Система комплексной автоматизации и диспетчеризации зданий - RU162232U1
Код документа: RU162232U1
Чертежи
Описание
СИСТЕМА КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ И ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИИ ЗДАНИЙ
Заявленное техническое решение относится к области электротехники и вычислительной техники, а также к области обработки и передачи данных для промышленного применения и может быть использовано для создания систем комплексной автоматизации для использования совместно с автоматическими системами обеспечения безопасности в жилых, офисных и общественных помещениях, для подсчёта и передачи показаний счётчиков энергоресурсов и передачи их в расчетный центр, а также для удаленного управления электрооборудованием помещения пользователем.
Известно техническое решение «МУЛЬТИМЕДИЙНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОРЕСУРСАМИ». Мультимедийная система контроля и управления энергоресурсами, содержащая для каждого потребителя энергоресурсов последовательно соединенные силовую электрическую сеть, специализированный счетчик-вычислитель потребляемой электроэнергии, модуль принудительного отключения подачи электроэнергии и нагрузку потребителя, а также устройство сбора-передачи данных и управления, соединенное посредством двунаправленного канала связи общего доступа с уникальными идентификационными адресами с вторым входом каждого специализированного счетчика-вычислителя потребляемой электроэнергии, и рабочие станции на базе персональных компьютеров, отличающаяся тем, что система содержит сервер, компьютер-сборщик, центральную диспетчерскую и n структурно-идентичных локальных информационно-измерительных блоков контроля, учета и управления энергоресурсами, связанных по двунаправленным каналам связи общего доступа с уникальными идентификационными адресами с устройством сбора-передачи данных и управления, соединенным по двунаправленным каналам связи общего доступа с уникальными идентификационными адресами с компьютером-сборщиком, подключенным по двунаправленным каналам связи общего доступа с уникальными идентификационными адресами к рабочим станциям на базе персональных компьютеров, к серверу и к центральной диспетчерской, причем каждый локальный информационно-измерительный блок контроля, учета и управления энергоресурсами включает последовательно соединенные силовую электрическую сеть, специализированный счетчик-вычислитель потребляемой электроэнергии, модуль принудительного отключения подачи электроэнергии и нагрузку потребителя, а также информационный блок, связанный по двунаправленным каналам связи общего доступа с уникальными идентификационными адресами с устройством сбора-передачи данных и управления и с блоком коммутации внешних приборов и соединенный по однонаправленным каналам связи общего доступа с уникальными идентификационными адресами с блоком отображения информации и с пультом ввода-вывода, при этом второй выход каждого специализированного счетчика-вычислителя потребляемой электроэнергии связан по двунаправленному каналу связи общего доступа с уникальными идентификационными адресами со вторым входом соответствующего модуля принудительного отключения подачи электроэнергии. [Описание патента на изобретение РФ №2474827 от 21.07.2011, МПК G01R11/42, опубл. 10.02.2013]
Недостатком известного технического решения является то, что данное техническое решение имеет существенное ограничение использования, отсутствие контроля аварийных датчиков, отсутствие контроля над расходом энергоресурсов самого пользователя, отсутствие обратной связи по информированию пользователя о приближении срока оплаты и информационной рассылки управляющей компании. В патенте речь идет о контроле над электросчетчиком и отключении электроэнергии и упоминается о возможности контроля над другими энергоресурсами, хотя в коммунальных платежах присутствуют счета за воду, газ и отопление.
Заслуживает внимания программно-аппаратный комплекс для управления исполнительными устройствами и контроля управляемой среды, состоящий из Базового Многофункционального Программного Устройства (БМПУ), соответствующие входы и выходы которого предназначены для подключения к модулям, управляющим исполнительными устройствами, и модулям контроля управляемой среды, а в его Постоянном Запоминающем Устройстве (ПЗУ БМПУ) содержится программное обеспечение, индивидуально разработанное под требования к управляемой среде, отличающийся тем, что он снабжен подключаемым к поддерживающим RS232/RS485 протокол входу/выходу БМПУ компьютером с автозапускаемым компакт-диском (CD), содержащим Виртуальную Модель Управления (ВМУ), представляющую собой полнофункциональную программу с набором средств для моделирования компонентов управляемой среды, при этом БМПУ предназначен для обработки и распределения информации, а его программное обеспечение представляет собой адресно-командную структуру, включающую в себя элементарные команды для модулей, управляющих исполнительными устройствами, данные о состоянии управляемой среды для обработки ВМУ, а также средство инициализации процесса автоматического создания ВМУ, причем для создания ВМУ предусмотрен съемный модуль, состоящий из подключаемого к поддерживающим RS232/485 протокол входу/выходу БМПУ дополнительного компьютера с устройством записи на CD, и Блока Идентификации (БИ) исполнительных и контролирующих устройств управляемой среды. [Описание патента на изобретение РФ № 2191435 от 24.10.2001, МПК G11B20/00, G06F17/00, G11B7/00, опубл. 20.10.2002].
Недостатком известного технического решения является то, что данное техническое решение имеет ограниченные функциональные возможности, связанные с тем, что управление производится с помощью БМПУ и подключенным компьютером с автозапускаемым компакт диском. Это устаревший подход не позволяет использовать контроллер автономно без компьютера и не позволяет использовать мобильные ПК, планшетные ПК и смартфоны. Для каждого объекта используется индивидуальное ПО БМПУ, что сильно ограничивает и усложняет использование данного решения и делает невозможным его применение для массового использования. Данное техническое решение не предусматривает подключение аварийных и охранных датчиков, а так же счётчиков энергоресурсов.
Известно техническое решение, «Способ учета и информационно-аналитическая система учета энергоресурсов». Способ учета энергоресурсов, заключающийся в том, что на объекте у потребителя энергоресурсов устанавливают датчики контроля и счетчики расхода топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) по каждому расходуемому энергоносителю, снимают их показания и производят обработку информации по фактически израсходованным потребителем энергоносителям, и с помощью средств отображения предоставляют каждому потребителю информацию о потребленных энергоресурсах, отличающийся тем, что датчики контроля и счетчики расхода ТЭР подключают к станции связи, осуществляющей по запросу с центрального сервера сбор, обработку и передачу данных по линиям связи на центральный сервер, удаленные датчики контроля и счетчики расхода ТЭР подключают к шкафу автоматики, данные с которых по радиоканалу поступают на станцию связи, откуда информацию по радиоканалу, оборудованию сотового оператора и сети Интернет передают на центральный сервер, где всю полученную информацию анализируют с учетом технических характеристик зданий, климата и температуры окружающей среды, местонахождения здания, проведенных ресурсосберегающих мероприятиях, СНИПов и ресурсопотребления на функционально однотипных объектах, и с помощью средств отображения информации предоставляют информацию пользователю в режиме реального времени, а также производят расчет потенциалов энергосбережения и оценку результатов проведения ресурсосберегающих мероприятий. [Описание патента на изобретение РФ № 2453913 от 31.01.2011, МПК G06F17/00, опубл. 20.06.2012].
Недостатком технического решения, принятого за прототип, является то, что прототип имеет ограниченные функциональные возможности, обусловленные только подсчётом энергоресурсов, отсутствием контроля за аварийными ситуациями, отсутствием возможности отключения энергоресурсов, отсутствием возможности контроля за микроклиматом в помещении и управления электрооборудованием, невозможности передачи данных через дополнительный GSM канал связи, а так же передача данных производится только на центральный сервер и не предусматривает возможность использования WEB сервера для управления электрооборудованием пользователя.
Задачей заявляемого технического решения является существенное расширение арсенала и сфер применения систем комплексной автоматизации, диспетчеризации и безопасности зданий, за счёт расширения функций системы по сравнению с имеющимся прототипом, контроля расхода энергоресурсов, контроля возможных аварийных ситуаций, контроля и регулировки комфортных условий в помещении для проживания человека, а также для удаленного управления электрооборудованием помещения.
Техническим результатом предлагаемого технического решения является реализация поставленной задачи, а именно создание гибкой системы комплексной автоматизации с широким набором функций, для использования совместно с автоматическими системами обеспечения безопасности в жилых, офисных и общественных помещениях, для подсчёта показаний счётчиков энергоресурсов и передачи их в расчетный центр, а также для удаленного управления электрооборудованием помещения пользователем.
В связи с увеличением стоимости энергоресурсов остро стоит вопрос по контролю расхода горячей и холодной воды, газа, электроэнергии и тепла. Своевременный учёт энергоресурсов позволяет выставлять счета потребителям, вовремя получать оплату. В случае несвоевременной оплаты возможно отключение воды, электроэнергии, газа или снижение подачи тепла до минимального уровня, что стимулирует потребителя к своевременной оплате за расходуемые энергоресурсы. Ещё одной необходимой функцией является контроль за возможными аварийными ситуациями - протечкой воды, утечкой газа, ухудшением качества электроэнергии или разморозкой отопительных систем и передача соответствующей информации на пункт МЧС, в управляющую компанию и другим службам с целью отключения энергоресурса и устранения аварийных ситуаций. Также необходимой функцией является контроль и управление электрооборудованием дома его хозяином через Интернет или мобильную связь.
Система комплексной автоматизации состоит из: контроллера и программного обеспечения.
Функциональная схема контроллера изображена на фигуре 1.
В состав контроллера входят:
- микропроцессор - 1, ОЗУ - 2, Flash память - 3, тактовый генератор - 4, с помощью которых работает ПО.
- стабилизированный источник питания - 5 на напряжения, необходимые для питания внутренних узлов контроллера.
- узел интерфейса Ethernet - 6, включая микросхему Ethernet PHY для связи с Интернет или локальной сетью.
- узел Wi-Fi - 7, для связи с Интернет или локальной сетью, который может быть установлен дополнительно к узлу Ethernet или вместо него.
- узел GSM модема - 8, для связи с телефоном пользователя или с диспетчерской через сеть сотовой связи, который может быть установлен дополнительно к узлу Ethernet.
- узел N портов USB - 9 для связи с внешними интерфейсами и дополнительной памятью.
- узел интерфейса Х10 - 10 для контроля и управления модулями, работающими по сети 220В и протоколу Х10.
- узел N интерфейсов RS-485 - 11 для контроля над датчиками, управления исполнительными модулями, считывания показания с электросчётчиков, водяных, газовых счетчиков и счётчиков тепла.
- узел N интерфейсов CAN - 12 для считывания показания с электросчётчиков, водяных, газовых счетчиков и счётчиков тепла и контроля над датчиками.
- узел портов ввода - 13 для считывания сигналов с дискретных или аналоговых датчиков.
- узел выходов - 14 для реализации выходов типа открытый коллектор или релейных выходов для управления электрооборудованием, водяными или газовыми клапанами.
- узел индикации - 15.
- узел отладки и программирования - 16.
Основой контроллера является микропроцессор архитектуры ARM Cortex A5 или другой более производительный. Для работы микропроцессора установлены микросхемы ОЗУ, Flash памяти и узел тактового генератора.
Возможны два варианта конструкции контроллера. Микропроцессор, ОЗУ, Flash память, тактовый генератор и микросхемы Ethernet PHY могут быть собраны на основной плате или собраны на отдельном модуле и этот модуль уже установлен на основную плату. В случае варианта применения процессорного модуля, возможно расширение вычислительной мощности без изменения основной конструкции контроллера.
Для работы всех узлов в контроллере применён стабилизатор питания. Для питания контроллера может использоваться постоянное напряжение от 9В до 24В. Для этого в контроллере установлен источник питания от входного постоянного напряжения от 9В до 24В до выходного постоянного стабилизированного напряжения, необходимого для работы встроенных электронных узлов.
Для сохранения информации в памяти и для работы часов реального времени в контроллере установлен химический элемент питания.
Для работы с локальной сетью, Интернет, в контроллере установлен интерфейс Ethernet. Для работы интерфейса установлены микросхемы Ethernet PHY и цепи гальванической развязки. Интерфейсы могут работать со скоростью 10 или 100 или 1000 Мб/с. Дополнительно или вместо интерфейса Ethernet может быть установлен интерфейс Wi-Fi.
Для связи с внешними интерфейсами и дополнительной памятью в контроллер установлены интерфейсы USB. В качестве внешнего интерфейса могут быть преобразователи Х10 в USB, RS-485 в USB, DMX512 в USB и другие, а так же USB накопители данных.
Для сбора показаний со счётчиков энергоресурсов и для управления клапанами и электрооборудованием в контроллере предусмотрена возможность установки следующих типов интерфейсов:
1) интерфейс Х10 для контроля и управления модулями, работающими по сети 220В и протоколу Х10. Для подключения к сети 220В используется внешний модуль преобразователя интерфейса Х10;
2) интерфейсы RS-485 для считывания показаний с датчиков и управления исполнительными модулями, для контроля и управления модулями, работающими по протоколам DMX512. В качестве модулей DMX512 могут быть осветительные приборы;
3) интерфейс RS-485 для считывания показаний с электросчётчиков, водяных, газовых счетчиков и счётчиков тепла;
4) интерфейсы CAN для считывания показаний с электросчётчиков и датчиков;
5) порты ввода сигналов с дискретных или аналоговых датчиков. Типы входов могут переключаться либо электрически в виде перемычек либо программно. К этим входам могут быть подключены датчики протечки воды, утечки газа, дыма, превышения уровня CO и другие датчики, контролирующие качество среды проживания в помещении (например, датчики влажности, освещенности, давления, температуры, качества воздуха и т.п.), а также счётчики с импульсным выходом;
6) выходы открытый коллектор или релейные выходы. Могут использоваться для управления внешним электрооборудованием или управлением клапанами газа или воды, реле, отключающими ввод электроэнергии, кранами отопления.
Также в системе предусмотрены следующие компоненты:
1. Интерфейс, предназначенный для отладки и программирования;
2. Индикация состояния работы контроллера. В качестве индикации могут быть необходимое количество светодиодов или светодиодный символьный дисплей или жидкокристаллический дисплей;
3. Часы реального времени могут быть установлены в виде отдельной микросхемы или встроены в микропроцессор.
В зависимости от задачи управления электрооборудованием на объекте для уменьшения стоимости системы часть из перечисленных функций и узлов может отсутствовать.
Для решения поставленной задачи система выполняет следующие действия:
1. Система производит автоматический сбор данных со счетчиков расхода горячей и холодной воды, газа, электроэнергии и тепла и в заданное время передачу показаний через Интернет или GSM канал связи в расчетный центр для дальнейшей обработки и расчета коммунальных платежей.
2. Система производит постоянный контроль над показаниями датчиков протечки воды, утечки газа, дыма, превышения уровня CO и других аварийных датчиков с передачей соответствующей информации через Интернет или GSM канал связи в ситуационный центр МЧС.
3. Система производит постоянный контроль над качеством электроэнергии, качеством воздуха и снижением или увеличением предельных значений температуры с передачей соответствующей информации через Интернет или GSM канал связи в диспетчерский пункт управляющей компании.
4. Система производит постоянный контроль датчиков объема, открывания двери, разбития стекол и других датчиков проникновения в помещение посторонних людей и предметов, с передачей соответствующей информации через Интернет или GSM канал связи на мобильный телефон пользователя помещения или на пульт ЧОП.
5. Система позволяет пользователю управлять электрооборудованием в помещении, например, освещением, розетками, приводами штор, электрическим отоплением, кондиционерами при помощи встроенного в контроллер WEB сервера.
6. Система позволяет считывать показания с датчиков в помещении, а так же состояние включенных электроприборов и передавать показания на компьютер либо мобильное устройство пользователя через встроенный WEB сервер.
7. Система позволяет осуществлять автоматическое либо полуавтоматическое регулирование комфортных условий в помещении, в т.ч. поддержание постоянной температуры, включение кондиционера, включение освещения в тёмное время и в заданном промежутке времени, включение вентиляции при ухудшении качества воздуха (например, при увеличении уровня концентрации СО или влажности), а также осуществлять другие функции регулирования.
Для защиты от несанкционированного доступа к управлению электрооборудованием помещения посторонними лицами в контроллер добавлена функция «Аутентификация». Она является двухуровневой. Предусмотрен ввод имени и пароля для пользователей системы, управляющих объектом, и отдельно ввод имени и пароля для инсталляторов и администраторов системы, которые могут войти в конфигуратор для настройки контроллера либо считывания показаний счётчиков энергоресурсов.
Встроенное программное обеспечение работает на микропроцессоре, который установлен в составе контроллера и позволяет в полной мере реализовать все заложенные функции контроллера.
ПО контроллера обеспечивает следующие функции:
1) Сбор показаний со счётчиков и аварийных датчиков и передачу их через Интернет или GSM канал связи на диспетчерский пункт.
2) Автономный процесс регулирования оборудования для поддержания комфортных условий в помещении.
3) Доступ к WEB серверу, который обеспечивает взаимодействие пользователя через WEB браузер или специальное ПО с контроллером, устройствами ввода-вывода, таймерами и др.
4) Доступ к разделу настройки и конфигурации контроллера для администратора.
Для управления помещением пользователь может воспользоваться встроенным WEB сервером контроллера. Для этого со своего мобильного или стационарного компьютера, смартфона или планшетного компьютера, а также иных устройств, подключенных к локальной сети (либо сети Интернет в случае удаленного управления), пользователь с помощью встроенного WEB браузера заходит на страницу своего контроллера. Контроллер отсылает в WEB браузер пользователя страницу со следующими элементами:
- изображением помещения или другого объекта,
- изображением состояния электрооборудования в помещении,
- показаниями датчиков,
- значениями климатических датчиков,
- информацией о своевременной оплате за энергоресурсы,
- информацией от управляющей компании,
- изображениями с IP камер наблюдения в доме,
- другими данными, необходимыми для пользователя.
Для настройки контроллера, изменения изображений, установки адресов, количества датчиков и других параметров, во встроенном ПО контроллера добавлен раздел конфигурации. Этот раздел доступен с уровнем аутентификации администратора и не доступен пользователю. В качестве администратора может выступать управляющая компания, арендодатель, инсталлятор, ситуационный центр МЧС и другие.
При наличии в здании нескольких контроллеров, пользователь или администратор может иметь доступ для управления сразу несколькими контроллерами.
Данное техническое решение более эффективно и удобно в применении, чем прототип, так как существенно расширяет его функции и сферу применения. Система позволяет управляющим компаниям своевременно получать оплату за энергоресурсы и следить за аварийными ситуациями, а пользователям следить за микроклиматом в помещении и управлять электрооборудованием.
Данное техническое решение может применяться в многоквартирных домах, коттеджных поселках, гостиничных номерах, больничных стационарах, административных помещениях, складских помещениях, а также в других помещениях и прилегающих к ним территориях.
Реферат
1. Система комплексной автоматизации и диспетчеризации зданий, с функциями обеспечения безопасности зданий, характеризующаяся тем, что содержит контроллер, в состав которого входят микропроцессор, память и источник питания, при этом система содержит взаимосвязанные с контроллером N портов ввода, N портов вывода, N интерфейсов, обеспечивающих автоматический сбор и передачу данных со счетчиков энергоресурсов, N интерфейсов, выполненных с возможностью контроля над показаниями аварийных датчиков, N интерфейсов, обеспечивающих возможность передачи информации в ситуационный центр МЧС, N интерфейсов, выполненных с возможностью контроля датчиков проникновения в помещение посторонних людей и предметов, а именно датчиков объема, открывания двери, разбития стекол, N интерфейсов, обеспечивающих возможность дистанционной передачи информации, N интерфейсов, обеспечивающих возможность связи с внешними интерфейсами, N интерфейсов, обеспечивающих контроль и управление модулями внешнего электрооборудования; система дополнительно снабжена интерфейсом, обеспечивающим связь с дополнительной памятью, и узлом индикации, выполненным с возможностью визуального отображения состояния работы контроллера.2. Система комплексной автоматизации и диспетчеризации зданий по п. 1, отличающаяся тем, что содержит интерфейс Ethernet, N интерфейсов USB, интерфейс Х10, интерфейс DMX512, N интерфейсов RS-485, N интерфейсов CAN.3. Система комплексной автоматизации и диспетчеризации зданий по п. 1, отличающаяся тем, что снабжена дополнительно интерфейсом Wi-Fi и GSM модемом, обеспечивающими передачу данных в расчетный центр, диспетчерский пункт, пульт ЧОП, ситуационный центр МЧС и непосредственно хо
Формула
