Управління системою Інтелектуальний будинок через Інтернет Апаратно-програмні рішення внутрішньої

Робота студента групи К9-292 Попова І.А.

Московський Державний Інженерно-Фізичний Інститут

(Державний Університет)

Факультет кібернетики. Кафедра 29 "Керуючі інтелектуальні системи"

Москва 2001

Введення

У навчально-дослідної роботи на тему «Управління системою« Інтелектуальний будинок »через Інтернет» ставиться за мету розглянути можливості побудови сучасної інтелектуальної системи управління будівлею з віддаленим управлінням через Інтернет. Пояснювальна записка складається з трьох розділів. У першому розділі розглядається концепція і визначення інтелектуальної будівлі, його складові частини та їх функції. У другому розділі розглядається інтегрована система управління будівлею, як один з варіантів реалізації концепції інтелектуальної будівлі. У третьому розділі наведено опис частин створеного в рамках даної роботи макета інтегрованої системи управління інтелектуальною будівлею.

Розділ 1. Інтелектуальна будівля 1.1 Концепція "інтелектуальної будівлі" Чому з'явилася необхідність в інтелектуальному будинку

Будь-який будинок - будь-то адміністративне, виробниче або житлове складається з певного набору підсистем, які відповідають за виконання певних функцій, які вирішують різні завдання в процесі функціонування цієї будівлі. У міру ускладнення цих підсистем і збільшення кількості виконуваних ними функцій, управління ними ставало дедалі складніше. Також стрімко зростали витрати на утримання обслуговуючого персоналу, ремонт та обслуговування цих підсистем. Вперше ці проблеми постали при експлуатації великих адміністративних і виробничих комплексів.

Сучасна будівля такого типу - це місто в мініатюрі. Фактично в ньому діють всі служби, які були раніше неодмінними атрибутами міського господарства. У таких будинках звичайно існує адміністративна служба або адміністратор, які використовують і обслуговують цю систему практично цілодобово. Хоча є чимало засобів автоматики, які самі справляються з покладеними на них завданнями, такими, як опалення, вентиляція, підтримання мікроклімату, освітлення, пожежна сигналізація, димоунічтоженіе, контроль входу / виходу і т. п., але управління та обслуговування всіх цих систем вимагає наявність адмініструє персоналу. Його обов'язком є ​​контроль роботи цих підсистем і вживання заходів у разі виходу їх з ладу. Але є ситуації, коли навіть дії кваліфікованого персоналу можуть виявитися неефективними. Це випадки виникнення загрози будівлі і знаходяться в нього людям, що мають глобальний характер - пожежа, землетрус та інші стихійні лиха, терористичні атаки. Тут потрібно вживати екстраординарних заходів у лічені частки секунди. Реакція і коректність дій людей у ​​критичній ситуації може виявитися недостатньою.

Традиційні системи забезпечення різних аспектів життєдіяльності в минулому проектувалися як автономні. Такі системи, що створювалися окремо для кожної функції і об'єднані для довільної частини будинку. У будинках встановлювалися системи тільки з тими можливостями і з тим ступенем складності, які були необхідні на поточний момент побудови будівлі. Подальше розширення і модернізація даних систем були складними і дорогими завданнями через безліч різних чинників.

Витрати на експлуатацію такої системи складаються з витрат на експлуатацію кожної автономної системи окремо, вартості навчання персоналу

Вартість експлуатації цих систем висока - в силу їх автономності кожна з них підтримується окремо. Вартість навчання персоналу настільки ж висока, оскільки оператори повинні бути ознайомлені з експлуатацією кожної автономної системи.

Основні положення концепції інтелектуальної будівлі

В даний час для комплексного вирішення перерахованих вище проблем використовується підхід, званий «Інтелектуальна будівля» (З). «Інтелектуальна будівля» - не дуже точний переклад англійського терміна "intelligent building". Під інтелектом у цьому підході розуміється вміння розпізнавати певні ситуації і яким-небудь чином на них реагувати (природно, ступінь цього вміння може бути різною, в тому числі дуже високої). Разом з тим, у відповідності з буквальним перекладом з англійської, ІЗ можна інтерпретувати як "розумно побудоване" [3]. Це означає, що будівля повинна бути спроектовано так, що всі сервіси могли б інтегруватися один з одним з мінімальними витратами (з точки зору фінансів, часу та трудомісткості), а їх обслуговування було б організовано оптимальним чином.

Концепція інтелектуального будинку містить у собі наступні положення:

Створення інтегрованої системи управління будівлею - системи з можливістю забезпечення комплексної роботи всіх інженерних систем будівлі: освітлення, опалення, вентиляції, кондиціонування, водопостачання, контролю доступу та багатьох інших.

Усунення всього обслуговуючого персоналу будинку та передача функцій контролю і прийняття рішень підсистемам інтегрованої системи управління будівлею. У ці підсистеми якраз і закладається «інтелект» будівлі - то, як воно буде реагувати на зміну параметрів датчиків системи та інші події типу позаштатних ситуацій.

Реалізація механізму негайного відключення і передачі при необхідності управління людині будь-якої підсистемою інтелектуальної будівлі. Разом з цим людини повинен надаватися зручний і однаковий доступ до управління і відображенню всіх підсистем і частин «Інтелектуального будинку».

Забезпечення коректної роботи окремих підсистем у разі відмови загальної керуючої системи або інших частин системи.

Мінімізація вартості обслуговування і модернізації систем будівлі, що має забезпечуватися застосуванням загальних стандартів у побудові підсистем, автоматичне конфігурування і виявлення нових пристроїв і модулів при їх додаванні в систему.

Наявність в будівлі прокладеної комунікаційного середовища для підключення до неї пристроїв і модулів систем. Поряд з цим можливість використання в якості комунікаційного середовища в системі управління різних типів фізичних каналів: слабкострумові лінії, силові лінії, радіоканал.

Можливості інтелектуальної будівлі

Інтелектуальна будівля має масу переваг перед неінтелектуальними. Інтегрована система управління будівлею дозволяється власникам будівлі створювати скільки завгодно складні та інтелектуальні процедури функціонування цієї будівлі, тому що всі виконавчі системи цієї будівлі можуть працювати узгоджено і спільно. Звідси випливає реалізація безлічі ресурсозберігаючих процедур, процедур контролю доступу і забезпечення безпеки будівлі, обліку та контролю практично всіх параметрів систем будівлі та оперативне реагування на їх критичне зміна, причому реакція є комплексною і миттєвою, видаленого контролю і управління будівлею, тому що всі інформаційні та керуючі канали зв'язку в такій системі є цифровими. Далі по ходу викладу будуть наведені конкретні приклади використання нових можливостей інтелектуальної будівлі.

Крім надання нових можливостей проектувальникам і власникам інтелектуального будинку, воно також є для них економічно вигідним.

Економічні аспекти

У всіх країнах з розвиненими ринковими економіками прозорі і доходи, і витрати платників податків, а останніми є фактично всі громадяни. Чіткий контроль за доходами і витратами дозволяє ефективно працювати таким інститутам, як іпотечне кредитування (видача кредитів під будівництво і придбання житла). Це призводить до того, що покупку житла в кредит може дозволити собі більшість працездатного населення. Кожен, що взяв кредит на купівлю житла стане «жити в борг»: левова частка його доходу буде витікати на погашення кредиту. Без страхування ризиків у такому випадку не можливі правові взаємовідносини в даних економічних процесах. [6]

Тому в багатьох країнах вже існує практика обов'язкового страхування житла. Природно, що страхові компанії зацікавлені в якості та надійності страхованого житла. Але оскільки виникнення страхових випадків не уникнути, то страхові компанія прагнуть потім стягнути гроші з справжніх винуватців, наприклад, - будівельних компаній.

«Інтелектуальна будівля» в змозі надати експертам той «чорний ящик», за вмістом якого будуть робитися ув'язнення. Тому розвиток і впровадження ІЗ в країнах з розвиненими ринковими економіками зараз йде стремітельниі темпами. Навіть у Росії сучасні і дорогі офісні і житлові будівлі вже проектуються з урахуванням вимог концепції ІЗ, для подальшого їх впровадження. [6]

Крім того самі майбутні власники таких будівель зацікавлені в їх інтелектуальності, тому що воно безсумнівно приносить значну економію коштів своєму власникові за рахунок точного обліку і контролю над усіма системами будинку, а також інтелектуального та раціонального використання таких ресурсів, як електрика, вода, тепло. [6]

1.2 Застосування концепції ІЗ для житлового будинку

Весь Попередні матеріал повністю справедливий для адміністративного або виробничого будинку або комплексу. Але в метою даної роботи є перш за все розгляд системи управління інтелектуальним будинком у сенсі приватного житлового будинку чи оселі. Тому далі будуть розглянуті основні відмінності від офісу і підприємства при впровадженні концепції ІЗ в житловому будинку, який ми будемо називати «інтелектуальний будинок».

Відмінності будинку від будівлі

Приватний житловий будинок або житло відрізняються від адміністративного комплексу або цеху виробничого підприємства. Можна виділити кілька аспектів використання та конструкції житлового будинку, які істотно відрізняються від аналогічних в будівлях. Ось найважливіші:

- В житловому будинку його власник не може і не хоче постійно або перідіческі адмініструвати і керувати підсистемами будівлі. Значить інтегрована система управління таким будинком повинна бути побудована таким чином, щоб вимагати мінімального обслуговування або бути повністю автоматичної.

- Підключення нових приладів і пристроїв до такої системи має бути максимально полегшене, тобто зведено практично до простого приєднанню до вільного роз'єму в мережі або навіть простому включенню приладу. А він сам вже повинен за підтримки системи управління підключитися до неї, налаштувати свої параметри відповідно до вимог системи і запропонувати свої сервіси інших компонентів системи. При цьому система повинна надати користувачеві на його вимогу дуже докладний інтерфейс налаштування всіх її компонент і алгоритмів функціонування.

- Тут з'являється багато нових аспектів, які потрібно автоматизувати - це позбавлення людини від повсякденної роботи, як то: прибирання приміщення, приготування їжі, прання одягу і т.д. Причому вони на відміну від інших областей дуже погано піддаються автоматизації і система повинна мати дуже високим інтелектом, щоб прийнятним чином справлятися з цими завданнями.

- У функціях будинку має бути чітко розмежовано, що він може робити, а чого робити не повинен ні в якому разі. Важливо, щоб людина знала про це розмежування і був упевнений, що будинок ніколи цю межу не переступить.

Можливості інтелектуального будинку

Можливості в інтелектуального будинку такі ж як і в будівлі, але до них додаються ще кілька специфічних. Одна з них, як вже зазначалося вище, позбавлення людини від повсякденних турбот. Підключення всіх домашніх приладів і пристроїв до інтегрованої системи дозволяє також звільнити людину, що живе в такому будинку, від необхідності стежити за наявністю продуктів, скупченням сміття в кошику, своєчасною оплатою рахунків, і багатьом іншим. Система сама за всім буде стежити, потім приймати рішення про необхідні дії і за наявності можливості виконувати будь-які дії (замовлення продуктів у магазині, переказ грошей з рахунку за комунальні послуги і т.д.)

Віддалене управління інтелектуальним будинком

Людина може керувати інтелектуальним будинком або будівлею з допомогою деяких засобів управління, розміщених в самій будівлі або його околицях, але включених в ту ж комунікаційне середовище, що і всі інші компоненти системи. Але існує безліч випадків коли буває необхідно або бажано віддалене управління підсистемами інтелектуального будинку. Перерахуємо основні з них:

людина хоче мати можливість контролювати стан свого будинку при тривалій відсутності і при необхідності керувати деякими системами

у разі непередбачених ситуацій (пожежа, повінь тощо) будинок повинен мати можливість сповістити про це свого власника і відповідні міські служби

при несправності в деяких модулях і підсистемах, діагностика і деякі ремонтні або конфігураційні процедури можуть бути проведені фахівцями з сервісних центрів віддалено без безпосередньої присутності, що заощаджує значні кошти і сприяє різноманітності доступних технічних засобів

Концепція інтелектуального будинку надає можливість створення в рамках інтегрованої системи управління підсистеми віддаленого управління. Ця підсистема дозволяє отримувати інформацію про події та стан деяких параметрів і віддалено посилати команди управління всій системі або її окремих компонентів. Щодо глибини реалізації такої можливості в інтелектуальному будинку можна виділити наступні форми:

1. Автономний саморегулівний і керований об'єкт, що включає в себе всіляку автоматику, але не має сполучення з «собі подібними». Це та найбільш примітивна модель штучного інтелекту, на яку робиться наголос в засобах масової інформації. Де «інтелектуальний будинок» видається дивом техніки, що обіцяє масу зручностей і задоволень багатому ледареві, якому ліньки встати з дивану, щоб клацнути вимикачем.

2. При підключенні інтелектуального будинку до мережі, що зв'язує окремі об'єкти в єдине ціле, що дозволить здійснювати моніторинг систем життєзабезпечення, енергозбереження ресурсів, безпеки і т.д. Рішення будь-яких питань, пов'язаних зі згаданими системами, а також доставка різних послуг по мережі стане набагато простіше й ефективніше.

3. Вища форма інтелектуального житла: обмін інформацією як усередині дому, так і поза ним (з глобальної мережі) відбувається за допомогою стандартних цифрових протоколів. Всі компоненти системи інтегровані в єдине комунікаційний простір.

Остання форма розглядається як основа реалізація концепції ІЗ і передбачає створення інтегрованих систем управління інтелектуальним будинком.

Стан проблеми

На даний момент вже існують сформовані рішення створення інтелектуальних офісів або виробничих цехів. Проблемами автоматизації управління інфраструктурою будівель почали займатися ще більше 30 років тому. Тому до натоящему моменту часу існує безліч стандартів і готових рішень для цього класу будівель. Але для категорії приватних будинків, котеджів або квартир поки не існує комплексних стандартизованих рішень. Хоча для житлових багатоповерхівок як цілого в принципі прімініми системи автоматизації офісних та адміністративних будівель.

Як було сказано вище основою реалізації концепції ІЗ є створення інтегрованих систем управління. У цій роботі також буде створено макет інтегрованої системи управління. Далі вона буде розглянута більш докладно.

1.3 Інтегрована система управління будівлею Визначення та роль в інтелектуальному будинку

Система управління будівлею може бути як інтегрованої, так і складатися з кількох автономних систем управління різними підсистемами будівлі. Автономні системи мають свої переваги і недоліки в порівнянні з інтегрованими, але в нашому випадку найбільш важливо те, що автономні системи не можуть використовувати загальні дані. Кожна система має власні датчики та сигналізатори, недоступні для інших, так само герметично замкнутих систем. Це - наслідок ізольованості дій і неможливості автоматичної координації реакції систем. Тому такі системи не можуть забезпечити вимог, що пред'являються до інтелектуальних будівель.

Інтегрована система управління інтелектуальною будівлею займається вирішенням завдань забезпечення комплексної роботи всіх інженерних систем будівлі: освітлення, опалення, вентиляції, кондиціонування, водопостачання, контролю доступу та багатьох інших.

Інтегрована система управління інфраструктурою будівлі дозволяє безболісно, ​​без переробок підвищувати різноманітність обслуговуваних функцій контролю за станом всього будинку в цілому, різних його приміщень, а також за умовами праці і життю людей, які в ньому людей. При цьому вже існуючі і працюючі автономні пристрої інтегруються в єдину систему.

На відміну від автономних систем, інтегрована система використовує загальну базу даних. Така база даних може бути автентично використана не тільки окремими підсистемами забезпечення життєдіяльності, а й будь-якими іншими пристроями автоматизації управління будівлею, як, наприклад, системами фотоідентіфікаціі, установками обігріву та вентиляції, освітлювальними мережами, і навіть може збирати дані, які виходять від існуючих задіяних в будівлі автономних систем (наприклад, від протипожежної установки).

Інтегрована система надає зручний доступ і до архіву за весь минулий час роботи. Використання великих масивів даних за минулий час дозволяє проводити аналітичні прогнози та приймати обгрунтовані стратегічні рішення.

З усього викладеного вище, можна виділити певні вимоги, які пред'являються до інтегрованої системи управління:

створення на основі різних фізичних середовищ передачі даних єдиної комунікаційної середовища, прозорою для всіх пристроїв, підключених до неї;

можливість підключення пристроїв без додаткової настройки і зміни конфігурації системи;

створення протоколів взаємодії пристроїв між собою і передачі повідомлень;

ведення єдиної централізованої або розподіленої бази даних всіх пристроїв, компонентів і підсистем інтегрованої системи із зазначенням наданих ними сервісів та служб іншим підсистемам;

можливість простого реконфигурирования системи зі зміною або перенесенням деяких частин без настройки і перерви у функціонуванні;

пристрої, що підключаються до такої мережі повинні мати можливість автономної роботи в разі втрати зв'язку з системою і самостійного включення назад у систему при відновленні зв'язку;

Можливості інтегрованих систем

Використання даних однієї системи (для керування пристроями інших систем), дозволяє уникнути дублювання датчиків, оптимізувати витрати таких ресурсів, як вода, тепло, електрику [2]. Взаємодія систем дає можливість автоматично вимикати світло в приміщенні за відсутності в ньому людей, а в неробочий час і у вихідні дні переводити опалення і вентиляцію в економічний режим. Контроль над витратою ресурсів допомагає обчислити об'єкти з найбільшим споживанням і розробити оптимальну стратегію управління ними. Поєднання двох систем (контролю доступу та обліку кадрів) дозволяє враховувати час знаходження на роботі, автоматизувати видачу перепусток, розрахунок заробітної плати і т.д. [2]

Пожежні системи безпеки можуть працювати автономно і тим не менше видавати сигнали в систему. Наприклад, видавати на екран дисплея шляхи евакуації, перекривати шляхи розповсюдження вогню, включати систему пожежогасіння і т.п.

У більшості випадків досягається величезна економія за рахунок зниження загальної довжини комунікаційних кабелів і зменшення термінів створення екземплярів системи.

Приклади алгоритмів, що реалізуються в інтегрованій системі

Приклад 1.

Увечері співробітники покидають будівлю. Хтось ще може чогось повернутися, хтось засиджується допізна, але рано чи пізно з будинку виходять все. Охоронна система визначає, що в якийсь момент часу всі співробітники, що працюють в деякій зоні (поверх, секція, крило поверху), розійшлися по домівках. Реакцією на це може стати знеструмлення системи освітлення поверху, а також вимкнення настільних комп'ютерів по мережі, якщо хтось забув, йдучи, вимкнути свій ПК (подібна функція реалізована в багатьох сучасних мережевих адаптерах). Економія електроенергії у цьому випадку очевидна. Якщо додати часткове відключення системи опалення (в зимовий час) або їх перехід на знижені потужності в нічний час, то матеріальні вигоди, принесені ІЗ, виявляться цілком відчутні. [3]

Приклад 2.

Визначення наявності співробітника в будівлі може також принести користь з точки зору захисту інформації. Якщо співробітник покинув будівлю, то його акаунт в інформаційній системі блокується, і ніхто, навіть знаючи пароль, не зможе увійти в мережу під його ім'ям. Більш того, при наявності інформації про те, з якою робочої станції зловмисник намагався увійти в мережу, і про те, хто саме перебував у той момент в приміщенні, уповноважені особи можуть прийняти відповідні заходи. [3]

Але це приклади для використання інтегрованим систем в інтелектуальних будівлях, а для інтелектуального будинку можна навести такий приклад:

Приміром господарі будинку можуть дивитися програму приготування того або іншого блюда на екрані телевізійної приставки, а потім послати рецепт холодильника, який, у свою чергу, передасть список інгредієнтів в інтерактивний продовольчий магазин.

Розділ 2. Структура інтегрованої системи управління 2.1 Рівні інтегрованої системи управління будівлею Розподіл інтегрованої системи управління будівлею на рівні

Рівень кабельні мереж (КС)

Рівень системи керування технологічною інфрастуктурою будівлі

Рівень інтегрована система управління інформаційної, обчислювальної і комунікаційної інфраструктурою

2.2 Рівень кабельних мереж

Сучасні будинки вимагають застосування ефективних комунікаційних інфраструктур, що підтримують роботу різних сервісних систем на основі передачі інформації в електронному вигляді. Таку інфраструктуру можна розглядати як сукупність телекомунікаційних приміщень, кабельних трас, елементів системи заземлення, кабелів і термінаціонного обладнання, що забезпечують базову підтримку розподілу всієї інформації в будівлі

Стандарти кабельних мереж

В основі концепції ІЗ лежать стандарти TIA / EIA 568 і 569 для кабельних систем і технологічних трас офісних будівель [5]. Кожним стандартом розглядаються конкретні, що вимагають до себе уваги питання, а всі разом вони доповнюють один одного в справі створення оптимальної кабельної інфраструктури. Стандарт на телекомунікаційну систему офісних будівель ANSI / TIA / EIA568A визначає в деталях структуру моделі, а TIA / EIA569 доповнює його рекомендаціями щодо прокладання кабельних трас. Ці два стандарти у поєднанні з TIA / EIA607 на систему заземлення і TIA / EIA 606 на документацію та адміністрування, а також з національними та місцевими електричними кодексами утворюють базис для планування інфраструктури офісної будівлі. [5]

Принципи структурованих кабельних мереж (СКС)

Кабельна система відповідає стандартам ANSI/TIA/EIA568A називається структурованої [5]. При переміщеннях служб і персоналу всередині будівлі з одних приміщень в інші не змінюють саму проводку - досить апаратуру з одних приміщень перенести в інші і зробити необхідні перемикання на кроссировочні панелях. Розетки ж у всіх приміщеннях однотипні для всіх видів обладнання, тобто проводка має гарну пристосовністю. Такі системи не потребують щоразу прокладати нову проводку і ставити нові розетки, а дозволяють використовувати при будь-яких перевлаштуваннях або перестановки ту мережу, яка капітально змонтована в будівлі. Зазвичай фірми дають гарантії на роботу таких систем протягом 15 років, без значних переробок кабельної розводки. У структурованій системі закладена значна надмірність, що дозволяє нарощувати види передачі сигналів і застосовувати різні комбінації мереж. [5]

Але це відноситься до реалізації інтегрованої системи в адміністративних і виробничих будівлях. У житлових будинках ж в даний час при побудові різних видів інтелектуальних будинків застосовується безліч різних технологій об'єднання приладів і пристроїв - від RS-232 до Bluetooth. Тому для побудови інтегрованої системи необхідно або підтримувати безліч технологій комунікаційної інфраструктури, або необхідне вироблення стандарту на такі системи.

2.3 Рівень системи керування технологічною інфрастуктурою будівлі

Виконавчі контролери системи прямого цифрового керування DDC (Direct Digital Control) керують локальними об'єктами: установками мережевий кліматизації, котлами, холодильними агрегатами, вентиляторами, насосами, елементами теплових та освітлювальних мереж, конвекторами, пристроями управління допуском і т.п. [1]

Об'єктні виконавчі контролери обслуговують обмежену кількість системних входів / виходів і, як правило, розміщені поблизу керованого об'єкта і належних до нього кінцевих датчиків. Тому контролер може використовувати сигнали, що надходять від локальної аналогової мережі.

Розкидані по будівлі виконавчі контролери сучасної системи DDC реалізують власні програми управління також у разі втрати зв'язку з рештою системи і головною базою даних. При відновленні зв'язку правильно сконфігуроване система повинна автоматично відновити як центральну базу даних, так і локальну базу даних контролера. [1]

Істотною властивістю програмованих систем DDC є їх здатність перепрограмування в режимі реального часу [1], без необхідності тимчасового відключення контролерів. Додаткова перевага - автоадресація контролерів в діючій мережі - робить можливою легку перебудову або модифікацію системи без необхідності її тимчасового відключення. [1]

Стандарти мереж контролю й керування пристроями

Очевидно, що різні підсистеми будівлі теж відповідають будь-яким стандартам самі по собі, безвідносно їх інтегрованості в ІЗ [3]. Питання про стандарт на ІЗ полягає, таким чином, в наявності специфікацій на інтеграцію систем. Всі сучасні більш-менш розвинені системи мають інтерфейси для електронного управління, так що розробити засоби для їх інтеграцію не складає особливих труднощів. Проблема в тому, що виробники цього обладнання, природно, не розраховують, що воно буде підключатися до мережі по кручений парі або за волоконної оптики. У результаті спроби перевести охоронну або пожежну сигналізацію на траси СКС вступають в протиріччя з концепцією універсальної проводки. [3]

Стали з'являтися відкриті стандарти на мережі контролю та управління різними пристроями. На сьогоднішній день саме широке поширення отримали два стандарти: BACNet і LonWorks [3]. Стандарт BACNet був запропонований і просувається Американським товариством інженерів по опаленню, Охолоджуванню і Повітряному кондиціонуванню ASHRAE. Він прийнятий ANSI і має індекс 135-1995. Назва стандарту розшифровується як "протокол для мереж контролю та автоматизації будівель" (Building Automation Control Network). Стандарт передбачає використання програмованих контролерів, причому вони можуть бути об'єднані в мережу за допомогою різних середовищ. Таким чином, контролери виступають проміжною ланкою між практично будь-якими пристроями, до яких вони підключаються за нестандартними інтерфейсів. Зв'язок же між контролерами і системою управління здійснюється за загальної мережі. [3]

Що таке fieldbus?

До початку 1980-х найбільш поширеним засобом зв'язку між системами управління, польовим обладнанням та контрольно-вимірювальними пристроями був аналоговий сигнал. Проте, в 1983 провідні виробники почали випускати "інтелектуальні" польові прилади з вбудованими запатентованими протоколами цифрового зв'язку, які дозволяють здійснювати функції двостороннього зв'язку між приладами і системами управління, дистанційної конфігурації і більш точного, відтвореного управління. Це змусило Міжнародну електротехнічну комісію (IEC) у Європі розробити стандартний цифровий протокол, який повинен був мати ряд переваг в ефективності та економії, включаючи наступне [4]:

з'єднання приладів за багатоточкової схемою, яка дала б можливість підключати кілька приладів до однієї польової шині замість того, щоб прокладати окремі виті пари для кожного індивідуального приладу;

можливість спільного функціонування різних приладів. Це означає, що користувачі можуть поєднувати в одній системі різні прилади від самих різних виробників, при цьому всі прилади будуть
функціонувати правильно і взаємодіяти один з одним і системою управління;

рівноправна зв'язок між інтелектуальними приладами, підключеними до шини (не потрібне втручання системи управління в обмін даними), що дозволяє розподілити задачі управління на рівні польового
обладнання;

розширені можливості передачі даних в порівнянні з аналоговим зв'язком. Ці дані потім можуть бути використані в оперативному режимі в самих різних додатках;

Мережі, відповідні даному стандарту можуть бути ефективно використані для побудови інтегрованої системи управління, тому що вони забезпечують ряд умов функціонування пристроїв в такій системі:

невеликий обсяг переданих даних

необхідність синхронізації всіх пристроїв під час функціонування

необхідність взаємодії між кількома пристроями безпосередньо

Для остаточної стандартизації була створена організація Fieldbus Foundation яка розробила стандарт FOUNDATION fieldbus - стандарт на побудову мережі контролю та управління різними пристроями. Він об'єднує в собі всі основні якості мереж подібного типу, тому ми його розглянемо докладніше.

Стандарт FOUNDATION fieldbus

Fieldbus Foundation - некомерційна організація, яка об'єднує понад 120 провідних світових постачальників і кінцевих користувачів систем управління технологічними процесами і автоматизації виробництва.

Багаторівнева модель взаємодії відкритих систем Open System Interconnect (OSI) використовується для об'єднання компонентів стандарту в рамках єдиної моделі. [4]

Технологія Fieldbus дозволяє поєднувати декілька пристроїв з допомогою лише двох з'єднувальних кабелів. Це істотно знижує складність схем з'єднання, а також дозволяє знизити загальні експлуатаційні витрати системи і забезпечує більшу зручність при роботі: чим менше кабелів використовується при підключенні пристроїв, тим менше встановлюється запобіжників і розподільних щитків. Підключення декількох польових пристроїв до однієї шині дозволяє також суттєво зменшити кількість необхідних пристроїв введення-виведення і керуючих пристроїв, електронних модулів. [4]

2.4 Інтегрована система управління інформаційної, обчислювальної і комунікаційної інфраструктурою

Ці системи виникли через необхідність обслуговування гетерогенних інформаційно-технологічних середовищ, коли підтримується багатоплатформність на всіх рівнях: різні комп'ютери (мейнфрейми, сервери, робочі станції і персональні комп'ютери), різні операційні системи, різні СУБД, мережеве обладнання від різних фірм-виробників і різного рівня інтелектуальності і т. д.

Грунтуючись на наданих нижележащими рівнями сервісами, створюється останній рівень, в якому всі аспекти управління інфраструктурою будівлі зводяться в єдину систему, що виконує різноманітні функції, до числа яких входять [1]:

пожежна сигналізація;

управління параметрами середовища;

контроль доступу в будівлю;

сигналізація злому;

управління ліфтами;

телевізійне спостереження;

реєстрація часу перебування;

управління освітленням;

контроль використання електричної енергії;

опалення, вентиляція, підтримання мікроклімату;

Крім виконання цільових функцій на неї покладаються функції управління інформаційною інфраструктурою [1]:

контроль доступу до інформації і управління безпекою;

управління робочим навантаженням;

контроль продуктивності;

управління подіями;

відображення і підтримка бізнес-процесів;

управління бізнес-додатками;

автоматизоване управління зберіганням даних;

управління проблемами;

управління транспортом даних;

розсилка програмного забезпечення;

керування розсилкою звітів;

керування чергами і пристроями друку;

управління Web-серверами;

управління мережею;

Остання функція - управління мережею - включає в себе автоматичне розпізнавання об'єктів управління і топології мережі, підвищення рівня контролю мережевого устаткування, наявність засобів розробки для управління нестандартним мережним устаткуванням, інтеграція з вже існуючими в будівлі системами управління мережею та наявність засобів ведення політики управління мережею.

Архітектура системи

Контролери, верхнього рівня, так звані мережеві контролери підключаються до існуючої локальної мережі будинку і забезпечують зв'язок з контролерами нижнього рівня - виконавчими контролерами [2]. Датчики температури, вологості тощо, підключаються до виконавчих контролерам. До них же підключається і "кінцеве" обладнання - силові реле моторів і лампи освітлення, приводів вентиляційних заслінок, замки дверей та сигнальні лампочки [2].

Розділ 3. Побудова макета інтегрованої системи управління будівлею Умови створення системи

Так як цій роботі ставилося за мету розглянути питання віддаленого управління системою інтелектуального будинку, то для практичного дослідження теорітеческіх висновків необхідна реалізація принципів ІЗ в деякому макеті інтегрованої системи управління. У силу непереборних обмежень умов реалізації системи, а саме, отсутсвии необхідних коштів для реалізації рівня структурованих кабельні мереж і рівня системи управління технологічною інфрастуктурою будівлі, то вони моделюються за допомогою наявних в наявність обчислювальних і комунікаційних засобів. Це персональні комп'ютери, локальна мережа стандарту Ethernet на базі стека протоколів TCP / IP і самостійно спроектоване Пристрої, що підключаються до послідовного інтерфейсу COM персонального комп'ютера і виконує роль моделі датчика і виконавчого пристрою. Також не ставиться за мету досягти відповідності значень різних технічних параметрів реалізованого макета реально існуючим стандартам і системам.

Архітектура системи

Фізично реалізація системи являє собою макет, що складається з декількох комп'ютерів, об'єднаних локальною мережею Ethernet, до яких, за допомогою послідовного інтерфейсу, приєднуються спроектовані пристрою. Для того, щоб створити пристрої, що виконують різні функції в інтегрованій системі, їх алгоритми роботи імітуються на програмному рівні. Аппараттурно всі пристрої ідентичні і надають однакові функції. На нижченаведеної схемою системи (Рис.1) зображена структура підключення і взаємодії частин системи.

Рис. 1

Макет складається з модулів, які імітують роботу пристроїв, підключених до інтегрованої системи. Кожен модуль складається з комп'ютера і підключеного до нього через інтерфейс RS-232 модуля. Комунікаційне середовище інтегрованої системи також імітується на цих комп'ютерах.

Структура апаратного модуля

Апаратний модуль являє собою змонтовану на картоні електричну схему, що дозволяє реалізувати наступні функції:

відображення станів пристрої:

подача харчування

готовність до роботи

виконання специфічної функції

подача сигналу в пристрій для імітації користувача введення або спрацьовування деякого датчика

На рис 2. наведена принципова схема пристрою:

Рис. 2

Виходи даної схеми виводяться на лінії послідовного інтерфейсу RTS, DTR, CD і GND.

Для індикації стану пристрою в даній схемі використовуються два світлодіоди, підключені через резистори для обмеження струму до двох лініях інтерфейсу RS-232. На цих лініях контролер інтерфейсу дозволяє програмно виставляти високий і низький рівні сигналу, що дозволяє керувати станом світлодіодів.

Для зворотного зв'язку використовується кнопковий вимикач, розміщений в ланцюзі лінії CD (Carrier Detect) - виявлення несучої, при його замиканні до неї починає текти струм і контролер посилає програмного забезпечення сигнал виявлення несучої.

При включенні харчування в такій схемі загоряється зелений світлодіод, що говорить про правильне підключення схеми до послідовного порту і його працездатності.

При ініціалізації програмної частини імітації пристрої, подається напруга на лінію RTS і DTR, отже спалахує червоний світлодіод і гасне зелений, що означає успішне включення пристрою в інтегровану систему і готовність його виконувати свої функції. Одночасна індикація обох світлодіодів означає виконання цим пристроєм його специфічної функції.

Вимикач призначений для передачі пристрою сигналу про користувальницький введенні або імітації виникнення некотрой зовнішньої події (спрацювання датчика).

Структура програмного модуля

Програмна частина модуля імітації пристрою в інтегрованій мережі являє собою програму працює з послідовним портом, написану на мові Java, і що дозволяє програмно реалізовувати описані вище дії з управління апаратною частиною модуля пристрою. На рис 3. наведена схема взаємодії програмних модулів під час їх роботи:

Рис. 3

Написаний на мові Java клас використовує для роботи з COM портом стандартний інтерфейс програмування Java Communication API. Він у свою чергу через механізми Java Native Interface використовує системний драйвер для роботи з COM портом. Примірники класів, породжених від цього класу і реалізують особливості роботи різних пристроїв використовуються для підключення їх до інтегровану систему.

Структура макету інтегрованої системи

Макет інтегрованої системи створювався на основі платформи Java при використанні засоби створення розподілених додатків CORBA. Дане поєднання дозволило швидко і з найменшими затратами створити макет, який відповідає вимогам, що пред'являються до інтергрірованним систем у концепції інтелектуального будинку. Технологія CORBA представляє собою середовище для роботи та взаємодії деяких CORBA-об'єктів, що надають один одному сервіси. Використання механізму CORBA дозволяє автоматично отримати в створюваній системі наявність наступних можливостей:

незалежність від апаратної платформи і комунікаційних протоколів, що дозволяє імітувати єдність і прозорість комунікаційного середовища інтегрування системи управління;

служба Імен та Пошуку дозволяє реєструвати і знаходити в єдиній, можливо розподіленої базі даних всі об'єкти системи; при цьому вона також забезпечує перенесення пристроїв і реконфігурацію мережі без додаткового ручного настроювання системи;

підтримка транзакцій дає можливість підтримки надійної середовища взаємодії між модулями системи

служба збереження стану об'єктів дозволяє в разі втрати зв'язку пристрої з системою продовжувати функціонування за алгоритмами, закладеним в самому пристрої і, при відновленні зв'язку, коректно відновлювати роботу в складі системи;

служба часу дозволяє всіх об'єктів системи синхронізувати свій час і отримувати реальні часові параметри, які відбуваються в системі подій;

служба подій дає можливість різним об'єктам генерувати і розсилати в системі події, про які повинні бути сповіщені інші об'єкти, і отримувати події від інших об'єктів для можливої ​​зміни режиму роботи цих об'єктів

Макет інтегрованої системи фізично розміщується на тих же комп'ютерах, що й макети пристроїв, підключених до цієї системи. На них запускаються вищеперелічені сервіси для обепеченія підключення до них макетів пристроїв. Більш докладно структура макету інтегрованої системи викладена в роботі [7].

Перевірка працездатності макета

Працездатність створеного макету перевірялася на базі технічних засобів СКІБ2. Були створені три макети пристроїв, що підключаються до макету інтегрованої системи управління, розгорнуто і налаштований макет інтегрованої системи управління, встановлений модуль віддаленого доступу до системи через Інтернет. За допомогою віддаленого комп'ютера, підключеного до мережі Інтернет був проведений тест з керування пристроями за допомогою інтернет-браузера. Були отримані позитивні результати і підтвердити правильність функціонування макета.

Висновок

Метою цієї цієї роботи ставилося розгляд можливості побудови сучасної інтелектуальної системи управління будівлею з віддаленим управлінням через Інтернет. При вивченні концепції інтелектуальної системи управління будівлею були сформульовані основні вимоги і характеристики її реалізації. Серед існуючих у світі на сьогоднішній день реалізацій найбільш повно удовлетворют вимогам концепції інтелектуального будинку інтегровані системи управління будівлею. У рамках своїх стандартів вони забезпечують виконання всіх вимог ІЗ, володіючи при цьому безсумнівними достоїнствами:

тривала і глибока опрацювання таких систем безліччю розробників;

наявність відкритих стандартів, підтримуваних широким колом розробників;

економічні вигоди як для творців систем, так і для їх користувачів;

Тому дана реалізація була обрана в якості об'єкта для створення макета. Макет був створений із застосуванням наявних технічних засобів. Тестування і перевірка працездатності макета показала коректну роботу модулів і виконання закладених в макет функцій по віддаленому уравленію ІЗ.

Список літератури

І. Федоров, «Скільки поверхів у інтелектуального будівлі?» - "Бізнес: Організація, Стратегія, Системи", № жовтня 1999

В. Архипов «Системи для« інтелектуального »будинку» - "Будмаркет", № 45 1999

А. Авдуевскій «Дах для інтелекту» - «Журнал мережевих рішень LAN», № грудень 1998

Інформація сайту http://www.fieldbus.narod.ru/

І.Г. Смирнов «Чи повинні кабельні системи бути структурованими?» - "Вісник зв'язку", № 8, 1998 р.

Ю. Корольов «РОЗУМНИЙ ДІМ: приємна неминучість» http://www.sf.perm.ru/kd_dop_house.html

Новічіхін В. Пояснювальна записка до УІР.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.ed.vseved.ru/