СИСТЕМА КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ИНЖЕНЕРНЫМИ СИСТЕМАМИ ОБЪЕКТА

Полезная модель относится к регулирующим и управляющим системам общего назначения, а более конкретно, к системам контроля, измерения параметров работы оборудования и управления инженерным системами зданий, сооружений и других сложных объектов.
Известна система контроля и управления инженерными системами объекта, содержащая выполненные модульно основной контроллер, установленные на линии связи контроллер аналоговых систем с аналоговыми датчиками, цифровые датчики контроля, установленные на цифровой шине и исполнительные устройства, а также клавиатуру, соединенную с основным контроллером (см. заявку РФ №2002105037, кл. G 08 B 13/00, оп. 20.08.2003 г.).
Известна также система контроля и управления инженерными системами объекта, содержащая, по меньшей мере, два устройства для управления инженерными системами здания, диспетчерский пульт, по меньшей мере, один соединительный кабель, при этом, по меньшей мере, два из упомянутых устройств для управления инженерными системами здания объединены с помощью соединительного кабеля, по меньшей мере, в одну первичную подсистему автоматизированной системы диспетчерского управления, связанную с диспетчерским пультом и/или с другой подсистемой указанной автоматизированной системы диспетчерского управления, причем, по меньшей мере, две первичные подсистемы могут быть с помощью, по меньшей мере, одного соединительного кабеля объединены во вторичную подсистему автоматизированной системы диспетчерского управления, связанную с
диспетчерским пультом и/или с другой подсистемой автоматизированной системы диспетчерского управления, при этом в качестве, по меньшей мере, части упомянутых соединительных кабелей используют кабели информационной структурированной кабельной системы здания, кроме того, автоматизированная система диспетчерского управления может быть связана с другими системами диспетчерского управления (см. патент РФ №2178909, кл. G 05 B 15/02, оп. 27.01.2002 г.).
Наиболее близкой к заявленной является система контроля и управления инженерными системами объекта, преимущественно многоэтажного здания, содержащая центральный вычислительный модуль с устройством ввода-вывода, датчики контроля, и/или измерения, и/или управления, и/или устройства управления узлами и агрегатами инженерного оборудования здания, подключенного через коммуникационные узлы к системе централизованного питания и блокам автономного управления этим оборудованием, при этом она снабжена контроллерами, расположенными в местах размещения коммуникационных узлов, подключенных к центральному кроссу системы централизованного питания и блокам автономного управления инженерным оборудованием по схеме иерархической звезды или по схеме шин, контроллеры подключены по схеме иерархической звезды или по схеме шин к устройству ввода-вывода центрального вычислительного модуля, при этом к каждому контроллеру последовательно или по схеме указанной звезды подключены модули удаленного ввода-вывода, к каждому из которых подсоединен соответствующий датчик контроля, и/или измерения, и/или управления, и/или устройство управления конкретным узлом или агрегатом инженерного оборудования здания и по крайней мере одной дополнительной компьютерной станцией, при этом последняя своим модулем ввода-вывода связана по локальной компьютерной сети с центральным вычислительным модулем и выделенным каналом с соответствующим контроллером, а дополнительные компьютерные
станции связаны между собой по информационному каналу по схеме иерархической звезды через концентраторы локальных вычислительных сетей, расположенных в выделенных каналах (см. патент РФ №2133490, кл. G 05 B 15/00, оп. 20.07.1999 г.).
Полезная модель позволяет повысить надежность работы системы.
Указанный технический результат достигается тем, что система контроля и управления инженерными системами объекта, содержащая центральную станцию мониторинга, связанную с мастер контроллерами, оконечные контроллеры, подключенные к шине обмена и снабженные средствами для подключения к инженерным системам объекта, дополнительно содержит блок коммутации, входы которого подключены к концам шины обмена, а выходы - ко входам мастер контроллеров, выполненных двухканальными, а также блок контроля работоспособности, входы которого подключены к мастер контроллерам, а выход - к управляющему входу блока коммутации, при этом шина обмена имеет петлевую топологию.
Указанный результат достигается также тем, что мастер контроллер содержит первый и второй контроллеры шины, снабженные портами для подключения к блоку коммутации и связанные с блоком управления, который связан с блоком хранения управляющей программы, таймером системы, блоком внешних интерфейсов, блоком индикации, блоком хранения сценариев системы и с блоком связи, который снабжен выходами для подключения к центральной станции мониторинга и для подключения к блоку контроля работоспособности, а также связан с блоком хранения управляющей программы и блоком хранения сценариев системы.
Указанный результат достигается и тем, что оконечный контроллер содержит контроллер шины, снабженный портом для связи с шиной обмена и связанный с блоком управления, который связан с блоком хранения программ, блоком хранения сценариев автономного режима, блоком управления инженерными системами, имеющим выход для подключения к
инженерным системам объекта, и блоком ввода информации, имеющим вход для подключения к инженерным системам объекта.
На фигуре показана структурная схема системы контроля и управления инженерными системами объекта.
Система контроля и управления инженерными системами объекта содержит центральную станцию 1 мониторинга, связанную с мастер контроллерами 2 и 3, оконечные контроллеры 4 и 5 (в данном примере выполнения системы показаны только два оконечных контроллера, однако их может быть и больше) подключенные к шине 6 обмена данными между мастер контроллерами 2, 3 и оконечными контроллерами 4, 5. По своей топологии шина 6 представляет собой незамкнутую петлю и физически может быть выполнена, например, в виде витой пары. Центральная станция 1 мониторинга может быть удаленной и подключаться к мастер контроллерам через телефонную сеть, радиосеть или компьютерную сеть.
Оконечные контроллеры 4 и 5 снабжены входом 7 и выходом 8, являющимся средствами для подключения к установленным на объекте (жилом здании, сооружении, промышленном предприятии) инженерным системам 9 (условно показанным в виде единого блока). Система содержит также блок коммутации 10 (выполненный на базе реле фирмы Matsushita-JW12), входы которого подключены к концам шины 6 обмена, а выходы - ко входам мастер контроллеров 2 и 3, которые выполнены двухканальными. Блок 11 контроля работоспособности, выполненный, например, на базе многофункционального микроконтроллера на микросхеме Microchip-PIC16F876, своими входами подключен к мастер контроллерам 2 и 3, а выходом - к управляющему входу блока 10 коммутации.
Мастер контроллеры 2 и 3 с целью унификации могут быть выполнены с одинаковой структурой. В частном случае выполнения мастер контроллер содержит первый 12 и второй 13 контроллеры шины (выполненные на базе микросхем Siemens-TP-UART, Fail-child-МСТ2),
снабженные портами для подключения к блоку коммутации 10 (порты не показаны). Контроллеры 12 (контроллер первого канала) и 13 (контроллер второго канала) связаны с блоком 14 управления (может быть выполнен на базе микропроцессора фирмы Atmel-АТ91М6300), который в свою очередь связан с блоком 15 хранения управляющей программы, таймером 16 (на базе микросхемы Dallas-DC1305) системы, блоком 17 внешних интерфейсов (на базе микросхемы Fairchild-ULQ2003), блоком 18 индикации (на базе микросхемы Texas Instruments-74НС595), а также с блоком 19 связи, предназначенным для обеспечения взаимодействия с такими устройствами как блок 11 контроля работоспособности и центральная станция 1 мониторинга. Блок 19 связи снабжен выходом для подключения к центральной станции 1 мониторинга, а также выходом для подключения к блоку 11 контроля работоспособности. Блок 19 связи, который может быть выполнен, например, на базе преобразователей сигналов уровня ТТЛ в сигналы стандарта RS232 на микросхеме Sipex-SP232, подключен также к блоку 15 хранения управляющей программы и блоку 20 хранения сценариев системы, который связан с блоком 14 управления. Блок 20 хранения сценариев системы, а также блок 15 хранения управляющей программы могут быть выполнены на базе микросхем энергонезависимой памяти AMD-AM29LVT 60 или Samsung-K6R4016.
Оконечные контроллеры в зависимости от конфигурации всей системы могут быть выполнены как одинаковыми, так и различными по своей структуре. Рассмотрим пример с одинаковым выполнением оконечных контроллеров 4 и 5. В рассматриваемом примере выполнения оконечный контроллер 4 содержит контроллер 21 (на базе контроллера-преобразователя сигналов Siemens-TP-UART со схемой опторазвязки Fairchild-МСТ2) шины, снабженный портом (не показан) для связи с шиной б обмена и связанный с блоком 22 управления. Последний связан с блоком 23 хранения программ, блоком 24 хранения сценариев автономного
режима, блоком 25 управления инженерными системами, имеющим выход 8 для подключения к инженерным системам объекта, и блоком 26 ввода информации (например, на базе буферного регистра Fairchild-74HT244 со схемой записи), имеющим вход 7 для подключения к инженерным системам 9 объекта. Блок 22 управления, а также блок 23 хранения программ могут быть выполнены на базе микросхемы Microchip-PIC16F876. Блок 24 хранения сценариев автономного режима может быть выполнен, в частности, на базе микросхем электрически перепрограммируемой энергонезависимой памяти Microchip-24LC256. Блок 25 управления инженерными системами может быть выполнен на базе преобразователей уровней Sipex-SP485 и сдвигового регистра Texas Instruments 74HC595.
Система контроля и управления инженерными системами объекта работает следующим образом.
Предварительно осуществляют конфигурирование системы. Для этого с центральной станции 1 мониторинга в блок 20 хранения сценариев системы посредством блока 19 записывается информация, определяющая реакции системы на различные внешние воздействия, а блок 15 хранения управляющей программы - пакет программного обеспечения управляющей программы. Также с центральной станции 1 мониторинга в блок 24 хранения сценариев автономного режима, посредством блоков 19, 14, 12 (или 13), 10, шины 6 обмена, а также блоков 21 и 22, вводится информация, определяющая реакции оконечного контроллера 4, 5 в автономном режиме, а в блок 23 хранения программ - программы, отвечающие за работу оконечного контроллера.
Оба конца шины 6 обмена посредством блока 10 коммутации подключены одновременно ко входам одного из мастер контроллеров: 2 или 3. Для определенности предположим, что первоначально оба конца шины 6 подключены ко входам мастер контроллера 2, выполненного двухканальным. Это означает, что один конец шины 6 обмена подключен к
первому каналу мастер контроллера 2, т.е. к входу первого контроллера 12 шины, а второй конец шины 6 обмена - ко второму каналу мастер контроллера 2, т.е. к входу второго контроллера 13 шины. Блок 14 управления через первый контроллер 12 шины посылает в последнюю контрольные сигналы с заданным интервалом времени. В случае получения указанных контрольных сигналов по шине 6 вторым контроллером 13 шины, блок 14 управления принимает решение о целостности шины 6. Блок управления 22 каждого оконечного контроллера 4 или 5 через соответствующий контроллер 21 шины и шину 6 также посылает тестовые сигналы с заданным интервалом времени на блок 14 управления мастер контроллера 2. Получение указанных сигналов блоком 14 управления также свидетельствует о целостности соответствующего участка шины 6 и об исправности соответствующего оконечного контроллера 4 или 5. Блок 11 контроля работоспособности контролирует описанные тестовые сигналы через блок 19 связи. В свою очередь, блок 11 контроля работоспособности также посылает свои тестовые сигналы через блок 19 связи в блок 14 управления. На основе анализа этих сигналов блоком 11 принимается решение о работе системы в режиме нормального функционирования. Сигнал об этом передается на центральную станцию 1 мониторинга.
В режиме нормального функционирования блок 26 ввода информации каждого оконечного контроллера по своему входу 7 получает сигналы от датчиков температуры, давления, расхода и других физических параметров (не показаны), установленных на элементах инженерных систем 9 контролируемого объекта. Эти сигналы через блок 22 управления, контроллер 21 шины, шину 6, блок 10 коммутации и первый контроллер 12 шины поступают в блок 14 управления. В случае выхода одного или нескольких сигналов датчиков за заданные для них пределы, блок 14 управления запускает выполнение соответствующей программы (сценария поведения системы в ответ на возникшую ситуацию), находящейся в блоке 20 хранения сценариев системы. Каждой ситуации на объекте
соответствует определенный сценарий (или группа сценариев) поведения системы, т.е. определенная последовательность управляющих воздействий на органы управления (не показаны) инженерными системами 9 объекта. Указанная последовательность воздействий осуществляется блоком 14 управления через первый контроллер 12 шины, блок 10 коммутации, шину 6 и, расположенные в оконечном контроллере 4 или 5, контроллер 21 шины, блок 22 управления и блок 25 управления инженерными системами. В качестве входного сигнала для запуска сценариев поведения системы могут использоваться сигналы от блока 17 внешних интерфейсов, синхронизированные сигналами таймера 16 системы. Параметры текущего режима работы системы и/или выполняемого сценария могут отображаться блоком 18 индикации мастер контроллера, а также передаваться на центральную станцию 1 мониторинга.
При отсутствии на шине 6 контрольных сигналов, фиксируемых вторым контроллером 13 шины, и тестовых сигналов от мастер контроллера 2, блок 11 контроля работоспособности принимает решение о выходе этого мастер контроллера из строя и посредством блока 10 коммутации переключает оба конца шины 6 на вход второго мастер контроллера 3, также выполненного двухканальным. При этом блок 11 контроля работоспособности посылает через блок 19 связи сигнал на центральную станцию 1 мониторинга. После этого система продолжает функционировать в нормальном режиме, используя ресурсы мастер контроллера 3.
В случае отсутствия соответствующих контрольных и тестовых сигналов от мастер контроллера 3, блок 11 контроля работоспособности фиксирует выход из строя второго мастер контроллера 3. Блок 11 контроля работоспособности посылает сигнал тревоги на центральную станцию 1 мониторинга и переводит систему в автономный режим работы.
В автономном режиме работы оконечные контроллеры 4 и 5 функционируют в соответствии с программами (сценариями работы),
хранящимися в блоке 24 сценариев автономного режима. Указанные сценарии реализуются через блок 22 управления оконечного контроллера и блок 25 управления инженерными системами.
Блок 22 управления оконечного контроллера периодически посылает тестовые сигналы на блок управления 14 мастер контроллера. В случае получения от мастер контроллера сигнала, подтверждающего его включение в работу, оконечный контроллер переходит в нормальный режим работы.
Одной из возможных неисправностей в системе является одиночный обрыв шины 6. В этом случае блок 14 управления, не получив контрольных сигналов со второго контроллера 13 шины, принимает решение о переходе в режим работы по двум отдельным частям шины 6. В этом режиме контроллер 12 шины и контроллер 13 шины поддерживают связь с оконечными контроллерами каждый по своей части шины 6. В случае восстановления целостности шины 6 и получения контрольного сигнала блоком 14 управления, последний восстанавливает нормальную работу системы.
В случае двойного обрыва шины 6 один или несколько оконечных контроллеров могут оказаться отрезанными от мастер контроллера. Указанные оконечные контроллеры переходят в режим автономной работы. Оконечные контроллеры, сохранившие связь с соответствующим мастер контроллером, переходят в режим работы по описанному выше сценарию с одиночным обрывом шины 6.
Дополнительное повышение надежности системы достигается за счет того, что, при необходимости, с помощью специальной конфигурационной программы, установленной на центральной станции 1 мониторинга, возможно изменение программного обеспечения, хранящегося в блоках 11, 15, 20, 23 и 24. Причем это может быть осуществлено не только перед началом работы системы, но и непосредственно в процессе ее работы.