МОДУЛЬНАЯ ИНЖЕНЕРНАЯ ПЛАТФОРМА

Полезная модель относится к устройствам для телеметрии и программного управления и может быть использована в качестве устройства контроля доступа, средств автоматизации зданий, охранной пожарной сигнализации, с также управления технологическими процессами, и контроля целостности сооружений, контроля и управления энергетическими сетями и т.д.
Известна модульная инженерная платформа 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, 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 №  94021650).
Недостатками данной платформы являются сложность настройки, узость функциональных возможностей, ограничивающая разнообразие периферийного оборудования, и низкая надежность контроля состояния объекта и управления исполнительными  устройствами.
Известна модульная инженерная платформа, содержащая взаимодействующие между собой контроллеры, каждый из которых связан с группой периферийного оборудования в одной из зон комплекса, включающей датчики и исполнительные устройства, причем контроллеры всех зон выполнены универсальными для работы с единым программным обеспечением, а сопряжение их с периферийным оборудованием выполнено при помощи интерфейсных адресных микромодулей с микропроцессорами, выполненных с программной конфигурацией  plug-and-play для динамической индивидуальной обработки информации с приведением ее к единой программной форме с возможностью передачи контроллеру и преобразования информации, передаваемой контроллером в единой программной форме, в индивидуальные команды для исполнения периферийным оборудованием с образованием единого адресного пространства, обеспечивающего согласование при обмене информацией между периферийным оборудованием и взаимодействующими контроллерами, при этом периферийное оборудование, объединенное в каждую группу, связано с контроллером с помощью одного из интерфейсных адресных микромодулей  (RU №  85010).
Недостатками данного устройства являются необходимость иметь несколько видов контроллеров, применяемых в системе, отсутствие механизма быстрой замены одного контроллера другим и невозможность подключения одного контроллера к другому для дублирования функций; невозможность изменения функций контроллера путем перезаписи новой микропрограммы, как следствие сложность настройки, узость функциональных возможностей, снижающая разнообразие периферийного оборудования, и более низкая надежность оборудования, чем при использовании во всех задачах только одного типа базового контроллера.
Известна модульная распределенная управляющая платформа, включающая взаимодействующие между собой контроллеры и группы периферийного оборудования с датчиками и исполнительными устройствами, оснащенными микроконтроллерами, она снабжена материнским устройством, содержащим ЭВМ, источник питания, а также подсистему внешнего ввода-вывода типа Ethernet, или USB, или Wi-Fi, или G3, или G4 и подсистему внутреннего ввода-вывода, при этом указанные контроллеры установлены на внутреннюю шину ввода-вывода материнского устройства и взаимодействуют с подчиненными микроконтроллерами каждый через собственную помехоустойчивую шину с обособленным адресным пространством и предназначается для телеметрии и программного управления и может быть использовано для  контроля доступа, автоматизации зданий, охранной пожарной сигнализации, управления технологическими процессами, контроля целостности сооружений, контроля и управления энергетическими сетями и т.д. (RU № 2446446, прототип).
Недостатками данной платформы являются необоснованное усложнение то есть необходимость иметь в каждом устройстве, входящим в платформу ЭВМ, источник питания, а также подсистему внешнего ввода-вывода типа Ethernet, или USB, или Wi-Fi, или G3, или G4,что приводит к ненужным затратам, к снижению надежности в следствие увеличения количества компонентов, усложнения программного кода. В предложенной платформе отсутствует механизм быстрой замены одного контроллера другим и неясно описана возможность подключения одного контроллера к другому для дублирования (троирования, квадрирования) функций. Так же не очевиден механизм перераспределения функций контроллера путем перезаписи новой микропрограммы.
Технической проблемой, разрешаемой  настоящей полезной моделью, является создание эффективной  универсальной по функциональным возможностям модульной инженерной платформы и расширение арсенала модульных инженерных  платформ.
Технический результат, обеспечивающий разрешение указанной технической проблемы, заключается в упрощении программного обеспечения с максимально сокращенным функционалом, а также с одновременным снижением номенклатуры используемого оборудования благодаря построению устройства из одинаковых контроллеров и адресных модулей, что влечет за собой повышение надежности работы устройства в целом с разнообразными контролируемыми объектами, в том числе, за счет способности динамического перевода устройств платформы  в режим энергосбережения.
Сущность полезной модели заключается в том, что модульная инженерная платформа содержит источник питания,  несколько   групп адресных микромодулей, выполненных с возможностью  преобразования внешних сигналов  в информацию для ее передачи  в виде сигналов внутри  платформы,  и связанных  с портами ввода-вывода группы физически одинаковых  контроллеров,  подключенных  к  серверу платформы,  сопряженной с хранилищем  информации, при этом  каждый из  микромодулей имеет процессор, порты ввода/вывода и интерфейс отображения информации, каждый из контроллеров снабжен процессором, портами ввода/вывода, часами,  блоком памяти  и интерфейсом отображения информации и выполнен с возможностью  изменения  его функций  непосредственно с сервером, а также с возможностью  автоматического распознавания  и адаптации текущей аппаратной конфигурации, причем в группе микромодулей, соединенных с одним из контроллеров имеют каждый свой  уникальный адрес,  контроллеры имеют каждый свой уникальный адрес в рамках  модульной платформы с образованием в ней единого адресного пространства,  а  каждый из контроллеров снабжен  разъемом,  выполненным с возможностью  параллельного включения  контрольного  выхода  его процессора и портов  ввода/вывод   всех, подключенных к нему микромодулей, и выполнен с возможностью реализации функции  plug-and-play  для автоматического подключения и настройки
Предпочтительно,  адресные микромодули  выполнены  с возможностью  преобразования внешних сигналов   контролируемых  объектов из группы: средства охранной и пожарной сигнализации, пожаротушения, контроля и управления доступом, управления инженерным оборудованием кондиционирования и вентиляции, водоснабжения, электроснабжением, управления освещением.
Предпочтительно,   по меньшей мере, один  контроллер выполнен   в качестве  базового,   с возможностью  функционирования в качестве самостоятельного  управляющего  объекта при  обрыве связи  с сервером,. выполненным в виде ЭВМ.
Предпочтительно,  процессоры контроллеров и  микромодулей выполнены с программным кодом, не требующим  использования операционной системы.
Предпочтительно,   источник питания выполнен в виде импульсного четырехканального преобразователя переменного напряжения в постоянное, схемы управления зарядом внешнего аккумулятора  и трех преобразователей напряжения постоянного тока.
Предпочтительно,  источник питания выполнен в виде импульсного четырехканального преобразователя переменного напряжения в постоянное, схемы управления зарядом внешнего аккумулятора и трех преобразователей напряжения постоянного тока.
На чертеже фиг.1 изображена принципиальная блок-схема  модульной инженерной платформы, на фиг.2 - принципиальная блок-схема  контроллера, фиг.3 - принципиальная блок-схема  адресного модуля, на фиг.4 - принципиальная блок-схема  сопряжения источника питания и контроллеров.
Модульная  инженерная платформа служит для двунаправленной  трансформации сигналов от  группы  контролируемых  объектов 5  к  хранилищу 1 информации  и обратно и выполняется в виде группы аппаратов, размещенных общем корпусе и соединенных  в  нем  монтажными средствами.
Модульная инженерная платформа содержит, по меньшей мере, один  источник 14 питания,  несколько   групп адресных микромодулей 4 выполненных с возможностью  преобразования внешних сигналов  в информацию для ее передачи  в виде сигналов внутри  платформы,  и связанных  с портами ввода-вывода группы физически одинаковых  контроллеров 3,  подключенных  к  серверу 2  платформы,  сопряженной с хранилищем 1 информации.
Каждый из  микромодулей 4 имеет процессор 6, порты 7 ввода/вывода и интерфейс 8 отображения информации.
Каждый из контроллеров 3 снабжен процессором 9, портами 10 ввода/вывода, часами 11,  блоком 12 памяти  и интерфейсом 13 отображения информации и выполнен с возможностью  изменения  его функций  непосредственно с сервером 2, а также с возможностью  автоматического распознавания  и адаптации текущей аппаратной конфигурации.
В группе микромодулей 4, соединенных с одним из контроллеров 3 имеют каждый свой  уникальный адрес,  контроллеры 3 имеют каждый свой уникальный адрес, например, в рамках сектора модульной платформы с образованием в ней единого адресного пространства - совокупности всех допустимых адресов аппаратов 3,4  для их взаимодействия, при необходимости, без постоянного обращения к  хранилищу 1 информации.  Каждый из контроллеров 3  снабжен  разъемом 17,  выполненным с возможностью  параллельного включения  контрольного  выхода  его процессора и портов  ввода/вывод   всех, подключенных к нему микромодулей 4, и выполнен с возможностью реализации функции  plug-and-play  для автоматического подключения и настройки.
Адресные микромодули 4 выполнены  с возможностью  преобразования внешних сигналов   контролируемых  объектов (извещателей и/или датчиков периферийных устройств) 5 из группы: средства охранной и пожарной сигнализации, пожаротушения, контроля и управления доступом, управления инженерным оборудованием кондиционирования и вентиляции, водоснабжения, электроснабжением, управления освещением.
По меньшей мере,  один  контроллер 3  выполнен  функционально  в качестве  базового,   с возможностью  функционирования в качестве самостоятельного  управляющего  объекта при  обрыве связи  с сервером  2,. выполненным в виде ЭВМ.
Процессоры контроллеров 3 и  микромодулей 4 выполнены с программным кодом, не требующим  использования операционной системы.
Источник 14 питания выполнен в виде импульсного четырехканального преобразователя переменного напряжения в постоянное, схемы управления зарядом внешнего аккумулятора  и трех преобразователей напряжения постоянного тока.
Записываемый код ЭВМ 2 хранится в базе данных производителя платформы и высылается потребителю, например, через Ethernet (фиг.4),  в случае надобности, как электронный файл размером порядка 100 Кб.
Внутри  платформы  выполнены  связи  иерархического  или горизонтального характера, с использованием радиальных или  кольцевых схем (фиг.4).
Контроллеры (3)  установлены на DINрейку и подключены через съемные разъемы  16,  а подвод питания к каждому  контроллеру 3  выполнен при помощи плоской пластинки 15 соединяющей два USB  разъема 16.
Модульная  инженерная платформа  реализована с использованием  компонент (аппаратуры) с максимально сокращенным функционалом на каждом этапе двунаправленного процесса трансформации сигналов. Например, контроллер 3, являющийся базовым для любого решения и выступающий при обрыве связи самостоятельным управляющим объектом, должен обладать (фиг. 2)  только процессором 9, портами 10 ввода/вывода, часами 11, блоком 12 памяти, интерфейсом 13 отображения информации. А микромодуль 4 (модуль 4), на который возлагается задача преобразования внешних сигналов в информацию внутри платформы  и передача сигналов из/внутри нее (фиг. 3) может иметь только процессор 6, порты 7 ввода/вывода, интерфейс 8 отображения информации. При этом программный код в процессорах 6,9  обоих устройств 3,4 выполняется без использования операционной системы. Персональный компьютер или сервер 1, используемый в платформе на этапе обработки, хранения и передачи информации,  имеет стандартную конфигурацию и не содержит специальных модулей и блоков, обслуживается стандартной операционной системой.
Таким образом, все разнообразие необходимой аппаратуры  сводится к использованию стандартных аппаратных средств контроллеров 3 и адресных модулей (микромодулей) 4.  Организация связей в устройстве  зависит от типа решаемой задачи и может носить иерархический или горизонтальный характер, с использованием более экономичных радиальных или более надежных кольцевых схем соединений для повышения «живучести» устройства. Такую структуру связей обеспечивают модули (микромодули) 4 с соответствующим интерфейсом 8.
В целом  модульная инженерная платформа  содержит физически одинаковые контроллеры 3, функции которых могут меняться в зависимости от загруженного в них программного кода. Оперативная перезапись программного кода (микропрограммы) производится удаленно, прямо с сервера (компьютера)  1 по линиям связи, существующим в работающем устройстве. При этом записываемый код хранится в базе данных производителя платформы и высылается потребителю в случае надобности, как электронный файл размером порядка 100 Кб. Взаимозаменяемые между собой контроллеры 3, могут быть быстро установлены и демонтированы в устройстве за счет крепления каждого контроллера 3 на DINрейку и подключения через съемные разъемы 17,18.
Подвод питания к контроллеру 3,  выполненный при помощи плоской пластинки (коннектор, соединительная планка) 15 соединяющей два USB  разъема 16 способствует быстрому отсоединению/присоединению контроллера 3 к источнику 14 питания. Один из контактов разъема питания используется для адресной линии опроса источников 14 питания, обеспечивая оперативный контроль работы источника 14 (одного или нескольких) и выполнение источником команд контроллера 3.
Для выполнения тех или иных задач в рамках определенной территории контроллеры 3  соединяются в сектора.
Эта структура позволяет использовать смешанную структуру передачи данных: иерархическую в секторе и горизонтальную между ними и между информационными средствами.
Модульная  инженерная платформа  работает следующим образом.
Вся предварительная обработка сигналов от контролируемых или управляемых объектов 5 ведется в адресных модулях (микромодулях) 4. Микромодули (модули) 4 предназначены для трансформации сигналов внутри устройства и из/во внешнюю среду. Они имеют жесткую логику работы и минимальное количество программного кода. Смена микромодуля (модуля) 4 приводит к изменению функционала входа/выхода контроллера 3. Учитывая, что к контроллеру 3 может быть подключено много адресных микромодулей 4, такая структура становится очень гибкой и пригодной для решения любой задачи. Для выполнения тех или иных задач в рамках определенной территории и для упрощения настройки платформы  адресные микромодули (модули) 4 могут  соединяться в группы.
Работа платформы начинается с подключения в режиме plug-and-play контроллеров 3 и адресных микромодулей (модулей) 4, благодаря  которому  возможно автоматическое определение и настройка подключенных устройств,  и дальнейшей (при необходимости) индивидуальной настройкой каждого контроллера 3, микромодуля 4, группы, сектора последних.
Для уменьшения объема передаваемой информации и упрощения функционирования в платформе используются уникальные адреса микромодулей (модулей) 4, соединенных с одним контроллером 3 и уникальные адреса контроллеров 3  в рамках сектора модульной платформы. В процессе работы в платформе ведется динамическая индивидуальная обработка  сигналов, что приводит информацию к единой информационной форме с возможностью передачи внутри платформы, трансформации к контролируемым или управляемым объектам 5 и хранилищам 1  информации  с образованием единого адресного пространства, обеспечивающего согласование при обмене информацией.
Для повышения надежности платформы электропитание компонент ведется от  стандартизованного источника 14 питания, единого для любой задачи, а также   способного работать в комплекте с другими аналогичными, подключенными к одному контроллеру 3.
Обработка информации на этапе сервера 1 ведется с использованием персональных компьютеров   в стандартной конфигурации.
В конструкции контроллера 3  предусмотрен специальный разъем, позволяющий подключить процессоры других контроллеров 3 напрямую к портам 10 ввода/вывода  и в случае отказа одного из процессоров 9 передать информация от контролируемых объектов (периферийный устройств) 5 и сигналы управления могут быть направлены на процессор 9 другого контроллера 3. При этом стандартизованный источник 14 питания, использующийся совместно несколькими контроллерами 3 поддерживает работу микромодулей 4 и периферийных устройств 5.
В результате настоящего технического решения  создана эффективная универсальная модульная инженерная платформа. При этом упрощена настройка, расширены функциональные возможности для оптимальной компоновки аппаратуры на объекте и взаимодействия с распределенными по протяженным линиям связи различными по конструктивному выполнению, программному обеспечению и контролируемым параметрам и типам  извещателей (датчиков) состояния объектов 5 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 компонента платформы, повышена надежность электропитания за счет способности динамического перевода устройств платформы 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.
Заявляемая модульная инженерная платформа позволяет предложить каждому потребителю индивидуальное решение по цене массового продукта. Это достигается подходом основанном на использовании максимального количества стандартных компонент и максимально сокращенным функционалом на каждом этапе двунаправленного процесса трансформации сигналов от любого из контролируемых или управляемых объектов 5 к хранилищам 1 информации  и обратно. Таким образом, достигается повышение надежности, быстродействия и компактности устройства одновременно с увеличением ее экономической эффективности и простоты использования. Модульная инженерная платформа может использоваться для широкого круга задач, например, в системах  жизнеобеспечения зданий, включающих средства охранной и пожарной сигнализации, пожаротушения, контроля и управления доступом, управления инженерным оборудованием (кондиционированием и вентиляцией, водоснабжением, электроснабжением, управления освещением).