Tương lai của Tự động hoá trong các toà nhà

Tương lai của Tự động hoá trong các toà nhà Ngày nay, trong thời đại công nghiệp hoá, việc vận hành các trụ sở, văn phòng trong những toà nhà hiện đại có ảnh hưởng rất quan trọng đến hoạt động của doanh nghiệp và cộng đồng, do đó vấn đề ứng dụng công nghệ mới cho các toà nhà thu hút sự quan tâm rất lớn. Trong số này, Ban Biên tập dành nhiều bài viết về công nghệ tự động hoá toà nhà nhằm cung cấp một bức tranh đầy đủ hơn về mảng thông tin này. Các hệ thống tự động trong tòa nhà (BAS: building automation system) đã có những cải tiến rộng lớn trong vòng 8 năm qua và kết thúc cuộc chiến về giao thức trong vài năm trở lại đây. Vấn đề tích hợp đã trở thành một yếu tố quan trọng. Chúng ta có thêm nhiều công cụ để phân tích dữ liệu và có thể giao tiếp tốt hơn với các tòa nhà. Liệu sẽ có tương lai nào cho ngành công nghiệp tự động hóa trong các tòa nhà sau này? Trước khi tìm ra câu trả lời, hãy tìm hiểu về hai công nghệ mới nổi được cho là sẽ làm nên cuộc cách mạng trong các BAS. Đầu tiên nổi lên là công nghệ giao thức internet phiên bản 6 (IPv6). IPv6 sẽ thay đổi cách nghĩ của ngành công nghiệp về truyền thông. Kể từ khi cuộc chiến tranh về giao thức đã giảm và công nghệ không dây được cải thiện thì IPv6 sẽ cho chúng ta vô số những khả năng khác nhau. Thế nào là giao thức internet? Giao thức Internet là một tập hợp các kỹ thuật được sử dụng bởi nhiều máy tính để truyền dữ liệu qua Internet. Đây sẽ là xương sống trong các BAS. Giao thức hiện tại được sử dụng là IPv4 có nhiều hạn chế và chúng ta đang dần cạn kiệt các địa chỉ IP. IPv4 là 32bit, chúng ta có gần 4 tỷ địa chỉ Internet. IPv6 là 128bit, cho chúng ta 2128 địa chỉ IP (2128=340.282.366.920.938.000.000.000.000.000.000.000.000). Dùng IPv6 có nghĩa là tất cả các thiết bị mà chúng ta có trong các tòa nhà có thể được gán một địa chỉ IP. Mỗi điểm và thành phần trong toàn bộ hệ thống có thể có được một địa chỉ IP duy nhất. Mạng lưới của chúng ta sẽ có thể gán thêm các phân đoạn IP và các thiết bị sẽ nhận được một IPv6 gán cho chúng. Điều này sẽ là một cuộc cách mạng cho các tòa nhà của chúng ta, vì các phương pháp lập trình theo đó cũng sẽ thay đổi mạnh mẽ. Với việc triển khai IPv6, các địa chỉ IP sẽ thêm phong phú. Mỗi thiết bị nhỏ sẽ có một địa chỉ được gán, chẳng hạn như các cảm biến nhiệt độ, bộ hiển thị, cơ cấu chấp hành, thiết bị giám sát công suất, đo độ ẩm, Lợi ích thực sự của IPv6 đi kèm với sự nổi lên kế tiếp của công nghệ lập trình đa mục tiêu (CP: Cloud Programming). Lập trình đa mục tiêu CP là gì và nó sẽ giúp chúng ta thế nào? Lợi ích chính của IPv6 là sẽ được thấy rõ khi triển khai với lập trình CP. Hiện tại, nó đã được thực hiện ở các tập đoàn lớn, ví dụ như: Amazon sử dụng CP để tăng sức mạnh máy chủ của họ; Google sử dụng CP cho các ứng dụng như G-mail, Google Docs, CP cho chúng ta sự linh động trong việc mở rộng cơ sở hạ tầng và cũng có thể làm đơn giản hoá các thuật toán phức tạp. Lợi ích của CP sẽ được thấy rõ khi các dữ liệu sẽ trở thành một phần của BAS. Tương lai của các BAS sử dụng CP CP sẽ là nơi mà các ứng dụng chạy và là nơi mà các dữ liệu được lưu giữ. Chúng ta sẽ có thể truy cập vào các CP với một trang web và/hoặc một chương trình của máy tính để bàn. Vì số lượng dữ liệu và các yêu cầu đối với các thuật toán gia tăng nên một BAS dùng CP sẽ có khả năng mở rộng riêng của mình để đáp ứng được các nhu cầu của hệ thống. Lợi ích của CP Các ứng dụng trên các BAS dùng CP cũng gần với các ứng dụng lập trình hướng đối tượng và sẽ cho phép người lập trình nhiều tuỳ biến vì mỗi thiết bị sẽ trở thành một đối tượng có thể truyền thông trực tiếp thông qua IPv6. Đây là một kịch bản của một hệ thống điều hoà điều khiển bởi CP. Trong hệ thống điều hoà có một nguồn cấp nhiệt độ, giá trị nhiệt độ được lưu giữ trong các cảm biến. Các cảm biến được trang bị một máy vi tính có khả năng tính toán đơn giản và giao tiếp với CP hoặc các bộ điều khiển cục bộ. Các bộ điều khiển cục bộ bao gồm các thiết bị kết nối không dây và nằm sát với khối xử lý không khí. Nó không yêu cầu đầu vào hay đầu ra của các card mà chỉ thông qua giao tiếp IPv6. Các bộ điều khiển cục bộ được lập trình điều khiển tối ưu hệ thống điều hoà. Mục đích chính là tính toán các vòng lặp PID, thời điểm bắt đầu và kết thúc, Các ứng dụng của bộ điều khiển cục bộ được cập nhật tự động từ các CP. Mỗi thiết bị trên mạng có thể kết nối vào các CP để thực hiện nhiệm vụ đơn giản như lưu trữ dữ liệu, bắt đầu một truy vấn từ các CP và trả lại giá trị cho CP, cho thiết bị cục bộ, giao diện người dùng. Điều này sẽ cho phép các lập trình viên một khả năng rất linh hoạt trong việc lập trình ứng dụng. Các CP có thể tự động tính toán các biến khác nhau như điện năng tiêu thụ, sự thay đổi cơ sở dữ liệu CP và tạo ra các báo cáo cho toàn bộ thời gian hoạt động của tòa nhà. Các dữ liệu nhiều như thế có thể được sử dụng để tối ưu hóa hoạt động của toà nhà. Cùng một cú pháp lập trình có thể được sử dụng trong cả bộ điều khiển địa phương và trong CP. Các mã lệnh sẽ được đọc dễ dàng hơn rất nhiều vì các lập trình viên không cần phải ghi nhớ về đầu vào hay đầu ra mà cảm biến được cài đặt. Anh ta sẽ chỉ cần sử dụng các địa chỉ IPv6. Các thuật toán phức tạp có thể được tính toán trong các CP và các giá trị có thể được trả về các thiết bị cục bộ. Các thuật toán phức tạp có thể được thực hiện trên thiết bị cục bộ và tính toán thì thực hiện trên CP. Các đoạn mã được viết theo cách mà các CP có thể tính toán bất kỳ tình huống nào và đưa các giá trị tính được tới các bộ điều khiển cục bộ Code on the cloud (Fictitious Code) Building1.AHU1.SupplyTemp.Query(Week1- Week2) Return (Average) assign to VariableA Building1.AHU1.SupplyTemp.Query(Week2- Week4) Return (Average) assign to VariableB VariableB – VariableA = VariableC Send Variable to AHU1.WeeklyCompare Ví dụ về đoạn mã trên CP và kết quả gửi trả lại thiết bị cục bộ Code Local Device (Fictitious Code) SupplyTemp.Query(Week1-Week2) Get (Average) assign to VariableA.onCloud SupplyTemp.Query(Week2-Week4) Get (Average) assign to VariableB.onCloud VariableB.onCloud – VariableA.onCloud = VariableC.onCloud Get VariableC to AHU1.WeeklyCompare” Lập trình hướng đối tượng thuần tuý cho điều khiển trong các toà nhà Vì tất cả các đối tượng là một thiết bị thực tế, các phương pháp lập trình sẽ hoàn toàn thay đổi. Mỗi nhà sản xuất thiết bị sẽ lưu trữ và xây dựng các thuật toán cần thiết vào các thiết bị. Thuật toán càng thông minh sẽ đánh bại được các đối thủ cạnh tranh của họ. Ví dụ, một nhà sản xuất bộ hiện thị VFD sẽ tạo ra các thuật toán tối ưu hóa các vòng lặp PID bên trong thiết bị. Cơ cấu chấp hành với vai trò như một bộ suy hao sẽ có thêm nhiều vòng lặp PID được tối ưu hóa dựa trên các kỹ năng truyền thông với CP. Sự kiện Mỗi nhà sản xuất sẽ có cách riêng của họ để kiểm tra các thiết bị của mình. Khi có một lỗi xảy ra, nó sẽ thông báo cho thiết bị cục bộ, rồi tới CP và trình duyệt web của người sử dụng. Điều này sẽ tạo ra một sự kiện thực theo đúng như chương trình đã đặt ra mà có thể được dùng để tạo ra các thuật toán phức tạp hơn cho BAS. Kiểm tra vận hành thiết bị và dự báo Mỗi thiết bị sẽ được hướng vào máy chủ mà ở đó sẽ tái hiện lại việc thực thi của chúng. Các kỹ sư sẽ có thể tìm thấy các khu vực bị lỗi dễ dàng và trực quan hơn so với tìm kiếm các điểm trên biểu đồ. Sau khi chúng ta có đủ dữ liệu lưu giữ, những CP sẽ có thể tính toán dự báo cho tương lai và sẽ cảnh báo cho người sử dụng những sai hỏng có thể xảy ra. Khi xảy ra sai hỏng Sau khi một thiết bị hỏng hóc, hệ thống tự động hóa báo cho chúng ta một email về việc này. Những CP có khả năng phân tích hệ thống với dữ liệu trong một tháng được sử dụng và nó sẽ cập nhật các mã trong các thiết bị cục bộ dựa trên các tình huống sai hỏng. Sau một tháng, dữ liệu được ghi vào CP, nó sẽ bắt đầu thực hiện kịch bản và hầu hết các mã tối ưu tương ứng sẽ được tải lên để thực hiện trên các thiết bị cục bộ. Ví dụ: một hệ thống điều hoà AHU đã cho chạy một tháng và chúng ta có đủ dữ liệu. Chúng ta sẽ chạy một mã ứng với kịch bản sai hỏng từ trên máy chủ cho cho cảm biến nhiệt độ. Những CP sẽ dự đoán kết quả cho ba tháng (một quý) tiếp đó. Nó sẽ tìm ra hầu hết các cách sử dụng tối ưu cho cảm biến nhiệt độ trong quý đó. Sau khi tính toán được hoàn tất, các kết quả từ kịch bản sẽ được tải lên và sẽ được chờ đợi một sự kiện thực sự xảy ra. Với những tình huống khẩn cấp như là hóa chất tràn cũng có thể được mô phỏng cho toàn bộ khuôn viên. Các tính toán phức tạp hơn có thể được thực hiện trong các CP và kết quả có thể được tải lên tất cả các thiết bị cục bộ từ CP. Làm thế nào để chúng ta đạt được? Chuẩn mã nguồn mở sẽ là chìa khóa dẫn đến việc triển khai thực hiện này. Các công ty chủ chốt trong các ngành công nghiệp tự động hóa phải nỗ lực để tạo ra các hệ thống phức tạp như thế. Các công ty công nghệ có thể đầu tư vào các chuẩn mã nguồn mở cho các ứng dụng CP ảo. Các công ty tự động hóa và phát triển phần mềm lớn có thể tạo ra các chuẩn mới cho các thế hệ kế tiếp của hệ thống BMS. Bằng cách làm từng phần theo chuẩn mã nguồn mở thì cộng đồng tự động hoá có thể dần lấp khoảng trống của các vấn đề tự động hóa thực tế.