УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ НАГРУЗКАМИ
DEVICE TO CONTROL ELECTRIC LOADS

Изобретение относится к области электротехники.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является устройство управления электрическими нагрузками, содержащее N групп датчиков, N групп исполнительных устройств и блок управления, состоящий из микропроцессора, имеющего первую группу входов-выходов, которая является первой группой входов-выходов блока управления и группой входов-выходов системы для подключения к внешнему компьютеру, а также вторую группу входов-выходов, при этом в устройстве имеются N блоков обработки и связи и блок питания, включенный в состав блока управления и выход которого является выходом питания блока управления и соединен с входами питания N блоков обработки и связи, причем группа выходов каждого из N блоков обработки и связи соединена с группой входов соответствующих групп исполнительных устройств, группа входов соединена с группой входов соответствующих групп датчиков, а группа входов-выходов соединена со второй группой входов (RU 53210U1, Н02Н 7/00, 2006).
Недостатком известного устройства является то, что коммутирующие блоки выполняют команды, принятые по проводной управляющей шине, что требует привлечения к работе высококвалифицированного специалиста.
Задачей изобретения является создание устройства управления электрическими нагрузками, которое обеспечивает простоту подключения и эксплуатации без привлечения к работе высококвалифицированного специалиста, а также надежность работы.
Поставленная задача решается за счет следующей совокупности существенных признаков.
Устройство управления электрическими нагрузками выполнено в виде контроллера, содержащего блок внешних датчиков замыкания, сопряженный с кнопками - эмуляторами его состояния, входы которого предназначены для подключения внешних коммутирующих элементов, а выходы соединены со входом блока сопряжения датчиков замыкания с силовыми ключами, выход которого через блок выбора режима работы датчиков замыкания соединен со входом блока коммутационных ключей, выходы которого предназначены для подключения электрических нагрузок, второй выход блока внешних датчиков замыкания соединен со входом блока интерфейсов внешнего ввода-вывода, с подключаемыми модулями интерфейсов, оборудованного адресным модулем, предназначенного для подключения к информационной шине и соединенного со входом блока коммутационных ключей.
Частными существенными признаками являются:
- наличие блока индикации, отражающего состояние блока питания, блока интерфейсов, датчиков замыкания и блока коммутационных ключей;
- наличие блока питания, обеспечивающего работу контроллера;
- наличие монтажных разъемов для сменных блоков внешних интерфейсов сторонних протоколов.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок- схема устройства.
Устройство состоит из следующих основных блоков:
1 - блок интерфейсов внешнего ввода-вывода с адресным модулем;
2 - блок внешних датчиков замыкания;
3 - блок сопряжения датчиков замыкания с силовыми ключами;
4 - блок выбора режима работы датчиков замыкания;
5 - сенсорные кнопки - эмуляторы датчиков замыкания;
6 - блок коммутационных ключей для управления силовыми нагрузками;
7 - блок индикации работы прибора;
8 - вставные модули дополнительных интерфейсов;
9 - корпус прибора с блоком питания.
Перечисленные элементы характеризуются следующими особенностями структурной схемы и предназначены для решения нижеуказанных задач (в составе прибора).
1 - Блок интерфейсов внешнего ввода-вывода
- предназначен для получения по информационной проводной шине и обработки телеграмм, содержащих команды изменения состояния прибора, а также для отправки по ней телеграмм, содержащих информацию о текущем состоянии прибора. В базовом варианте предлагаемое решение оснащено стандартным RS232/485 интерфейсом и возможностью его изменения (дополнения) вставными модулями дополнительных интерфейсов (8). В составе блока имеется адресный модуль, задающий электронный адрес прибора в управляющей сети.
2 - Блок внешних датчиков замыкания
- предназначен для подключения любых внешних устройств, датчиков, кнопок, выключателей, результатом работы которых является замыкание «сухих контактов» (состояние 0-1).
3 - Блок сопряжения датчиков замыкания с силовыми ключами имеет два режима работы:
- первый: режим автономной работы, позволяющий управлять силовыми каналами напрямую, командами, полученными с датчиков замыкания, без подключения управляющей шины;
- второй: режим работы датчиков замыкания через блок интерфейсов, когда состояние датчиков замыкания считывается внешним контроллером, который и формирует управляющее воздействие на силовые ключи, управляющие нагрузками.
4 - Блок выбора режима работы датчиков замыкания:
- обеспечивает возможность для пользователя в автономном режиме работы выбрать режим работы силовых ключей в зависимости от характера работы внешнего командного прибора, подключенного к цепи канала датчика замыкания. То есть, например, если в качестве командного прибора включена кнопка, не имеющая фиксированных положений, но при этом необходима фиксация состояния выходного канала после отпускания кнопки, то включается режим «С фиксацией». При этом по каждому замыканию кнопки происходит смена состояния сопряженного выходного канала с "выключено" на "включено", и наоборот. Если используются приборы, имеющие встроенную фиксацию положения, такие как бытовые выключатели, или требующие зеркального отслеживания изменения состояния, такие как датчики движения, пожара, герконы и т.п., то соответствующим каналом переключателя задается режим «Без фиксации».
5 - Блок сенсорных кнопок - эмуляторов датчиков замыкания:
- представляет собой ряд сенсорных кнопок, эмулирующих работу (обеспечивающих замыкание) каналов датчиков замыкания. В зависимости от дизайна корпуса прибора они могут использоваться как контрольно-вспомогательные, так и как основные. Конструктивно выполнение кнопок сенсорными - оптимальное решение с точки зрения соотношения «цена-качество».
6 - Блок коммутационных ключей силовых нагрузок:
- основная задача блока - управление (коммутация) внешними силовыми нагрузками. В зависимости от выполняемых задач может быть конструктивно выполнен для работы как в дискретном режиме (с использованием, например, механических или электронных реле), так и в пропорциональном режиме - с использованием полупроводниковых силовых элементов (режим диммирования).
7 - Блок индикации состояния прибора:
- служит для визуального отображения состояния прибора. Может быть выполнен как из набора светодиодных индикаторов, отображающих состояние блока питания ("Power"), информационной шины ("BUS"), датчиков замыкания и силовых каналов, так и с использованием графических информационных (текстовых) индикаторов.
8. Вставные модули дополнительных интерфейсов:
- для универсализации прибора и его быстрой адаптации в любую другую среду управления (отличную от RS485/232) без внесений конструктивных изменений в базовую конструкцию, в приборе предусмотрены монтажные разъемы для блоков внешних интерфейсов сторонних протоколов. Также можно использовать в качестве дополнительных модулей радио-повторители сенсорных кнопок прибора или Ethernet (GPRS) модули.
9. Корпус прибора:
- может быть выполнен как в стандарте DIN35, так и в любом другом удобном конструктивном исполнении (например, как автономная сенсорная панель бытовых выключателей или как модуль коммутации аквариумной автоматики и т.д.). Главная задача конкретного конструктивного исполнения - обеспечить максимум удобств монтажа и эксплуатации с максимальной эстетической составляющей при минимально возможной цене прибора. В состав корпуса прибора может быть включен блок питания, который обеспечивает работу всех элементов прибора. Он обеспечивает требуемую автономность прибора, надежность работы, удобство монтажа и эксплуатации.
Устройство может работать в управляемом или ручном (автономном) режимах.
Управляемый режим.
По информационной проводной шине в блок интерфейсов внешнего ввода-вывода (1) поступает телеграмма, содержащая адрес прибора и команду соответствующего изменения его состояния. В блоке происходит идентификация адреса в соответствии с комбинацией, заданной в адресном модуле. В случае совпадения адреса формируется управляющий сигнал, который поступает в блок коммутационных ключей (6), устанавливая заданное телеграммой состояние силовых элементов. Вставные модули дополнительных интерфейсов (8) играют роль дополнительных шлюзов, позволяющих адаптировать прибор к стандартам команд других производителей, тем самым расширяя диапазон его применения.
Команда, поступившая через блок внешних датчиков замыкания (2) или с сенсорных кнопок - эмуляторов датчиков замыкания (5), поступает в блок интерфейсов внешнего ввода-вывода (1). В соответствии с заданным протоколом формируется электронная телеграмма, которая отправляется в информационную шину, к которой подключен прибор. Эта команда в дальнейшем поступает в имеющийся у потребителя внешний контроллер - для последующей ее обработки и формирования управляющей команды для изменения состояний выходных каналов прибора. В этом случае непосредственно в блок коммутационных ключей (6) команда с блока внешних датчиков замыкания (2) не поступает, и его состояние остается неизменным. Также возможна выдача в информационную шину телеграммы с состояниями датчиков замыкания и сенсорных кнопок по запросу внешнего контроллера.
Ручной (автономный) режим работы.
Команда, поступившая через блок внешних датчиков замыкания (2) или с сенсорных кнопок - эмуляторов датчиков замыкания (5) в соответствии с положениями переключателя блока сопряжения датчиков замыкания с силовыми ключами (3), поступает в блок выбора режима работы датчиков замыкания (5). Этот блок выполняет роль адаптера, он определяет, какая реакция канала блока коммутационных ключей (6) последует на изменение состояния соответствующего датчика замыкания. В зависимости от характера работы (и конструктивного исполнения) внешнего устройства, формирующего команду в цепи датчика замыкания (2), выбирается режим работы «Без фиксации» или «С фиксацией». Например, если это кнопка, не имеющая фиксированных положений, то выбирается режим «С фиксацией», который переключает и фиксирует состояние силового канала при поступлении команды «замкнуто-разомкнуто». Если на вход датчика замыкания подключен выключатель или датчик с фиксированным положением замкнутых контактов, или фиксации состояния выходного канала при каждом замыкании/размыкании не требуется, то выбирается режим «Без фиксации». В этом случае силовой элемент будет зеркально отрабатывать состояние канала датчика замыкания.
Возможен комбинированный режим работы прибора, когда силовые каналы управляются как телеграммами, поступающими по информационной шине, так и напрямую, командами датчиков замыкания. Способ управления конкретным силовым каналом определяется положением переключателей блока сопряжения датчиков замыкания с силовыми ключами (3). При этом в конкретной реализации прибора могут быть применены любые варианты логики разрешения конфликтов при одновременном поступлении для конкретного силового канала команды как по сети, так и от датчика замыкания. Так, например, при разомкнутом положении переключателя состояние связанного с ним силового канала будет определяться только командами, поступающими по информационной шине. При замкнутом положении переключателя канал будет включен и при поступлении команды его включения по шине, и при замыкании соответствующего датчика замыкания (нажатии соответствующей сенсорной кнопки). А выключен - только при условии поступления по шине команды его выключения и размыкания датчика замыкания (отпускания сенсорной кнопки).
В ручном режиме все команды, изменяющие состояние прибора, также могут транслироваться в сеть через блоки интерфейсов внешнего ввода-вывода (1) и вставные модули дополнительных интерфейсов (8) как самостоятельно, так и по запросу.
Также во всех режимах возможно считывание внешними контроллерами информации о текущем состоянии силовых каналов.
Устройство полностью самодостаточно, т.е. работает как в составе системы, так и самостоятельно, без каких-либо функциональных ограничений и дополнительных внешних элементов.
Предлагаемое решение позволяет данному устройству после физического подключения к нему коммутируемых нагрузок, напряжения питания 220 вольт и внешних кнопок (выключателей) функционировать как в полностью автономном (ручном) режиме (без подключения по информационной шине внешних контроллеров), так и в полностью или частично управляемом режиме (когда состояние выходов прибора изменяется под действием команд, принимаемых по информационной шине).
В автономном режиме работа каждого канала задается вручную соответствующим переключателем.
Наличие сменных блоков внешних интерфейсов позволяет без изменения основной конструкции адаптировать прибор в любую среду управления практически любых производителей.
Заявленное устройство принципиально отличается от существующих тем, что во-первых обеспечивает максимальную простоту подключения и эксплуатации без привлечения высококвалифицированного специалиста, а во-вторых обеспечивает беспрецедентную на сегодняшний день надежность работы всей среды управления «Умный дом» в целом.
Это решение полностью нивелирует действие двух основных тормозящих факторов повсеместного внедрения систем управления типа «Умный дом» - это высокая цена и сложность инсталляции.
Данное решение, несмотря на свою простоту, предлагает принципиально новый подход к построению устройств для систем управления типа «Умный дом». Выполнение приборов в соответствии с предлагаемым патентом позволит получить наилучший на данное время показатель «цена-качество».