Существенным свойством программируемых систем DDC является их способность перепрограммирования в режиме реального времени [1], без необходимости временного отключения контроллеров. Дополнительное достоинство — автоадресация контроллеров в действующей сети — делает возможной легкую перестройку или модификацию системы без необходимости ее временного отключения. [1]
Очевидно, что различные подсистемы здания тоже отвечают каким-либо стандартам сами по себе, безотносительно их интегрированности в ИЗ [3]. Вопрос о стандарте на ИЗ заключается, таким образом, в наличии спецификаций на интеграцию систем. Все современные более-менее развитые системы имеют интерфейсы для электронного управления, так что разработать средства для их интеграции не составляет особого труда. Проблема в том, что производители этого оборудования, естественно, не рассчитывают, что оно будет подключаться в сеть по витой паре или по волоконной оптике. В результате попытки перевести охранную или пожарную сигнализацию на трассы СКС вступают в противоречие с концепцией универсальной проводки. [3]
Стали появляться открытые стандарты на сети контроля и управления различными устройствами. На сегодняшний день самое широкое распространение получили два стандарта: BACNet и LonWorks [3]. Стандарт BACNet был предложен и продвигается Американским Обществом Инженеров по Отоплению, Охлаждению и Воздушному кондиционированию ASHRAE. Он принят ANSI и имеет индекс 135-1995. Название стандарта расшифровывается как "протокол для сетей контроля и автоматизации зданий" (Building Automation Control Network). Стандарт предусматривает использование программируемых контроллеров, причем они могут быть объединены в сеть при помощи различных сред. Таким образом, контроллеры выступают промежуточным звеном между практически любыми устройствами, к которым они подключаются по нестандартным интерфейсам. Связь же между контроллерами и системой управления осуществляется по общей сети.[3]
До начала 1980-х наиболее распространенным средством связи между системами управления, полевым оборудованием и контрольно-измерительными устройствами был аналоговый сигнал. Однако, в 1983 ведущие производители начали выпускать "интеллектуальные" полевые приборы с встроенными запатентованными протоколами цифровой связи, которые позволяют осуществлять функции двусторонней связи между приборами и системами управления, дистанционной конфигурации и более точного, воспроизводимого управления. Это заставило Международную электротехническую комиссию (IEC) в Европе разработать стандартный цифровой протокол, который должен был иметь ряд преимуществ по эффективности и экономии, включая следующее [4]:
- соединение приборов по многоточечной схеме, которая дала бы возможность подключать несколько приборов к одной полевой шине вместо того, чтобы прокладывать отдельные витые пары для каждого индивидуального прибора;
- возможность совместного функционирования различных приборов. Это означает, что пользователи могут сочетать в одной системе разные приборы от самых разных производителей, при этом все приборы будут функционировать правильно и взаимодействовать друг с другом и системой управления;
- равноправная связь между интеллектуальными приборами, подключенными к шине (не требуется вмешательство системы управления в обмен данными), что позволяет распределить задачи управления на уровне полевого оборудования;
- расширенные возможности передачи данных по сравнению с аналоговой связью. Эти данные затем могут быть использованы в оперативном режиме в самых различных приложениях;
Сети, соответствующие данному стандарту могут быть эффективно использованы для построения интегрированной системы управления, потому что они обеспечивают ряд условий функционирования устройств в такой системе:
- небольшой объем передаваемых данных
- необходимость синхронизации всех устройств во время функционирования
- необходимость взаимодействия между несколькими устройствами напрямую
Для окончательной стандартизации была создана организация Fieldbus Foundation которая разработала стандарт FOUNDATION fieldbus – стандарт на построение сети контроля и управления различными устройствами. Он объединяет в себе все основные качества сетей подобного типа, поэтому мы его рассмотрим подробнее.
Fieldbus Foundation - некоммерческая организация, которая объединяет более 120 ведущих мировых поставщиков и конечных пользователей систем управления технологическими процессами и автоматизации производства.
Многоуровневая модель взаимодействия открытых систем Open System Interconnect (OSI) используется для объединения компонентов стандарта в рамках единой модели. [4]
Технология Fieldbus позволяет соединять несколько устройств при помощи всего лишь двух соединительных кабелей. Это существенно снижает сложность схем соединения, а также позволяет снизить общие эксплуатационные расходы системы и обеспечивает большее удобство при работе: чем меньше кабелей используется при подключении устройств, тем меньше устанавливается предохранителей и распределительных щитков. Подключение нескольких полевых устройств к одной шине позволяет также существенно уменьшить число необходимых устройств ввода-вывода и управляющих устройств, электронных модулей. [4]
Эти системы возникли из-за необходимости обслуживания гетерогенных информационно-технологических сред, когда поддерживается многоплатформенность на всех уровнях: разные компьютеры (мейнфреймы, серверы, рабочие станции и персональные компьютеры), разные операционные системы, разные СУБД, сетевое оборудование от разных фирм-производителей и различного уровня интеллектуальности и т. д.
Основываясь на предоставляемых нижележащими уровнями сервисами, создается последний уровень, в котором все аспекты управления инфраструктурой здания сводятся в единую систему, выполняющую многообразные функции, в число которых входят [1]:
- пожарная сигнализация;
- управление параметрами среды;
- контроль доступа в здание;
- сигнализация взлома;
- управление лифтами;
- телевизионное слежение;
- регистрация времени пребывания;
- управление освещением;
- контроль использования электрической энергии;
- отопление, вентиляция, поддержание микроклимата;
Кроме выполнения целевых функций на нее возлагаются функции управления информационной инфраструктурой [1]:
- контроль доступа к информации и управление безопасностью;
- управление рабочей нагрузкой;
- контроль производительности;
- управление событиями;
- отображение и поддержка бизнес-процессов;
- управление бизнес-приложениями;
- автоматизированное управление хранением данных;
- управление проблемами;
- управление транспортом данных;
- рассылка программного обеспечения;
- управление рассылкой отчетов;
- управление очередями и устройствами печати;
- управление Web-серверами;
- управление сетью;
Последняя функция — управление сетью — включает в себя автоматическое распознавание объектов управления и топологии сети, повышение уровня контроля сетевого оборудования, наличие средств разработки для управления нестандартным сетевым оборудованием, интеграция с уже существующими в здании системами управления сетью и наличие средств ведения политики управления сетью.
Контроллеры, верхнего уровня, так называемые сетевые контроллеры подключаются к существующей локальной сети здания и обеспечивают связь с контроллерами нижнего уровня - исполнительными контроллерами [2]. Датчики температуры, влажности и т.п., подключаются к исполнительным контроллерам. К ним же подключается и "оконечное" оборудование - силовые реле моторов и лампы освещения, приводов вентиляционных заслонок, замки дверей и сигнальные лампочки [2].
Так как этой работе ставилось целью рассмотреть вопросы удаленного управления системой интеллектуального дома, то для практического исследования теоритеческих выводов необходима реализация принципов ИЗ в некотором макете интегрированной системы управления. В силу непреодолимых ограничений условий реализации системы, а именно, отсутсвии необходимых средств для реализации уровня структурированных кабельные сетей и уровня системы управления технологической инфрастуктурой здания, то они моделируются с помощью имеющихся в наличие вычислительных и коммуникационных средств. Это персональные компьютеры, локальная сеть стандарта Ethernet на базе стека протоколов TCP/IP и самостоятельно спроектированное устройство, подключающееся к последовательному интерфейсу COM персонального компьютера и выполняющее роль модели датчика и исполнительного устройства. Также не ставится целью достичь соответствия значений различных технических параметров реализованного макета реально существующим стандартам и системам.
Физически реализация системы представляет собой макет, состоящий из нескольких компьютеров, объединенных локальной сетью Ethernet, к которым, с помощью последовательного интерфейса, присоединяются спроектированные устройства. Для того, чтобы создать устройства, выполняющие различные функции в интегрированной системе, их алгоритмы работы имитируются на программном уровне. Аппараттурно все устройства идентичны и предоставляют одинаковые функции. На нижеприведеной схеме системы (Рис.1) изображена структура подключения и взаимодействия частей системы.
Рис. 1
Макет состоит из модулей, которые имитируют работу устройств, подключенных к интегрированной системе. Каждый модуль состоит из компьютера и подключенного к нему через интерфейс RS-232 модуля. Коммуникационная среда интегрированной системы также имитируется на этих компьютерах.
Аппаратный модуль представляет собой смонтированную на картоне электрическую схему, позволяющую реализовать следующие функции:
- отображение состояний устройства:
o подача питания
o готовность к работе
o выполнение специфической функции
- подача сигнала в устройство для имитации пользовательского ввода или срабатывания некоторого датчика
На рис 2. приведена принципиальная схема устройства:
Рис. 2
Выходы данной схемы выводятся на линии последовательного интерфейса RTS, DTR, CD и GND.
Для индикации состояния устройства в данной схеме используются два светодиода, подключенные через резисторы для ограничения тока к двум линиям интерфейса RS-232. На этих линиях контроллер интерфейса позволяет программно выставлять высокий и низкий уровни сигнала, что позволяет управлять состоянием светодиодов.
Для обратной связи используется кнопочный выключатель, размещенный в цепи линии CD (Carrier Detect) - обнаружение несущей, при его замыкании к ней начинает течь ток и контроллер посылает программному обеспечению сигнал обнаружения несущей.
При включении питания в такой схеме загорается зеленый светодиод, что говорит о правильном подключении схемы к последовательному порту и его работоспособности.
При инициализации программной части имитации устройства, подается напряжение на линию RTS и DTR, следовательно загорается красный светодиод и гаснет зеленый, что означает успешное включение устройства в интегрированную систему и готовность его выполнять свои функции. Одновременная индикация обоих светодиодов означает выполнение этим устройством его специфической функции.
Выключатель предназначен для передачи устройству сигнала о пользовательском вводе или имитации возникновения некотрого внешнего события (срабатывания датчика).
Программная часть модуля имитации устройства в интегрированной сети представляет собой программу работающую с последовательным портом, написанную на языке Java, и позволяющую программно реализовывать описанные выше действия по управлению аппаратной частью модуля устройства. На рис 3. приведена схема взаимодействия программных модулей во время их работы:
Рис. 3
Написанный на языке Java класс использует для работы с COM портом стандартный интерфейс программирования Java Communication API. Он в свою очередь через механизмы Java Native Interface использует системный драйвер для работы с COM портом. Экземпляры классов, порожденных от этого класса и реализующих особенности работы различных устройств используются для подключения их в интегрированную систему.
Макет интегрированной системы создавался на основе платформы Java при использовании средства создания распределенных приложений CORBA. Данное сочетание позволило быстро и с наименьшими затратами создать макет, отвечающий требованиям, предъявляемым к интергрированным системам в концепции интеллектуального дома. Технология CORBA представляет собой среду для функционирования и взаимодействия некоторых CORBA-объектов, предоставляющих друг другу сервисы. Использование механизма CORBA позволяет автоматически получить в создаваемой системе наличие следующих возможностей:
- независимость от аппаратной платформы и коммуникационных протоколов, что позволяет имитировать единство и прозрачность коммуникационной среды интегрированой системы управления;
- служба Имен и Поиска позволяет регистрировать и находить в единой, возможно распределенной базе данных все объекты системы; при этом она также обеспечивает перенос устройств и реконфигурацию сети без дополнительного ручного настраивания системы;
- поддержка транзакций дает возможность поддержки надежной среды взаимодействия между модулями системы
- служба сохранения состояния объектов позволяет в случае потери связи устройства с системой продолжать функционирование по алгоритмам, заложенным в самом устройстве и, при восстановлении связи, корректно возобновлять работу в составе системы;
- служба времени позволяет всем объектам системы синхронизировать свое время и получать реальные временные параметры, происходящих в системе событий;
- служба событий дает возможность различным объектам генерировать и рассылать в системе события, о которых должны быть извещены другие объекты, и получать события от других объектов для возможного изменения режима работы этих объектов
Макет интегрированной системы физически размещается на тех же компьютерах, что и макеты устройств, подключенных к этой системе. На них запускаются вышеперечисленные сервисы для обепечения подключения к ним макетов устройств. Более подробно структура макета интегрированной системы изложена в работе [7].
Работоспособность созданного макета проверялась на базе технических средств СКИБ2. Были созданы три макета устройств, подключаемых к макету интегрированной системы управления, развернут и настроен макет интегрированной системы управления, установлен модуль удаленного доступа к системе через Интернет. С помощью удаленного компьютера, подключенного к сети Интернет был проведен тест по управлению устройствами с помощью интернет-браузера. Были получены положительные результаты и подтвердено правильное функционирование макета.
Целью этой этой работы ставилось рассмотрение возможности построения современной интеллектуальной системы управления зданием с удаленным управлением через Интернет. При изучении концепции интеллектуальной системы управления зданием были сформулированы основные требования и характеристики ее реализации. Среди существующих в мире на сегодняшний день реализаций наиболее полно удовлетворют требованиям концепции интеллектуального дома интегрированные системы управления зданием. В рамках своих стандартов они обеспечивают выполнение всех требований ИЗ, обладая при этом несомненными достоинствами:
- длительная и глубокая проработка таких систем множеством разработчиков;
- наличие открытых стандартов, поддерживаемых широким кругом разработчиков;
- экономические выгоды как для создателей систем, так и для их пользователей;
Поэтому данная реализация была выбрана в качестве объекта для создания макета. Макет был создан с применением имеющихся в наличии технических средств. Тестирование и проверка работоспособности макета показала корректную работу модулей и выполнение заложенных в макет функций по удаленному уравлению ИЗ.
Страницы: 1, 2, 3, 4