This thesis deals with automation of buildings, provides the possibility of automation in today's intelligent buildings. The issue of building automation for security and access systems is solved in details. This thesis contains the basic rules of the systems and procedure in the implementation of access and security systems. The target of this thesis is the proposal of the access and security system for buildings. Part of the thesis is also creating a model, on which will be presented the access and security system. This model will be used by the company ELMONT GROUP as a basis for dealing with contracts.

The thesis provides a basic concept of intelligent building and related fields where this technology is appropriate. The next section describes the systems used in this field, especially the so-called communication buses and protocols. For an overview of developments in this area there is also a list of major companies involved in this technology. As a practical example is then described by air temperature and air control facilities in the building A2 or A5 in a building located within the Faculty of Mechanical Engineering, Brno University of Technology. For both cases are also proposed possible treatment.

This thesis deals with developing program components for collection of semantically labeled data from Honeywell's Hawk controller. The basic principles and capabilities of development using Niagara Framework, on which Hawk is based, are explained. Lastly, the specific components and external database application is described.

The semester thesis outlines the idea of the concept of intelligent building and related technologies. The first section describes the devices used in the field of intelligent installations in particular selected communication protocols and bus. In the next section there are some examples of systems from different manufacturer and the most detailed herein descripted system is Honeywell’s system built on NiagaraAX Framework because the practical part of the work is implemented using this system. The last part describes creation process of data visualization and storage obtained from intelligent building of Faculty of Electrical Engineering and Communication.

Den pågående globala klimatförändringen innebär att vi behöver minska utsläppen av växthusgaser till atmosfären för att inte äventyra kommande generationers möjlighet att leva på jorden. Där har energieffektivisering blivit allt viktigare för företag för att minska utsläppen av växthusgaser vilket även innebär att man blir konkurrens­kraftig på marknaden.  Genom energieffektivisering minskar man sin förbrukning, vilket också innebär att man spar på förlusterna för transport av energin från produktion till förbrukning, det innebär vinning för miljön, samhäller och företaget. Berendsen är ett företag där effektivisering av sina processer är en ständigt pågående arbete för att spara på miljön och ekonomin. Ett område där det finns förbättringar och besparingar att göra är att undersöka ventilations- och kylsystemet som finns i anläggningen. Kylsystemet används för att kyla tilluften under sommarhalvåret, för att få en bra arbetsmiljö för de anställda. Under den andra halvan av året används kylmaskinen som värmepump för att spara energi. Målet med denna undersökning har varit att besvara frågorna om Advanced process control kan användas för att bestämma om vätskekylaggregatet i ventilationssystemet gör nytta i återvinnings­driften samt om det går att optimera driften av återvinningssystemet. Undersökningen genomfördes med hjälp av linjär regressionsanalys som är ett av flera verktyg i APC. Vidare har studien visat att verktyget i APC är användbar för att optimera driften av en process. / The ongoing global climate change means that we need to reduce greenhouse gas emissions to the atmosphere in order not to jeopardize the ability of future generations to live on earth. There, energy efficiency has become increasingly important for companies to reduce greenhouse gas emissions, which also means becoming competitive in the market. By improving energy efficiency, you reduce your energy consumption, which also means saving on the loss of energy transport from the product to the consumer, which means benefits for the environment, communities and the company. Berendsen is a company in which the efficiency of its processes is an ongoing work to save the environment and the economy. One area where there are improvements and savings to be made is to investigate the ventilation and cooling system that is in the plant. The liquid cooling unit is used to cool the supply air during the summer months, to provide a good working environment for the employees. During the second half of the year, the cooling machine is used as a heat pump to save energy. The aim of this study has been to answer the questions if Advanced process control can be used to determine whether the liquid cooling unit in the ventilation system is useful in the recovery operation and whether it is possible to optimize the operation of the recycling system. The study was conducted using linear regression analysis, which is one of several tools in APC. Furthermore, the study has shown that the tool in APC is useful for optimizing the operation of a process

Approximately 40% of the total energy consumption within the EU is due to buildings, and similar numbers can be found in the US. If the principal inefficiencies in buildings were easily identifiable, then a facility manager could focus their resources to make the buildings more efficient, which would lead to both cost savings for the facility owners and decrease the building’s ecological footprint. In building automation systems today, data is already being collected every second, but due to the lack of standardization for describing this data, having access to data is not the same as being able to make use of it. The existing heterogeneity makes it very costly to gather data from multiple buildings, thus making it difficult to understand the big picture. Facility managers cannot fix what they cannot see; thus it is important to facilitate the visualization of the data collected from all of the different building automation systems. This potentially offers great benefits with regards to both sustainability and economy. In this thesis, the author’s goal is to propose a sustainable, cost and time effective data integration strategy for real estate owners who wish to gain greater insight into their buildings’ efficiency. The study begins with a literature study to find previous and on-going attempts to solve this problem. Some initiatives for standardization of semantic models were found. Two of these models, Brick and Haystack, were chosen. One building automation system (BAS) was tested in a pilot case study, to test the appropriateness of a solution. The key results from this thesis project show that data from building automation systems, can be integrated into an analysis platform, and an extract, transform, and load (ETL) process for this is presented. How time efficiently data can be tagged and transformed into a common format is very dependent upon the current control system’s data storage format and whether information about its structure is adequate. It is also noted that there is no guarantee that facility managers have access to the control system’s database or information about how that is structured, in such cases other techniques can be used such as BACnet/IP, or Open Platform Communications (OPC) Unified Architecture. / Ungefär 40 % av den totala energikonsumtionen i E.U. och U.S.A. förbrukas av fastigheter. Om de delar av fastigheten som är ineffektiva enkelt kunde identifieras, skulle det underlätta fastighetsförvaltarnas arbete i att göra byggnader mer energisnåla. Detta har i sin tur potential att minska kostnader och byggnaders ekologiska fotavtryck. I dagens fastighetsautomationssystem samlas data in varje sekund, men på grund av att det saknas ett standardiserat sätt att beskriva den på, är det skillnad på att ha tillgång till data och att faktiskt kunna använda sig av den. Heterogeniteten gör att det blir både kostsamt och tidskrävande för fastighetsförvaltare att samla in data från sina fastigheter. Fastighetsförvaltare kan inte åtgärda något det inte kan se. Därför är det viktigt att underlätta möjligheten för visualisering av data från olika typer av fastighetsautomationssystem. Att lyckas med detta har potential att ge positiva effekter både när det gäller hållbarhet och ekonomi. I den här uppsatsen är författarens mål att komma fram till en hållbar, kostnads- och tidseffektiv integrationsstrategi för fastighetsförvaltare som vill få bättre insikter hur effektiv deras byggnad faktiskt är. Forskningsarbetet inleds med en litteraturstudie för att finna tidigare och pågående försök att lösa detta problem. Några initiativ för standardisering av semantiska modeller för att beskriva data inom fastighetsautomation hittades. Två av dessa, Brick och Project Haystack, valdes ut. En byggnad, och ett fastighetsautomationssystem testades i en pilotstudie. Resultaten från studien pekar på att data från fastighetautomationssystem kan integreras med en analysplattform, och en så kallad ETL-process, efter de engelska orden: extract, transform, load; presenteras för att uppnå det målet. Hur tidseffektivt data kan taggas och transformeras beror på det nuvarande kontrollsystemets datalagringsformat och om information om dess struktur är adekvat. Det noteras att det inte finns någon garanti till att få åtkomst till kontrollsystemets databas, eller information om dess struktur, därför presenteras även alternativa tekniker, däribland BACnet/IP och Open Platform Communications (OPC) Unified Architecture.

Beim Entwurf großer Netzwerke der Automation ermöglichen Methoden der Leistungsbewertung den Test und die Dimensionierung eines Netzwerkes bereits vor der Inbetriebnahme und erlauben damit einen effizienten, qualitätsorientierten Entwurf. Es ist jedoch sehr wissensintensiv und aufwendig, entsprechende Analyse- oder Simulations-Modelle aufzustellen und die Ergebnisse auszuwerten, weshalb die Methoden in der Praxis der Automation selten verwendet werden. Viel vertrauter sind dem Entwerfer hingegen die speziellen Software-Tools, mit denen in der Automation Netzwerke entworfen werden. Auf Basis der Datenbanken dieser Tools werden in dieser Arbeit verschieden Verfahren zur automatischen Systemmodellierung, Verkehrsmodellierung, Leistungsbewertung und Fehlerdiagnose zu einem Control Network Performance Engineering kombiniert, welches die Qualitätsbewertung und -beratung nahtlos und ohne Mehraufwand in den Netzwerkentwurf integriert. (Die Dissertation wurde veröffentlicht im Jörg Vogt Verlag, Voglerstr. 20, 01277 Dresden, Internet: http://www.vogtverlag.de/, email: info@vogtverlag.de, ISBN 978-3-938860-10-6) / During the design of large automation networks, performance analysis methods can be used for testing and dimensioning the network before implementation and are essential for an efficient and reliable design process. However, setting up the necessary analytical or simulative models is time-consuming, requires in-depth knowledge, and is therefore often not applicable in practice. The network designers are much more used to the design tools used to develop automation networks. Based on these tools' databases various methods for automated system and traffic modeling, performance analysis and diagnoses are combined in the control network performance engineering that seamlessly integrates quality analysis and consulting into network design without requiring additional effort. (This manuscript is also available - in the form of a book - from Jörg Vogt Verlag, Voglerstr. 20, 01277 Dresden, Germany world-wide web address: http://www.vogtverlag.de/, electronic-mail address: info@vogtverlag.de, ISBN 978-3-938860-10-6 )

This thesis addresses a multi-phase research and development project that spanned nearly four years, targeted at providing an ultra high-efficiency, user-friendly, and economic intelligent lighting solution for commercial facility applications, initially targeting underground parking specifically. The system would leverage the strengths of four key technologies: high brightness white Light Emitting Diodes (LEDs), wireless sensor and actuator networks, single board computers, and cloud computing. An introduction to these technologies and an overview of how they were combined to build an intelligent lighting solution is given, followed by an in-depth description of the design and implementation of one of the main subsystems – the Sensor Middleware System – residing on a single board computer. Newly-available LED luminaires (a.k.a. light fixtures) bring the combination of high efficiency, reliability, illumination quality, and long-lifetime to the lighting market. Emerging low-power – and recently low-cost – 802.15.4 wireless networks offer high controllability and responsiveness to deployed luminaires and sensors. The cost- associativity, low maintenance, and easy build-up of Internet Data Center “cloud” computing resources make data collection and remote management infrastructure for Building Automation Systems accessible to even small companies. Additionally, these resources can be much more appropriately sized and allocated, which reduces energy use. These technologies are combined to form an Intelligent Lighting System (ILS). Fitting well within the Internet of Things paradigm, this highly distributed messaging-based “system of systems” was designed to be reliable through loose coupling – spanning multiple network layers and messaging protocols. Its goal was to deliver significant energy savings over incumbent technologies, configurable and responsive lighting service behaviour, and improved experience for users within the facility (pedestrians and drivers) and those interacting with its web-based tools (building managers and ILS administrators). The ILS was partitioned into three main subsystems as follows. The installed Wireless Field Network (WFN) of luminaires and sensors provided coordinated scheduled and real-time output level adjustment (i.e. dimming), with the help of motion sensor triggers. The Monitoring and Configuration System (MCS) in the cloud provided remote data collection and a web-based monitoring and configuration Graphical User Interface application. Network hardware and Message-Oriented Middleware (MOM) were responsible for tying these subsystems together. The MOM layer that provided the message brokering, translating, envelope wrapping, and guaranteed delivery services between the WFN and MCS, as well as field supervisory and quality-of-service functions for the WFN, was called the Sensor Middleware System (SMS). It was hosted on a single board computer located at the facility. / Graduate

The building automation industry lacks an affordable, simple, solution for autonomous PID controller tuning when overhead variables fluctuate. In this project, requested by Jitea AB, a solution was developed, utilising step response process modelling, numerical integration of first order differential equations, and Ant Colony Optimization (ACO). The solution was applied to two control schemes; simulated outlet flow from a virtual water tank, and the physical air pressure in the ventilation system of a preschool in Sweden. An open-loop step response provided the transfer function in each case, which, after some manipulation, could be employed to predict the performance of any given set of PID parameters, based on a weighted cost function. This prediction model was used in ACO to find optimal settings. The program was constructed in both Structured Control Language and Structured Text and documented in an approachable way. The results showed that the program was, in both cases, able to eliminate overshoot and retain the settling time (with a slightly raised rise time) achieved with settings tuned per the current methods of Jitea AB. Noise and oscillations present in the physical system did not appear to have any major negative influence on the tuning process. The program performed above Jitea AB’s expectation, and will be tested in more scenarios, as it showed promise. Autonomous implementation could be of societal benefit through increased efficiency and sustainability in a range of processes. In future studies, focus should be on improving the prediction model, and further optimising the ACO variables. / Byggnadsautomationsbranschen saknar en kostnadseffektiv lösning för att autonomt trimma in PID-regulatorer när överordnade variabler fluktuerar. I detta (av Jitea AB beställda) arbete, utvecklades en lösning baserad på stegsvarsmodellering, numerisk integration av första gradens ordinära differentialekvationer och myrkolonisoptimering (ACO). Lösningen applicerades i två regleringsfall; en simulerad utloppsventil från en virtuell vattentank, och det fysiska lufttrycket i ventilationssystemet på en förskola i Sverige. Ett stegsvar med öppen slinga gav en överföringsfunktion i respektive fall, som efter viss manipulering kunde nyttjas för att förutspå prestandan för en uppsättning PID-parametrar baserat på en samlad, viktad kostnadsfunktion. Predikteringsmodellen implementerades i ACO för att finna optimala parametrar. Programmet konstruerades i Structured Control Language och Structured Text, och dokumenterades på ett pedagogiskt sätt. Resultaten visade att programmet (i båda fallen) klarade att eliminera översläng med bibehållen stabiliseringstid (och något förskjuten stigningstid) jämfört med Jitea AB:s existerande trimningsmetod. Signalbrus och oscillationer i det fysiska systemet verkade inte ha någon avsevärd negativ inverkan på trimningsprocessen. Programmet presterade över Jitea AB:s förväntan, och kommer (med tanke på de lovande resultaten) fortsatt att testas i fler scenarion. Implementation av en autonom version skulle kunna innebära flera samhälleliga förmåner i form av ökad verkningsgrad och hållbarhet i en rad processer. I framtida studier bör fokus läggas på att ytterligare förbättra prediktionsmodellen, samt att vidare utforska de optimala myrkolonisvariablerna.

En stor del av Sveriges energianvändning går till bostäder och lokaler. Ur en nationell synvinkel är energieffektiviseringar i befintliga byggnader därför en potentiellt viktig del för att kunna nå de satta klimatmålen till år 2020. I ett traditionellt styr- och reglersystem styrs framledningstemperaturen i ett vätskeburet värmesystem efter en kurva som beror på utomhustemperaturen. En del nya styr- och reglersystem tar även hänsyn till andra parametrar, såsom byggnaders värmetröghet och lokala väderprognoser. Ett exempel på ett sådant system är Ecopilot, utvecklat av Kabona. Nuvarande kunskap angående hur stor energibesparing som styr- och reglersystem med prognosstyrning och styrning som utnyttjar byggnadens värmetröghet ger upphov till består till största del av referensfall som jämför byggnaders energianvändning före och efter installationen. I detta examensarbete undersöktes hur energianvändning och inomhusklimat påverkades av prognosstyrning och styrning som utnyttjar byggnaders värmetröghet. Mätningar utfördes på två kontorsbyggnader vid namn Fräsaren 10 och Fräsaren 11. Båda byggnaderna är belägna i Sundbyberg och har Kabona Ecopilot installerat. Mätdata loggades genom redan utsatta givare och en enklare form av validering av dessa gjordes. I Fräsaren 10 och Fräsaren 11 jämfördes Ecopilot i normal drift med driftfallet då prognosstyrningsfunktionen stängdes av i Ecopilot. Även ett tredje driftfall undersöktes i Fräsaren 10. Under detta driftfall stängdes Ecopilot av och framledningstemperaturen styrdes med hjälp av reglerkurvor. I luftbehandlingsaggregaten sattes tilluftstemperaturens börvärde, till 19-20 °C. Varje driftfall hade en mätperiod på minst 14 dagar. Energisignaturer användes för att jämföra energianvändningen och en osäkerhetsanalys av de anpassade linjerna gjordes. En egen modell för att undersöka toppbelastningar i radiatorsystemet, VS1, i Fräsaren 10 togs fram. Även en modell för att undersöka hur temperaturen varierat inomhus mellan de olika mätperioderna togs fram. Energisignaturer för radiatorsystemen VS1 och VS2 i Fräsaren 10 visade på att likvärdiga energisignaturer kunde fås för samtliga av de undersökta driftfallen under det temperaturintervall som undersöktes. Energisignaturer för värmeanvändning i luftbehandlingsaggregatet, LB2601, visade på att en konstant tillufttemperatur på 19 °C som användes då Ecopilot var avstängd, kunde ge en högre värmeanvändning jämfört med fallen då Ecopilot var i normal drift och då Ecopilot hade sin prognosstyrning avstängd. Från jämförelse mellan fallen då Ecopilot var i normal drift och då Ecopilots prognosstyrning var avstängd kunde inga substantiella skillnader hittas mellan energisignaturerna. Det betyder dock inte att prognosstyrningen inte ger upphov till energibesparingar, utan att eventuella energibesparingarna var för små relativt mätningarnas osäkerhet vid en konfidensnivå på 65 % eller 95 %. Osäkerheten kan minskas om mätningar utförs över en längre tidsperiod än som var möjligt under detta examensarbete. Värmetoppbelastningar som undersöktes i radiatorsystemet i VS1 Fräsaren 10 visade inte på att några signifikanta skillnader mellan antalet uppmätta värmeeffekttoppar under de olika mätperioderna. Det förekom dock en viss indikation att det kan leda till fler värmeeffekttoppar om prognosstyrningen stängs av i Ecopilot. För att få ett mer tillförlitligt resultat behöver mätningar göras under en längre tidsperiod. Inomhustemperaturen undersöktes i Fräsaren 10 och Fräsaren 11. I Fräsaren 10 uppgick medeltemperatur till 21,5 °C för fallen då Ecopilot var i normal drift och då prognosstyrningen var avstängd. Då Ecopilot var avstängd var medeltemperaturen 22,1 °C. Under mätperioderna uppmättes en variation som understeg ± 1 °C från medelvärdet för respektive mätperiod. Baserat på resultaten presenterade i detta examensarbete antaganden angående hur stor besparing av värme som Ecopilot ger upphov till revideras. Att jämföra energianvändning före och efter installation av styrsystem såsom Ecopilot kan ge en dålig bild av hur stor del av energibesparingen som orsakats av Ecopilot, speciellt om reglerkurvorna i det gamla systemet var dåligt intrimmade.