Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий
Изобретение относится к автоматизированным системам контроля и управления с элементами вычислительной техники и может быть использовано для осуществления функций контроля, регистрации и управления в сфере жилищно-коммунального хозяйства. Технический результат заключается в повышении функциональности, надежности, безопасности, комфортности пользования и в обеспечении включаемости - устройства от различных производителей имеют возможность свободного физического включения в общую сеть, взаимодействия - построение корпоративной сети, взаимозаменяемости - возможности замены устройств «на лету» с одинаковой функциональностью, взятых из разных источников. В распределенной интегрированной многофункциональной системе контроля и управления применена схема децентрализованного контроля и управления на основе корпоративной информационной сети (одноранговая архитектура), которая состоит из распределенных интегрированных сегментов управления, основой которых является двухконтурная система, состоящая из двух подсистем - распределенной интегрированной системы регистрации и управления и интегрированной многофункциональной системы контроля и управления. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к автоматизированным системам контроля и управления с элементами вычислительной техники, и может быть использовано для осуществления функций контроля, регистрации и управления, в том числе и ограничения и контроля доступа, в сфере жилищно-коммунального хозяйства для обеспечения дистанционного контроля и учета потребленных энергоресурсов, минимизации потерь от аварийных ситуаций - предотвращения и быстрого реагирования на их последствия, а также для энергосбережения, увеличения комфортности пользования и повышения безопасности и электробезопасности.
Известна многофункциональная контрольно-управляющая система [1], содержащая центральное устройство контроля и управления, включающее в себя микропроцессор, блок постоянной памяти, блок оперативной памяти, таймер и блок интерфейса с общей шиной, общую шину, N блоков ввода-вывода, пожарные датчики, датчики наличия газа, датчики факторов загрязнения окружающего воздуха, акустические и оптические устройства оповещения, датчики температуры, датчики присутствия воды, датчики охраны, устройство отключения подачи воды, устройство отключения подачи газа, устройство включения и выключения освещения и электроники, устройство управления приборами отопления, устройство управления вентиляцией и кондиционированием воздуха, многоканальное устройство оповещения по телефонной линии, устройство автодозвона.
Недостатками этой системы являются: низкая надежность за счет использования централизованной схемы управления с общей шиной - модель передачи данных с использованием конфигурации «ведущий-подчиненный», авария центрального устройства контроля и управления или короткое замыкание в общей шине приведут к выводу из строя всей системы; низкие функциональные возможности за счет отсутствия функции учета потребления энергоносителей; низкая безопасность.
Известна система аварийного оповещения [2] с сигнализацией при появлении огня, газа и загрязнения окружающего воздуха с автоматическим контролем, с функцией резервного источника питания в аварийных ситуациях, содержащая центральное устройство контроля и управления, включающее микропроцессор, блок памяти, таймер, блок интерфейса, блок ввода-вывода информации, содержащий дисплей с клавиатурой, пожарные датчики, датчики наличия газа, датчики факторов загрязнения окружающего воздуха, акустические и оптические устройства оповещения.
Недостатками этой системы являются: низкая надежность за счет использования централизованной схемы управления - модель передачи данных с использованием конфигурации «ведущий-подчиненный» (master/slave), авария центрального устройства контроля и управления выводит из строя всю систему; низкие функциональные возможности автоматического управления и контроля за состоянием инженерных систем, отопления, подачи воды, газа; низкая безопасность; отсутствует функция учета потребления энергоносителей, а в связи с отсутствием регистрации потребления энергоносителей отсутствует функция энергосбережения.
Известна интеллектуальная система безопасности [3], содержащая компьютер-сервер, контроллер, охранно-пожарная сигнализация, система пожаротушения, система контроля доступа, причем все модули объединены с контроллером, систему цифрового видеонаблюдения, по меньшей мере, одно рабочее место оператора оборудованное модулем контроля действий оператора, включающим контрольную видеокамеру и микрофон, модуль управления лифтами и эскалаторами, модуль контроля и управления инженерными сетями, систему оповещения, модем, блок питания и аналого-цифровые преобразователи, при этом количество аналого-цифровых преобразователей равно числу модулей системы.
Известна система «Интеллектуальное здание» [4], содержащая выполненные модульно основной контроллер, причем основной контроллер содержит клавиатуру, установленные на линии связи контроллер аналоговых систем с аналоговыми датчиками, контроллер цифровых систем, цифровые датчики контроля, установленные на цифровой шине, и исполнительные устройства, модем и контроллер общения с подключенными к нему микрофоном и динамиком, модуль видеонаблюдения с видеокамерами и контроллер обработки видеоизображения, соединенный с основным контроллером, а также дополнительный компьютер и плату видеоввода.
Недостатками этой системы являются: низкая надежность за счет использования централизованной схемы управления - модель передачи данных с использованием конфигурации «ведущий-подчиненный», авария центрального устройства контроля и управления выводит из строя всю систему; повышенная сложность системы за счет использования раздельных аналоговой и цифровой линий связи; большие затраты на эксплуатацию и обслуживание системы - ввод в систему персонального компьютера подразумевает выделение в доме специального помещения и дежурного персонала - оператора; низкая безопасность.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой распределенной интегрированной многофункциональной системе контроля и управления является система измерительная для учета энергоносителей САИС-01 [5] (прототип). В состав системы входит центральный диспетчерский пункт, оперативный диспетчерский пульт и N комплексных узлов учета энергоносителей, по числу зданий, подключенных к системе. В состав комплексного узла учета энергоносителей системы САИС-01, устанавливаемых в каждом доме, входят: водосчетчики, датчики температуры, термодатчики КТПТР-01 и платиновые термометры ТПТ, датчики давления и преобразователь давления КРТ-5; базовой частью системы является тепловычислитель СПТ961М. Тепловычислитель может обслуживать до 6 трубопроводов. Все параметры измеряемых данных снимают непосредственно с тепловычислителя через интерфейсный порт RS232 с помощью переносного компьютера или дистанционно, через интерфейсный порт RS485. Длина линии связи 1000-1500 м. Предусмотрен вариант связи с использованием модема или радиомодема. Система позволяет рассчитать и подготовить итоговые данные по суммарному потреблению тепловой энергии, горячего водоснабжения и объемов холодной и горячей воды.
Недостатками данной системы являются низкие функциональные возможности, отсутствие контроля за аварийными ситуациями и отсутствие средств минимизации последствий аварийных ситуаций - отсутствует управление подачей воды, газа и отопления. Низкая надежность за счет применения централизованной схемы управления - использования конфигурации «ведущий-подчиненный». Нет дифференциации учета расхода энергоносителей отдельно по квартирам.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении функциональности, надежности, безопасности, комфортности пользования (дистанционный режим контроля, диагностики и аварийного управления, за счет применения идеологии открытых систем на базе стандартных протоколов промышленных сетей), функции энергосбережения, электробезопасности, увеличении срока службы и в обеспечении включаемости (interconnectivity) - устройства от различных производителей имеют возможность свободного физического включения в общую сеть, взаимодействия (interoperability) - построение корпоративной сети, взаимозаменяемости (interchangeability) - возможность замены устройств «на лету» с одинаковой функциональностью, взятых из разных источников.
Указанный технический результат достигается тем, что в распределенной интегрированной многофункциональной системе контроля и управления, далее системе, применена схема децентрализованного контроля и управления на основе корпоративной информационной сети (одноранговая архитектура), которая состоит из распределенных интегрированных сегментов управления, на нижнем уровне сгруппированных по подъездам здания, основой которых является двухконтурная система, состоящая из двух подсистем - распределенной интегрированной системы регистрации и управления и интегрированной многофункциональной системы контроля и управления. Структурно система содержит четыре уровня управления: первый - уровень управления (managment level), второй - уровень контроллеров здания (building controller level), третий - уровень полевых контроллеров (field controller level) и четвертый - уровень датчиков-активаторов (sensor/actuator level). Уровень управления содержит автоматизированную систему диспетчерского контроля и управления (АСДКУ), в состав которого входят: центральный диспетчерский пульт (ЦДП) и распределенные по сегментам обслуживания m диспетчерских пультов. Диспетчерские пульты представляют собой персональные компьютеры с модулями сетевого интерфейса и/или модемами, объединенные в единую корпоративную локальную вычислительную сеть (ЛВС) (Local Area Network) LAN1, выполненную по топологии кольцо с использованием FDDI (Fiber Distributed Date Interface Station) протокола, причем выходы модулей сетевого интерфейса центрального диспетчерского пункта и диспетчерских пультов автоматизированной системы диспетчерского управления подключены к первому сегменту корпоративной локальной вычислительной сети LAN1, а выходы модемов подключены к телефонной сети (Public telephone network). Диспетчерские пульты АСДКУ расположены на жилищно-коммунальных участках (ЖКУ), а ЦДП - у оперативного дежурного по городу. С другой стороны, к первому сегменту корпоративной локальной вычислительной сети LAN1 подключены N автоматизированных систем управления зданием, где N - число зданий, объединенных автоматизированной системой управления. Основой системы является применение интеллектуальных полевых устройств - модулей, датчиков и активаторов, позволивших реализовать весь спектр возможностей распределенной микропроцессорной децентрализованной системы управления и перейти на качественно новый уровень управления процессом.
В состав каждой из N автоматизированных систем управления зданием входит структурированная кабельная система и пункт учета энергоресурсов. В пункт учета энергоресурсов входят: модуль водосчетчиков, модуль датчиков температуры и модуль преобразователей давления, введены: модуль электросчетчиков внешнего и внутреннего освещения, включая освещение мест общего пользования, технических помещений, и консольного освещения, модуль электросчетчиков питания лифтов. Уровни управления: первый - уровень управления, объединен первым сегментом корпоративной локальной вычислительной сети LAN1, второй - уровень контроллеров здания, объединен вторым сегментом локальной вычислительной сети LAN2; третий - уровень полевых контроллеров, объединен четвертым сегментом локальной вычислительной сети LAN4 и четвертый - уровень датчиков и активаторов, объединен третьим и пятым сегментами локальной вычислительной сети LAN3 и LAN5. Уровень полевых контроллеров состоит из сгруппированных по подъездам здания К распределенных интегрированных систем регистрации и управления, где К - число подъездов в здании, в состав которых введен блок питания, мост-коммутатор и Р×L блоков регистрации и управления квартирных, где Р - число квартир на этаже, а L - количество этажей в подъезде, которые подключены к четвертому сегменту локальной вычислительной сети LAN4. Этот сегмент выполнен по топологии общая шина с возможностью оперативного переключения входа и выхода сегмента сети. Проложен сегмент в виде кольца. Четвертый уровень датчиков и активаторов, объединенных третьим сегментом локальной вычислительной сети LAN3, содержит сектор контроля мест общего пользования и обеспечивает контроль за состоянием мест общего пользования - гаража и/или подвального помещения, а также контроль загазованности и состояния водоводов.
В распределенную интегрированную многофункциональную систему контроля и управления комплексом зданий введены: шлюз, мост-маршрутизатор, контроллер-регистратор домовой, блок питания, первичный импульсный фотопреобразователь, сетевой модем, блок питания датчиков-активаторов, модуль датчиков протечки воды и модуль активаторов, содержащий блоки управления подачей: холодной воды, газа и отопления мест общего пользования, модуль управления консольным наружным освещением, S приемопередатчиков-коммутаторов консольного наружного освещения с подключенными к ним S устройствами осветительными защищенными. Блок регистрации и управления квартирный содержит: повторитель, блок питания квартирный, модуль клавиатуры и индикации и узел учета энергоресурсов квартирный, в состав которого входят: модуль водосчетчиков, модуль учета расхода газа, электросчетчик и модуль управления автономным отопителем.
Выход шлюза, выход блока питания и входы моста-маршрутизатора, контроллера-регистратора домового, первичного импульсного фотопреобразователя, сетевого модема, а также К распределенных интегрированных систем регистрации и управления подключены к второму сегменту локальной вычислительной сети LAN2, выполненному по топологии общая шина, выход сетевого модема подключен к телефонной сети. В пункте учета энергоресурсов выходы: модуля водосчетчиков; модуля датчиков температуры; модуля преобразователей давления; модуля электросчетчиков внешнего и внутреннего освещения; модуля электросчетчиков питания лифтов соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым входами контроллера-регистратора домового. Выход моста-маршрутизатора соединен с помощью третьего сегмента локальной вычислительной сети LAN3, выполненного по топологии общая шина, с выходом блока питания датчиков-активаторов, модулем датчиков протечки воды, модулем активаторов и модулем управления консольным наружным освещением. В интегрированной системе регистрации и управления первый вывод моста-коммутатора соединен с параллельно включенными Р×L контроллерами-регистраторами квартирными и входом четвертого сегмента локальной вычислительной сети LAN4, выход которого соединен со вторым выводом моста-коммутатора. Выход блока питания соединен с соответствующим входом моста-коммутатора. В контроллере-регистраторе квартирном выход маршрутизатора соединен, с помощью пятого сегмента локальной вычислительной сети LANS, выполненного по топологии общая шина, с выходом блока питания квартирного, модулем клавиатуры и индикации, модулем водосчетчиков, модулем учета расхода газа, электросчетчиком и модулем управления автономным отопителем. Каждая из N автоматизированных систем управления зданием через шлюз подключена к первому сегменту корпоративной локальной вычислительной сети LAN1. Каждая интегрированная система регистрации и управления подключена через мост-коммутатор к второму сегменту локальной вычислительной сети LAN2. Каждый сектор контроля мест общего пользования через мост-маршрутизатор подключен к третьему сегменту локальной вычислительной сети LAN3. Каждый блок регистрации и управления квартирный через повторитель подключен к четвертому сегменту локальной вычислительной сети LAN4.
Кроме этого распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в структуре блоков питания и/или в блоках питания датчиков-активаторов дополнительно содержит модули выбора фазы питания, осуществляющие оперативный контроль и переключение фазы питания в зависимости от действующего напряжения на питающих фидерах.
Также распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в каждой из N автоматизированных систем управления зданием в третьем сегменте локальной вычислительной сети LAN3 может иметь модуль датчиков СО и СН4. Выход модуля датчиков СО и СН4 соединен с третьим сегментом локальной вычислительной сети LAN3.
Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в каждой из N автоматизированных систем управления зданием дополнительно содержит модуль охраны и модуль средств автоматизированной противопожарной системы. Выходы модуля охраны и модуля средств автоматизированной противопожарной системы подключены к третьему сегменту локальной вычислительной сети LAN3.
Дополнительно распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в каждой из N автоматизированных систем управления зданием может содержать К модулей управления подачей холодной воды, К модулей управления подачей газа и К модулей управления подачей электроэнергии, сгруппированных по подъездам в здании. Выходы модулей подключены к третьему сегменту локальной вычислительной сети LAN3.
Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в случае использования централизованной системы отопления в каждой из N автоматизированных систем управления зданием может иметь К модулей управления подачей горячей воды и К модулей управления подачей отопления, сгруппированные по подъездам, а блок регистрации и управления квартирный может содержать модуль учета теплоносителя. К модулей управления подачей горячей воды и К модулей управления подачей отопления при этом подключены параллельно к третьему сегменту локальной вычислительной сети LAN3, а модуль учета теплоносителя подключен к пятому сегменту локальной вычислительной сети LAN5.
Также распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в каждой из N автоматизированных систем управления зданием в блоках регистрации и управления квартирных может содержать модуль управления микроклиматом, причем выход модуля управления микроклиматом соединен со своим пятым сегментом локальной вычислительной сети LAN5.
Дополнительно распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в каждой из N×К интегрированных систем регистрации и управления в блоке регистрации и управления квартирном может иметь модуль считывателя кредитных карт с криптопроцессором, программным или аппаратным, причем выход модуля считывателя кредитных карт соединен с пятым сегментом информационно-вычислительной сети LAN5.
Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в каждой из N автоматизированных систем управления зданием модули пункта учета энергоресурсов могут быть выполнены со встроенными модулями сетевого интерфейса. В этом случае выходы модулей сетевого интерфейса: модуля водосчетчиков; модуля датчиков температуры; модуля преобразователей давления; модуля электросчетчиков внешнего и внутреннего освещения и модуля электросчетчиков питания лифтов соединены со вторым сегментом локальной вычислительной сети LAN2.
Дополнительно распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в каждой из N автоматизированных систем управления зданием модем сетевой и/или m+1 модемов диспетчерских пультов управления, включая и центральный диспетчерский пульт, могут быть выполнены в виде GSM/GPRS модемов.
Кроме этого распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в каждой из N автоматизированных систем управления зданием может иметь К вторых контуров управления, сгруппированных по подъездам подсистем - интегрированных многофункциональных систем контроля и управления, базой которых является домофон многофункциональный. В состав системы входит пульт управления домофона, модем, контроллер-коммутатор сетевого питания (с функцией устройства защитного отключения), 2×L+2 устройств осветительных и Р×L блоков абонента с замковыми устройствами абонента и шестой сегмент локальной вычислительной сети LAN6, выполненный по топологии общая шина с возможностью оперативного переключения входа и выхода и проложенного в виде кольца. При этом вход интегрированной многофункциональной системы контроля и управления соединен со вторым сегментом локальной вычислительной сети LAN2, первый вывод пульта управления домофона соединен с входом шестого сегмента локальной вычислительной сети LAN6, с параллельно включенными Р×L блоками абонента, устройствами осветительными, модемом, модулем сопряжения с системой диспетчеризации и диагностики лифтов и контроллером-коммутатором сетевого питания, выход которого соединен с входом устройств осветительных. Выход шестого сегмента локальной вычислительной сети LAN6 соединен со вторым выводом пульта управления домофона. Выход модема соединен с телефонной сетью. Выход блока абонента соединен с входом замкового устройства абонента.
Питание датчиков, модулей и активаторов системы осуществлено по фантомной схеме - питание и информационный сигнал передаются одновременно по сетевой шине.
Такое выполнение распределенной интегрированной многофункциональной системы контроля и управления комплексом зданий позволяет решить поставленную задачу разработки системы с повышенными: функциональностью, надежностью, безопасностью, комфортностью пользования (дистанционный режим контроля, диагностики и аварийного управления, за счет применение идеологии открытых систем на базе стандартных протоколов промышленных сетей), с функцией энергосбережения, с повышенной электробезопасностью, с увеличенным срока службы и с обеспечением: включаемости - устройства от различных производителей имеют возможность свободного физического включения в общую сеть, взаимодействия - построение корпоративной сети, взаимозаменяемости - возможностью замены устройств «на лету» с одинаковой функциональностью, взятых от разных производителей.
Функциональная схема интегрированной многофункциональной системы управления и контроля представлена на чертежах.
Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий, далее система (фиг.1), содержит автоматизированную систему диспетчерского контроля и управления 1, в состав которой входит центральный диспетчерский пульт 2 и распределенные по сегментам обслуживания m диспетчерских пультов 3, в том числе и диспетчерский пульт кустового вычислительного расчетного центра. Диспетчерские пульты 2 и 3 содержат персональный компьютер 5 с модулем сетевого интерфейса 4 и/или модемом 6. Выходы модемов 6 подключены к телефонной сети ТЛФ, а выходы модулей сетевого интерфейса 4 центрального диспетчерского пункта 2 и диспетчерских пультов 3 подключены к первому сегменту корпоративной локальной вычислительной сети LAN1, выполненной по топологии кольцо, к которой также подключены и N автоматизированных систем управления зданием 7. В состав каждой из автоматизированных систем управления зданием 7 входит структурированная кабельная система и пункт учета энергоресурсов 8, в состав которого входят: модуль водосчетчиков 9, модуль датчиков температуры 10, модуль преобразователей давления 11 и введены дополнительно модуль электросчетчиков внешнего и внутреннего освещения 12 и модуль электросчетчиков питания лифтов 13. Уровни управления: первый - уровень управления, объединен первым сегментом локальной вычислительной сети LAN1; второй - уровень контроллеров здания, объединен вторым сегментом локальной вычислительной сети LAN2, третий - уровень полевых контроллеров, объединен четвертым сегментом локальной вычислительной сети LAN4 и четвертый - уровень датчиков и активаторов, объединен третьим и пятым сегментами локальной вычислительных сетей LAN3 и LAN5. Уровень полевых контроллеров состоит из сгруппированных по подъездам здания К распределенных интегрированных систем регистрации и управления 26, где К - число подъездов в здании, в К распределенных интегрированных систем регистрации и управления 26 (фиг.2) введены блок питания 38, мост-коммутатор 37 и Р×L блоков регистрации и управления квартирных 39, где Р - число квартир на этаже, а L - количество этажей в подъезде, которые подключены к четвертому сегменту локальной вычислительной сети LAN4. Этот сегмент выполнен по топологии общая шина с возможностью оперативного переключения входа и выхода сегмента сети. Проложен сегмент в виде кольца. Четвертый уровень датчиков и активаторов, третий сегмент локальной вычислительной сети LAN3, содержит сектор контроля мест общего пользования и обеспечивает контроль за состоянием мест общего пользования - гаража и/или подвального помещения, а также контроль загазованности и состояния водоводов. В автоматизированную систему управления зданием введены: шлюз 15, мост-маршрутизатор 16, контроллер-регистратор домовой 17, блок питания 18, первичный импульсный фотопреобразователь 19, сетевой модем 27, блок питания датчиков-активаторов 20, модуль датчиков протечки воды 21, модуль активаторов 22, содержащий блоки управления подачей: горячей воды, холодной воды, отопления и газа, модуль управления консольным наружным освещением 23, S приемопередатчиков-коммутаторов консольного наружного освещения 24, с подключенными к ним S устройствами осветительными защищенными 25. Блок регистрации и управления квартирный 39 содержит (фиг.3): повторитель 40, блок питания квартирный 41, модуль клавиатуры и индикации 42 и квартирный узел учета энергоресурсов 43, в состав которого входят: модуль водосчетчиков 44, модуль учета расхода газа 45, электросчетчик 46 и модуль управления автономным отопителем 47. Выход шлюза 15 и входы моста-маршрутизатора 16, контроллера-регистратора домового 17, выход блока питания 18, первичного импульсного фотопреобразователя 19, сетевого модема 27, а также К распределенных интегрированных систем регистрации и управления 26 подключены к второму сегменту локальной вычислительной сети LAN2, выполненному по топологии общая шина, выход сетевого модема 27 подключен к телефонной сети. В пункте учета энергоресурсов 8 выходы модуля водосчетчиков, модуля датчиков температуры, модуля преобразователей давления, модуля электросчетчиков внешнего и внутреннего освещения и модуля электросчетчиков питания лифтов соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым входами контроллера-регистратора домового 17. Выход моста-маршрутизатора 16 соединен, с помощью третьего сегмента локальной вычислительной сети LAN3, выполненного по топологии общая шина, с выходом блока питания датчиков-активаторов 20, модулем датчиков протечки воды 21, модулем активаторов 22 и модулем управления консольным наружным освещением 23, выход которого подключен к питающей сети (на функциональной схеме это соединение показано условно изображенными встречно-параллельными стрелками). Вход S приемопередатчиков-коммутаторов консольного наружного освещения 24 подключен к питающей сети. В интегрированной системе регистрации и управления 26 (фиг.2) первый вывод моста-коммутатора 37 соединен с параллельно включенными Р×L контроллерами-регистраторами квартирными 39 и входом четвертого сегмента информационно-вычислительной сети LAN4, выход которого соединен со вторым выводом моста-коммутатора 37. Выход блока питания 38 соединен с соответствующим входом моста-коммутатора 37. В контроллере-регистраторе квартирном 39 выход повторителя 40 соединен с помощью пятого сегмента локальной вычислительной сети LAN5, выполненного по топологии общая шина, с выходом блока питания квартирного 41, модулем клавиатуры и индикации 42, модулем водосчетчиков 44, модулем учета расхода газа 45, электросчетчиком 46 и модулем управления автономным отопителем 47. Каждая из N автоматизированных систем управления зданием 7 через шлюз 15 подключена к первому сегменту корпоративной локальной вычислительной сети LAN1, каждая интегрированная система регистрации и управления 26 подключена через мост-коммутатор 37 к второму сегменту локальной вычислительной сети LAN2, каждый сектор контроля мест общего пользования через мост-маршрутизатор 16 подключен к третьему сегменту локальной вычислительной сети LAN3, каждый блок регистрации и управления квартирный 39 через повторитель 40 подключен к четвертому сегменту локальной вычислительной сети LAN4.
Кроме этого распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в структуре блоков питания 18 и 38 и/или в блоках питания датчиков-активаторов 20 содержит модуль выбора фазы питания, осуществляющий оперативный контроль и переключение фазы питания, в зависимости от действующего напряжения на питающих фидерах.
Также распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в каждой из N автоматизированных систем управления зданием в третьем сегменте локальной вычислительной сети LAN3 содержит дополнительно модуль датчиков СО и СН4 28, причем выход модуля 2 СО и СН4 соединен с третьим сегментом локальной вычислительной сети LAN3, установлен модуль в помещении гаража.
Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в каждой из N автоматизированных систем управления зданием дополнительно содержит модуль охраны 29 и модуль средств автоматизированной противопожарной системы 30. Выходы модуля охраны 29 и модуля средств автоматизированной противопожарной системы 30 подключены к третьему сегменту локальной вычислительной сети LAN3.
Дополнительно распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в каждой из N×К распределенных интегрированных систем регистрации и управления 26 в блоках регистрации и управления квартирных 39 содержит криптопроцессор (программный или аппаратный) и модуль считывателя кредитных карт 50, причем выход модуля считывателя кредитных карт 50 соединен со своим пятым сегментом локальной вычислительной сети LAN5, криптопроцессор установлен в модуле клавиатуры и индикации блока регистрации и управления квартирного.
Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в каждой из N автоматизированных систем управления зданием содержит К модулей управления подачей холодной воды 31, К модулей управления подачей газа 32 и К модулей управления подачей электроэнергии 33, сгруппированных по подъездам в здании. Выходы модулей 31,32 и 33 подключены к третьему сегменту локальной вычислительной сети LAN3.
Дополнительно распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом (фиг.4) зданий в каждой из N автоматизированных систем управления зданием имеет К вторых контуров управления, сгруппированных по подъездам подсистем - интегрированных многофункциональных систем контроля и управления 34, базой которых является домофон многофункциональный, в состав которых входит: домофон многофункциональный 51; модем 52; контроллер-коммутатор сетевого питания 53 (с функцией устройства защитного отключения); 2×L+2 устройств осветительных 54, 55, 56 и 57, Р×L блоков абонента 58 с замковыми устройствами абонента 59 и модуль сопряжения с системой диспетчеризации и диагностики лифтов 60, а также шестой сегмент локальной вычислительной сети LAN6. Сегмент выполнен по топологии общая шина с возможностью оперативного переключения входа и выхода этого сегмента сети. Проложен сегмент в виде кольца. Вход интегрированной многофункциональной системы контроля и управления 34 соединен со вторым сегментом локальной вычислительной сети LAN2. Первый вывод домофона многофункционального 51 соединен с входом шестого сегмента локальной вычислительной сети LAN6 и с параллельно включенными P×L блоками абонента 58, устройствами осветительными 54, 55, 56 и 57, модемом 52 и контроллером-коммутатором сетевого питания 53, выход которого соединен с входом устройств осветительных 54, 55, 56 и 57. Выход шестого сегмента локальной вычислительной сети LAN6 соединен со вторым выводом домофона многофункционального 51. Выход модема 50 соединен с телефонной сетью ТЛФ. Выход блоков абонента 56 соединен с входом соответствующего замкового устройства абонента 57.
Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий, в случае использования централизованной системы отопления, в каждой из N автоматизированных систем управления зданием 7 может иметь К модулей управления подачей горячей воды 35 и К модулей управления подачей отопления 36, сгруппированные по подъездам, а в блоке регистрации и управления квартирном может содержать дополнительно модуль учета теплоносителя 48. К модулей управления подачей горячей воды 35 и К модулей управления подачей отопления 36 при этом подключены параллельно к третьему сегменту локальной вычислительной сети LAN3, а модуль учета теплоносителя 48 подключен в блоке регистрации и управления квартирном 39 к пятому сегменту локальной вычислительной сети LAN5.
Кроме этого распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в каждой из N автоматизированных систем управления зданием 7 имеет модемы сетевые 26 и/или модемы 6 диспетчерских пультов управления 2 и/или 3, выполненные в виде GSM/GPRS модемов, причем выходы модемов соединены, посредством радиоканала и станции-ретранслятора GSM/GPRS, с телефонной сетью.
Также распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в каждой из N автоматизированных систем управления зданием 7 содержит модули пункта учета энергоресурсов 8, выполненные со встроенными модулями сетевого интерфейса. Выходы модулей сетевого интерфейса модуля водосчетчиков 9, модуля датчиков температуры 10, модуля преобразователей давления 11, модуля электросчетчиков внешнего и внутреннего освещения 12 и модуля электросчетчиков питания лифтов 13 соединены со вторым сегментом локальной вычислительной сети LAN2.
Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий в каждой из N автоматизированных систем управления зданием 7 в контроллерах-регистраторах квартирных 39 имеет модуль управления микроклиматом 49, причем выход модуля управления микроклиматом 49 соединен со своим пятым сегментом локальной вычислительной сети LAN5.
Микроконтроллер, входящий в состав пульта управления домофона 51, выполнен на базе AVR RISC микроконтроллера AT90S8535, модуль энергонезависимой памяти выполнен на базе микросхемы АТ25С160 фирмы ATMEL Inc., контроллер-коммутатор сетевого питания (с функцией устройства защитного отключения) выполнен на микросхемах КР1182ПМ1 и КР1182СА1 производства НТЦ СИТ г. Брянск. Программирование системы осуществляется при проведении пусконаладочных работ. В качестве ключей используются полупроводниковые ключи типа DS 1990A фирмы Dallas Inc. или аналогичные ключи на основе микросхем К1233КТ2 производства НТЦ СИТ, г. Брянск. Регистрация ключей может производиться пользователем (уполномоченным жильцов) с помощью мастер-ключа или мастер-кода, вводимого с клавиатуры пульта управления домофона 51 интегрированной многофункциональной системы контроля и управления 34. Информация о зарегистрированных ключах хранится в модуле энергонезависимой памяти в ячейках, сгруппированных по номерам квартир, и может оперативно меняться в случае утери или выходе из строя ключей.
Комплексная система управления позволяет повысить эффективность и упростить обслуживание здания, что в свою очередь означает снижение расходов на эксплуатацию и рост прибылей. Если информация обо всех инженерных системах здания сводится на одно или несколько операторских рабочих мест - диспетчерских пультов, объединенных локальной вычислительной сетью с однотипным пользовательским интерфейсом, то сигналы о неполадках и авариях будут обнаружены и обработаны без задержки, и это будет способствовать лучшей защите людей и имущества. Устойчивая и надежная связь - одно из условий системной интеграции.
Работает распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий следующим образом.
Автоматизированная система диспетчерского контроля и управления 1 организована как обычная распределенная компьютерная сеть, где роль рабочих станций выполняют персональные компьютеры диспетчерских пультов 2 и 3. Функционирует система на базе операционной системы MS Windows 98/NT/2000/XP, где функцию сервера выполняет персональный компьютер диспетчерского пульта кустового вычислительного расчетного центра, который с периодичностью в один час проводит опрос каждой из N автоматизированных систем управления зданиями 7 и фиксирует данные регистраторов контроллеров-регистраторов домовых 17 и блоков регистрации и управления квартирных 39 в сформированную на нем базу данных реального времени. База данных - единое хранилище всех переменных, используемых в системе. Данные могут быть системными, например дата и время события, разделенными с другими приложениями и пользовательскими. Возможное представление - двоичные, целые, с плавающей запятой и строковые. Возможно определение массивов, классов и указателей. Кроме того, для каждого класса данных отслеживается ряд параметров, которые используют другие рабочие станции (диспетчерские пульты) - уровень (максимальный, минимальный, текущий) температуры теплоносителя или температуры в конкретной квартире, давление в прямой и обратной трубе центрального отопления и т.д.
В автоматизированной системе диспетчерского контроля и управления 1 стратегия клиентских приложений реализована на базе SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition)-системы Astudio (Advantech Studio) или Genesis 32, которая является одним из основных компонентов автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУТП) контроля и управления функционированием комплексов зданий, которая поставляет и отображает, в том числе и графическом виде, технологическую информацию о состоянии инженерных систем, уровне потребления и технологических режимах (температура, давление и расход энергоносителей). Различного типа клиентские приложения, реализованные на диспетчерских пультах, могут предоставлять соответствующие производственному процессу данные в приемлемом для пользователя виде.
В АСДКУ SCADA-системы выполняют следующие функции:
сбор данных с контроллерных уровней, в том числе на основе стандартных протоколов BACnet, представляет собой аббревиатуру Building Automation and Control Networks (сети автоматизации и управления зданием) международным сетевым протоколом ISO 16484-5, EIB - European Installation Bus, далее EIB (Европейская инсталляционная шина), или FF;
отображение данных с использованием графических анимированных объектов (простых и сложных);
обработка данных с использование встроенных языков программирования;
алармирование данных;
архивирование, хранение данных.
Организация SCADA-систем предполагает наряду с серверными конфигурациями применение клиентских компонентов двух типов - с возможностью передачи управляющих воздействий с клиентского приложения и чисто мониторинговые приложения. Основой рассматриваемых решений для клиентских приложений являются новые технологии Microsoft, реализованные в структуре Windows DNA (Distributed Internet Architecture).
Структура Windows DNA - это, в первую очередь, реализация трехуровневой модели приложения, включающей следующие уровни:
уровень представления;
уровень бизнес-логики;
уровень доступа к данным.
Основная задача системы первого уровня - автоматизированной системы диспетчерского контроля и управления 1 - мониторинг каждой из N автоматизированных систем управления зданием 7 с созданием базы данных реального времени (БДРВ), но также реализовано использование и режима управления в экстренных или аварийных ситуациях - дистанционное управление (отключение) подачей энергоносителей. Корпоративная локальная вычислительная сеть первого уровня - автоматизированной системы диспетчерского контроля и управления выполнена на базе FDDI сети - первый сегмент локальной вычислительной сети LAN1.
Сеть FDDI представляет собой волоконно-оптическое маркерное кольцо со скоростью передачи данных 100 Мбит/сек.
Использование в качестве среды распространения волоконной оптики позволяет существенно расширить полосу пропускания кабеля и увеличить расстояния между сетевыми устройствами.
Детерминированная природа протокола FDDI (возможность предсказания максимальной задержки при передаче пакета по сети и возможность обеспечить гарантированную полосу пропускания для каждой из станций) делает его идеальным для использования в сетевых АСУ в реальном времени и в приложениях, критичных ко времени передачи информации.
Физически кольцо FDDI образовано волоконно-оптическим кабелем с двумя светопроводящими волокнами. Одно из них образует первичное кольцо (primary ring), является основным и используется для циркуляции маркеров данных. Второе волокно образует вторичное кольцо (secondary ring), является резервным и в нормальном режиме не используется.
Станции, подключенные к сети FDDI, первый сегмент локальной вычислительной сети LAN1, подразделяются на две категории:
станции класса А имеют физические подключения к первичному и вторичному кольцам (Dual Attached Station - двукратно подключенная станция);
станции класса В имеют подключение только к первичному кольцу (Single Attached Station - однократно подключенная станция) и подключается только через специальные устройства, называемые концентраторами.
Порты сетевых устройств - диспетчерских пультов или шлюзов автоматизированных систем управления зданием, подключаемых к сети FDDI, классифицируются на 4 категории: А порты, В порты, М порты и S порты. Портом А называется порт, принимающий данные из первичного кольца и передающий их во вторичное кольцо. Порт В - это порт, принимающий данные из вторичного кольца и передающий их в первичное кольцо. М (Master) и S (Slave) порт передают и принимают данные с одного и того же кольца. М порт используется на концентраторе для подключения Single Attached Station через S порт.
Общая длина двойного волоконно-оптического кольца - до 100 км. К кольцу можно подключить до 500 станций класса А. Расстояние между узлами при использовании многомодового волоконно-оптического кабеля - до 2 км, а при использовании одномодового кабеля определяется в основном параметрами волокна и приемопередающего оборудования (может достигать 60 и более км).
Стандарт ANSI X3T9.5 регламентирует 4 основных отказоустойчивых свойства сетей FDDI:
1) кольцевая кабельная система со станциями класса А отказоустойчива к однократному обрыву кабеля в любом месте кольца. Станции, находящиеся по обе стороны обрыва, переконфигурируют путь циркуляции маркера и данных, подключая для этого вторичное волоконно-оптическое кольцо;
2) выключение питания, отказ одной из станций класса В или обрыв кабеля от концентратора до этой станции будет обнаружен концентратором, и произойдет отключение станции от кольца;
3) две станции класса В подключены сразу к двум концентраторам. Этот специальный вид подключения называется Dual Homing и может быть использован для отказоустойчивого (к неисправностям в концентраторе или в кабельной системе) подключения станций класса В за счет дублирования подключения к основному кольцу. В нормальном режиме обмен данными происходит только через один концентратор. Если по какой-либо причине связь теряется, то обмен будет осуществляться через второй концентратор;
4) выключение питания или отказ одной из станций класса А не приведет к отказу остальных станций, подключенных к кольцу, т.к. световой сигнал будет просто пассивно передаваться к следующей станции через оптический переключатель (Optical Bypass Switch). Стандарт допускает иметь до трех последовательно расположенных выключенных станций.
Шлюзы 15 (gateway) - устройства, посредством которых соединяют сети разных архитектур, а также мосты (bridges) и маршрутизаторы (routers) позволяют подключить к системе сети других протоколов. Это делает возможным экономичное подключение к FDDI большого числа рабочих станций и другого сетевого оборудования как в новых, так и в уже существующих ЛВС. Функцию концентратора в сети FDDI выполняет встроенный узел в модуль интерфейсный 4 и шлюз 15.
Одной из отличительных особенностей распределенной интегрированной многофункциональной системы контроля и управления комплекса зданий и входящих в структуру подсистем - интегрированной многофункциональной системы контроля и управления 34 и интегрированной системы регистрации и управления 26 является использование модулей, реализованных на основе многорежимных интеллектуальных микроконтроллерных устройств с наличием цифровых идентификаторов и электронных спецификаций со встроенным сетевым интерфейсом, выполненных по стандарту IEEE 1451.4. Спецификации информации в энергонезависимой памяти:
Постоянная память (ПЗУ):
идентификатор производителя,
код модели,
серийный номер,
дата выпуска,
код типа.
Программируемая память (ЭСППЗУ):
калибровочные данные (чувствительность),
единицы измерения,
эталонная частота,
дата калибровки,
прочая информация,
код местоположения датчика,
частота среза фильтра нижних (LP) и верхних (HP) частот,
история обслуживания,
примечания.
Реализация системного подхода дает следующие преимущества:
отказ от поисковых таблиц датчиков. Вся последняя информация о датчике хранится в энергонезависимой памяти встроенной микросхемы. Отпадает необходимость в создании отдельной базы данных, предназначенной для хранения извлекаемых из калибровочной документации производителя сведений о чувствительности датчиков. Текущие калибровочные данные загружаются в энергонезависимую память (ЭСППЗУ) встроенного микроконтроллера при повторной калибровке датчика;
устранение ошибок подключения кабелей. Встроенная энергонезависимая память устраняет необходимость в "ручном" контроле соединений. Вне зависимости от способа подключения модуля идентификационный номер последнего всегда доступен пользователю. В процессе развертывания обычной испытательной системы с множеством датчиков большая доля времени приходится на сопоставление серийных номеров датчиков с номерами соединительных кабелей и на проверку правильности всех соединений. В случае проведения подобных проверок человеком по мере возрастания числа каналов возрастает и число ошибок. Кроме того, системы с очень большим количеством кабелей характеризуются наличием множества отвлекающих факторов, что ведет к дополнительным ошибкам;
идентификация местоположения. При модальном тестировании главное значение для пользователя имеет информация о точном положении датчика. Обычно такие данные, как код местоположения, ориентация, координаты и полярность датчика, записываются на бумаге, после чего вручную вносятся в аналитическую программу. В случае использования интеллектуальных модулей все эти характеризующие конкретное приложение параметры (а также другие данные) хранятся в энергонезависимой памяти и извлекаются оттуда по мере необходимости. Все сведения об устройстве, касающиеся его местоположения, ориентации и полярности, становятся известны системе, как только модуль подключен к системе и идентифицирован, реализуется принцип Plug & Play - «включи и работай». Для ввода информации в память модулей, при установке на месте, используют пульт управления домофона 51 интегрированной многофункцональной системы регистрации и управления 34 или модуль клавиатуры и индикации 42 блока регистрации и управления квартирного 39 или, при монтаже и первичной настройке, ручным портативным программатором. Кроме этого, программатор и микроконтроллерные средства системы позволяют осуществлять контроль состояния датчиков и модулей (обрыв, короткое замыкание, нормальное состояние и т.д.);
оперативная замена датчиков. Поскольку все характеризующие устройство параметры (чувствительность, поправочные коэффициенты и т.п.) хранятся во встроенной энергонезависимой памяти, датчики и модули можно менять "на лету", не заботясь о внесении в систему каких-либо изменений. Интеллектуальный формирователь сигналов, функции которого выполняют модули - контроллер-регистратор домовой 17, пульт управления домофона 51, контроллер клавиатуры и индикации 42, блок регистрации и управления квартирный 39 - на приемном конце самостоятельно определяют факт замены датчика или модуля и автоматически отрегулируют все необходимые характеристики (автоматическое конфигурирование);
повышение качества продукции и ускорение выхода на рынок. Нынешняя рыночная ситуация отличается повышенными ожиданиями пользователя в отношении качества продукции. Модальное тестирование с использованием встроенных спецификаций не только позволяет ускорить выход новой продукции на рынок, но и создает условия для повышения качества продукции за счет повышения точности и надежности тестовой информации. Специализированные программы поддерживают импорт разделенных табуляторами данных для непосредственного ввода информации в программные пакеты и отображения данных соответственно каналу датчика. В результате пользователь получает возможность хранить всю информацию в одном месте, выводить ее на печать и использовать при повторном проведении тестов. Подобная база данных позволяет использовать неинтеллектуальные датчики почти как интеллектуальные.
Пункт учета энергоресурсов 8 обеспечивает оперативный контроль и учет потребления основных энергоносителей. Для измерения потребляемой электроэнергии или учета расхода энергоносителей применены счетчики, прошедшие сертификацию Госстандарта РФ. Модуль водосчетчиков 9 регистрирует объем потребления воды - горячей, в случае использования центрального горячего водоснабжения, отопления - на прямой и обратной трубах, холодной воды и передает для оперативного хранения данных в контроллер-регистратор домовой 17. Модуль датчиков температуры 10 фиксирует текущую температуру, модуль преобразователей давления 11 - давление энергоносителей в прямом и обратном трубопроводе и позволяет рассчитать контроллеру-регистратору домовому 17 объем потребленной теплоты. Время между опросами модулей пункта учета энергоресурсов 8 определяется объемом оперативной памяти и может изменяться от одной до десяти минут. Контроллер-регистратор домовой 17 проводит периодический, раз в тридцать минут, опрос квартирных средств регистрации и учета энергоресурсов и формирует у себя в оперативной энергонезависимой памяти резервный банк данных. Модуль электросчетчиков внешнего и внутреннего освещения 12, а также модуль электросчетчиков питания лифтов 13 фиксируют потребленную, в местах общего пользования, активную и реактивную составляющие и передают данные на контроллер-регистратор домовой 17. Кроме этого, сервер - персональный компьютер кустового вычислительного центра 3 - имеет доступ непосредственно к регистраторам и, при аварии контроллера-регистратора квартирного 17, фиксирует данные непосредственно с модулей пункта учета энергоресурсов 8 или с узла учета энергоресурсов квартирного 43. Энергосберегающая функция реализована системой учета энергоресурсов, а также системами управления освещением - консольным наружным освещением, с помощью первичного импульсного фотопреобразователя 19, модуля управления наружным консольным освещением 23 и приемопередатчиков-коммутаторов консольного наружного освещения 24 по питающей сети. При превышении заданного порога освещенности первичный импульсный фотопреобразователь 19 формирует команду на включение наружного консольного освещения и по второму сегменту локальной вычислительной сети LAN2 через мост-маршрутизатор 16 по третьему сегменту локальной вычислительной сети LAN3 с кодом адреса (маршрутом) модуля управления наружного консольного освещения 23 транслирует ее, который затем передает по питающей сети команду включения на S приемопередатчиков-коммутаторов консольного наружного освещения 24. S приемопередатчиков-коммутаторов консольного наружного освещения 24 включают подключенные к ним S устройств осветительных защищенных 25. Выключение консольного освещения происходит в обратном порядке, при достижении внешней освещенности нижнего порога отключения освещения в первичном импульсном фотопреобразователе 19.
Узел учета энергоресурсов квартирный 43 содержит модуль водосчетчиков 44, модуль учета расхода газа 45, электросчетчик 46 и модуль управления автономным отопителем 47, которые осуществляют сбор и фиксацию информации о расходе энергоресурсов. Зарегистрированная информация хранится в модуле клавиатуры и индикации 42 (буферное хранение) и в контроллере-регистраторе квартирном 39. По запросу диспетчерского пульта 2 или 3 информация о расходе переписывается в центральный банк данных, находящийся в персональном компьютере кустового вычислительного расчетного центра. Модуль управления автономным отопителем 47 предназначен для управления автономным отопителем и обеспечивает работу индивидуальной системы отопления и горячего водоснабжения в квартире. Расход газа, в том числе и на отопление и горячее водоснабжение, учитывает модуль учета расхода газа 45. Модуль водосчетчиков 44 контролирует расход холодной воды. В случае использования системы центрального отопления в систему дополнительно входит модуль учета теплоносителя 48, представляющий собой систему датчиков температуры и преобразователей и датчиков давления, обеспечивающую расчет и учет количества потребленной теплоты. Модуль управления микроклиматом 49 предназначен для поддержания в помещениях заданного микроклимата - температурного режима помещения, которое задается с помощью программирования режима с модуля клавиатуры и индикации 42 блока регистрации и управления квартирного 39. Управление температурным режимом - сценарно-календарное, которое позволяет установить различный температурный режим помещений в разное время, например в ночное время система уменьшает температуру в спальных комнатах для получения более комфортного теплового режима и обеспечивает режим энергосбережения. Блок питания квартирный 41 обеспечивает питание своего сегмента ЛВС. Питание реализовано по фантомной схеме - оно поступает одновременно и по тем же проводам, что и информационный сигнал. При включении одного из компьютеров диспетчерского пульта 3 в систему клиент-банк в блок регистрации и управления квартирный 39 дополнительно устанавливают модуль считывателя кредитных карт 50, который позволяет производить коммунальные платежи непосредственно из квартиры жильца. При этом защиту информации от постороннего доступа осуществляют с помощью программы криптокодирования или с помощью встроенного в модуль клавиатуры и индикации 42 криптопроцессора. Связь осуществляют с помощью локальной вычислительной сети или по резервному каналу - с помощью установленного в систему сетевого модема 27. Повторитель 40, включенный в состав блока регистрации и управления квартирного 39, выполняет функцию усилителя информационного сигнала и позволяет увеличить протяженность и количество абонентов в сегменте ЛВС. Отличительной особенностью интегрированной системы регистрации и управления 26 является использование моста-коммутатора. При отсутствии сигнала, при обращении компьютера диспетчерского пульта 2, 3 или контроллера-регистратора домового, последний производит переключение направления передачи данных с помощью моста-коммутатора 37. На первый вывод моста-коммутатора подключают согласованную нагрузку, а на второй - информационный сигнал и проводят повторный цикл опроса запрашиваемого блока регистрации и управления квартирного 39. При наличии сигнала фиксируется место одинарного обрыва линии, а при отсутствии - повторяется цикл опроса следующего блока регистрации и управления квартирного 39. Таким образом система позволяет обеспечить работоспособность сегмента ЛВС при одинарном обрыве и определить координаты более сложных обрывов - двух или более. Питание моста-коммутатора 37 и повторителей 40 блоков регистрации и управления квартирных 39 осуществляет блок питания 38 по фантомной схеме. Мост-коммутатор 37 интегрированной системы регистрации и управления 26 подключен ко второму сегменту ЛВС LAN2. Пункт учета энергоресурсов 8 обеспечивает фиксацию данных расхода энергоносителей в целом по дому, а узел учета энергоресурсов квартирный - индивидуально для жильца. При этом система допускает поэтапное внедрение подсистем, в том числе и установку квартирных индивидуальных энергонезависимых (механических, не включенных в систему) узлов учета энергоресурсов. В подъезде применена двухконтурная коммутируемая сеть, выполненная по топологии общая шина, с прокладкой кабеля в виде кольца с коммутацией входа и выхода. Вторым контуром сети подъезда является интегрированная многофункциональная система регистрации и управления - фактически выполняющая функцию комплексной системы безопасности и управления, которая обеспечивает безопасность, в том числе и минимизацию последствий аварийных или нештатных ситуаций. В автоматизированную систему управления зданием введены сгруппированные по подъездам модули управления подачей: холодной воды 31, газа 32 и электроэнергии 33, а при подключении центрального отопления и горячего водоснабжения и модули управления подачей: горячей воды 35 и отопления 36. Также в системе в месте установки стояков-водоводов установлены датчики протечки воды - модуля датчиков протечки воды 21, а на магистральных трубопроводах ввода в дом установлены, в модуле активаторов, блоки управления подачей холодной воды, газа и отопления мест общего пользования. При срабатывании одного из датчиков протечки воды модуля датчиков протечки воды 21 последний формирует и отправляет команду на отключение своего сегмента газоводоснабжения, которую выполняет модуль активаторов 22 или модуль управления подачей 31, 32, 35 или 36 соответствующего подъезда. Аварийная ситуация локализована. Параллельно по ЛВС или по телефонной сети с помощью сетевого модема 27 на диспетчерский пульт 3 своего участка и/или ЦДП 2 модуль датчиков протечки воды 21 выдает сигнал об аварии с фиксации места и времени повреждения.
В технических помещениях и/или помещениях гаража, в том числе и подземного, установлены модуль охраны 29, модуль средств автоматизированной противопожарной системы 30 и модуль датчиков СО и СН4 28. При превышении содержания СО или СН4 в воздухе гаража модуль средств автоматизированной противопожарной системы 30 включает, по команде модуля датчиков СО и СН4 28, принудительную вентиляцию до снижения уровня концентрации СО ниже заранее заданного порога, для данного помещения. При срабатывании противопожарных датчиков, установленных в модуле СО и СН4 28, последний выдает на модуль средств автоматизированной противопожарной системы 30 команду на выключение вентиляции и включении средств автоматизированного пожаротушения с выдачей аварийного сигнала на пункты контроля - ЦДП 2 и диспетчерский пульт 3 своего участка.
Первичный импульсный преобразователь 19, входящий в состав автоматизированной системы управления зданием, работает в двух режимах - первый, по заранее запрограммированному порогу он выдает на вписанные в таблицу устройства команду включения-выключения. Второй, по запросу подключенного к сети устройства, возвращает цифровой код замеренной освещенности. Порог включения и сценарий реакции системы на событие определяет запросившее устройство. Вторым устройством, работающим с первичным импульсным фотопреобразователем, является интегрированная многофункциональная система контроля и управления 34.
Интегрированная многофункциональная система контроля и управления 34 представляет собой комплексную систему безопасности, реализованную на базе домофона многофункционального. Смысл состоит в расширении функции домофона - как системы контроля доступа, осуществляющей совместное использование коммуникаций и систем по двойному назначению - дистанционному управлению подъездного освещения, введение функции домофона, как охранно-противопожарной системы и системы контроля за аварийными ситуациями в квартире - состоянием водоводов, газопровода и экологии жилья. В интегрированной многофункциональной системе контроля и управления 34 применен принцип коммутируемого доступа, аналогичный примененному в интегрированной системе регистрации и управления. Разделение потоков данных, которое обеспечивает применение двухконтурной подъездной системы, необходимо для обеспечения надежного функционирования всего комплекса. Во втором контуре использована совместная передача по одной ЛВС данных и голоса (аналогового сигнала), что при использовании одноконтурной системы приведет к уменьшению надежности и потере пропускной способности. Применение встроенного в систему модема 52 позволяет проводить поэтапное внедрение системы и, в некоторых случаях, ограничиться использованием отдельной, установленной в один подъезд, интегрированной многофункциональной системы контроля и управления 34.
Словосостояние домофона - область энергонезависимой памяти размером 128 байт, содержит данные об активизированных режимах работы и конфигурации системы.
В темное время суток на пульт управления домофона 51 поступает информация с первичного импульсного фотопреобразователя 19 об освещенности.
Пульт управления домофона содержит микроконтроллер, встроенные энергонезависимую память, модуль электронного ключа, датчик положения, клавиатуру, модуль индикации, модуль звука с синтезатором речи, замочное устройство с модулем управления замочным устройством и модуль интерфейсный, с помощью которого пульт управления домофона 51 подключен ко второму сегменту ЛВС LAN2. Блок абонента содержит модуль звука, модуль клавиатуры и индикации, модуль охраны с комплектом датчиков, модуль противопожарной охраны с комплектом датчиков, модуль датчиков протечки воды, модуль контроля и управления микроклиматом. Микроконтроллер сравнивает код полученного значения освещенности с хранящимся в энергонезависимой памяти кодов порогом включения освещения подъезда. Пороговый код включения освещения заносят с помощью клавиатуры пульта управления домофона в момент проведения пусконаладочных работ. При превышении порога система производит полуавтоматическое управление освещением подъезда. При подходе жильца или гостя в зону действия датчика положения последний выдает команду на включение устройства осветительного 55, установленного у двери подъезда, с помощью контроллера-коммутатора сетевого питания 53. Жилец или гость набирает на пульте управления домофона 51 номер вызываемой квартиры, после чего к модулю звука пульта управления домофона 51 подключается модуль звука блока абонента 58. После переговоров жилец может впустить гостя, для чего он нажимает на модуле клавиатуры и индикации кнопку открывания замочного устройства. Микроконтроллер пульта управления домофона 51, получив команду на открывание двери, формирует управляющий сигнал на модуль управления замочным устройством и открывает дверь. Далее микроконтроллер формирует сигнал на включение освещения тамбура - устройство осветительное 57 и включение освещение первого этажа - устройство осветительное 55 и 56, соответственно, для освещения посадочных площадок лифта и подъезда, и, аналогично, на этаже назначения на время, заранее введенное в момент настройки системы. По истечении времени микроконтроллер пульта управления домофона формирует и передает команду на выключение освещения. При выходе жильца из квартиры последний нажимает на модуле клавиатуры и индикации клавишу включения освещения. Модуль клавиатуры и индикации передает на пульт управления домофона команду включения освещения, и цикл повторяется в обратном порядке.
При выходе жильца из квартиры он может активизировать режим охраны. Для этого он набирает на модуле клавиатуры и индикации блока абонента 58 код охраны и выходит из квартиры. Режим автоматически активизируется при срабатывании одного из датчиков охраны, установленного на входной двери. Дополнительно с выхода блока абонента 58 поступает сигнал на блокировку замочного устройства абонента 59. В качестве замочного устройства абонента 59 используют электромеханические защелки с арретированием и без, замки электромеханические или электромагнитные. Вход в квартиру блокирован. При возвращении жильца он должен снять квартиру с охраны, набрав на клавиатуре пульта управления домофона 51 код охраны и подтвердив его электронным ключом. После подтверждения микроконтроллер пульта управления домофона 51 выдает на блок абонента 58 команду разблокировки замочного устройства абонента 59. Жилец может войти, открыв дверь ключом. При срабатывании датчиков охраны и/или противопожарной охраны и/или датчиков протечки воды в квартире микроконтроллер модуля клавиатуры и индикации блока абонента 58 выдает код аварии на пульт управления домофона 51, который, в свою очередь, формирует вызывной аварийный сигнал и голосовое информационное сообщение о нештатной ситуации с фиксацией времени и номера квартиры и передает на ЦДП 2 и/или диспетчерский пульт 3 своего участка с помощью модема 52 интегрированной многофункциональной системы контроля и управления 34 или с помощью сетевого модема 27. Одновременно система выдает сигнал блокировки, отключения подачи воды, на соответствующий модуль управления подачей 31, 32, 35 или 36, если сработал датчик протечки воды или газа, при срабатывании в квартире датчика газа. Аналогичные действия происходят при превышении напряжения сети допустимого ГОСТом значения напряжения или при аварийном обрыве нулевого провода.
Модуль сопряжения с системой диспетчеризации и диагностики лифтов 60 обеспечивает оперативную связь с блоками абонента 58.
Источники информации, использованные в описании изобретения
1. Патент на изобретение РФ №2147145, G 08 B 25/00, опубл. 27.03.2000 г.
2. Патент США 5493272 А, G 08 В 26/00, опубл. 20.02.96 г.
3. Заявка на изобретение РФ №2001130820, G 08 B 13/00 и G 08 B 17/00, опубл. 10.08.2003 г.
4. Заявка на изобретение РФ №2002105037, G 08 B 13/00, G 08 B 25/00, опубл. 20.08.2003 г.
5. Система измерительная для учета энергоносителей САИС-01. http://www.zenner.ru и http://www.webcenter.ru/people/vodoprkt.
1. Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий, содержащая автоматизированную систему диспетчерского контроля и управления, в состав которой входит центральный диспетчерский пульт и распределенные по сегментам обслуживания m диспетчерских пультов, в том числе и диспетчерский пульт кустового вычислительного расчетного центра, диспетчерские пульты содержат персональный компьютер с модулем сетевого интерфейса и/или модемом, причем выходы модемов подключены к телефонной сети, а выходы модулей сетевого интерфейса диспетчерских пультов автоматизированной системы диспетчерского контроля и управления подключены к корпоративной локальной вычислительной сети LAN1, выполненной по топологии кольцо, к которой также подключены N автоматизированных систем управления зданием, в состав которых входят структурированная кабельная система и пункт учета энергоресурсов, содержащий модуль водосчетчиков, модуль датчиков температуры и модуль преобразователей давления, отличающаяся тем, что применена децентрализованная схема контроля и управления, сформированная на основе одноранговой сегментированной корпоративной сети, в систему введены четыре уровня управления: первый - уровень управления, объединен первым сегментом корпоративной локальной вычислительной сети LAN1, второй - уровень контроллеров здания, объединен вторым сегментом локальной вычислительной сети LAN2; третий - уровень полевых контроллеров, объединен четвертым сегментом локальной вычислительной сети LAN4 и четвертый - уровень датчиков и активаторов, объединен третьим и пятым сегментами локальной вычислительной сети LAN3 и LAN5, в уровень полевых контроллеров введены: шлюз; мост-маршрутизатор; контроллер-регистратор домовой; блок питания; первичный импульсный фотопреобразователь, сетевой модем, сгруппированные по подъездам здания К, где К - число подъездов в здании, интегрированных систем регистрации и управления, в состав которых входят: блок питания; мост-коммутатор и P×L блоков регистрации и управления квартирных, где Р - число квартир на этаже, a L - количество этажей в подъезде, которые подключены к четвертому сегменту локальной вычислительной сети LAN4, выполненному по топологии общая шина с возможностью оперативного переключения входа и выхода, проложенного в виде кольца; в пункт учета энергоресурсов введены: модуль электросчетчиков внешнего и внутреннего освещения, включая освещение мест общего пользования, технических помещений и консольного освещения; модуль электросчетчиков питания лифтов; четвертый уровень датчиков и активаторов, объединенный третьим сегментом локальной вычислительной сети LAN3, содержит сектор контроля мест общего пользования, который обеспечивает контроль загазованности и состояния водоводов мест общего пользования - гаража и/или подвального помещения, сектор контроля мест общего пользования содержит блок питания датчиков и активаторов, модуль датчиков протечки воды, модуль активаторов, содержащий блоки управления подачей: холодной воды, газа и отопления мест общего пользования; модуль управления консольным наружным освещением; S приемопередатчиков-коммутаторов консольного наружного освещения с подключенными к ним S устройствами осветительными защищенными; блок регистрации и управления квартирный, интегрированной системы регистрации и управления, содержит: повторитель; блок питания квартирный; модуль клавиатуры и индикации; узел учета энергоресурсов квартирный, в состав которого входят: модуль водосчетчиков, модуль учета расхода газа, электросчетчик и модуль управления автономным отопителем, причем выход шлюза и входы: моста-маршрутизатора, контроллера-регистратора домового, сетевого модема, первичного импульсного фотопреобразователя, а также К интегрированных систем регистрации и управления подключены ко второму сегменту локальной вычислительной сети LAN2, выполненному по топологии общая шина, выход сетевого модема подключен к телефонной сети; в пункте учета энергоресурсов выходы: модуля водосчетчиков, модуля датчиков температуры, модуля преобразователей давления; модуля электросчетчиков внешнего и внутреннего освещения; модуля электросчетчиков питания лифтов соединены соответственно с первым, вторым, третьим, четвертым и пятым входами контроллера-регистратора домового, выход моста-маршрутизатора соединен, с помощью третьего сегмента локальной вычислительной сети LAN3, выполненного по топологии общая шина, с выходом блока питания датчиков-активаторов, модулем датчиков протечки воды, модулем активаторов и модулем управления консольным наружным освещением, в интегрированной системе регистрации и управления первый вывод моста-коммутатора соединен, с помощью четвертого сегмента локальной вычислительной сети LAN4, с параллельно включенными P×L блоками регистрации и управления квартирными, выход сегмента локальной вычислительной сети LAN4 соединен со вторым выводом моста-коммутатора, выход блока питания соединен с соответствующим входом моста-коммутатора; в блоке регистрации и управления квартирном выход повторителя соединен, с помощью пятого сегмента локальной вычислительной сети LAN5, выполненного по топологии общая шина, с выходом блока питания квартирного, модулем клавиатуры и индикации, модулем водосчетчиков, модулем учета расхода газа, электросчетчиком и модулем управления автономным отопителем; каждая из N автоматизированных систем управления зданием через шлюз подключена к первому сегменту корпоративной локальной вычислительной сети LAN1, каждая интегрированная система регистрации и управления подключена через мост-коммутатор к второму сегменту локальной вычислительной сети LAN2, каждый сектор контроля мест общего пользования через мост-маршрутизатор подключена к третьему сегменту локальной вычислительной сети LAN3, каждый блок регистрации и управления квартирный через подвторитель подключен к четвертому сегменту локальной вычислительной сети LAN4.
2. Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий по п.1, отличающаяся тем, что в структуру блоков питания и/или в блоки питания датчиков и активаторов введены дополнительно модули выбора фазы питания, осуществляющие оперативный контроль и переключение фазы питания в зависимости от действующего напряжения на питающих фидерах.
3. Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий по п.1, отличающаяся тем, что в каждую из N автоматизированных систем управления зданием в третий сегмент локальной вычислительной сети LAN3 введен модуль датчиков СО и СН4, причем выход модуля соединен с третьим сегментом локальной вычислительной сети LAN3.
4. Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий по п.1, отличающаяся тем, что в каждую из N автоматизированных систем управления зданием введены модуль охраны и модуль средств автономной противопожарной системы, причем выходы модуля охраны и модуля средств автоматизированной противопожарной системы подключены к третьему сегменту локальной вычислительной сети LAN3.
5. Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий по п.1, отличающаяся тем, что в каждую из N автоматизированных систем управления зданием введены К модулей управления подачей холодной воды, К модулей управления подачей газа и К модулей управления подачей электроэнергии, сгруппированных по подъездам в здании, причем выходы К модулей управления подачей холодной воды, К модулей управления подачей газа и К модулей управления подачей электроэнергии подключены к третьему сегменту локальной вычислительной сети LAN3.
6. Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий по п.1, отличающаяся тем, что в случае использования централизованной системы отопления, в каждую из N автоматизированных систем управления зданием введены К модулей управления подачей горячей воды и К модулей управления подачей отопления, сгруппированные по подъездам, в блок регистрации и управления квартирный введен модуль учета теплоносителя, причем К модулей управления подачей горячей воды и К модулей управления подачей отопления подключены параллельно к третьему сегменту локальной вычислительной сети LAN3, модуль учета теплоносителя подключен к пятому сегменту локальной вычислительной сети LAN5.
7. Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий по п.1, отличающаяся тем, что в каждую из N автоматизированных систем управления зданием в блоках регистрации и управления квартирных введен модуль управления микроклиматом, причем выход модуля управления микроклиматом соединен со своим пятым сегментом локальной вычислительной сети LAN5.
8. Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий по п.1, отличающаяся тем, что в каждую из N×K интегрированных систем регистрации и управления в блок регистрации и управления квартирный введен модуль считывателя кредитных карт с криптопроцессором, программным или аппаратным, причем выход модуля считывателя кредитных карт соединен с пятым сегментом локальной вычислительной сети LANS, криптопроцессор установлен в модуле клавиатуры и индикации блока регистрации и управления квартирном.
9. Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий по п.1, отличающаяся тем, что в каждую из N автоматизированных систем управления зданием модули пункта учета энергоресурсов выполнены со встроенными модулями сетевого интерфейса, причем выходы модулей сетевого интерфейса: модуля водосчетчиков; модуля датчиков температуры; модуля преобразователей давления; модуля электросчетчиков внешнего и внутреннего освещения и модуля электросчетчиков питания лифтов соединены со вторым сегментом локальной вычислительной сети LAN2.
10. Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий по п.1, отличающаяся тем, что в каждой из N автоматизированных систем управления зданием модем сетевой и/или m+1 модемов диспетчерских пультов управления, в том числе центрального диспетчерского пункта, выполнены в виде GSM/GPRS модемов.
11. Распределенная интегрированная многофункциональная система контроля и управления комплексом зданий по любому из пп.2-10, отличающаяся тем, что в каждую из N автоматизированных систем управления зданием введены К вторых контуров управления, сгруппированных по подъездам интегрированных многофункциональных систем контроля и управления, базой которых является домофон многофункциональный, в состав системы входит пульт управления домофона, модем, контроллер-коммутатор сетевого питания, 2×L+2 устройств осветительных и P×L блоков абонента с замковыми устройствами абонента, и шестой сегмент локальной вычислительной сети LAN6, выполненный по топологии общая шина с возможностью оперативного переключения входа и выхода и проложенного в виде кольца, причем вход интегрированной многофункциональной системы контроля и управления соединен со вторым сегментом локальной вычислительной сети LAN2, первый вывод пульта управления домофона соединен с шестым входом сегмента локальной вычислительной сети LAN6, с параллельно включенными P×L блоками абонента, устройствами осветительными, модемом, модулем сопряжения с системой диспетчеризации и диагностики лифтов и контроллером-коммутатором сетевого питания, выход которого соединен с входом устройств осветительных, выход шестого сегмента локальной вычислительной сети LAN6 соединен со вторым выводом пульта управления домофона, выход модема соединен с телефонной сетью, выход блока абонента соединен с входом замкового устройства абонента.
