Интеллектуальная гибридная модульная система управления зданием (умный дом) "insyte" - RU2628289C1

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к микропроцессорным системам управления силовыми нагрузками и опроса датчиков и предназначена для использования в устройствах автоматизации зданий и производственных процессов (умный дом).

Уровень техники

Известна интеллектуальная модульная система управления зданием (умный дом), содержащая контроллер, выполненный с возможностью работы в проводной сети, а также подключенные к контроллеру с использованием проводной сети исполнительные проводные модули, предназначенные для подключения к контроллеру датчиков и исполнительных устройств (см. описание к патенту RU №53510 U1, МПК Н02Н 7/00, G06F 19/00, опубликовано 10.05.2006).

Признаки известного технического решения, являющиеся общими с заявленным, заключаются в наличии контроллера, выполненного с возможностью работы в проводной сети, а также подключенных к контроллеру с использованием проводной сети исполнительных проводных модулей, предназначенных для подключения к контроллеру датчиков и исполнительных устройств.

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении требуемого технического результата, заключается в том, что связь датчиков и исполнительных устройств с контроллером осуществляется только при помощи проводной сети.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является интеллектуальная гибридная модульная система управления зданием (умный дом), содержащая контроллер, выполненный с возможностью работы в проводной сети RS-485 и в беспроводной сети с использованием протокола ZigBee, а также подключенные к контроллеру с использованием проводной сети RS-485 исполнительные проводные модули, предназначенные для подключения к контроллеру датчиков и исполнительных устройств, и подключенное к контроллеру с использованием беспроводной сети по протоколу ZigBee глобальное хранилище профилей оборудования, расположенное на удаленном сервере (см. описание к патенту RU №130098 U1, МПК G05B 15/00, опубликовано 10.07.2013 Бюл. №19).

Признаки известного технического решения, являющиеся общими с заявленным, заключаются в наличии контроллера, выполненного с возможностью работы в проводной сети RS-485 и в беспроводной сети с использованием протокола ZigBee, а также подключенных к контроллеру с использованием проводной сети исполнительных проводных модулей, предназначенных для подключения к контроллеру датчиков и исполнительных устройств.

Причина, препятствующая получению в известном техническом решении требуемого технического результата, заключается в том, что связь датчиков и исполнительных устройств с контроллером осуществляется только при помощи проводной сети.

Техническая проблема заключается в создании максимально универсальной системы управления зданием, обладающей следующими возможностями: сверхбыстрая, простая, удобная и экономичная установки системы; низкая стоимость; легкая доступность проектирования; возможность управления всеми существующими широко распространенными исполнительными устройствами, такими как приводы, задвижки, клапаны, лампы освещения, нагревательные элементы, кондиционеры, ТВ, аудио-, видеотехника и др.; легкая интеграция с такими способами передачи данных, как проводные и беспроводные; использование самых распространенных протоколов автоматизации; применение всех существующих средств управления, таких как компьютеры, планшеты, смартфоны; возможность локального и удаленного управления, включая локальные сети, интернет сети, по Wi-Fi и GSM-каналам; языковая доступность для широкого круга потребителей. Техническая проблема также заключается в необходимости расширения арсенала систем управления зданием «Умный дом» за счет сочетания в одной системе проводных и беспроводных каналов связи контроллера с датчиками и исполнительными устройствами.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат заключается в объединении в одной системе радиотракта с проводными технологиями путем создания так называемого моста между ними, выполняющего функцию интегратора. Благодаря этому специалист, имея навыки работы в проводных системах, без необходимости дополнительного обучения сразу сможет реализовывать проекты любого уровня сложности с применением как проводных, так и беспроводных технологий. Это достигается применением внутри системы глубокого преобразования данных и протоколов из одного в другой путем создания «умной связки» двух протоколов (Modbus и ZigBee). С этой целью в системе осуществлена реализация экономичного, энергоэффективного, помехозащищенного высокочастотного радиосигнала в условиях городской застройки (2,4 GHz); осуществлена реализация объединения широко известного проводного протокола Modbus и новейшего беспроводного протокола ZigBee в современных реалиях, обусловленных отсутствием специалистов в «беспроводной» области и наличием их в «проводной; осуществлена реализация универсального способа управления всеми видами домашней техники, включая все виды аудио-, видеотехники, домашние кинотеатры, кондиционеры, увлажнители, осушители, шторы, ворота, жалюзи и др., управляемые по ИК-каналу. Технический результат также заключается в реализации указанного назначения.

Достигается технический результат тем, что интеллектуальная гибридная модульная система управления зданием (умный дом) содержит контроллер, выполненный с возможностью работы в проводной сети RS-485 с использованием протокола Modbus и в беспроводной сети с использованием протокола ZigBee, подключенные к контроллеру с использованием проводной сети RS-485 исполнительные проводные модули, предназначенные для подключения к контроллеру датчиков и исполнительных устройств, и исполнительные беспроводные модули, подключенные к контроллеру с использованием беспроводной сети по протоколу ZigBee и предназначенные для подключения к контроллеру датчиков и исполнительных устройств, при этом упомянутый контроллер содержит ARM-процессор, часы реального времени, энергонезависимый календарь реального времени, порт RS-485, порт RS-232, GSM-модем, USB-порт, Ethernet-порт, аналоговые входы 0-10В, дискретные входы со счетным режимом, порт 1 Wire для подключения ключей I-Button и датчика температуры LD2-TS, релейные выходы, ZigBee-модем, а упомянутые проводные и беспроводные модули включают управляемые релейные модули в двух исполнениях - миниатюрном исполнении для встраивания в стаканы розеток под выключатели и розетки, а также в исполнении для установки на DIN-рейку, управляемые диммирующие модули, модули инфракрасной связи, модули с цифровыми входами, которые выполнены в миниатюрных корпусах, модули расширения для подключения датчиков с универсальным количеством входов и выходов управления, размещенные в DIN-корпусах, а также датчики движения и освещенности.

Новые признаки заявленного технического решения заключаются в том, что система содержит подключенные к контроллеру с использованием беспроводной сети по протоколу ZigBee исполнительные беспроводные модули, предназначенные для подключения к контроллеру датчиков и исполнительных устройств, а также в упомянутом исполнении контроллера и исполнительных модулей.

Осуществление изобретения

Основой гибридной системы является разработанная заявителем интеллектуальная система управления зданиями (умный дом), идентифицируемая товарным знаком INSYTE, зарегистрированным на имя заявителя (Свидетельство №395219). Система состоит из контроллера SPIDER-Z и ряда исполнительных (удаленных, управляемых) модулей, связанных с контроллером по радио и по проводам. Главной особенностью системы является одновременная передача данных по проводной шине RS-485 и по радиоканалу, GSM-сетям, Ethernet-сетям (LAN, Wi-Fi), 1-Wire, RS-232. По проводам используются протоколы Modbus RTU, Modbus TCP/IP, а по радио - беспроводной протокол ZigBee. Система разработана путем глубокой модернизации проводной шинной распределенной системы автоматизации зданий LanDrive2, которая с 2007 года производится заявителем. LanDrive2 является второй улучшенной версией проводной системы.

Проводная система LanDrive2 представляет собой высокоинтегрированный универсальный модульный программно-аппаратный комплекс, предназначенный для управления всеми подсистемами в здании, такими как: электроснабжение; освещение; контроль климата (управление кондиционерами, отоплением, вентиляцией, влажностью); экономия тепловой энергии, электроэнергии, газа, воды; охранно-пожарная сигнализация; защита от протечек воды; защита от утечек газа; сбор данных со счетчиков газа, воды, электроэнергии; контроль доступа в помещения; видеонаблюдение; солнцезащита (управление рольставнями, шторами, жалюзи); управление аудио- и видеооборудованием; оповещение о случившихся событиях по каналам GSM; локальное и удаленное управление всеми подсистемами (локально и через Интернет). Система LanDrive2 позволяет осуществлять полный контроль над зданием с одного операторского места, а в случае использования в квартирах и частных домах - с одной панели управления, настенной, планшета или смартфона. Система LanDrive2 является масштабируемой, что позволяет устанавливать ее не только в небольших квартирах, высотных административных и жилых зданиях, но и в группах зданий и целых районах. Структурно система состоит из контроллера и исполнительных модулей, связанных между собой сетью "витая пара" RS-485. К исполнительным модулям подключаются управляемое оборудование. Для взаимодействия используется широко известный протокол Modbus/RTU. Таким образом, система LanDrive2 является открытой, а команды управления приложены к каждому изделию серии. Оборудование поддерживает стандартные для Modbus скорости обмена информацией 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600, 76800, 115200 кбит/с, что достаточно для мгновенного выполнения команд и не ухудшает качества связи на достаточно больших расстояниях до 1,5 км. Максимальное количество устройств, управляемых одним контроллером, - 247. Возможно объединение нескольких контроллеров SPIDER в одну сеть. Питание осуществляется от стабилизированного промышленного блока питания. Для абсолютной надежности рекомендуется устанавливать блоки бесперебойного питания на аккумуляторных батареях. Ввиду использования широко распространенного протокола Modbus/RTU возможно включение в систему оборудования сторонних производителей, например подключение графических панелей управления, комнатных термостатов, датчиков и др. Также возможно использование устройств серии LanDrive2 в других системах. Используя любой Modbus ОРС сервер, возможно управление системой без контроллера как такового, с компьютера, выполняющего функцию контроллера. Также возможна интеграция в любую SCADA систему.

На основе системы LanDrive2 заявителем разработана беспроводная интеллектуальная система управления зданиями (умный дом) путем добавления интегрированного в систему LanDrive2 беспроводного кластера, чем была получена качественно иная, гибридная система управления зданиями, не имеющая аналогов. На основе такой гибридной системы будут строиться: интеллектуальные системы «Умный дом» для частных заказчиков; системы управления зданиями организаций и предприятий; системы сбора данных со счетчиков электроэнергии, газа, горячей и холодной воды, коллективные системы управления безопасносттю микрорайонов и районов, городов, такие как управление городским освещением без проводов, системы безопасности городских хозяйств.

Контроллер гибридной системы представляет собой программируемый логический GSM-контроллер (модель SPIDER-Z), разработанный заявителем специально для решения задач автоматизации жилых, офисных и промышленных помещений. Контроллер предназначен для работы в сети RS-485 с использованием протокола Modbus/RTU и распределенной шинной системы LanDrive2, а также в беспроводной сети по протоколу ZigBee. Возможно использование в других системах, использующих протокол Modbus. Контроллер имеет следующие встроенные узлы: мощный ARM-процессор; часы реального времени; энергонезависимый календарь реального времени с автоматическими функциями перевода зимнего и летнего периодов; элемент питания, защищающий часы и календарь от сброса при отключении внешнего питания; порт RS-485 для управления системой LanDrive2; порт RS-232 для управления ресиверами Мультирум и другим оборудованием; GSM-модем для управления системой и оповещения пользователей; USB-порт для программирования контроллера и управления в режиме реального времени через PC; Ehernet-порт для удаленного управления контроллером и системой; аналоговые входы 0-10В (токовая петля) для подключения датчиков, шлейфов охранной и пожарной сигнализации, 2 шт; дискретные входы со счетным режимом для подключения датчиков или счетчиков э/энергии, воды, газа, 4 шт.; порт 1 Wire для подключения ключей I-Button, датчика температуры LD2-TS; релейные выходы, перекидной контакт, 4 шт.; ZigBee-модем для управления беспроводными сетями ZigDrive; аккумулятор, встроенный в корпус контроллера.

Все порты контроллера являются оптически и гальванически развязанными. Контроллер комплектуется GSM-антенной; USB-кабелем для программирования. С помощью него возможно создание:

• проводных сетей "умного" дома INSYTE LanDrive2;

• беспроводных сетей "умного дома" INSYTE ZigDrive;

• комплексных систем сбора и учета данных о потреблении ресурсов, АС-КУЭ по Ethernet, Internet;

• систем охранно-пожарной сигнализации, в том числе и по сетям GSM;

• систем оповещения и удаленного управления по сетям GSM, Ethernet, Internet;

• систем доступа;

• систем протечки воды и утечки газа;

• систем климат-контроля;

• систем управления оборудованием "мультирум";

• систем диспетчеризации, распределенного управления и мониторинга по интернет и локальным сетям, в том числе групп зданий в коттеджных поселках, сотовых станций, очистных сооружений, серверных по сетям GSM, Ethernet, Internet;

• систем автоматического ввода резерва (АВР),

• систем управления котельными по сетям GSM, Ethernet, Internet.

Периферийное оборудование подключено к контроллеру посредством исполнительных модулей (проводных и беспроводных).

ним относятся: 1) управляемые релейные модули в двух исполнениях - миниатюрном исполнении для встраивания, например, в стаканы розеток под выключатели и розетки, а также в исполнении для установки на DIN рейку, которые имеют большую коммутируемую мощность; 2) управляемые диммирующие модули двух модификаций - в модификации модулей, требующих подведения нуля и фазы, и в модификации "разрывных", являющихся более удобными для монтажа в стаканы выключателей, где не проведен нуль; 3) модули инфракрасной связи, а именно трансиверы (приемопередатчики) инфракрасных сигналов, которые выполнены во встраиваемом виде, комплектуются шлифованной металлической панелью, покрытой лаком различных цветов, являются универсальными, позволяют распознавать, запоминать и воспроизводить ИК-команды любого производителя; 4) модули с цифровыми входами, которые выполнены в миниатюрных корпусах, что позволяет встраивать их в стандартные стаканы выключателей, при этом к клеммам модулей подключаются датчики, имеющие выходы типа "сухой контакт"; 5) модули расширения для подключения датчиков с универсальным количеством входов и выходов управления (размещены в DIN-корпусах); 6) датчики движения, освещенности и т.д. различных производителей; 7) стабилизированные промышленные блоки питания соответствующей мощности.

Работа системы заключается в том, что контроллер, имея в себе сценарии управления зданиями, собирает информацию и посылает команды исполнительным (распределенным по зданию) модулям. При этом необходимо программирование контроллера и исполнительных модулей. Для этого используется программа LanDrive ConfiguratorPro, которую можно скачать в разделе ЗАГРУЗИТЬ Сайта компании INSYTE (www.insyte.ru). Программа имеет простой и понятный интерфейс, а также подробный раздел помощи. Программирование осуществляют с персонального компьютера через USB-порт или Ethernet-подключение. После программирования компьютер не используется для работы системы.

Таким образом, контроллер по запрограммированным сценариям управляет сетью проводных и беспроводных исполнительных модулей, которые в свою очередь управляют подключенными к ним различными периферийными устройствами.

Реферат

Изобретение относится к системам автоматизации зданий. Интеллектуальная гибридная модульная система управления зданием (умный дом) содержит контроллер, выполненный с возможностью работы в проводной сети RS-485 с использованием протокола Modbus и в беспроводной сети с использованием протокола ZigBee. К контроллеру подключены с использованием проводной сети RS-485 исполнительные проводные модули, предназначенные для подключения к контроллеру датчиков и исполнительных устройств. К контроллеру подключены с использованием беспроводной сети по протоколу ZigBee исполнительные беспроводные модули, предназначенные для подключения к контроллеру датчиков и исполнительных устройств. Технический результат заключается в объединении в одной системе проводного и беспроводного протоколов.

Формула