УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ С ИНТЕРФЕЙСОМ КОММУНИКАЦИОННОЙ ШИНЫ EIB ИЛИ LONWORKS

Полезная модель относится к такой области техники, как сигнализации о различных отклонениях от заранее заданных условий и выполнение определенных действий на основании анализа данных отклонений. Она может быть применена для организации разнообразных распределенных систем контроля и управления.
На сегодняшний день всемирного распространения приобрели системы автоматизации, построенные на основании стандартов Европейской Инсталяцийной Шины - EIB и шины LonWorks. В таких системах каждое устройство (датчик или конечное исполнительное устройство) имеет в своем составе коммуникационный контролер шины EIB или LonWorks, который обеспечивает механическое и электрическое соединение и обмен данными между шиной и шинным устройством, и микропроцессор с программой, которая поддерживает установленный ассоциацией EIBA (для шины EIB) или ассоциацией LonMark (для шины LonWorks) протокол взаимодействия, что позволяет ему обмениваться информационными командами с другими устройствами (датчиками и конечными исполнительными устройствами), произведенными компаниями членами ассоциации EIBA или ассоциации LonMark. Все устройства, которые участвуют в информационном обмене на шине, имеют центральные процессоры и память и запрограммированы соответствующим образом для выполнения заданных пользователем системы сценариев автоматизации.
Стандарты EIB и LonWorks в соответствии с 7-ми уровневой эталонной моделью OSI (далее "моделью OSI") включают в себя описания отдельных уровней взаимодействия, а именно:
1. Физический уровень, который описывает физическую среду передачи информации (для EIB и LonWorks это витая пара - два сплетенных провода) и топологию прокладывания шины. Для EIB используется свободная топология прокладывания шины, а для LonWorks - в зависимости от скорости передачи информации.
2. Коммуникационный уровень, который описывает принципы передачи электрических сигналов и устранения коллизий, для EIB и LonWorks - это CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), т.е. все устройства могут передавать информацию в любой момент времени и не нуждаются в специальном разрешении.
3. Сетевой уровень описывает размер информационных пакетов и технологию подтверждения их доставки.
4. Транспортный уровень описывает адресацию на шине и принципы передачи информации одному отдельному устройству, группе устройств, или всем устройствам одновременно.
5. Сессионный уровень описывает сеансы обмена данными между конечными устройствами.
6. Презентационный уровень описывает кодировку данных (компрессия, шифрование).
7. Прикладной уровень описывает протокол информационного обмена, коды команд, содержимое пакетов, и тому подобное.
Следовательно, первые 4 уровня относятся к нижним физическим (коммуникационным) уровням, и представляют собой только средства для информационного обмена, последние 3 уровня относятся к верхним логическим (протокольным) уровням и представляют собой описания протоколов взаимодействия между устройствами.
Ближайшим аналогом данной полезной модели являются устройства, произведенные компаниями-членами ассоциации ЕIВА или компаниями-членами ассоциации LonMark, которые поддерживают все 7 вышеуказанных уровней взаимодействия, стандартизированные своими ассоциациями. Принцип построения систем на основании данных устройств подробно раскрыт в стандартах ЕIВ (www.eiba.com), разработанному компанией Siemens и LonWorks (www.lonworks.com), разработанному компанией Echelon. Сами стандартные EIB-устройства подробно описаны на веб-сайте www.eibmarkt.com, а LonWorks-устройства на веб-сайте www.echelon.com/productdb.
Недостатками стандартизированного информационного обмена на шинах ЕIВ и LonWorks являются:
- доступность протоколов верхних уровней только тем компаниям, которые входят в ассоциацию ЕIВА или в ассоциацию LonMark;
- высокая стоимость протоколов верхних уровней, а также вступления и пребывания в вышеуказанных ассоциациях;
- сложные к выполнению условия сертификации, которые ограничивает доступ в ассоциацию производителей оборудования ЕIВ или LonMark;
- ограниченность возможностей стандартизированных протоколов верхних уровней и невозможность вносить изменения и поправки под конкретную задачу.
В основу полезной модели поставлена задача использования в стандартах ЕIВ и LonWorks только наилучшего - их коммуникационных шин, т.е. 4-х нижних уровней взаимодействия (физического, коммуникационного, сетевого, транспортного), согласно с 7-ми уровневой "моделью OSI", и создание собственных протоколов верхних уровней, которые отличаются от стандартизированных ассоциациями ЕIВА и LonMark и специально рассчитаны на решение конкретных задач при построении любой системы контроля и управления. Кроме того, необходимо было разработать универсальное устройство для контроля и управления, которое бы содержало в себе большинство известных интерфейсов для подключения считывателей идентификационных кодов, а также разнообразных датчиков и конечных исполнительных устройств.
Суть полезной модели объясняет чертеж, на котором изображена на фиг.1 структурная схема устройства контроля и управления, которое может осуществлять информационный обмен на коммуникационной шине EIB или на коммуникационной шине LonWorks с помощью собственных альтернативных, не стандартизированных ассоциациями EIBA или LonMark протоколов (3-х верхних уровней взаимодействия, согласно "модели OSI"), наиболее адаптированных к задаче, и которое содержит интерфейсы для подключения считывателей идентификационных кодов (проксимити-считывателей, считывателей штрих-кодов, считывателей TouchMemory, и тому
подобное), а также цифровых и аналоговых датчиков (датчиков освещения, движения, напряжения, и тому подобное) и цифровых и аналоговых конечных исполнительных устройств (релейных модулей, семисторных модулей, електромеханических замков, и тому подобное).
Поставленная задача решается тем, что при построении собственных электронных систем контроля и управления, в которых присутствуют устройства, которые физически располагаются на растоянии друг от друга, но нуждаются в информационном обмене, в качестве коммуникационной шины применяется шина ЕIВ или шина LonWorks, т.е. устройства контроля и управления содержат интерфейсные блоки шины ЕIВ или шины LonWorks 1 (например, для шины EIB это: TP-UART-EIB, FZE1065E, FZE1066, и тому подобное, а для шины LonWorks это микросхемы типа NeuronChip). Но отличие заключается в том, что при этом используются собственные созданные протоколы информационного обмена (3-х верхних уровней взаимодействия, согласно "модели OSI"), адаптированные под потребности системы, а не стандартизированные ассоциациями EIBA и LonMark, которые реализуются при помощи микропроцессорного блока 2. Кроме того, реализуются блоки интерфейсов параметрических входов 3, логических входов 4 и аналоговых входов 5, цифровых и аналоговых выходов 6 и считывателей идентификационных кодов 7, которые связаны с микропроцессорным блоком 2.
Таким образом, в полезной модели внедрена возможность использовать лучшее от стандартов EIB и LonWorks, а именно - коммуникационную шину (до 4-х нижних уровней взаимодействия, согласно "модели OSI"), вместе с тем разработав свои собственные протоколы информационного обмена (3 верхних уровня взаимодействия, согласно "модели OSI"), которая наделяет созданные таким образом электронные системы контроля и управления следующими свойствами:
- свободная топология сетей;
- принципы передачи данных CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), т.е. все устройства могут передавать информацию в любой момент времени;
- доступность контролеров коммуникационной шины, которые аппаратно реализуют до 4-х нижних уровней взаимодействия, согласно "модели OSI";
- возможность создания собственных систем контроля и управления с использованием коммуникационных шин EIB или LonWorks без поддержки стандартизированных протоколов верхних уровней и без вступления в ассоциации EIBA или LonMark;
- возможность применения собственных протоколов информационного обмена (3-х верхних уровней взаимодействия, согласно "модели OSI").
Присутствие разнообразных интерфейсов в полезной модели позволяет подключать к устройствам контроля и управления и использовать в системе большое количество разнообразного конечного оборудования (датчиков, конечных исполнительных устройств и считывателей идентификационных кодов).