Intelligente Heim- und Gebäudeautomation. Institut für Rechnergestützte Automation Arbeitsbereich Automatisierungssysteme

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1 Intelligente Heim- und Gebäudeautomation Institut für Rechnergestützte Automation Arbeitsbereich Automatisierungssysteme

2 Automation Systems Group Technische Informatik/Software Engineering System Analyse und System Design Hardware/Software Co-Design Informationsmodellierung Software Schnittstellen und Middleware Integration Quality of Service in Control Networks Automationsnetze Gebäudeautomation (wired/wireless) Heimautomation/Smart Homes Industrieautomation Vernetzte eingebettete Systeme

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, komfort-orientierte 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 Ambient Assisted Living (Telecare, Telemonitoring) Peace of mind Umsetzung von nachhaltigen und energieeffizienten Strategien

5 Gebäudeautomationssysteme Gebäudeleittechnik (GLT-Server) Internet Automationsnetze HLK Beleuchtung Verschattung Security Safety

6 Smart Home Systeme Home Server (Set-top box) Internet Automations- und IT-Netze Haustechnik Weiße Ware Unterhaltungselektronik Tele-Care Monitoring

7 3-Ebenen Modell Managementebene Office-Netzwerk Aufzeichnen Archivieren Brandmeldezentrale Server GLT Zeiterfassung, Zutrittskontrolle Zentrales Überwachen Weiterleiten von Meldungen Automationsebene DDC Zone 1 DDC Zone 2 DDC Kälteerzeugung Steuern Regeln Feldebene Daten erfassen Werte anpassen Schalten, Stellen

8 2-stufige Architekturen/Topologien Backbone Koppler (Router, Gateway) IP Backbone Managementgeräte WAN (Internet) Feldebene Twisted pair Sensoren, Aktoren, Controller Powerline Wireless -RF

9 Smart Home Herausforderungen Höchst heterogene Applikationsfelder Komplexe Gerätschaften, Systeme und Gewerke Nicht triviale Regelungsaufgaben z.b.: Heizenergiebedarf Q Q ( Q Q ) HEB I h g rückgew Inbetriebnahme ausschließlich durch Experten Veränderungen, Nutzungsart und -grad bleiben unberücksichtigt Energie am besten nutzen, wenn (günstig) vorhanden Optimierungspotentiale liegen brach! Umfassende Systemkonzepte erforderlich für intelligente und autonome Systemoperation Q H Q tw Q TW Q HE

10 Intelligentes Systemdesign Einsparungspotentiale bestmöglich ausschöpfen Innovative Anwendungsszenarien: HLK, Beleuchtung und Verschattung abgestimmt auf Wetterprognose Einbeziehung erneuerbarer Energien Einzug der Intelligenz im Smart Home Automatische Anpassung und Optimierung Pro-aktiver Betrieb gemäß Zielvorgaben Berücksichtigung von Einflussparametern Ausnutzen von Wissen über Gebäudenutzung, -layout, -hülle Technische Gebäudeausrüstung Umgebungsbedingungen Komfortwünsche, Benutzerverhalten Intelligenz Wissen

11 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

12 Wissensbasis Grundstein des Systems Referenzpunkt für en und deren Wissen Speichert gesamtes Systemwissen über Smart Homes Umsetzung als Ontologie Strukturierte Wissensrepräsentation Logisches Schließen (Reasoning) Logische Konsistenz-Überprüfung Integration mit ensystem Globale Ziele $ Kosten Reduktion Wissensbasis Energie Efficienz Intell. Multi en System Datenspeicher Konfliktauflösungs Datenquellen Ontologie THINKHOME Kontext Inferenz Globale Ziele Intelligenter Kontroll KB Interface (SPARQL) OWL RDF Benutzer Komfort RDFS User s User s User s Benutzer Vorlieben User Prefs HAS Interface Schließen Leitmotto: SO DETAILREICH DAMIT ALLE WICHTIGEN ASPEKTE ABGEDECKT SIND, ABER NICHT MEHR SPEICHERN ALS UNBEDINGT NÖTIG

13 en-basiertes System Kapselt Systemintelligenz Auswahl der Kontrollstrategie Festlegung der Parameter und Werte Durchführung der Kontrollstrategie Verteiltes Multi-en System Kollektive Intelligenz Abdeckung verschiedenster Bereiche und Dienste Vereinbarung gegensätzlicher Ziele Kapselung von Diensten und Services Kollaborativer Ansatz Dezidiertes en Framework Globale Ziele $ Kosten Reduktion Wissensbasis Energie Efficienz Intell. Multi en System Datenspeicher Konfliktauflösungs Datenquellen stellt Plattform- und Managementdienste sowie Kommunikationsservices bereit Ontologie THINKHOME Kontext Inferenz Globale Ziele Intelligenter Kontroll KB Interface (SPARQL) OWL RDF Benutzer Komfort RDFS User s User s User s Benutzer Vorlieben User Prefs HAS Interface Schließen

14 Optimum Start/Stopp Programm Controller mit künstlichem neuronalen Netzwerk Berechnet optimalen Start/Stopp Zeitpunkt der Heizung Evaluation mit Simulationsframework ANN Aktuelle Raumtemperatur Aktuelle Aussenlufttemperatur Gewünschte Raumtemperatur Kalender Aktuelle Aussenlufttemperatur Belegungsinformation Controller Zeit um gewünschte Raumtemperatur zu erreichen (Modifizierter) Stellwert Zustands Datei t Aktuelle Raumtemperatur Aktuelle Aussenlufttemperatur Wetter Simulation Log Daten (zur Evaluation) Zustands Datei t-15min Transients

15 Sustainable Buildings & Smart Homes Deep integration QoS in embedded networks Simulation Management integration Informationsmodellierung und Profile Middleware Web Services Applikationen Energieeffizienz Monitoring Situationsmodellierung Ambient Assisted Living IEEE IES Technical Committee on Building Management and Control