohybu. Tento algoritmus umožňuje detailně specifikovat filtr pro detekci pohybu. Například velikost, rychlost, směr pohybu, poměr stran nebo barvu objektu. Rovněž lze detekovat zanechaný nebo odebraný předmět. Jak je již zmíněno výše, lze tuto analýzu konfigurovat nejen pro živý obraz, ale také pro rychlé vyhledávání v záznamu.

Dle charakteru provozu a snímané scény mohou být použity barevné statické kamery nebo otočné kamery s přepínání DEN/NOC. Kamery instalované ve venkovních prostorách jsou vybaveny varifokálními objektivy (ZOOM), elektricky vyhřívanými kryty a infračervenými světly pro noční vidění. Přídavná světla mohou být variantně ovládána soumrakovými spínači. Video servery umožní vzdálený přístup k snímaným datům přes www rozhraní. Další využití inteligentní analýzy v komerčním sektoru je určeno pro větší bezpečnost střeženého prostoru. Jak už jsem se zmiňoval na začátku tohoto článku, ostraha, která má za úkol sledovat kamerový systém, velmi výrazně ztrácí schopnost soustředění se na děj, který probíhá na monitorech kamerového systému. Z tohoto důvodu může uniknout mnoho důležitých a potenciálně nebezpečných událostí. Inteligentní analýza může tyto chyby lidského faktoru eliminovat a výrazně zvýšit pravděpodobnost odhalení narušitelů nebo nebezpečných událostí. Software inteligentní analýzy může být nastaven tak, že detekuje narušení střežené zóny a vydá upozornění obsluze systému. Funguje to tak, že statická kamera, střežící prostor, má v softwaru inteligentní analýzy přiděleny zóny, kde je povolen nebo zakázán přístup osob či jiných objektů. Systém automaticky vyhodnocuje pohyby různých objektů, a pokud se tento objekt dostane do zakázané zóny, vyhlásí alarm. Zakázanou zónou může být například plot, území mezi plotem a budovou, samostatné dveře, které jsou v normálním případě používány pouze jako únikový východ a podobně. Jelikož systém umožňuje rovněž zjišťování trajektorií pohybu, může být nastavený i tak, že ve chvíli, kdy osoba nebo jakýkoliv jiný objekt vstupuje do vchodu, bere to jako normální průběh.

Ivan Stránský www.elektroprojekty.ic.cz

Pokračování článku najdete v ETM 5/12