МОДУЛЬНАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ СИСТЕМА
MODULAR ENGINEERING SYSTEM

Заявляемое техническое решение относится к управляющим и регулирующим системам общего назначения, а именно к средствам управления различными технологическими процессами - для сбора, обработки и регистрации диагностических и командных извещений различного вида, а также для управления акустическими, оптическими и иными оповещателями и всевозможными исполнительными устройствами, преимущественно в системах, относящихся к типу адресных и имеющих модульную распределенную структуру, объединенную цифровым интерфейсом (адресной шиной). Система может быть использована в комбинированных системах жизнеобеспечения зданий, включающих средства охранной и пожарной сигнализации, пожаротушения, контроля и управления доступом (турникеты, шлюзы, задвижки, шлагбаумы, двери), контроля и управления инженерным оборудованием (кондиционированием и вентиляцией, водоснабжением, электроснабжением с учетом расхода воды и/или электроэнергии), управления освещением, а также многие другие.
Известна модульная инженерная система для энергетической установки с множеством взаимодействующих между собой частей установки, с выполняющими различные функции в общей для частей установки автоматизированной системе управления приборами автоматики, причем приборы автоматики связаны друг с другом и с управляющим блоком через шину данных, передающую важные для установки данные, отличающееся тем, что приборы автоматики в соответствии с технологической структурой установки объединены в работоспособные независимо друг от друга блоки, причем каждый работоспособный блок соответствует функциональной цепочке (1-n), охватывающей множество частичных функций, причем частичные функции функциональной цепочки связаны через общую линию данных, которая передает только важные для работоспособного блока данные, причем каждая частичная функция охватывает множество подсистем с управляемыми компонентами установки (RU заявка №94021650, опубл. 2003).
Недостатками данной системы являются сложность настройки, узость функциональных возможностей, ограничивающая разнообразие периферийного оборудования, и низкая надежность контроля состояния объекта и управления исполнительными устройствами.
Известна модульная инженерная система контроля и управления технологическими процессами, содержащая персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ) и группу взаимодействующих с ней объединенных между собой цифровым интерфейсом контроллеров, соединенных через локальную вычислительную сеть между собой, каждый из которых связан с периферийным оборудованием в одной из зон комплекса, включающим датчики, а также исполнительные устройства и оповещатели, объединенные через локальную вычислительную сеть рабочие станции и серверы на базе персональных электронных вычислительных машин (ПЭВМ), при этом каждый контроллер содержит модуль центрального процессора (МЦП), предназначенный для управления функциональными модулями и исполнительными механизмами, и модули функциональные (МФ) с конфигурируемой структурой, предназначенные для обработки сигналов от датчиков и формирования сигналов управления исполнительными механизмами, соединенные через системную шину VME-bus, причем модуль функциональный МФ с конфигурируемой структурой содержит схему интерфейса VME-bus, мезонины ввода и мезонины вывода переменного количества и структуры, соединенные через первую группу разъемов со схемой обработки сигналов и управления, а через вторую группу разъемов - с внешними входами и выходами модуля функционального, соответственно, для подключения внешних датчиков и исполнительных механизмов (RU №2279117, 27.02.2006, прототип).
Недостатками данной системы являются сложность настройки, узость функциональных возможностей из-за того, что он имеет фиксированные параметры настройки, не допускающие изменение конфигурации без перезагрузки, и низкая надежность управления исполнительными устройствами, так как системные ресурсы не разделяются на различных уровнях, что и приводит к конфликтам.
Технической задачей изобретения является создание эффективной модульной инженерной системы, а также расширение арсенала модульных инженерных систем.
Технический результат, обеспечивающий решение задачи состоит в упрощении настройки, расширении функциональных возможностей для оптимальной компоновки системы на объекте и взаимодействия с распределенными по протяженным линиям связи различными по конструктивному выполнению, программному обеспечению и контролируемым параметрам типами извещателей (датчиков) и для управления разнообразными видами исполнительных механизмов, элементов сигнализации за счет обеспечения возможности распознавать и адаптировать изменения аппаратной конфигурации без вмешательства пользователя и без необходимости перезагрузки какого-либо компьютера системы, повышена надежность электропитания за счет способности динамического перевода устройств системы в режим энергосбережения и обратно, при котором устройства потребляют электроэнергию только в том случае, когда они выполняют полезную работу, а устройства, которые в течение заданного временного интервала не используются, отключаются, и впоследствии включаются по требованию, а также в повышении надежности и точности управления исполнительными устройствами, поскольку исключает риск утраты совместимости, в условиях статических и импульсных помех.
Сущность заявляемого технического решения состоит в том, что модульная инженерная система содержит взаимодействующие между собой контроллеры, каждый из которых связана с группой периферийного оборудования в одной из зон комплекса, включающей датчики, исполнительные устройства и оповещатели, при этом контроллеры всех зон выполнены универсальными для работы с единым программным обеспечением, а сопряжение их с периферийным оборудованием выполнено при помощи интерфейсных адресных микропроцессорных микромодулей с микропроцессорами, выполненных с программной конфигурацией plug-and-play для динамической индивидуальной обработки событий и информации с приведением ее к единой программной форме для передачи контроллеру и преобразования информации, передаваемой контроллером в единой программной форме, в индивидуальные команды, исполняемые периферийным оборудованием, с образованием единого адресного пространства, обеспечивающего согласование при обмене информацией между периферийными устройствами и взаимодействующими контроллерами, с возможностью регистрации и получении уведомлений об определенных событиях.
Предпочтительно периферийное оборудование объединено в группы, каждая из которых связана с контроллером с помощью одного из интерфейсных адресных микромодулей, а универсальные контроллеры выполнены в виде ЭВМ, а для регистрации и получения уведомлений об определенных событиях все ЭВМ подключены к центральной ПВЭМ.
При этом контроллер содержит печатную плату, на которой установлен микропроцессор, и связанные с ним источник питания, постоянное запоминающее устройство, устройство контроля времени и схема управления исполнительными реле, а также линии связи, управления и сигнализации, при этом он снабжен схемой согласования и защиты линий связи, схемой согласования с элементами сигнализации и магистральным усилителем, подключенными к микропроцессору, причем устройство контроля времени выполнено в виде устройства контроля реального времени и даты и совместно с постоянным запоминающим устройством подключено к микропроцессору, а источник питания выполнен в виде преобразователя переменного тока в постоянный ток, диода, схемы управления зарядом внешнего аккумулятора и трех преобразователей напряжения постоянного тока, первый и второй из которых подключены к выходу преобразователя переменного тока, а третий - к микропроцессору, постоянному запоминающему устройству, устройству контроля реального времени и даты и к схеме согласования и защиты линий связи, при этом микропроцессор связан с цепью управления схемы управления зарядом внешнего аккумулятора, к ее входу подключен первый преобразователь напряжения постоянного тока, а к выходу, через диод, - второй и третий преобразователи напряжения постоянного тока, магистральный усилитель, схема согласования с элементами сигнализации и схема управления исполнительными реле.
Предпочтительно контроллер снабжен модулем расширения функций контроллера, подключенным к микропроцессору.
Кроме того, адресный микромодуль содержит плату, на которой размещен микропроцессор, а также гибкие вводы, при этом он снабжен преобразователем напряжения постоянного тока и выполнен с, по меньшей мере, четырьмя гибкими вводами, а плата с установленными на ней микропроцессором и преобразователем напряжения залита компаундом и покрыта изоляционной пленкой, причем, по меньшей мере, два гибких ввода выполнены с возможностью подключения к датчику и к адресной линии связи, и подключены к соответствующим каналам ввода-вывода микропроцессора, один гибкий вывод выполнен с возможностью подключения к общему проводу и соединен с общим входом микропроцессора, преобразователь напряжения выходом подключен к входу питания микропроцессора, а одним входом - к общему проводу, при этом его другой вход выполнен с возможностью подключения к источнику питания.
Предпочтительно адресный микромодуль выполнен с пятью гибкими вводами, а между пятым гибким вводом и общим проводом установлено реле, выполненное с возможностью подключения к исполнительным и/или сигнальным устройствам.
На фиг.1 изображена принципиальная блок-схема модульной инженерной системы на примере системы жизнеобеспечения предприятия, на фиг.2 - блок-схема контроллера, на фиг.3 предпочтительный пример схемы подключения электрической охранного устройства к контроллеру, на фиг.4 - схема адресного микромодуля с реле.
На средних и крупных объектах, как правило, физически невозможно подключить все многочисленное оборудование к одному компьютеру. К тому же, максимальная длина линии связи между устройствами обычно ограничена несколькими сотнями метров. Для преодоления этих проблем, а также для обеспечения практически неограниченной масштабируемости и гибкости комплекс построен по многозвенной архитектуре.
На фиг.1, в качестве примера, адресное пространство разбито на несколько зон: одна из них включает Водоснабжение и Управление электроприборами, вторая - Системы отопления и Системы кондиционирования, третья (или N-я) - Охранную сигнализацию и Системы управления доступом. Универсальный контроллер 1, 2, 3, соответственно, в каждой из зон распознает все занятые адреса и выбирает один из нескольких стандартных алгоритмов, в соответствии с которым работает в дальнейшем с адресными микромодулями. В каждой зоне имеются соответствующие микромодули (микрочипы) 4 и 5; 6 и 7; 8 и 9 соответственно, а также исполнительные устройства: электронасосы 10, осветительные, бытовые электроприборы 11 (включая жалюзи), отопительное оборудование 12 (котлы, радиаторы, теплые полы), системы 13 кондиционирования, датчики 14 охранной сигнализации, средства 15 управления и контроля доступа. Центральный сервер ПЭВМ, которым может быть, например, контроллер 2, имеет панель 16 управления, поддерживает общую базу данных системы и централизованно управляет всем оборудованием. Активные и пассивные компоненты (датчики, исполнительные механизмы и контроллеры) находятся в едином адресном пространстве. Поэтому количество соединительных линий сводится к минимуму, а конфигурация системы может меняться даже в процессе эксплуатации сооружения.
Универсальный контроллер (ЭВМ) содержит печатную плату (не изображена), на которой установлен микропроцессор 17, постоянное запоминающее устройство 18 в виде микросхемы энергетически независимой памяти, устройство 19 контроля времени и схему 20 управления исполнительными реле, схему 21 согласования и защиты линий связи, схему 22 согласования с элементами сигнализации, магистральный усилитель 23 и модуль 30 расширения функций контроллера. Устройство 19 контроля времени выполнено в виде устройства контроля реального времени и даты (например, в виде микросхемы часов) и совместно с постоянным запоминающим устройством 18 подключено к микропроцессору 17, а источник питания выполнен в виде преобразователя 24 переменного тока в постоянный ток, диода 25, схемы 26 управления зарядом внешнего аккумулятора (не входит в состав контроллера и не изображен) и трех преобразователей 27, 28, 29 напряжения постоянного тока. Первый преобразователь 27 и второй преобразователь 28 подключены к выходу преобразователя 24 переменного тока, а третий преобразователь 29 - к микропроцессору 17, постоянному запоминающему устройству 18, устройству 19 контроля реального времени и даты и схеме 21 согласования и защиты линий связи. При этом первый, второй и третий преобразователи 27, 28, 29 напряжения постоянного тока выполнены с выходными напряжениями 13,6 В, 12 В, 5 В соответственно.
Микропроцессор 17 связан с цепью управления схемы 26 управления зарядом внешнего аккумулятора, к входу которой подключен первый преобразователь 27 напряжения постоянного тока, а к выходу, через диод 25, - второй и третий преобразователи 28, 29 напряжения, магистральный усилитель 23, схема 22 согласования с элементами сигнализации, схема 20 управления исполнительными реле и модуль 30 расширения функций контроллера, который может входить в состав контроллера. Контроллер имеет линии связи, подключенные к каналам ввода-вывода микропроцессора 17, линии управления и сигнализации, общий провод, а также винтовые клеммы (не изображены) для подключения проводов.
В схеме контроллера имеются также балансные резисторы и иные стандартные элементы (не изображены), не входящие в состав необходимых функциональных узлов.
Источник питания снабжен схемой 31 индикации работы от сети или от аккумулятора, связанный входами с преобразователем 24 переменного тока в постоянный ток, а выходом, через диод 25 - с выходом схемы 26 управления зарядом внешнего аккумулятора и с преобразователем 24 переменного тока в постоянный ток.
Контроллер может быть снабжен вентилятором (не изображен). В случае наличия вентилятора источник питания включает подключенную к преобразователю 24 переменного тока в постоянный ток и ко второму и третьему преобразователям 28, 29 напряжения постоянного тока схему управления вентилятором, состоящую из последовательно включенных теплового реле, компаратора и транзистора (не изображено).
Представленные в блок-схеме на уровне функционального обобщения составные части контроллера (схема 21 согласования и защиты линий связи, схема 20 управления исполнительными реле, схема 22 согласования с элементами сигнализации, схема 26 управления зарядом аккумулятора и схема 31 индикации работы от сети или аккумулятора) относятся к цифровым комбинационным автоматам, для которых известны методы синтеза их структуры по содержательному описанию функции (сведениям о функциях, изложенным в описании), т.е. они могут быть синтезированы с помощью известных правил и методов, с помощью которых автоматическое устройство может быть получено по предъявляемым к нему требованиям. Указанные в описании электрические линии и общий провод, а также стандартные элементы: имеют графические и буквенные обозначения на чертежах в соответствии с ГОСТ 2.743-91 «ОБОЗНАЧЕНИЯ УСЛОВНЫЕ ГРАФИЧЕСКИЕ В СХЕМАХ. ЭЛЕМЕНТЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ». Используемые элементы и микросхемы (элементная база), изображенные на чертежах согласно нормативной системе обозначений, являются стандартными изделиями, применяются в соответствии с публикуемыми каталогами. В частности, в качестве микропроцессора предпочтительно используются серийно выпускаемые микросхемы - микроконтроллеры типа PIC16F, PIC18F, согласно каталогу «Информационный каталог», С-Петербург, ГАММА, 2002. Могут быть использованы микросхемы типа Atmel и другие.
Схемы на фиг.1-4 представлены в качестве предпочтительных, но не исключающих иное исполнение примеров синтеза.
В качестве извещателей (не изображены), подключаемых к контроллерам 1,2,3…N через адресные микромодули 4-9…n, используются, например, считыватель (с карты, с ключа и т.п.), извещатель охранный поверхностный (окно), извещатели охранные магнитно-контактные, извещатели акустические, датчики движения, датчики уровня, датчики давления, датчики расхода жидкости, датчики потребляемой мощности, датчики иных физических параметров, герконы, тепловые (пожарные) извещатели, дымовые (пожарные) извещатели, комбинированные пожарные и иные извещатели.
Адресный микромодуль или, что то же, универсальный микрочип (фиг.4) содержит плату (не изображена), на которой размещен микропроцессор 33, а также гибкие вводы, преобразователь напряжения постоянного тока в виде стабилитрона 34 и резистора 35 и выполнен в данном исполнении с пятью гибкими вводами (не обозначены). Плата с установленными на ней микропроцессором 33, стабилитроном 34 и резистором 35 залита компаундом и покрыта изоляционной пленкой, которые просвечивают таким образом, что видна плата с микропроцессором 33. По меньшей мере, два гибких ввода выполнены с возможностью подключения к датчику 32 (фиг.3) и к адресной линии связи и подключены к соответствующим каналам ввода-вывода микропроцессора 33, один гибкий вывод выполнен с возможностью подключения к общему проводу 36, соединен с общим входом микропроцессора 33 и с первым выводом стабилитрона 34, второй вывод которого соединен с резистором 35 и подключен к входу питания микропроцессора 33, а второй вывод резистора 35 является вторым гибким вводом адресного микромодуля и выполнен с возможностью подключения к источнику питания постоянного тока (не изображен). Предпочтительно адресный микромодуль выполнен с перемычкой 37 между пятым вводом и общим проводом 36. Резистор 35 выполнен, например, с сопротивлением 5,1±0,5 кОм. Микропроцессор 33 выполнен с программной прошивкой и с индивидуальным номером, записанным при изготовлении. Настройка микропроцессора 33 производится в конфигурации plug-and-play для индивидуальной обработки информации с датчиков с приведением ее к единой программной форме для передачи контроллеру и преобразования информации, передаваемой контроллером в единой программной форме, в индивидуальные команды, исполняемые периферийным оборудованием. Между одним гибким вводом и общим проводом 36 установлено реле 38, выполненное с возможностью подключения к исполнительным и/или сигнальным устройствам (не изображены).
В качестве микропроцессора 33 предпочтительно используются серийно выпускаемые микросхемы - однокристальные микроконтроллеры типа PIC12C5, PIC12C6 согласно каталогу «Микроконтроллеры. Выпуск 2. Однокристальные микроконтроллеры», М, ДОДЭКА, 2000.
В качестве реле 38 может использоваться твердотельное оптоэлектронное реле 5П14.9А согласно каталогу «Каталог электронные компоненты и приборы», 2002.
Состав совместимых аппаратных средств системы определяется на основе оборудования, указанного в таблице.
Таблица
Обозначение в схемах реальных объектов
Наименование
РВ
Силовой блок
L****
Контроллер
DGR
Адресный микрочип (микроэлектронное реле с гальванической развязкой, контроль «сухого контакта»)
DGT
Адресный микрочип (специализированный транзистор, контроль «сухого контакта»)
DGV
Адресный микрочип (электронный ключ, контроль «сухого контакта»)
DLR
Адресный микрочип (твердотельное реле, контроль целостности цепи по питанию)
DLT
Адресный микрочип (специализированный транзистор, контроль целостности цепи по питанию)
DLV
Адресный микрочип (электронный ключ, контроль целостности цепи по питанию)
ТМР
Датчик температуры
HMD
Датчик влажности
AD5
Аналогово-цифровой преобразователь (диапазон измерения сигнала 0-5 В)
AD10
Аналогово-цифровой преобразователь (диапазон измерения сигнала 0-10 В)
DTR
Цифровой передатчик/приемник датчик
4372-001-41113704-98 РЭ
Руководство по эксплуатации
L 3D - контроллер, предназначенный для системы контроля доступа, через одну точку прохода - дверь.
L 3Т - контроллер, предназначенный для системы контроля доступа, через одну точку прохода - турникет.
L 3TK - контроллер, предназначенный для системы контроля доступа, через одну точку прохода - турникет + картоприемник.
L 3SV - контроллер, предназначенный для системы контроля доступа, через одну точку прохода - ворота или шлагбаум. Power - индикатор питания.
LN - адресная шина обмена данными между компьютером, через конвертер, и контроллерами (L - BUS).
IN - индикатор приема команд по шине LN.
OUT - индикатор передачи команд и данных по шине LN.
LD - адресная шина обмена данными между контроллером и адресными микрочипами.
ON - включение дополнительной подпитки шины LN.
OFF - отключение дополнительной подпитки шины LN.
Устройства, включенные в список совместимых аппаратных средств, индивидуально характеризуются следующим (адресные микромодули в технической документации часто называют адресный микрочип.).
Аналого-цифровые преобразователи AD5, AD10 измеряют входные аналоговые сигналы, преобразуют их в соответствующие им цифровые значения и передают в контроллер для дальнейшей обработки.
Адресные микрочипы представляют собой плату, покрытую изоляционной пленкой, имеют гибкие выводы для подключения к адресной шине и контролируемому или исполнительному устройству.
Цифроаналоговый преобразователь DAC получает из контроллера по адресной шине цифровые коды, значения которых преобразует в соответствующие им аналоговый сигнал и выдает на исполнительное устройство.
Адресные микрочипы DGR (исполнительный элемент микрочипа - твердотельное реле), DGT (исполнительный элемент микрочипа - специализированный транзистор), DGV (исполнительный элемент микрочипа - электронный ключ) предназначены для управления одной нагрузкой и передачи в контроллер состояния контролирующего вывода микрочипа (замыкание на общий вывод или обрыв). В качестве нагрузки могут быть использованы световые табло, сирены, реле с оптоэлектронным управлением и т.п. В качестве контролируемых устройств могут быть использованы любые приборы как с нормально замкнутыми (NC), так и с нормально разомкнутыми (NО) контактами - кнопки, герконы, и т.п. Перемычка определяет рабочее состояние контактов:
- перемычка замкнута - контакт подключенного устройства нормально включен на землю;
- перемычка разомкнута - контакт подключенного устройства нормально не соединен с землей.
Адресный микрочип DGR (исполнительный элемент микрочипа - микроэлектронное реле с гальванической развязкой) предназначен для передачи в контроллер состояния контролирующего вывода микрочипа (замыкание на общий провод или обрыв) и управление нагрузкой. В качестве нагрузки могут быть использованы световые табло, сирены и другие устройства, которые требуют гальванической развязки. Вид нагрузки - активная, индуктивная.
В качестве контролируемых устройств могут быть использованы любые приборы как с нормально замкнутыми (NО), так и с нормально разомкнутыми (NC) контактами - кнопки, герконы, контакты реле и т.д.
Перемычка определяет состояние контактов:
перемычка замкнута - контакт подключенного устройства нормально включен на землю;
перемычка разомкнута - контакт подключенного устройства нормально не соединен с землей.
Адресный микрочип DGT (исполнительный элемент микрочипа - специализированный транзистор, защита от КЗ, перегрузки по току, перенапряжения) предназначен для передачи в контроллер состояния контролирующего вывода микрочипа (замыкание на общий провод или обрыв) и управление нагрузкой. В качестве нагрузки могут быть использованы световые табло, сирены и другие устройства, которые не требуют гальванической развязки. Вид нагрузки - активная, индуктивная.
В качестве контролируемых устройств могут быть использованы любые приборы как с нормально замкнутыми (NО), так и с нормально разомкнутыми (NC) контактами - кнопки, герконы, контакты реле и т.д.
Адресный микрочип DGV (исполнительный элемент микрочипа - электронный ключ) предназначен для передачи в контроллер состояния контролирующего вывода микрочипа (замыкание на общий провод или обрыв) и управление нагрузкой. В качестве нагрузки могут быть использованы реле с оптоэлектронным управлением. Вид нагрузки - активная.
В качестве контролируемых устройств могут быть использованы любые приборы как с нормально замкнутыми (NО), так и с нормально разомкнутыми (NC) контактами - кнопки, герконы, контакты реле и т.д.
Адресный микрочип DLR (исполнительный элемент микрочипа -микроэлектронное реле с гальванической развязкой) предназначен для передачи в контроллер состояния контролирующего вывода микрочипа (целостность цепи по питанию - логическая «1», КЗ или обрыв - логический «0») и управление нагрузкой. В качестве нагрузки могут быть использованы световые табло, сирены и другие устройства, которые требуют гальванической развязки. Вид нагрузки - активная, индуктивная.
В качестве контролируемых устройств могут быть использованы любые приборы, где необходимо контролировать целостность цепи под напряжением - обмотки реле, сопротивления и т.п., а также приборы с нормально замкнутыми (NО), так и с нормально разомкнутыми (NC) контактами - кнопки, герконы и т.д.
Адресный микрочип DLT (исполнительный элемент микрочипа - специализированный транзистор, защита от КЗ, перегрузки по току, перенапряжения) предназначен для передачи в контроллер состояния контролирующего вывода микрочипа (целостность цепи по питанию - логическая «1», КЗ или обрыв - логический «0») и управление нагрузкой. В качестве нагрузки могут быть использованы световые табло, сирены и другие устройства, которые не требуют гальванической развязки. Вид нагрузки - активная, индуктивная.
В качестве контролируемых устройств могут быть использованы любые приборы, где необходимо контролировать целостность цепи под напряжением - обмотки реле, сопротивления и т.п., а также приборы с нормально замкнутыми (NО), так и с нормально разомкнутыми (NC) контактами - кнопки, герконы и т.д.
Адресный микрочип DLV (исполнительный элемент микрочипа - электронный ключ) предназначен для передачи в контроллер состояния контролирующего вывода микрочипа (целостность цепи по питанию - логическая «1», КЗ или обрыв - логический «0») и управление нагрузкой. В качестве нагрузки могут быть использованы реле с оптоэлектронным управлением. Вид нагрузки - активная.
В качестве контролируемых устройств могут быть использованы любые приборы, где необходимо контролировать целостность цепи под напряжением - обмотки реле, сопротивления и т.п., а также приборы с нормально замкнутыми (NО), так и с нормально разомкнутыми (NC) контактами - кнопки, герконы и т.д.
Датчик температуры ТМР обеспечивает измерение, преобразование и передачу в контроллер информации о температуре окружающего воздуха. Данные в контроллер передаются в цифровом виде и отражают реальное значение температуры.
Адресный чип представляет собой бескорпусную плату, покрытую изоляционной пленкой. Имеет гибкие выводы для подключения к адресной шине.
Датчик влажности HMD обеспечивает измерение, преобразование и передачу в контроллер информации об относительной влажности окружающего воздуха (без конденсации влаги на поверхности чувствительного элемента). Данные в контроллер передаются в цифровом виде и отражают реальное значение влажности в условных единицах.
В качестве считывателей могут использоваться считыватели Touch Memory, типа SV4, SV6 и т.п. а также считыватели Proxy card типа PLR2, WRM4 и т.п. Считыватель предназначен для подключения в адресную шину контроллера с целью присвоения считывателю определенного адреса. А также для передачи в контроллер кодов ключей. Адресный микрочип DTR принимает с контроллера управляющие сигналы и в соответствии с ними отрабатывается реакция.
Конвертер служит для сопряжения СОМ-порта компьютера с двухпроводным специальным интерфейсом линии связи контроллеров и обмена информацией между компьютером и контроллерами. На переднюю панель конвертера выведены индикатор контроля питания (красный светодиод) и индикаторы контроля передачи данных, по одному на каждую линию (зеленый светодиод). На задней панели устройства располагается гнездо подключения сетевого адаптера и гнезда подключения линий связи контроллеров, а также выведен шнур для подключения к СОМ - порту компьютера.
Контактная площадка для считывания ключей Touch Memory выведена на переднюю панель конвертера. Считыватель Proximity карт расположен внутри корпуса под верхней крышкой конвертера.
Адресный микрочип DTR предназначен для подключения в адресную шину считывателя с целью присвоения ему определенного адреса. DTR передает в контроллер коды ключей, а также, в зависимости от режима работы контроллера, управляет светодиодами и излучателем звука считывателей. В качестве считывателей могут использоваться считыватели Proximity card типа PLR2, WRM4 и т.п.
Адресный микрочип FIRE предназначен для контроля состояния двухпроводного шлейфа автоматических пожарных извещателей (ПИ) и обеспечивает выдачу в контроллер следующих видов извещений:
- норма - дежурный режим,
- пожар - срабатывание одного или более ПИ в шлейфе сигнализации,
- короткое замыкание шлейфа сигнализации,
- обрыв шлейфа сигнализации.
Адресный микрочип обеспечивает защиту от ложных срабатываний ПИ по следующему алгоритму: при срабатывании одного или нескольких ПИ микрочип производит кратковременное снятие напряжения в шлейфе сигнализации, затем производит повторную проверку напряжения в шлейфе и по результатам повторной проверки либо переходит в дежурный режим, либо выдает извещение «Пожар».
Контроль обрыва шлейфа сигнализации обеспечивается оконечным стабилитроном.
Перемычка определяет рабочее состояние контактов извещателей:
- перемычка замкнута - контроль тепловых пожарных извещателей с нормально замкнутыми контактами.
- перемычка разомкнута - контроль дымовых пожарных извещателей или тепловых пожарных извещателей с нормально разомкнутыми контактами.
Адресный микрочип представляет собой плату, залитую компаундом и покрытую изоляционной пленкой, имеет гибкие выводы для подключения к адресной шине и контролируемым устройствам. Адресный микрочип подключается к первому в шлейфе ПИ (если их более одного), а стабилитрон к последнему. Малые размеры микрочипа и стабилитрона позволяют размещать их внутри ПИ.
Датчик температуры ТМР обеспечивает измерение, преобразование и передачу в контроллер информации о температуре окружающего воздуха.
Датчик влажности HMD обеспечивает измерение, преобразование и передачу в контроллер информации об относительной влажности окружающего воздуха (без конденсации влаги на поверхности чувствительного элемента). Контроллер автоматики предназначен для автономной работы по заданной программе, сбора, обработки и регистрации извещений о состоянии датчиков и исполнительных устройств. Устройство управляет различными типами исполнительных устройств (с помощью адресных микромодулей) и позволяет вывести оперативную и справочную информацию о состоянии объекта на персональный компьютер дежурного оператора.
Модульная инженерная система работает следующим образом.
1. Сбор информации о перемещениях объектов наблюдения (сотрудников, посетителей и т.д.) и прочих событиях (пожар, наводнение, атака инопланетян etc.) от разнообразных аппаратных устройств (контроллеров СКД, контроллеров ОПС, считывателей, датчиков, видеокамер etc.), установленных на охраняемой территории. Состав и количество аппаратных устройств не фиксирован и зависит от масштабов объекта, требуемого уровня безопасности, пожеланий заказчика. Каждое событие может либо однозначно сопоставляться с некоторым объектом наблюдения (сотрудником), либо ассоциироваться с ним с некоторой вероятностью (через такую-то дверь прошел то ли Иванов (вероятность 30%), то ли Петров (вероятность 20%), то ли еще кто-то (вероятность 50%)), либо не быть привязанным ни к одному из объектов наблюдения (пожар в определенной комнате).
2. Непрерывная систематическая обработка поступающей информации с применением разнообразных, но пока неизвестных математических и эвристических методов и алгоритмов (нейронная сеть, методы data mining, что-то еще…). Результатом этой обработки должна являться динамическая компьютерная модель охраняемой территории с указанием:
a) текущего местоположения всех объектов наблюдения;
b) направления движения объектов наблюдения;
c) состояния всех охранных, пожарных и прочих датчиков, а также всех охранных устройств;
d)…
Каждый адресный микромодуль осуществляет передачу в соответствующий универсальный контроллер информации о состоянии «сухих контактов» извещателей (датчиков), к которым они подключены. Адресные микромодули при этом осуществляют взаимодействие между универсальными контроллерами и периферийными устройствами различных систем безопасности и систем автоматизации. Благодаря небольшому размеру микромодуль может быть встроен в любое существующее устройство - датчик, компрессор, считыватель или светильник и т.д. Адресный микромодуль является универсальным благодаря возможности программировать его микропроцессор при изготовлении.
Микропроцессор 33 адресного микромодуля через заданные промежутки времени опрашивается контроллером, передавая свой номер и полученную информацию о работе датчика 32 на контроллер 1…N. Датчик 32 может находиться в состояниях норма/не норма, а контроллер, с помощью адресного микромодуля, может получать по каналам ввода-вывода и линии связи с контроллером, например, следующую приведенную к единой программной форме информацию о состоянии датчика:
1. Датчик готов к работе - норма, рабочие контакты датчика 4 замкнуты (в случае использования датчика 32 с нормальнозамкнутыми контактами).
2. Датчика 32 сработал - не норма (тревога), рабочие контакты датчика 4 разомкнуты.
3. Нет ответа микромодуля при опросе - отказ, умышленный или случайный обрыв в линии (разомкнуты контакта цепи питания датчика) или короткое замыкание.
В необходимых случаях датчик 32 может вырабатывать аналоговый сигнал (температура, напряжение, влажность, угол поворота и т.д.). При этом микропроцессором 1 адресного микромодуля производится преобразование поступающего сигнала в цифровую форму в нормализованной по напряжению единой программной форме для соответствующего контроллера.
Окончательную обработку сигналов с адресного микромодуля 4-9 выполняет контроллер. Кроме информации о состоянии датчика 32 микромодуль передает на контроллер свой номер, что позволяет однозначно определить место возникновения ситуации, требующей выполнения каких-либо действий.
Акустические, оптические и иные оповещатели и силовые исполнительные устройства работают с образованием единого адресного виртуального пространства, обеспечивающего конфигурирование измерительной сети, а также согласование программного обеспечения всего оборудования комплекса и взаимодействие между контроллерами 1…N и периферийными устройствами 10-15.
Благодаря выполнению микропроцессоров 33 адресных микромодулей с настройкой конфигурации plug-and-play обеспечивается индивидуальная обработка информации с датчиков с приведением ее к единой программной форме для передачи контроллеру и преобразования информации, передаваемой контроллером в единой программной форме, в индивидуальные команды, исполняемые периферийным оборудованием, с образованием единого адресного пространства, обеспечивающего согласование программного обеспечения всего оборудования комплекса при обмене информацией между периферийными устройствами и контроллерами, взаимодействующими с ПЭВМ только для настройки и мониторинга комплекса.
Оптоэлектронным реле 38 осуществляется отработка команд микропроцессора 33, полученных от ПЭВМ через контроллер, непосредственно на включение исполнительных механизмов, например, отпирание двери и/или освобождение прохода через турникет и/или открытие шлюза и/или включение средств пожаротушения и/или открытие/закрытие заслонки и/или включение/выключение вентилятора или кондиционера, а также на задействование запретительных или разрешительных сигнальных устройств, например, сирены, сигнализатора на пульте охраны, транспаранта или мигание цветного светодиода.
Стабилитрон 34 ограничивает статические положительные отклонения напряжений выше 5 в, передавая избыточную энергию в сеть. В результате адресный микромодуль передает, а контроллер получает по линии связи протяженностью до 1 км нормализованные по напряжению сигналы, независимо от наличия и длительности помех, без перегрузки и искажений. Микропроцессор 33, в соответствии с программой, формирует сигнал в такой форме, которая совместима с контроллером, не зависит от физического параметра, воспринимаемого датчиком 32, и от его конструктивного исполнения.
Таким образом, контроллер и, при его подключении, оператор компьютера (ПЭВМ) кроме данных о работе системы и состоянии линии связи получает информацию о расположении контролирующего датчика 32, подающего сигнал.
Технические характеристики адресного микромодуля:
Напряжение 10-14 в, ток 2 мА.
Адресный микромодуль за счет рационального соотношения габаритных размеров конструктивно может быть встроен в стандартные, например пожарные или охранные, датчики, датчики давления, положения, уровня и т.д.
При работе комплекса контроллер функционирует следующим образом.
При подаче питания от сети переменного тока первый преобразователь 27 вырабатывает постоянный ток напряжением 13,6 В, который через диод подается на зарядку внешнего резервного аккумулятора (емкостью до 7 А/ч) и, через другой диод - на питание цепей контроллера, в том числе микропроцессора 17. В случае резкого роста потребления тока аккумулятором срабатывают самовосстанавливающийся предохранитель и реле, контакты которого размыкаются и прекращается зарядка аккумулятора. Через 30 с микропроцессор 17 дает команду на замыкание реле. Таким образом, схема 26 управления зарядом аккумулятора обеспечивает работоспособность устройства при зарядке аккумулятора и исключает возможность перебоев в работе контроллера. При отсутствии питания от сети, резервное питание устройства осуществляется от аккумулятора. Схема 31 индикации работы от сети или от аккумулятора сообщает о том, каким образом осуществляется питание контроллера, свечением одного из разноокрашенных светодиодов, из которых зеленый светится при питании от сети, а красный - от аккумулятора.
Первый, второй и третий преобразователи 27-29 напряжения вырабатывают выходное напряжение в соответствии с настройкой их стабилизаторов напряжения - 13,6 В, 12 В, 5 В соответственно. Стабилизатор первого преобразователя 27 напряжения выполнен регулируемым. Вентилятор включается/выключается по срабатыванию теплового реле, расположенного на радиаторе, отбирающем тепло от выпрямителя и преобразователей 27-29 и обеспечивающем тем самым возможность длительной безотказной работы.
В режиме дежурства контроллера при наличии напряжения в системе микропроцессор 17 производит периодический опрос всех датчиков 32 (извещателей) через адресные микромодули 4-9, находящиеся внутри инженерного оборудования или датчиков. Датчики 32 сообщают о состоянии объекта. Адресные микромодули 4-9 контролируют состояние датчиков 32 и через схему 21 согласования линий связи передают эту информацию в контроллер в виде извещений. Передача извещений всеми адресными микромодулями производится, как правило, в цифровой форме с образованием единого адресного виртуального пространства, обеспечивающего конфигурирование измерительной сети для согласования программного обеспечения всего оборудования комплекса и взаимодействие между контроллерами и периферийными устройствами.
В момент совершения хотя бы одного из возможных действий в какой-то зоне, например приложения ключа к определенному считывателю (извещателю) группы, соответствующий адресный микромодуль 8 формирует сигнал на входе схемы 21 согласования и защиты линий связи. Схема 21 согласования и защиты линий связи обеспечивает обмен информацией с микропроцессором 17 по каналам ввода-вывода (логическим входам). Микропроцессор 17 получает по линиям связи нормализованные по напряжению (5 В) сигналы независимо от наличия и длительности помех, а контроллер 1-3 в целом может принимать как самые слабые полезные сигналы на фоне одновременно действующих по всему диапазону сильных помех или хотя бы одной мощной помехи, так и очень сильные сигналы без перегрузки и искажений. Одновременно контроллер передает по линиям связи нормализованные по напряжению (5 в) сигналы.
Таким образом, на задействованных в качестве логических входах микропроцессора 17 исключается поступление ложных сигналов и обеспечивается прохождение нормированных действительных сигналов. Этим обеспечивается возможность взаимодействия с распределенными по протяженным линиям связи различными по конструктивному выполнению и контролируемым параметрам типами извещателей (датчиков).
Микропроцессор 17 находит в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) 18 номер ключа и номер контролируемой зоны, доступ в которую возможен с помощью данного ключа. В соответствии с имеющейся у него программой и информацией постоянного запоминающего устройства 18 и устройства 19 контроля времени микропроцессор 1 определяет имеет ли лицо с данным ключом право доступа в эту зону в данное время, день недели и месяц. Устройство 3 контроля времени позволяет микропроцессору 17 определить допустимость различных сигналов во времени - на основании полученных данных, сравниваемых с хранящимися в ПЗУ 18 данными о установленном рабочем времени в течение суток и о календарных выходных днях, отпуске и т.п.
В том случае, если данные, имеющиеся в запоминающем устройстве 18 и в программе микропроцессора 17, говорят о правомерности доступа, микропроцессор 17 через схему 22 согласования с элементами сигнализации подает сигналы на срабатывание сигнальных устройств. Схема 22 обеспечивает разрешительную сигнализацию (оповещение) - соответствующий звуковой сигнал и зажигание разрешительного транспаранта или мигание зеленого светодиода. При этом схемой 22 обеспечивается согласование мощности, предаваемой по линиям сигнализации с потребляемой мощностью средств сигнализации за счет преобразования сигналов (напряжением 5 В) микропроцессора 17 в выходные сигналы транзисторов (напряжением 12 В) и подавление в этих линиях, при необходимости, помех за счет срабатывания супрессоров, которые ограничивают статические положительные и отрицательные отклонения напряжений выше 12 В.
Кроме того, в едином адресном виртуальном пространстве микропроцессор 17 через схему 20 управления исполнительными реле передает сигналы соответствующим адресным микромодулям, которые с использованием специализированного программного обеспечения с помощью исполнительных механизмов осуществляет отпирание двери и/или освобождение прохода через турникет, и/или открывание шлюза, и/или включение средств пожаротушения, и/или открывание/закрывание заслонки, и/или включение/выключение вентилятора или кондиционера и т.д. Схема 20 управления исполнительными реле обеспечивает срабатывание реле и, тем самым, замыкание цепей исполнительных механизмов. Для этого сигналы (напряжением 5 В) микропроцессора 17 в линиях управления преобразуются в сигналы (напряжением 12 В) на входах управления исполнительных реле, которые в свою очередь могут замыкать силовые цепи исполнительных механизмов, имеющие напряжение порядка 220 В, 380 В и др.
В том случае, если данные, имеющиеся в запоминающем устройстве 18 и в программе микропроцессора 17, не подтверждают правомерности доступа, микропроцессор 17 через схему 22 согласования с элементами сигнализации осуществляет тревожную сигнализацию - резкий звуковой сигнал (сирена), сигнал на пульт охраны и зажигание запретительного транспаранта или мигание красного светодиода.
Кроме того, микропроцессор 17 через схему 22 управления исполнительными реле с помощью адресных микромодулей 4-9 и исполнительных механизмов осуществляет блокирование двери и/или запирание прохода через турникет, и/или перекрывание путей выхода, и/или включение средств пожаротушения, и/или открывание/закрывание заслонки, и/или включение/выключение вентилятора или кондиционера.
Одновременно может вестись учет нахождения/отсутствия сотрудника в определенной зоне в течение рабочего времени и, следовательно, учет фактически отработанного времени. Дополнительно, при нахождении сотрудника в определенных зонах возможно блокирование/разблокирование подачи воды, электроэнергии (например, освещения), деталей для сборки и др. материалов. В необходимых случаях возможен более сложный информационный обмен кодами доступа, например, с повторным прикладыванием того же или другого ключа или набором цифровых (буквенных) кодов (пароля) на клавиатуре и т.д.
Появление дыма и повышение температуры приводит к формированию соответствующих сигналов извещателей, поступающих через адресные микромодули, приводящие их к единой программной форме на схему 21 согласования и защиты линий связи и далее к микропроцессору 17. В соответствии с программой микропроцессор 17 через схему согласования 22 с элементами сигнализации подает тревожную сигнализацию о пожаре во все пункты, откуда подлежат эвакуации люди, и в помещение охраны, а также руководству предприятия. Одновременно микропроцессор 17 через схему 20 управления исполнительными реле приводит в действие устройства пожаротушения - механизмы подачи воды, пены, огнетушащих порошков и т.п., а также изолирует горящее помещение от других помещений путем блокировки или закрытия дверей и окон, выключения лифта и др. средств. Аналогично может отрабатываться сигнал датчика давления о падении давления ниже допустимого уровня, свидетельствующем о разрыве трубопровода или резервуара.
Нарушение целостности дверей, дверных замков, остекления окон и т.п. также приводит к формированию соответствующих сигналов извещателей, поступающих через схему 22 согласования и защиты линий связи к микропроцессору 17. В соответствии с программой микропроцессор 17 через схему 6 согласования с элементами сигнализации подает тревожную сигнализацию о проникновении нарушителя в помещение охраны, а также руководству предприятия. Одновременно микропроцессор 17 через схему 22 управления исполнительными реле, замыкающими цепи исполнительных механизмов, приводит в действие устройства защиты - опускает решетки, закрывает шлюз, подает напряжение на защитные проволочные заграждения, выключает освещение и подачу воды, запирает сейфы и т.п., а также изолирует помещение, в которое проник нарушитель, от других помещений путем блокировки или закрытия дверей и окон, выключения лифта.
Магистральный усилитель 23 в разветвленной системе осуществляет связь с компьютером оператора, а также с другими контроллерами, обслуживающими отдельные группы извещателей и исполнительных механизмов. Резисторы, подключенные к отрицательным входам компараторов, выполняют функции делителей напряжения и обеспечивают формирование на выходах компараторов ступенчатых нормализованных по напряжению сигналов, независимо от формы входного сигнала на положительных входах. Таким образом, при соответствующем программировании микропроцессоров 17 группы контроллеров возможно задействование исполнительных механизмов или средств сигнализации, связанных с одним контроллером, при срабатывании извещателя (датчика), связанного с другим контроллером.
Модуль 30 расширения, при его наличии, может принимать извещения по дополнительным линиям связи, формировать (усиливать, нормировать) сигнал на включение дополнительных сигнализирующих устройств и/или принимает (формирует, усиливает, нормирует) сигнал на срабатывание реле в цепях дополнительных исполнительных механизмов. Для этого модуль расширения может частично совмещать функции одной или нескольких из схем: схемы согласования и защиты линий связи, схемы управления исполнительными реле, схемы согласования с элементами сигнализации. При задействовании модуля 30 расширения отработка сигналов, поступающих по дополнительным линиям связи, осуществляется аналогично описанному.
На панели 16 отображается не только номер этажа или помещения, а конкретное место на плане объекта, состояние датчика 32, пожарной или охранной зоны.
В результате создана эффективная модульная инженерная система, а также расширен арсенал модульных инженерных систем.
При этом упрощена настройка, расширены функциональные возможности для оптимальной компоновки системы на объекте и взаимодействия с распределенными по протяженным линиям связи различными по конструктивному выполнению, программному обеспечению и контролируемым параметрам типами извещателей (датчиков) и для управления разнообразными видами исполнительных механизмов, элементов сигнализации за счет обеспечения возможности распознавать и адаптировать изменения аппаратной конфигурации без вмешательства пользователя и без необходимости перезагрузки какого-либо компьютера системы, повышена надежность электропитания за счет способности динамического перевода устройств системы в режим энергосбережения и обратно, при котором устройства потребляют электроэнергию только в том случае, когда они выполняют полезную работу, а устройства, которые в течение заданного временного интервала не используются, отключаются и впоследствии включаются по требованию, а также повышены надежность и точность управления исполнительными устройствами, поскольку исключен риск утраты совместимости, в условиях статических и импульсных помех.