Перспективы использования СКС в системах безопасности и системах управления зданием.

B соответствии с тенденциями деятельности разработчиков и инсталляторов СКС будущее кабельной отрасли в применении к высоким технологиям в последнее время все чаще связывают с направлением, характеризуемым терминами Building Mаnagement Systems (BMS), Building Automation Systems (BAS), Intelligent Building Systems (IBS), интеллектуальное здание (ИЗ), дом разумный. Термином «интеллектуальное здание» по причине неустоявшейся терминологии мы пользоваться не будем, к тому же с технической точки зрения речь в данной статье пойдет о самом низком уровне системы управления чем-либо — о проводном соединении устройств.

В настоящее время все без исключения производители СКС заявляют о возможности использования их продукта для иных приложений помимо локальных сетей и систем телефонной связи. Однако на практике такое «нетрадиционное» применение кабельной системы встречается довольно редко. Наиболее типичны два случая: 1) монтажная организация, проектирующая и устанавливающая СКС, монтирует некоторые дополнительные системы управления или безопасности, например звуковое оповещение, задействуя при этом линии СКС; 2) компания, активно продвигающая СКС на рынке, при реконструкции собственного офиса в маркетинговых целях выполняет действительно интегрированную кабельную проводку.

Причины такого «недоверия» к СКС имеют, как правило, организационные корни, но есть и определенные технические препятствия, без знания которых невозможно оценить реальные перспективы применения СКС в качестве универсальной кабельной системы. В рамках данного обзора мы хотим поделиться соображениями, основанными на более чем 10-летнем практическом опыте построения структурированных кабельных систем (СКС). Несмотря на то что все конкретные примеры, рекомендации и расчеты даются применительно к оборудованию компании Avaya Communication, они имеют достаточно общий характер и могут быть с определенными корректировками перенесены на другие системы.

В соответствии с логикой изложения, в статье последовательно рассматриваются основные системы управления зданием и системы безопасности — какие кабели и проводки используются традиционно и как они могут быть реализованы с применением СКС на базе медного кабеля с витыми парами. Не претендуя на глобальные исследования в этой области, мы тем не менее считаем, что выбранные нами примеры достаточно типичны.

Для внесения некоторого порядка предлагаем следующую классификацию систем безопасности и управления (СБ-СУ):

  • индивидуальные системы. Это традиционно используемое для создания СБ-СУ оборудование. Оно устанавливается независимо от других систем и имеет ограниченные возможности интеграции. Например, системы пожарной сигнализации или автоматического управления вентиляцией и кондиционированием;
  • интегрированные командно-ориентированные системы. Они строятся по принципу датчик-контроллер-исполнительное устройство и решают большое количество задач по безопасности и управлению зданием;
  • интегрированные информационно-ориентированные системы. Они реализуются в соответствии с идеологией "полевой шины".
ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ

В подавляющем числе инсталляций в основе СКС лежит неэкранированный или экранированный четырехпарный кабель с витыми парами, каждая жила которого имеет диаметр от 0,5 мм и сечение 0,2 мм2 (и выше). В соответствии с принципами построения СКС и характеристиками кабелей и соединителей, СКС обладает следующими преимуществами с точки зрения готовности к передаче сигналов приложений СБ-СУ:

  • как кабельная проводка, СКС наиболее полно покрывает всю полезную площадь здания, а при соблюдении проектировщиками требований международных стандартов для телекоммуникационных проводок всегда содержит достаточный резерв пар для дальнейшего использования;
  • кабели с витыми парами, как и соединительные элементы, проектировались для работы с высокоскоростными приложениями. Приложения же СБ-СУ гораздо менее требовательны к высокочастотным характеристикам кабельной проводки.

Однако имеется и ряд отрицательных моментов.

  • Незначительное сечение жил кабеля с витыми парами ограничивает возможность его применения в качестве питающего, даже низковольтного.
  • Свойства изоляционных материалов витой пары не позволяют подключать с ее помощью сетевое напряжение 220-230 В, даже для маломощных контрольных сигналов.

Дальнейшее рассмотрение возможностей СКС удобно начать с использования «витой пары» в качестве питающего кабеля, так как большинство ограничений связано именно с этим фактом. Впрочем, в этом случае правильнее говорить не про ограничения, а про необходимость более точного проектирования кабельной архитектуры и трасс для СБ-СУ.

Основные ограничения, касающиеся «витой пары» калибра AWG24 диаметром 0,51 мм, состоят в следующем: сила тока не должна превышать 1 А по одной жиле кабеля, 3,3 А по четырехпарному кабелю или 21 А по 25-парному. При этом, в соответствии с рекомендациями, с помощью стандартного ударного инструмента (punch-down tool) следует установить специализированные мини-предохранители непосредственно в кросс (если предохранители соответствующего номинала не установлены в источнике питания). Параллельное задействование проводов в паре в целях повышения нагрузки допускается, но не рекомендуется по причине возможной пожароопасности при нарушении или разрыве одного из проводов.

Таким образом, при проектировании линии электропитания для подключения конкретного датчика, контроллера или актуатора необходимо руководствоваться допустимой величиной падения напряжения. Падение напряжения будет зависеть от длины кабельной линии и величины силы тока, потребляемого устройством.

Величину падения напряжения можно определить путем проведения соответствующих расчетов или обращения к таблицам, приводимым в руководствах по проектированию, которые издают некоторые производители СКС.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ И УПРАВЛЕНИЯ

Системы видеонаблюдения. Передавать низкочастотные видеосигналы с использованием СКС можно на расстояние до 457 м (цветное изображение) и 762 м (черно-белое изображение), однако для этого необходимы согласующие адаптеры (по одному с каждого конца кабельной линии). Подключение осуществляется по принципу «точка-точка», для коммутации пригодны стандартные средства — кроссы и шнуры переключения всех типов. Стоимость адаптера составит от 40 до 100 долларов — в зависимости от производителя и набора функций (возможна передача видео-, аудио- и управляющих видеокамерой сигналов). Причем качественные отечественные изделия — не самые дешевые из предлагаемых.

Как видим, реализовать видеонаблюдение с использованием витой пары — удовольствие недешевое, незначительная экономия на кабеле (до 20 центов за метр) суть дела не меняет. За 10 лет работы с СКС нам не приходилось встречать объекты с реализованной таким образом системой.

Для средних и малых объектов на рынке предлагаются специально разработанные под витую пару решения для систем видеонаблюдения. Речь идет не о простейших домофонах, а о полнофункциональных системах, включающих в себя квадраторы, мультиплексоры, системы видеозаписи и функции автоматического реагирования на срабатывание извещателей. Известные нам системы обеспечивают разрешение до 380 ТВЛ.

Система эфирного телевидения. Эта система, конечно, не относится ни к службам безопасности, ни к управлению зданием, однако мы включили ее в данный обзор для полноты картины — телевидение также требует прокладки кабеля.

Подключение широкополосного ТВ может быть выполнено по горизонтальной подсистеме СКС на расстояние до 60 м. При этом проводку необходимо построить по «классическому» принципу, но не зонным методом (без точки консолидации на пути от кросса до розетки). Оборудование подключается с помощью согласующих адаптеров. Avaya Communication, например, производит комплект из панели усилителя-распределителя на 16 портов (панель с разъемами RJ-45 устанавливается в этажном отсеке связи) и адаптера, который располагается непосредственно у ТВ-приемника.

При этом магистральное распределение по стоякам от антенны или центральной станции ТВ должно выполняться классическим способом — с использованием коаксиального кабеля, усилителей, аттенюаторов и т. д.

Стоимость подключения одного телевизора достаточно высока — от 200 долларов, однако проекты на основе такого оборудования реализуются, хотя и в небольшом количестве, а их масштаб составляет 50 телевизионных аппаратов в одном здании.

Система пожарной и тревожно-охранной сигнализации (ПС, ОС). Архитектуру построения таких систем можно упростить примерно следующим образом.

Пульт приемно-контрольный (ППК) находится в логическом, а часто и в физическом центре системы охранно-пожарной сигнализации и имеет следующие средства подключения к остальным приборам или системам:

  • пульт управления (ПУ, шифроустройство);
  • автоматические извещатели (датчики) - адресные и аналоговые;
  • ручные извещатели;
  • блоки расширения шлейфов, релейных выходов, памяти и т. д.;
  • релейные выходы для выдачи команды другим приборам, например в систему пожарной автоматики (СПА);
  • средства связи с пультом центрального наблюдения (ПЦН), например по телефонной линии;
  • интерфейс для связи с ПК или сетью - с целью конфигурации или управления системой.

Все вышеперечисленные подключения, как правило, проводные, но некоторые из них — локальные: в частности, блоки расширения обычно располагаются рядом с ППК. А вот вопрос о том, какими кабелями и проводами все эти подключения выполнять, и в какой мере подходит для этого СКС — тема наиболее запутанная.

С системами охранной сигнализации ситуация обстоит следующим образом.

Для организаций, имеющих собственную службу безопасности, — это внутренний вопрос, и связан он в основном со структурой службы эксплуатации здания. С технической же стороны проблем не возникает, так как большинство проводных соединений традиционно выполняются кабелями, характеристики которых аналогичны используемому при построении СКС кабелю «витая пара». Питание мощных потребителей по шлейфам ОС не осуществляется.

Для объектов, сдаваемых под охрану в ОВД, выбор технических решений регламентируется «Перечнем технических средств вневедомственной охраны, разрешенных к применению». В нем перечислены различные пульты, извещатели, но нет упоминаний о какой-либо кабельно-проводниковой продукции. Таким образом с формальной точки зрения никаких запретов нет.

Пожарные сигнализации в России выполняются на основе требований, изложенных в документе НПБ 88-2001 (нормы пожарной безопасности).

Вот некоторые выдержки из этого документа.

  • "Шлейфы пожарной сигнализации, как правило, следует выполнять проводами связи".
  • "В случаях, когда система пожарной сигнализации не предназначена для управления автоматическими установками пожаротушения, системами оповещения, дымоудаления и иными инженерными системами пожарной безопасности объекта, для подключения шлейфов пожарной сигнализации радиального типа напряжением до 60 В к приборам приемно-контрольным могут использоваться соединительные линии, выполняемые телефонными кабелями с медными жилами комплексной сети связи объекта при условии выделения каналов связи. При этом выделенные свободные пары от кросса до распределительных коробок, используемых при монтаже шлейфов пожарной сигнализации, как правило, следует располагать группами в пределах каждой распределительной коробки и маркировать красной краской".
  • "Диаметр медных жил проводов и кабелей должен быть определен из расчета допустимого падения напряжения, но не менее 0,5 мм".
  • "Не допускается совместная прокладка шлейфов и соединительных линий пожарной сигнализации, линий управления автоматическими установками пожаротушения и оповещения с напряжением до 60 В с линиями напряжением 110 В и более в одном коробе, трубе, жгуте, замкнутом канале строительной конструкции или на одном лотке".

Таким образом, СКС на основе кабеля «витая пара» удовлетворяет этим требованиям или, если необходимо, может быть к ним легко адаптирована.

А вот как обстоят дела с «обязательными» пожарными сертификатами. Используемые в телекоммуникациях электрические проводники под напряжением не более 80 В с соединительными деталями по нескольким определенным кодам ТН ВЭД не входят в перечень продукции, подлежащей обязательной сертификации в области пожарной безопасности. Однако некоторые приказы Государственной противопожарной службы (ГПС) требуют обязательной сертификации изделий, применяемых в системах противопожарной защиты. В связи с этим многие, хотя далеко не все, производители СКС такую сертификацию кабелей и соединительных элементов производят.

Система оповещения и управления эвакуацией (СОУЭ). Функционально СОУЭ обеспечивает звуковое, речевое и световое оповещение. Как правило, система имеет централизованную структуру. Центральное устройство представляет собой штатив с процессором, усилителем, средствами записи сообщений и средствами коммутации, к входам/выходам которого могут подключаться различные устройства:

  • станции вызова (микрофоны);
  • контрольные линии от сигнализаций;
  • телефонные линии;
  • музыкальные источники;
  • громкоговорители, сгруппированные по зонам;
  • релейные модули светового оповещения.

В рамках данного обзора мы рассмотрим только подключение громкоговорителей, так как остальные соединения, как правило, локальные, а световое оповещение требует применения электрической распределительной линии.

Как правило, производители СОУЭ допускают потерю мощности на кабельной линии до громкоговорителя не более 10%. При выборе системы для «витой пары» предпочтение надо отдавать усилителям с высоким выходным напряжением в 70 В по сравнению с системами, рассчитанными на 25 В. В этом случае передача той же мощности возможна и при меньшем токе. Определение мощности громкоговорителей, расположенных на определенном удалении от центральной станции и запитанных по одной паре, производится по специальной методике. В качестве примера: на конце стандартной горизонтальной линии СКС (до 90 м длиной) можно разместить громкоговорители с суммарной мощностью 30—40 Вт.

При планировании коммутации надо иметь в виду, что внутри одного четырехпарного кабеля нельзя подключать аудиоприложения и телефонные системы с импульсным набором номера.

Система контроля и управления доступом (СКУД). По сравнению с другими системами безопасности, СКУД можно считать наиболее «развитой» системой в плане применения современных высоких технологий. Принцип ее построения аналогичен «интегрированным командно-ориентированным» системам. Это те же сети контроллеров, датчиков и исполнительных механизмов со сложным адаптируемым алгоритмом взаимодействия, поэтому мы поговорим о них в соответствующем разделе.

Системы вентиляции и кондиционирования. У большинства таких систем почти нет соединений, которые было бы целесообразно выполнять с помощью СКС.

Простейшие сплит-системы и мультизональные системы кондиционирования (VRF) имеют соединения между внутренними и внешними блоками с помощью контрольного кабеля, однако при монтаже таких систем между блоками по одной трассе все равно прокладываются трубы холодильного агента и электрические провода, в которых контрольными являются дополнительные жилы.

Управление центральным кондиционером, вместе с приточной вентиляционной установкой, где он установлен, обычно осуществляется с локального контроллера, расположенного в том же или соседнем помещении. Соединение всех датчиков и приводов с контроллером и шкафом автоматики в этой установке опять же локальное. Если датчики температуры находятся в обслуживаемом помещении, то, скорее всего, пользоваться можно будет только кабелем с рекомендованным сечением жилы, так как простые системы вентиляции не всегда снабжены программной компенсацией сопротивления линии.

Система кондиционирования с холодильной машиной (chiller) и вентиляторными конвекторами (fan coil) в большинстве случаев также имеет только локальные соединения, но уже внутри обслуживаемых помещений.

Средства коммуникации для подобных, достаточно простых, климатических установок требуются, пожалуй, только в системе мониторинга и управления установкой для организации удаленного диспетчерского пульта. Чаще всего он оснащен ПК или специализированным устройством, подключаемым как стандартное рабочее место по СКС на «витой паре».

ИНТЕГРИРОВАННЫЕ КОМАНДНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ

Эти комплексные системы решают множество задач по безопасности и управлению зданием и в большинстве своем предлагаются «от одного производителя» — Andover Controls, Johnson Controls или Honeywell. Надо заметить, что похожие продукты выпускают и отечественные разработчики, правда, в основной своей массе они предназначаются для применения в системах безопасности.

Степень интеграции систем может быть очень высока и охватывать функции управления параметрами среды и электрической энергии, тревожной и пожарной сигнализации и противопожарной безопасности, функции контроля доступа, регистрации присутствия и времени пребывания, управления освещением, лифтами и автостоянками, видеоидентификации, мониторинга систем инженерного обеспечения здания.

Такие системы строятся, как правило, по принципу многоуровневого взаимодействия. Верхний уровень станции диспетчерского управления, серверы и сетевые контроллеры — подключается к сети Ethernet по протоколу TCP/IP, что обеспечивает возможность доступа нескольких операторов с разными правами, в том числе и удаленным образом: например, непосредственно к контроллеру, который работает как сервер Web. Эта «шина» верхнего уровня предназначена для работы по «витой паре», все устройства подключаются к стандартно оборудованным рабочим местам СКС, т. е. никаких вопросов, связанных с кабельным подключением, не возникает. Уровнем ниже располагается сеть исполнительных специализированных контроллеров — например, контроллер управления бойлерами, освещением, контролем доступа и т. д. Связь с «вышестоящими» сетевыми контроллерами осуществляется по шине RS-485. В принципе, это наиболее широко используемый стандарт передачи данных в системах управления и безопасности. Он обеспечивает многоточечное подключение — до 32 узлов сети. В качестве шины может выступать кабель «витая пара» Категории 3 и выше, при общей длине до 1220 м.

Исполнительные контроллеры, в свою очередь, работают с датчиками и актуаторами. Подключение этой «периферии» практически невозможно каким-либо образом классифицировать; к ней подаются контрольные сигналы и электроэнергия напряжением от 10 до 380 В с любой силой тока. При этом большинство подключений — локальное, когда исполнительный контроллер располагается недалеко от контролируемого объекта. При необходимости подключить что-либо удаленно придется ориентироваться на описание конкретного изделия и на «Руководство по применению», которые издают наиболее солидные производители СКС: например, Avaya Communication предлагает «SYSTIMAX Intelligent Building System. Andover Controls Design Guidelines».

ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-ОРИЕНТИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ

Под этим термином понимаются системы, предназначенные для работы без управления со стороны центрального контроллера. Их «мозг» распределен между процессорами, встроенными непосредственно в датчики и исполнительные механизмы. Наиболее яркие представители систем этого класса — Lon Works и EIB (из тех, что предназначены в первую очередь для управления зданиями и во вторую — для АСУТП).

Lon Works — наиболее популярная на американском рынке технология класса «полевых шин» (field bus), где процессы управления распределяются среди узлов сети, между которыми осуществляются коммуникационные взаимодействия. Узлы обмениваются информацией, а не командами, отсюда и термин — «информационно-ориентированная система». Каждый узел такой сети содержит процессор (Neuron Chip), трансивер для связи с сетью и устройство ввода/вывода для непосредственного выполнения функции контроля.

Система Lon Works была представлена компанией Echelon в начале 90-х гг. и изначально проектировалась для работы по кабельным системам на основе «витой пары». Она допускает физические кабельные соединения по типу «шины» или произвольную топологию, которая может состоять из любых частей — «шины», «иерархического дерева» или «кольца», однако ограничения по длине кабеля для этих двух топологий различны.

При «свободной» топологии суммарная длина всех проводных соединений не должна превышать 450 м, причем максимальное расстояние между двумя узлами сети ограничено 250 м (для провода 24AWG). Если проводка реализуется как «шина», то ее максимальная длина возрастает до 900 м. Узлы подключаются к «шине» ответвлениями длиной до 3 м.

Фактическая топология соединений определяется не принципами прокладки кабеля, а схемой соединения пар на кроссе и зависит от плотности размещения узлов сети и трафика, на основании которого планируется разбиение системы на подсети с помощью повторителей и маршрутизаторов.

НЕ ТОЛЬКО КАБЕЛИ И СОЕДИНИТЕЛИ

Несколько отступая от тематики обзора, мы хотим обратить внимание еще на один момент. Для организации СКС в здании, как правило, реализуются некоторые смежные системы, одна из важнейших — система закладных устройств (СЗУ) для кабельной проводки. Традиционно закладные устройства проектируются и устанавливаются той же самой организацией и в то же время, что и СКС. СЗУ должна закладываться как единая система в расчете на потребности всех слаботочных кабельных проводок в здании. Иначе не избежать неприглядных картин: только закончен ремонт, выключатели, розетки, термостаты установлены скрытым способом, кабели размещены в трубах за гипсокартонными стенами, а к датчикам обнаружения движения, считывателям магнитных карт проложен «декоративный» короб, к тому же не очень ровно.

КАКИЕ ВСЕ ЖЕ ПЕРСПЕКТИВЫ?

Подводя итоги, можно констатировать, что для управления и обеспечения безопасности СКС почти не используется. Надо отметить, что применение отрезка кабеля «витая пара» для простого соединения компонентов нельзя считать использованием СКС, и никаких дополнительных выгод в эксплуатации оно не дает. Под СКС мы понимаем законченную систему — с кабелями, средствами подключения, коммутации и администрирования.

Однако, несмотря на все вышесказанное, можно выделить ряд ситуаций, когда обращение к существующей кабельной инфраструктуре здания бесспорно оправдано.

  • СКС очень удобно задействовать в различных экстренных ситуациях, когда нет возможности или необходимости разворачивать альтернативную кабельную проводку. Например, в течение получаса в любом помещении можно организовать точку видеонаблюдения или выделить эту комнату в независимую зону охраны. В таком случае стоимость видеоадаптера уже не кажется чрезмерно высокой.
  • Система эфирного и кабельного телевидения, как ни странно, тоже попадает в список "оправдано". Дело в том, что в офисном здании ТВ-приемники устанавливаются не так уж часто, в 3-5% кабинетов, а вот перепрофилирование помещений - не редкость. Перенести же телевизор в соседнюю комнату, не оборудованную розеткой под ТВ, - всегда проблема.
  • При оборудовании офисов небольших и средних компаний нередки ситуации, когда во время реконструкции помещений комплексное проектирование не проводится в принципе. Проблемы решаются, так сказать, по мере их поступления, и тогда установить систему безопасности, например, может оказаться намного выгоднее на основе уже имеющейся и работающей СКС. И такие случаи действительно имеют место.
  • Наконец, ряд соединений в рассматриваемых системах специально проектируется для работы по СКС.

Алексей Трояновский — руководитель отдела инженерных систем компании ЧЕРУС. С ним можно связаться по телефону: (095) 428-0027, или по адресу: lelik@cherus.ru.

Рассматриваемые продукты

Fluke Networks http://www.flukenetworks.com

  • DSP-4300
  • OMNIScanner2

Agilent Technologies http://www.agilent.com

  • WireScope 350
  • FrameScope 350

Ideal Industries http://www.idealindustries.com

  • LANTEK 6

Datacom Textron http://www.datacom.textron.com

  • LANcat System 6