Automation Systems Group

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1 Smart Integration Wolfgang Kastner Technische Universität Wien Institut für Rechnergestützte Automation Arbeitsbereich Automatisierungssysteme

2 Automation Systems Group Technische Informatik/Software Engineering System Analyse und System Design Informationsmodellierung Software Schnittstellen und Middleware Integration Automationsnetze Vernetzte eingebettete Systeme Gebäudeautomation (wired/wireless) Heimautomation/Smart Homes Applikationen Energieeffizienz Sustainable Building/Smart Homes Smart Grids/Smart Cities Ambient Assisted Living

3 Heim und Gebäudeautomation? Wohn und Zweckbauten sollen ein optimales Umfeld für die darin verrichteten Tätigkeiten schaffen Komfort Sicherheit und das so effizient wie möglich! Ressourceneffizienz Wirtschaftlichkeit Garant für nachhaltige grüne Gebäude (Niedrigenergie, emissionsarm, komfortabel)

4 Effiziente Gebäude Zweckbau Bedarfsgerechte, komfortorientierte Raumkonditionierung Differenzierte Kostenabrechnung Zentraler Zugriff und Fernzugriff auf Anlagenzustände, Verbrauchsdaten, Alarm und Sicherheitsmanagement Pro aktive Planung und Abwicklung von Wartungsvorgängen Heimbereich Komfort und Ease of Use Telecare, Telemonitoring Peace of mind Umsetzung von nachhaltigen und energieeffizienten Strategien

5 Gebäudeautomation Gebäudeleittechnik (GLT Server) HLK Beleuchtung Verschattung Security Safety

6 Smart Home Systeme Home Server (Set top box) Haustechnik Weisse Ware Unterhaltungselektronik Tele Care Monitoring

7 Smart Home Devices Geräte: Sensoren, Aktuatoren und Kontroller... und deren intelligentes Zusammenspiel Datenaustausch über Netzwerke Maßgeschneiderte Systemprotokolle Robuste Netzwerktechnologien Schlüssel zum nachhaltigen grünen Gebäude (Niedrig Energie, emissionsarm, hoher Komfort)

8 Herausforderungen Integration höchst heterogener Systeme, Services und Geräte Komplexe, oft schlecht benutzbare Systeme Komplizierte Regelungstechnik (der physikalischen Prozesse) Z.B. Heizenergiebedarf: Konfiguration des Systems nur durch Experten Änderungen und Anpassungen werden ignoriert Automationspotential liegt brach Umfassendes Gesamtsystem (Framework) Ausgelegt für intelligenten, autonomen Systembetrieb

9 ThinkHome System Ziele Alle Potentiale der Gebäudeautomation ausschöpfen Neuartige Anwendungen ( Use Cases ) Energieeffizienter Betrieb von (Haushalts )Geräten Einbindung erneuerbarer Energien Einsatz künstlicher Intelligenz System passt sich selbständig an (Optimierung) Proaktiver Betrieb im Einklang mit globalen Zielen Berücksichtigung von zusätzlichen Parametern Gebäudestruktur, ausrichtung, nutzung, Umgebungsbedingungen, verfügbare Geräte und deren Funktionalitäten, Wetterprognosen, uvm. Benutzerverhalten und präferenzen KI basierte Kontrollstrategien Wissensbasis

10 ThinkHome Zeit, Zeitpläne Kontext Inferenz Umfassende Daten aus dem Gebäude Anwesenheit und Tätigkeit Benutzer Direkte Interaktion Benutzer Benutzer Wünsche Globale Ziele KI basierte Kontroll Strategien Istwerte, Sollwerte, Gebäudeverhalten Wissensrepräsentation Haustechnik System spezifische Kommunikation Haustechnik

11 ThinkHome Use Cases Leistungsschau des Systems Funktionale Ziele werden festgehalten Grafische Modellierung des Systemverhaltens Betrachtung unabhängig von späterer Implementierung Basis für Systemdesign, Implementierung und Evaluierung

12 ThinkHome Anwendungsfall Klassen Thermische Behaglichkeit Heizung/Kühlung, Lüftung, Luftqualität Visueller Komfort Beleuchtung/Verschattung Energieeffizienter Betrieb von Haushaltsgeräten Waschmaschine, Trockner, Geschirrspüler,... Energieeffizienter Betrieb von Unterhaltungselektronik TV, Radio, Videorekorder, Spielekonsole,... Alarmanlagen, Sicherheitstechnik Security (Einbruchsschutz, Präsenzsimulation) Safety (Brandmeldeanlagen, Fluchtwege)

13 ThinkHome Anwendungsfälle Intelligente Integration von regenerativen Energiequellen (z.b. PV Anlage) Lastverschiebung ( Deferable loads ) Laststeuerung ( Demand side management ) Fernzugriff und wartung Verbrauchsmonitoring und visualisierung Ratgeberfunktionalität Persuasive Technologies Feedback zu Aktionen Vorschläge für Aktionen

14 ThinkHome Anwendungsfalldiagramm Identifikation von Unterzielen Innenbedingungen Benutzerpräferenzen Thermische Trägheiten Systemaktionen Jalousien stellen Klimaanlage steuern Fenster schließen... Beteiligten Geräten, Systemen (Akteure)

15 ThinkHome Wissensbasis Grundstein des Systems Speichert gesamtes Systemwissen Referenzpunkt für Agenten Umsetzung als Ontologie Strukturierte Wissensrepräsentation Logisches Schließen (Reasoning) Konsistenz Überprüfung Integration mit Agentensystem SO DETAILREICH DAMIT ALLE WICHTIGEN ASPEKTE ABGEDECKT SIND, ABER NICHT MEHR SPEICHERN ALS UNBEDINGT NÖTIG

16 ThinkHome Datenrepräsentation Modulare Aufteilung der relevanten Themengebiete Kombination dieser Spezialgebiete ergibt Gesamtwissensbasis Intelligente Klassifizierung und Vernetzung von Informationen Logischer Reasoner Software zuständig für Inferenz in der Ontologie Deduktives Schlussfolgern

17 ThinkHome Agenten basiertes System Kapselt Systemintelligenz Auswahl der Kontrollstrategie Festlegung der Parameter und Werte Durchführung der Kontrollstrategie Verteiltes Multi Agenten System Kollektive Intelligenz Abdeckung verschiedenster Bereiche und Dienste Vereinbarung gegensätzlicher Ziele Kapselung von Diensten und Services Kollaborativer Ansatz Dezidiertes Agenten Framework stellt Plattform/Management sowie Kommunikationsservices bereit

18 ThinkHome Kontrollstrategien Bidimensional representation Daily Profile Profile Generator Sensors Classical SOM Databases Exclusive SOM Profile Optimizer (Clustering tool) Control Strategy Agent Representative Profile

19 Smart Living Warum (mehr) Integration? Verbesserter Informationsaustausch Verbesserte Funktionalität Intelligent Buildings Optimierte Ansteuerung der Aktuatorik/Subsysteme Reservierungssystem aktiviert Klimaanlage Sonneneinstrahlung (Jalousiestellung) beeinflusst Helligkeit (sofort) Raumtemperatur (langsam) Wärmeempfinden (sofort) Zutrittskontrolle steuert Beleuchtungstechnik, Aufzüge Verbessertes Berichtswesen Facility Management

20 Smart Living Smart Metering Je nach Medium, Zugriff für Angreifer möglich Kunden Interface WiFi, ZigBee, etc. wireless M Bus Back end Systeme GPRS, GSM, IP, etc. PLC Konzentrator (MUC) Smart Meter (MUC) Wärmezähler M Bus Gaszähler Wasserzähler

21 Smart Living Smart Surveillance Leitzentrale Operator- Workstation Backbone Router Router Router HVAC/Lighting Access Control minispot System Devices Kommunikationsverbindungen minispot.net

22 Smart Living Smart (Web) Grid Datenaustausch im Smart Grid Bündelung bereits bestehender Projekte Consumer2Grid, Building2Grid, Vehicle2Grid Entwurf einer Service und Informationsplattform Sicherheit! Quelle: WIEN ENERGIE Stromnetz GmbH

23 Smart Living Smart Cities Verantwortungsvoller Umfang mit Ressourcen Ganzheitliche Betrachtung Einbindung erneuerbarer Energien Ökologisches und behagliches Wohnen und Arbeiten ökologisch und Intelligente Reglung von Verkehr und Mobilität

24 Kontakt ThinkHome Wolfgang Kastner Technische Universität Wien Institut für Rechnergestützte Automation Arbeitsbereich Automatisierungssysteme