Роль сенсоров в современных инженерных системах

Мы проводим в помещениях до 90% времени, и ожидаем, что среда, в которой мы находимся, будет комфортной и безопасной. В результате огромные суммы тратятся на обеспечение работы систем освещения, отопления, кондиционирования. Поскольку затраты столь велики, снижение затрат даже на небольшой процент ведет к существенной экономии.

Как для управляющих коммерческой недвижимостью, стремящихся снизить затраты на содержание объекта, так и для владельцев жилых зданий или гостиниц, желающих повысить комфорт и безопасность пространства, внедрение системы автоматизации позволит эффективно отслеживать и регулировать обстановку в здании.

Традиционно, освещение, кондиционирование воздуха и отопление в здании управляются вручную, с помощью выключателей или пультов. Тем не менее, нужды здания и его обитателей постоянно меняются, так что постоянно регулировать параметры вручную непрактично. Чтобы достичь наибольшей производительности в систему управления интегрируют сенсоры и датчики, которые измеряют физические параметры помещений и регулируют работу инженерных систем в автоматическом режиме.

Важную роль в проектировании систем АСУЗ играет правильный выбор датчиков. На рынке представлен широкий ассортимент датчиков, цены на них могут значительно отличаться. Чтобы выбрать подходящие для решения конкретных задач сенсоры, следует учитывать:

• Переменные, которые необходимо отслеживать
• Требуемую точность и допустимую погрешность приборов.

Нередко можно обнаружить, что один и тот же физический параметр можно измерить различными методами, поэтому важно выбрать датчик, который использует подходящий для каждой конкретной задачи способ измерения. Например, работа системы освещения может регулироваться данными датчиков движения или присутствия. Оба типа датчиков определяют, есть ли в зоне их работы люди.

Датчики движения регистрируют изменение теплового излучения, но в случае, если человек будет находиться в зоне действия устройства неподвижно, тепловой фон стабилизируется и станет восприниматься датчиком как норма, так что присутствие человека уже не будет определяться. Поэтому устанавливать такие датчики лучше в тех местах, где человек находится недолго – в коридорах, лестничных маршах.

Датчики присутствия регистрируют даже незначительные движения, что позволяет использовать их даже в тех помещениях, где человек может находиться в достаточно неподвижном состоянии, например, в лифтовом холле, кабинетах, местах приема пищи.

Некоторые сенсоры подвержены влиянию внешних условий, что может ограничивать их использование в некоторых ситуациях.

По принципу действия датчики присутствия могут быть ультразвуковыми, инфракрасными или комбинированными. Для работы инфракрасных сенсоров люди должны находиться в прямой видимости датчика, в то время как ультразвуковые датчики могут определить находящихся в помещении людей даже за препятствиями. В то же время, ультразвуковые датчики могут работать неточно, если находятся поблизости от источника шума или вибрации.
Для датчиков с различным способом измерения параметра характерны и различия в стоимости. В идеале, датчик должен обладать достаточной точностью для использования в заданной локации, но не чрезмерной точностью, ведь это приведет к росту стоимости, не влияя на работу системы в целом, ведь чаще всего наиболее точные методы измерения – одновременно и самые дорогие.
 
 

Типы датчиков

Датчики температуры

Термодатчики различными методами измеряют температуру объектов или веществ, используя свойства и характеристики измеряемых тел или среды. Они повсеместно используются уже в течение многих лет в системах отопления, кондиционирования воздуха, но благодаря интеллектуальным системам управления их применение становится значительно шире.
Например, многие устройства, которые применяются в производстве, чувствительны к температурному режиму и должны быть защищены от перегрева.
Благодаря умным датчикам температуры, компании могут автоматизировать контроллеры отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, чтобы поддерживать идеальные условия и автоматически фиксировать сбои в случае их возникновения.
 
Датчики влажности

Помимо температуры многие приборы чувствительны и к условиям влажности. Слишком высокая влажность ведет к возникновению конденсата и, в итоге, к коррозии некоторых устройств.
Датчики влажности измеряют относительную влажность воздуха и преобразуют данные в цифровой сигнал. Это позволяет поддерживать заданные условия в помещениях, мгновенно корректируя работу вентиляции и системы увлажнения, если параметры отклоняются от установленных значений. В жилых и офисных пространствах такие датчики применяются для управления системами отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Также датчики влажности применяют на заводах и производствах, в больницах, музеях, теплицах и погодных станциях – в любых местах, где требуются строго определенные условия влажности.
 
Датчики движения и присутствия

Датчики движения и датчики присутствия фиксируют движение людей, животных и объектов в пространстве и преобразуют эту информацию в электрический сигнал. Это позволяет использовать их в системах безопасности, а также в таких устройствах, как автоматические двери, сливные бачки туалетов в торговых центрах и сушилки для рук.

При интеграции датчиков движения и присутствия в систему автоматизации здания появляется возможность корректировки работы систем освещения и ОВиК в зависимости от нахождения в помещении людей. К примеру, если в помещении никого нет, освещение может быть автоматически отключено, а системы вентиляции и кондиционирования переведены в экономичный режим. Это позволит снизить затраты электроэнергии и, следовательно, издержки на содержание здания. 

Еще одно применение датчиков присутствия, которое набирает популярность в последнее время – анализ использования офисных пространств. Фиксируя присутствие людей в различных зонах офиса в режиме реального времени, датчики присутствия помогают компаниям понять, какие помещения используются больше всего, а также видеть, какие рабочие столы и переговорные комнаты доступны для бронирования в данный момент. Для крупных организаций рост эффективности использования офисных площадей ведет к существенной экономии средств, а также к повышению продуктивности работы сотрудников. 

Датчики магнитоконтактного типа

Магнитоконтактные извещатели или, как их еще называют, герконы – самый популярный способ определения положения окон и дверей. Датчики состоят из двух частей: одна крепится к раме, вторая – к створке окна или к полотну двери. Расстояние между двумя частями датчика помогает понять, открыта или закрыта дверь. Магнитоконтактные датчики применяются не только на входных дверях или окнах, но и на дверях шкафов, холодильных камер и т.д. Герконы можно также интегрировать в АСУЗ для корректировки работы инженерных систем в зависимости от положения окон или дверей. Если окна открыты, кондиционеры могут автоматически выключаться. 

Датчики качества воздуха, преобразователи углекислого газа

В зависимости от конфигурации, датчики качества воздуха могут измерять уровень CO2 в воздухе или оценивать процентное соотношение кислорода и вредных примесей, токсичных или взрывоопасных газов в воздухе. Такие датчики часто применяют на производствах, в фармацевтической, нефтехимической и горнодобывающей промышленности. 

Применение датчиков качества воздуха связаны не только с соображениями безопасности, но и с комфортом пребывания в помещениях. В современных зданиях с хорошей изоляцией повышение уровня углекислого газа ведет к возникновению застоявшегося, спертого воздуха в помещениях и жалобам на усталость и головные боли от обитателей здания. Это оказывает влияние на комфорт и благополучие людей, а также на их продуктивность. Так как компании несут ответственность за предоставление здорового рабочего пространства, неудивительно, что все больше компаний внедряют системы мониторинга окружающей среды для поддержания температуры и качества воздуха в помещениях. 

Интеграция датчиков качества воздуха в систему управления вентиляцией помогает автоматизировать проветривание помещений, включая вентиляторы на необходимое время для восстановления нормативных показателей состава воздуха. 

Датчики электрического тока и напряжения

Датчики тока измеряют потребление энергии в цепи в режиме реального времени. Датчики тока и напряжения позволяют решить измерять и контролировать постоянное, переменное, импульсное напряжение и ток. Понимание уровня потребления электроэнергии имеет два применения. В первую очередь, это помогает выявить системы, потребляющие или теряющие наибольшее количество электроэнергии, что позволяет находить возможности для экономии, например, автоматически отключать приборы, когда они не используются. 
Во-вторых, если вы будете знать, как системы действуют в нормальном состоянии, вы увидите, если что-то пойдет не так. К примеру, если потребление энергии будет выше, чем обычно, вы поймете, что системы перегружены. Это поможет вам назначить техническое обслуживание тогда, когда это действительно нужно, вместо того чтобы платить за проверку по графику. Вы также можете предотвратить потенциальные проблемы по мере их возникновения и снизить до минимума простой оборудования из-за его ремонта или замены. 

Прочие типы датчиков

В зависимости от стоящих перед вами задач, можно подобрать такую комбинацию оборудования, которая обеспечит оптимальную работу систем при минимальной стоимости. 

• Оптические датчики (фотодатчики, фотоэлектрические датчики) регистрируют световое излучение различных диапазонов. Наиболее распространены датчики освещенности, активирующиеся при попадании на сенсор света достаточной интенсивности. Интеграция датчиков освещенности в систему управления освещением и шторами позволяет максимально использовать естественный солнечный свет и снизить затраты на работу систем освещения и кондиционирования воздуха. 
• Датчики приближения, во многом как и датчики движения, определяют присутствие объекта и измеряют, насколько близко он расположен. Самое типичное применение – камеры заднего вида в автомобилях. 
• Датчики давления измеряют давление и предупреждают систему о любых отклонениях от стандартных значений. Это полезно в производстве, системах водоснабжения и отопления. Также датчики давления могут применяться в системах бронирования рабочих мест для определения свободных столов. 
• Датчики качества воды используются для измерения состава воды – химических элементов, ионов, органических веществ, взвешенных осадков и уровня pH воды. 
• Датчики дыма применяются в системах предупреждения пожара. Они определяют уровень летучих частиц и газов. Применяются подобные датчики уже достаточно давно, но благодаря распространению систем интеллектуального управления зданиями теперь они позволяют получить немедленное уведомление о возникновении потенциально опасных ситуаций.