پروتکل های هوشمند سازی ساختمان

در دنیای امروز، اتوماسیون و هوشمندسازی ساختمان ها به عنوان رکن اصلی در زمینه ارتقای سطح رفاه، امنیت و کارایی در اماکن مسکونی، اداری و تجاری؛ اهمیتی انکارناپذیر یافته است. در این میان، پروتکل های هوشمندسازی مانند زبانی مشترک، وظیفه هماهنگی و تبادل اطلاعات بین تجهیزات و سیستم های مختلف را بر عهده دارند و نقشی اساسی در کارایی و پویایی این سامانه ها ایفا می کنند.

انتخاب پروتکل مناسب، به عنوان زیر بنای سیستم های هوشمندسازی، امری حائز اهمیت است و می تواند بر کارایی، قابلیت اطمینان، مقیاس پذیری و امنیت کلی سیستم تاثیر بسزایی بگذارد. اما تنوع پروتکل های موجود در بازار، انتخاب را برای کاربران (مشتریان و کسانی که قصد هوشمند نمودن خانه و محل کار خود را دارند) و متخصصان این حوزه به یک چالش بزرگ تبدیل کرده است.

در این مقاله آموزشگاه فن و کار به بررسی انواع پروتکل های رایج در هوشمندسازی، مزایا و ویژگی های هر یک و کاربردهای متناسب آن ها پرداخته می شود تا افراد نام برده شده بتوانند با آگاهی کامل از تمام گزینه های موجود؛ در زمینه هوشمند نمودن مکان های مورد نظر خود تصمیم بگیرند.

با شرکت در دوره های تخصصی موسسه فن و کار در حوزه آموزش هوشمندسازی ساختمان انواع روش ها و پروتکل هایی که از آن ها برای هوشمند نمودن ساختمان های مختلف (با کاربری های اداری، مسکونی، تجاری، صنعتی و …) استفاده می شود را به صورت حرفه ای و اصولی از اساتید برتر و برجسته کشور یاد می گیرید. این دوره بصورت عملی در کارگاههای مجهز فن و کار برگزار می شود و در پایان دوره مدرک فنی حرفه ای با اعتبار جهانی به کاراموزان اعطا می شود. برای مشاهده سرفصل های کامل و جزئیات بیشتر این دوره روی تصویر زیر کلیک نمایید:

دسته بندی انواع پروتکل های هوشمندسازی

دسته بندی پروتکل هایی که تا کنون در عرصه هوشمند کردن اماکن ابداع شده اند؛ می تواند بر اساس فاکتورهای مختلفی صورت گیرد که در ادامه به برخی از مهم ترین آن ها اشاره می کنیم:

• بر اساس نوع ارتباط: شامل پروتکل های هوشمند سازی بی سیم و سیمی
• بر مبنای کاربرد: از جمله پروتکل های هوشمند ساختن برای سیستم های روشنایی، تهویه مطبوع، امنیتی، صوتی و تصویری و …
• با توجه به سطح پیچیدگی: مثل پروتکل های خانه هوشمند ساده و پیچیده
• بر اساس روش استانداردسازی: مانند پروتکل های BMS استاندارد و اختصاصی

در بخش بعدی بررسی می کنیم که هر یک از این پروتکل ها چه کاربردها و ویژگی هایی دارند و در چه نوع پروژه هایی می توان از آن ها استفاده کرد؛ پس با ما همراه باشید.

---

آموزش شغل های فنی و پردرآمد در دپارتمان برق آموزشگاه فن و کار

---

پروتکل های هوشمندسازی بر اساس نوع ارتباط

در ابتدا باید بگوییم؛ نوع ارتباط در پروتکل های هوشمند نمودن ساختمان ها، در واقع شیوه ای است که تجهیزات و سیستم های مختلف، داده ها و فرمان ها را بین خود به اشتراک می گذارند. این نوع ارتباط می تواند به دو دسته کلی بی سیم و با سیم تقسیم بندی شود.

پروتکل های بی سیم

این نوع پروتکل ها از امواج رادیویی برای انتقال داده ها بین تجهیزات گوناگون استفاده می کنند. عدم نیاز به کابل کشی، مهم ترین مزیت این پروتکل ها محسوب می شود. بدون شک؛ ویژگی هایی مانند سهولت نصب و مقیاس پذیری؛ پروتکل های بی سیم را برای پروژه های مختلف (از جمله خانه های هوشمند و ساختمان های اداری) ایده آل می سازد.

•  Zigbee

یکی از شناخته شده ترین پروتکل های بی سیم در هوشمندسازی ساختمان، Zigbee است که مصرف انرژی پایینی دارد و برای شبکه های بی سیم و اتوماسیون خانگی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. Zigbee از توپولوژی مش بهره می برد، به این معنی که هر دستگاه می تواند به عنوان یک رله عمل کرده و سیگنال را به دستگاه های دیگر منتقل کند و این امر، پایداری و برد شبکه را افزایش می دهد.

• Z-Wave

زد ویو پروتکل دیگری است که در خانه های هوشمند محبوبیت زیادی دارد. این پروتکل امن و قابل اعتماد است و برای کنترل طیف گسترده ای از دستگاه ها (از جمله لامپ ها، قفل ها، ترموستات ها و …) به کار می رود. Z-Wave از شبکه های نقطه به نقطه استفاده می کند، به این معنی که هر دستگاه به طور مستقیم با یک دستگاه دیگر ارتباط برقرار می کند.

• Wi-Fi

وای فای پروتکلی شناخته شده و همه گیر است که برای اتصال به اینترنت و اشتراک گذاری داده ها مورد استفاده قرار می گیرد. این پروتکل سرعت بالایی دارد و برای انتقال حجم زیادی از داده ها مناسب است. با این حال، مصرف انرژی Wi-Fi نسبت به سایر پروتکل های بی سیم بیشتر است و ممکن است در شبکه های شلوغ با تعداد کاربران و تجهیزات بالا با تداخل مواجه شود.

پروتکل های با سیم (سیمی)

این دسته از پروتکل ها؛ همان طور که از نام شان پیدا است؛ سیم ها و کابل های مخصوصی را برای انتقال داده ها بین تجهیزات مختلف به کار می برند. بنا به نظر متخصصان؛ پایداری و امنیت بالا، از جمله مزایای اصلی پروتکل های سیمی هستند.

• KNX

یکی از محبوب ترین پروتکل های سیمی در هوشمندسازی ساختمان است. این پروتکل کاملا استاندارد و امن است و توسط طیف گسترده ای از تولیدکنندگان پشتیبانی می شود. KNX قابلیت اطمینان و انعطاف پذیری بالایی دارد و برای پروژه های پیچیده و بزرگ مناسب است.

• LonWorks

پروتکل دیگری است که در اتوماسیون ساختمان به کار می رود. این پروتکل برای اهدافی مانند کنترل سیستم های تهویه مطبوع، روشنایی و امنیت به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. به علاوه؛ پروتکل LonWorks از توپولوژی شبکه ای بهره می برد و قابلیت مقیاس پذیری بالایی دارد.

• Modbus

پروتکل ساده ای است که برای اتصال دستگاه های مختلف(مانند سنسورها و کنترلرها) به یکدیگر استفاده می شود. این پروتکل به طور فراگیر در صنایع مختلف، از جمله اتوماسیون صنعتی و ساختمان، کاربرد دارد. Modbus نصب و پیکربندی آسانی دارد و برای پروژه های کوچک و متوسط انتخاب ایده آلی به شمار می رود.

پروتکل های هوشمند سازی ساختمان بر مبنای کاربرد

در سال های اخیر؛ با توجه به تنوع سیستم ها و تجهیزات در یک ساختمان هوشمند، پروتکل های مختلفی برای کاربردهای خاص توسعه یافته اند. در ادامه؛ به بررسی برخی از متداول ترین پروتکل ها در حوزه های مختلف می پردازیم. بدیهی است که برخی از پروتکل ها دارای کاربردهای بسیار متنوعی بوده و استفاده از آن ها تنها به یک سیستم یا بخشی از فرآیند هوشمند سازی اماکن محدود نمی شود.

• پروتکل های مناسب سیستم روشنایی

در سیستم های روشنایی هوشمند، پروتکل ها وظیفه ای حیاتی بر عهده دارند؛ چرا که آن ها با کنترل کردن میزان روشنایی در بخش های مختلف ساختمان، ضمن ایجاد فضایی دلنشین و متناسب با نیازهای کاربران، به صرفه جویی در مصرف انرژی نیز کمک بسیاری می کنند.

یکی از محبوب ترین پروتکل ها در این حوزه، DALI (Digital Addressable Lighting Interface) است. این پروتکل، امکان کنترل و تنظیم دقیق روشنایی هر چراغ یا لامپ به صورت جداگانه را فراهم می کند. از دیگر پروتکل های شناخته شده در سیستم های روشنایی هوشمند می توان به KNX و BACnet اشاره کرد.

• پروتکل های پیشنهادی برای سیستم تهویه مطبوع

سیستم های تهویه مطبوع هوشمند، با تنظیم دما و رطوبت فضا، نقشی مهم و اساسی در ایجاد آسایش ساکنین ایفا می کنند. پروتکل های این حوزه، فرآیند تبادل اطلاعات بین اجزای مختلف سیستم، مانند ترموستات ها، سنسورها و شیرهای کنترلی را تسهیل و سرعت می بخشند.

Modbus، BACnet و LonWorks از جمله پروتکل های رایج در این زمینه هستند. Modbus به دلیل سادگی و سهولت استفاده، در سیستم های کوچک و متوسط کاربرد فراوانی دارد. BACnet، به عنوان یک پروتکل استاندارد و جامع، در پروژه های بزرگ و پیچیده مورد استفاده قرار می گیرد. LonWorks نیز با اتکا به شبکه های مبتنی بر TCP/IP، انعطاف پذیری بالایی را به کاربرانش ارائه می دهد.

• پروتکل های مناسب سیستم های امنیتی

سیستم های امنیتی هوشمند، با نظارت بر بخش های گوناگون ساختمان و هشدار در مواقع خطر، از جان و مال ساکنین محافظت می کنند. پروتکل ها در این حوزه خاص، تبادل اطلاعات بین سنسورها، دوربین ها، پنل های کنترل و آژیرها را مدیریت می کنند.

یکی از شناخته شده ترین پروتکل ها در این زمینه، IP (Internet Protocol) است. این پروتکل، امکان اتصال سیستم های امنیتی به شبکه های کامپیوتری و کنترل آن ها از راه دور را فراهم می کند. از دیگر پروتکل های رایج در این عرصه می توان به RS-485 و Wiegand اشاره کرد.

• پروتکل های پیشنهادی برای سیستم های صوتی و تصویری

سیستم های صوتی و تصویری هوشمند، امکان برقراری ارتباط، سرگرمی و نظارت از راه دور را فراهم می کنند. پروتکل ها در این حوزه، وظیفه مدیریت و نظارت بر فرآیند انتقال داده های صوتی و تصویری بین تجهیزات مختلف را بر عهده دارند.

TCP/IP، HDMI و HDBaseT از جمله پروتکل های رایج در این زمینه هستند. TCP/IP به دلیل انعطاف پذیری و کاربرد گسترده، در اکثر سیستم های صوتی و تصویری مورد استفاده قرار می گیرد. HDMI، با کیفیت تصویری بالا، برای انتقال محتوای ویدئویی ایده آل است. HDBaseT نیز با انتقال داده ها از طریق کابل های شبکه، امکان نصب آسان و مقرون به صرفه را فراهم می کند.

• سایر کاربردهای پروتکل های هوشمندسازی

لازم است توضیح دهیم؛ کاربرد پروتکل های هوشمندسازی ساختمان به حوزه های ذکر شده محدود نمی شود. از کنترل پرده ها و سایه بان ها تا مدیریت مصرف آب و انرژی، پروتکل ها در هر جایی که نیاز به تعامل و هماهنگی بین تجهیزات باشد، نقشی اساسی ایفا می کنند.

پروتکل های هوشمندسازی با توجه به سطح پیچیدگی

سادگی و پیچیدگی در پروتکل های هوشمندسازی ساختمان، مفاهیمی کاملا نسبی هستند که به عواملی متعددی (از جمله نوع کاربری ساختمان، وسعت و پراکندگی آن، تعداد تجهیزات و کارکردهای مورد انتظار از آن ها، تخصص و دانش فنی کاربران و نصابان و متخصصان پروژه و بودجه اختصاص یافته برای سیستم هوشمندسازی) بستگی دارند.

• پروتکل های هوشمند سازی ساده

سادگی در پروتکل های هوشمندسازی ساختمان به معنای سهولت در نصب، پیکربندی، راه اندازی و استفاده از سیستم است. پروتکل های ساده معمولا از تعداد محدودی تجهیزات و فرمان ها تشکیل شده اند و رابط کاربری آن ها برای افراد با دانش فنی اندک نیز قابل فهم و استفاده است. این پروتکل ها (مانند KNX و Modbus و …) اغلب برای مصارف خانگی و ساختمان های کوچک اداری یا تجاری که نیازهای پیچیده ای ندارند؛ مناسب هستند.

• پروتکل های پیچیده

پیچیدگی در پروتکل های هوشمندسازی ساختمان نشان دهنده وجود امکانات و قابلیت های بیشتر، انعطاف پذیری بالاتر و توانایی کنترل و مدیریت طیف وسیع تری از تجهیزات و کارکردها می باشد. بر خلاف پروتکل های هوشمند سازی ساده؛ پروتکل های نوع پیچیده، اکثرا از تجهیزات و فرمان های بسیار زیادی برخوردار اند و برای راه اندازی و پیکربندی آن ها به دانش فنی و تخصصی نسبتا بالایی نیاز است. این پروتکل ها (مانند LonWorks و Casambi و …) اغلب برای مصارف صنعتی، ساختمان های بزرگ و پیچیده و مکان هایی که نیاز به کنترل دقیق و یکپارچه سیستم های مختلف دارند؛ به کار گرفته می شوند.

پروتکل های هوشمندسازی بر اساس روش استانداردسازی

استانداردسازی در پروتکل های هوشمند نمودن ساختمان به معنای تدوین مجموعه ای از قواعد و الزامات مشترک برای طراحی، اجرا و تبادل اطلاعات بین اجزای مختلف سیستم های هوشمند است. این امر با ایجاد زبانی واحد برای تعامل بین تجهیزات و نرم افزارهای مختلف، موانع یکپارچه سازی را از میان برداشته و زمینه خوبی را برای ارتقای کارایی و قابلیت اطمینان این سیستم ها فراهم می کند. با توجه به فاکتور استاندارد سازی؛ پروتکل های هوشمندسازی ساختمان را می توان به دو دسته کلی تقسیم نمود که در ادامه به آن ها اشاره می کنیم.

• پروتکل های استاندارد

این پروتکل ها توسط سازمان های بین المللی یا ملی تدوین گشته و به تصویب می رسند و در سطح وسیعی مورد استفاده قرار می گیرند. از جمله مزایای این پروتکل ها (مانند KNX و BACnet و …) می توان به سازگاری گسترده با تجهیزات و نرم افزارهای مختلف، سهولت در امرِ یافتن متخصصان فعال و با تجربه و همچنین پشتیبانی قوی از سوی تولیدکنندگان اشاره کرد.

• پروتکل های اختصاصی

این پروتکل ها توسط شرکت های خاص برای محصولات یا سیستم های اختصاصی آن ها توسعه داده می شوند. این پروتکل ها ممکن است برای کاربردها و پروژه های هوشمند سازی خاص، مزایا و فواید متعددی داشته باشند؛ اما به طور کلی؛ انعطاف پذیری و سازگاری کمتری نسبت به پروتکل های استاندارد دارند.

معیارهای انتخاب پروتکل هوشمند سازی ساختمان در پروژه

همانطور که در بخش ابتدایی مقاله ذکر شد؛ انتخاب پروتکل مناسب و بهینه برای هوشمندسازی اماکن، نقشی محوری در کارایی، انعطاف پذیری و اقتصادی بودن سیستم ایفا می کند. با توجه به تنوع پروتکل های موجود در بازار، انتخاب پروتکل ایده آل برای هر پروژه؛ بدون شک نیازمند بررسی دقیق فاکتورهای مختلف و انطباق آن ها با نیازها و الزامات خاص آن پروژه و تمایلات ویژه مشتریان است.

در ادامه، به بررسی چند معیار کلیدی که باید در انتخاب پروتکل هوشمندسازی ساختمان بررسی و در نظر گرفته شوند، می پردازیم تا متخصصان این حوزه راهنما و دستور العملی جامع برای پروژه های خود دراختیار داشته باشند.

نوع کاربری ساختمان

اولین قدم در گزینش پروتکل، تعیین نوع کاربری ساختمان است. ساختمان های مسکونی، اداری، تجاری، هتل ها، بیمارستان ها، مدارس و … هر کدام نیازها و الزامات خاص خود را در زمینه هوشمندسازی دارند. به عنوان مثال، در ساختمان های مسکونی، تمرکز بر روی آسایش و رفاه ساکنین است؛ در حالی که در ساختمان های اداری، کارایی و صرفه جویی در انرژی از اهمیت بالایی برخوردار است. انتخاب پروتکلی که به طور خاص برای نوع کاربری مورد نظر طراحی شده باشد؛ می تواند بهینه سازی و کارایی سیستم در بلند مدت را تضمین کند.

مقیاس پروژه

منظور از مقیاس پروژه در واقع تعداد تجهیزات و وسعت فضایی که باید تحت کنترل سیستم هوشمندسازی قرار گیرد و از دیگر فاکتورهای مهم در انتخاب پروتکل است. پروتکل های مختلف از نظر قابلیت پشتیبانی از تعداد تجهیزات و وسعتِ فضای تحت پوشش، با یکدیگر متفاوت هستند. انتخاب پروتکلی که با مقیاس پروژه تناسب داشته باشد؛ بدون شک از بروز چالش های فنی و افت عملکرد سیستم در آینده جلوگیری خواهد کرد.

نیازهای عملکردی

سامانه های هوشمندسازی باید طیف گسترده ای از وظایف را به انجام برساند؛ از جمله کنترل سیستم های روشنایی، تهویه مطبوع، سیستم های امنیتی، دستگاه های صوتی و تصویری و … . به همین سبب، پروتکل گزینش شده باید قابلیت پشتیبانی از تمامی این وظایف و امکان ادغام با سایر سیستم های جانبی را دارا باشد.

قابلیت اطمینان و پایداری

سیستم هوشمند کننده اماکن باید در هر شرایطی (چه در حالت عادی و چه در شرایط اضطراری) به شیوه ای قابل اعتماد و پایدار عمل کند. به علاوه؛ پروتکل مورد نظر باید از نظر امنیتی؛ در برابر هک و نفوذ و حملات مخرب مقاوم باشد و در صورت بروز نقص یا قطعی در یک بخش از سیستم، سایر بخش ها همچنان به فعالیت خود ادامه دهند.

سهولت نصب و راه اندازی

انتخاب پروتکلی که فرآیند نصب و راه اندازی آن ساده و سریع باشد؛ می تواند در صرفه جویی زمان و هزینه پروژه نقش بسزایی داشته باشد. همچنین، پروتکل انتخاب شده باید از مستندات و آموزش های فنی کامل و جامعی برخوردار باشد تا متخصصان و نصابان بتوانند به راحتی با آن کار کنند.

قابلیت ارتقا و مقیاس پذیری

سیستم های هوشمندسازی اماکن باید با توجه به نیازها و الزامات آتی، قابلیت ارتقا و مقیاس پذیری را داشته باشند. از این رو؛ پروتکل گزینش شده در هر پروژه باید از انعطاف پذیری کافی برخوردار باشد تا بتوان در آینده تجهیزات و وظایف جدیدی را به سیستم اضافه کرد.

ملاحظات اقتصادی

هزینه نهایی سیستم های هوشمند نمودن ساختمان، شامل هزینه تجهیزات، نرم افزار، نصب و راه اندازی و نگهداری است. انتخاب پروتکل مقرون به صرفه که ضمن ارائه عملکرد مناسب، از نظر اقتصادی نیز توجیه پذیر باشد، در هر پروژه ای از اهمیت بالایی برخوردار است.

با در نظر گرفتن این چند معیار بنیادی و اثر بخش، می توان پروتکل مناسب برای هوشمند کردن هر نوع ساختمان با هر نوع کاربری و مقیاسی را به درستی انتخاب کرد. انتخاب پروتکل ایده آل، تضمین کننده یک سیستم هوشمندسازی کارآمد، انعطاف پذیر، اقتصادی و بادوام خواهد بود.

از دیگر دوره های مهم آموزشگاه فن و کار در زمینه سیستم های هوشمند و رفاهی و امنیتی می توان به دوره های آموزش برق ساختمان ، جک برقی، آموزش نصب دوربین مدار بسته ، اعلام حریق و آموزش نصب دزدگیر اماکن اشاره کرد.