Управление системой «Интеллектуальный дом» через Интернет. Аппаратно-программные решения внутренней сети. (стр. 4 из 5)

- 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.

Стандарт FOUNDATION fieldbus

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 OpenSystemInterconnect (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]

2.4 Интегрированная система управления информационной, вычислительной и коммуникационной инфраструктурой

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.

Архитектура системы

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].

Раздел 3. Построение макета интегрированной системы управления зданием

Условия создания системы

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.

Архитектура системы

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.

Структура аппаратного модуля

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 (CarrierDetect) - 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.