Управління системою «Інтелектуальний дім» через Інтернет. Апаратно-програмні рішення внутрішньої мережі.

Робота студента групи К9-292 Попова І.А.

Московський Державний Інженерно-Фізичний Інститут

(Державний Університет)

Факультет кібернетики. Кафедра 29 "Керуючі інтелектуальні системи"

Москва 2001 Введення

У навчально-дослідній роботі на тему «Управління системою« Інтелектуальний дім »через Інтернет» ставиться за мету розглянути можливості побудови сучасної інтелектуальної системи управління будівлею з віддаленим управлінням через Інтернет. Пояснювальна записка складається з трьох розділів. У першому розділі розглядається концепція і визначення інтелектуальної будівлі, його складові частини та виконувані функції. У другому розділі розглядається інтегрована система управління будівлею, як один з варіантів реалізації концепції інтелектуальної будівлі. У третьому розділі наведено опис частин створеного в рамках даної роботи макета інтегрованої системи управління інтелектуальною будівлею. Розділ 1. Інтелектуальний будинок 1.1 Концепція "інтелектуальної будівлі" Чому з'явилася необхідність в інтелектуальному будинку

Будь-який будинок - будь-то адміністративне, виробниче або житлове складається з певного набору підсистем, що відповідають за виконання певних функцій, які вирішують різні завдання в процесі функціонування цієї будівлі. В міру ускладнення цих підсистем і збільшення кількості виконуваних ними функцій, управління ними ставало все складніше. Також стрімко зростали витрати на утримання обслуговуючого персоналу, ремонт і обслуговування цих підсистем. Вперше ці проблеми стали при експлуатації великих адміністративних та виробничих комплексів.

Сучасна будівля такого типу - це місто в мініатюрі. Фактично в ньому діють всі служби, які були раніше неодмінними атрибутами міського господарства. У таких будинках зазвичай існує адміністративна служба або адміністратор, які використовують і обслуговують цю систему практично цілодобово. Хоча є чимало засобів автоматики, які самі справляються з покладеними на них завданнями, такими, як опалення, вентиляція, підтримка мікроклімату, освітлення, пожежна сигналізація, димоунічтоженіе, контроль входу/виходу і т. п., але управління та обслуговування всіх цих систем вимагає наявність адмініструє персоналу. Його обов'язком є контроль роботи цих підсистем і вживання заходів у разі виходу їх із ладу. Але є ситуації, коли навіть дії кваліфікованого персоналу можуть виявитися неефективними. Це випадки виникнення загрози будівлі і знаходяться у ньому людям, що мають глобальний характер - пожежа, землетруси та інші стихійні лиха, терористичні атаки. Тут потрібно приймати екстраординарні заходи в лічені частки секунди. Реакція і коректність дій людей в критичній ситуації може виявитися недостатньою.

Традиційні системи забезпечення різних аспектів життєдіяльності в минулому проектувались як автономні. Такі системи, що створювалися окремо для кожної функції і об'єднані для довільної частини будівлі. У будівлях встановлювалися системи тільки з тими можливостями і з тим ступенем складності, які були необхідні на поточний момент побудови будівлі. Подальше розширення і модернізація даних систем були складними і дорогими завданнями через безліч різних чинників.

Витрати на експлуатацію такої системи складаються з витрат на експлуатацію кожної автономної системи окремо, вартості навчання персоналу

Вартість експлуатації цих систем висока - в силу їх автономності кожна з них підтримується окремо. Вартість навчання персоналу настільки ж висока, оскільки оператори повинні бути ознайомлені з експлуатацією кожної автономної системи. Основні положення концепції інтелектуальної будівлі  

В даний час для комплексного вирішення перерахованих вище проблем використовується підхід, званий «Інтелектуальна будівля» (З). «Інтелектуальна будівля» - не дуже точний переклад англійського терміна "intelligent building". Під інтелектом в цьому підході розуміється уміння розпізнавати певні ситуації і будь-яким чином на них реагувати (природно, ступінь цього вміння може бути різною, в тому числі дуже високої). Разом з тим, відповідно до буквальним перекладом з англійської, ИЗ можна інтерпретувати як "розумно побудоване" [3]. Це означає, що будівля повинна бути спроектовано так, що всі сервіси могли б інтегруватися один з одним з мінімальними витратами (з точки зору фінансів, часу та трудомісткості), а їх обслуговування було б організовано оптимальним чином.

Концепція інтелектуального будинку містить в собі такі положення:

Створення інтегрованої системи керування будинком -- системи з можливістю забезпечення комплексної роботи всіх інженерних систем будинки: освітлення, опалення, вентиляції, кондиціонування, водопостачання, контролю доступу та багатьох інших.

Усунення всього обслуговуючого персоналу будівлі та передача функцій контролю та прийняття рішень підсистем інтегрованої системи керування будинком. У ці підсистеми якраз і закладається «інтелект» будівлі - Те, як воно буде реагувати на зміну параметрів датчиків системи і інші події типу позаштатних ситуацій.

Реалізація механізму негайного відключення і передачі при необхідності управління людині будь-який підсистемою інтелектуальної будівлі. Разом з цим людині повинен надаватися зручний і однаковий доступ до управління і відображенню всіх підсистем та частин «Інтелектуального будинку».

Забезпечення коректної роботи окремих підсистем у разі відмови загальної керуючої системи або інших частин системи.

Мінімізація вартості обслуговування і модернізації систем будівлі, що повинно забезпечуватися застосуванням загальних стандартів у побудові підсистем, автоматичне конфігурування та виявлення нових пристроїв і модулів при їх додаванні до системи.

Наявність в будівлі прокладеною комунікаційного середовища для підключення до неї пристроїв і модулів систем. Поряд з цим можливість використання в якості комунікаційного середовища в системі управління різних типів фізичних каналів: слабкострумові лінії, силові лінії, радіоканал. Можливості інтелектуальної будівлі

Інтелектуальний будинок має масу переваг перед неінтелектуальними. Інтегрована система керування будинком дозволяється власникам будівлі створювати як завгодно складні та інтелектуальні процедури функціонування цієї будівлі, тому що всі виконавчі системи цього будівлі можуть працювати злагоджено і спільно. Звідси випливає реалізація безлічі ресурсозберігаючих процедур, процедур контролю доступу і забезпечення безпеки будівлі, обліку і контролю практично всіх параметрів систем будівлі та оперативне реагування на їх критичне зміна, причому реакція є комплексної та миттєвої, віддаленого контролю і керування будинком, тому що всі інформаційні та керуючі канали зв'язку в такій системі є цифровими. Далі по ходу викладу будуть наведені конкретні приклади використання нових можливостей інтелектуальної будівлі.

Крім надання нових можливостей проектувальникам і власникам інтелектуальної будівлі, воно також є для них економічно вигідним. Економічні аспекти

У всіх країнах з розвиненими ринковими економіками прозорі і доходи, і витрати платників податків, а останніми є фактично всі громадяни. Чіткий контроль за доходами і витратами дозволяє ефективно працювати таким інституціям, як іпотечне кредитування (видача кредитів для будівництва і придбання житла). Це призводить до того, що покупку житла в кредит може дозволити собі більшість працездатного населення. Кожен, що взяв кредит на покупку житла стане «жити в борг»: левова частка його доходу буде витікати на погашення кредиту. Без страхування ризиків у такому випадку не можливі правові взаємовідносини в даних економічних процесах. [6]

Тому в багатьох країнах вже існує практика обов'язкового страхування житла. Природно, що страхові компанії зацікавлені в якості і надійності страхується житла. Але оскільки виникнення страхових випадків не уникнути, то страхові компанія прагнуть потім стягнути гроші з справжніх винуватців, наприклад, - будівельних компаній.

«Інтелектуальна будівля» в змозі надати експертам той «чорний ящик», за вмістом якого будуть робитися висновки. Тому розвиток і впровадження ІЗ в країнах з розвиненими ринковими економіками зараз йде стремітельниі темпами. Навіть у Росії сучасні і дорогі офісні і житлові будівлі вже проектуються з урахуванням вимог концепції ИЗ, для подальшого їх впровадження. [6]

Крім того самі майбутні власники таких будівель зацікавлені в їх інтелектуальності, тому що воно безсумнівно приносить значну економію коштів своєму власникові за рахунок точного обліку і контролю над всіма системами будівлі, а також інтелектуального та раціонального використання таких ресурсів, як електрика, вода, тепло. [6] 1.2 Застосування З концепції для житлового будинку

Весь попередніх матеріал повністю справедливий для адміністративного або виробничого будинку або комплексу. Але в метою даної роботи є перш за все розгляд системи управління інтелектуальним будинком у сенсі приватного житлового будинку або житла. Тому далі будуть розглянуті основні відмінності від офісу і підприємства при впровадженні З концепції в житловому будинку, який ми будемо називати «інтелектуальний будинок». Відмінності будинку від будівлі

Приватний житловий будинок або житло відрізняються від адміністративного комплексу або цеху виробничого підприємства. Можна виділити кілька аспектів використання та конструкції житлового будинку, що істотно відрізняються від аналогічних у будівлях. Ось найважливіші:

- в житловому будинку його власник не може і не хоче постійно або перідіческі адмініструвати і керувати підсистемами будівлі. Значить інтегрована система управління таким будинком повинна бути побудована таким чином, щоб вимагати мінімального обслуговування або бути повністю автоматичною.

- підключення нових приладів і пристроїв до такій системі має бути максимально полегшено, тобто зведено практично до простому приєднанню до вільного роз'єму в мережі або навіть простому включенню приладу. А він сам вже повинен за підтримки системи управління підключитися до ній, налаштувати свої параметри відповідно до вимог системи і запропонувати свої сервіси інших компонентів системи. При цьому система повинна надати користувачеві на його вимогу дуже докладний інтерфейс налаштування всіх її компонентів і алгоритмів функціонування.

- тут з'являється багато нових аспектів, які потрібно автоматизувати - це позбавлення людини від повсякденної роботи, як то: прибирання приміщення, приготування їжі, прання одягу і т.д. Причому вони на відміну від інших областей дуже погано піддаються автоматизації та система повинна мати дуже високий інтелект, щоб прийнятним чином справлятися з цими завданнями.

- у функціях будинку має бути чітко розмежовано, що він може робити, а чого робити не повинен ні в якому разі. Важливо, щоб людина знала про це розмежування і був упевнений, що будинок ніколи цю рису не переступить. Можливості інтелектуального будинку

Можливості у інтелектуального будинку такі ж як і в будівлі, але до них додаються ще кілька специфічних. Одна з них, як вже зазначалося вище, позбавлення людини від повсякденних турбот. Підключення всіх домашніх приладів і пристроїв до інтегрованої системи дозволяє також звільнити людину, що живе в такому будинку, від необхідності стежити за наявністю продуктів, скупченням сміття в кошику, своєчасною оплатою рахунків, і багатьом іншим. Система сама за всім стежитиме, потім приймати рішення про необхідні дії та за наявності можливості виконувати будь-які дії (замовлення продуктів у магазині, переказ грошей з рахунку за комунальні послуги і т.д.) Дистанційне управління інтелектуальним домом

Людина може керувати інтелектуальним домом або будівлею з допомогою деяких засобів управління, розміщених у самій будівлі або його околицях, але включених в ту ж комунікаційне середовище, що і всі інші компоненти системи. Але існує безліч випадків коли буває необхідно або бажано віддалене управління підсистемами інтелектуального будинку. Перелічимо основні з них:

людина хоче мати можливість контролювати стан свого будинку при тривалій відсутності і при необхідності керувати деякими системами

у випадку непередбачених ситуацій (пожежа, повінь тощо) будинок повинен мати можливість сповістити про це свого власника і відповідні міські служби

при несправності в деяких модулях і підсистемах, діагностика і деякі ремонтні або конфігураційні процедури можуть бути проведені фахівцями із сервісних центрів віддалено без особистої присутності, що заощаджує значні кошти і сприяє різноманітності доступних технічних засобів

Концепція інтелектуального будинку надає можливість створення в рамках інтегрованої системи управління підсистеми віддаленого управління. Ця підсистема дозволяє отримувати інформацію про події та стан деяких параметрів і віддалено посилати команди управління всій системі або її окремим компонентів. Щодо глибини реалізації такої можливості в інтелектуальному будинку можна виділити такі форми:

1. Автономний саморегулівних і керований об'єкт, що включає в себе всіляку автоматику, але не має сполучення з «Собі подібними». Це та найбільш примітивна модель штучного інтелекту, на яку робиться наголос в засобах масової інформації. Де «інтелектуальний дім »видається дивом техніки, що обіцяє масу зручностей і задоволень багатому ледар, якому ліньки встати з дивана, щоб клацнути вимикачем.

2. При підключенні інтелектуального будинку до мережі, що зв'язує окремі об'єкти в єдине ціле, що дозволить здійснювати моніторинг систем життєзабезпечення, енергозбереження ресурсів, безпеки і т.д. Рішення будь-яких питань, пов'язаних із згаданими системами, а також доставка різноманітних послуг по мережі стане набагато простіше й ефективніше.

3. Вища форма інтелектуального житла: обмін інформацією як всередині будинку, так і поза ним (з глобальної мережі) відбувається з допомогою стандартних цифрових протоколів. Всі компоненти системи інтегровані в єдиний комунікаційний простір.

Остання форма розглядається як основа реалізація концепції ІЗ і припускає створення інтегрованих систем управління інтелектуальним домом. Стан проблеми

На даний момент вже існують склалися рішення створення інтелектуальних офісів або виробничих цехів. Проблемами автоматизації управління інфраструктурою споруд почали займатися ще більше 30 років тому. Тому до натоящему моменту часу існує безліч стандартів і готових рішень для цього класу будинків. Але для категорії приватних будинків, котеджів або квартир поки що не існує комплексних стандартизованих рішень. Хоча для житлових багатоповерхівок як цілого в принципі прімініми системи автоматизації офісних та адміністративних будівель.

Як було сказано вище основою реалізації З концепції є створення інтегрованих систем управління. У цій роботі також буде створено макет інтегрованої системи управління. Далі вона буде розглянута більш докладно. 1.3 Інтегрована система керування будинком Визначення та роль в інтелектуальному будівлі

Система керування будинком може бути як інтегрованою, так і складатися з кількох автономних систем управління різними підсистемами будівлі. Автономні системи мають свої переваги і недоліки у порівнянні з інтегрованими, але в нашому випадку найбільш важливо те, що автономні системи не можуть використовувати загальні дані. Кожна система має власні?? атчікі і сигналізатори, недоступні для інших, настільки ж герметично замкнених систем. Це - наслідок ізольованості дій і неможливості автоматичної координації реакції систем. Тому такі системи не можуть забезпечити вимог, що пред'являються до інтелектуальних будівлям.

Інтегрована система управління інтелектуальною будівлею займається вирішенням завдань забезпечення комплексної роботи всіх інженерних систем будівлі: освітлення, опалення, вентиляції, кондиціонування, водопостачання, контролю доступу та багатьох інших.

Інтегрована система управління інфраструктурою будівлі дозволяє безболісно, без переробок підвищувати різноманітність обслуговуються функцій контролю за станом всього будинку в цілому, різних його приміщень, а також за умовами праці і життя, що в нім людей. При цьому вже існуючі і працюють автономні пристрої інтегруються в єдину систему.

На відміну від автономних систем, інтегрована система використовує загальну базу даних. Така база даних може бути автентично використана не тільки окремими підсистемами забезпечення життєдіяльності, але і будь-якими іншими пристроями автоматизації керування будинком, як, наприклад, системами фотоідентіфікаціі, установками обігріву та вентиляції, освітлювальними мережами, і навіть може збирати дані, які виходять від існуючих задіяних в будівлі автономних систем (наприклад, від протипожежної установки).

Інтегрована система надає зручний доступ і до архіву за весь минулий час роботи. Використання великих масивів даних за минулий час дозволяє проводити аналітичні прогнози і приймати обгрунтовані стратегічні рішення.

З усього викладеного вище, можна виділити певні вимоги, що пред'являються до інтегрованої системи управління:

створення на основі різних фізичних середовищ передачі даних єдиної комунікаційного середовища, прозорою для всіх пристроїв, підключених до неї;

можливість підключення пристроїв без додаткової настройки і зміни конфігурації системи;

створення протоколів взаємодії пристроїв між собою і передачі повідомлень;

ведення єдиної централізованої або розподіленої бази даних всіх пристроїв, компонентів і підсистем інтегрованої системи з вказівкою наданих ними сервісів та служб інших підсистем;

можливість простого реконфігурірованія системи із зміною або перенесенням деяких частин без налаштування та перерв у функціонуванні;

пристрої, що підключаються до такої мережі повинні мати можливість автономної роботи в разі втрати зв'язку з системою і самостійного включення назад в систему при відновленні зв'язку; Можливості інтегрованих систем

Використання даних однієї системи (для управління пристроями інших систем), дозволяє уникнути дублювання датчиків, оптимізувати витрати таких ресурсів, як вода, тепло, електрику [2]. Взаємодія систем дає можливість автоматично вимикати світло в приміщенні за відсутності в ньому людей, а в неробочий час та у вихідні дні переводити опалення та вентиляцію в економічний режим. Контроль над витратою ресурсів допомагає обчислити об'єкти з найбільшим споживанням і розробити оптимальну стратегію управління ними. Поєднання двох систем (контролю доступу та обліку кадрів) дозволяє враховувати час знаходження на роботі, автоматизувати видачу перепусток, розрахунок заробітної плати і т.д. [2]

Пожежні системи безпеки можуть працювати автономно і тим не менше видавати сигнали в систему. Наприклад, видавати на екран дисплея шляхи евакуації, перекривати шляхи поширення вогню, включати систему пожежогасіння тощо

У більшості випадків досягається величезна економія за рахунок зниження загальної довжини комунікаційних кабелів і зменшення термінів створення екземплярів системи. Приклади алгоритмів, що реалізуються в інтегрованій системі

Приклад 1.

Увечері співробітники покидають будівлю. Хтось ще може чогось повернутися, хтось засиджується допізна, але рано чи пізно з будівлі йдуть всі. Охоронна система визначає, що в якийсь момент часу всі співробітники, що працюють в деякій зоні (поверх, секція, крило поверху), розійшлися по домівках. Реакцією на це може стати знеструмлення системи освітлення поверху, а також вимкнення настільних комп'ютерів по мережі, якщо хтось забув, йдучи, вимкнути свій ПК (подібна функція реалізована в багатьох сучасних мережних адаптери). Економія електроенергії в цьому випадку очевидна. Якщо додати часткове відключення системи опалення (в зимовий час) або її переклад на знижені потужності в нічний час, то матеріальні вигоди, які приносять З, виявляться цілком відчутні. [3]

Приклад 2.

Визначення наявності співробітника в будівлі може також принести користь з точки зору захисту інформації. Якщо співробітник покинув будівлю, то його обліковий запис в інформаційній системі блокується, і ніхто, навіть знаючи пароль, не зможе увійти в мережу під його ім'ям. Більш того, при наявність інформації про те, з якою робочої станції зловмисник намагався увійти в мережу, і про те, хто саме знаходився в той момент у приміщенні, уповноважені особи можуть вжити відповідних заходів. [3]

Але це приклади для використання інтергірованних систем в інтелектуальних будівлях, а для інтелектуального будинку можна навести наступний приклад:

Приміром господарі будинку можуть дивитися програму приготування того чи іншого блюда на екрані телевізійної приставки, а потім послати рецепт холодильнику, що, у свою чергу, передасть список інгредієнтів у інтерактивний продовольчий магазин. Розділ 2. Структура інтегрованої системи управління 2.1 Рівні інтегрованої системи керування будинком Розподіл інтегрованої системи керування будинком на рівні

Рівень кабельні мереж (КС)

Рівень системи управління технологічної інфрастуктурою будівлі

Рівень інтегрована система управління інформаційної, обчислювальної та комунікаційної інфраструктурою 2.2 Рівень кабельних мереж

Сучасні будівлі вимагають застосування ефективних комунікаційних інфраструктур, що підтримують роботу різних сервісних систем на основі передачі інформації в електронному вигляді. Таку інфраструктуру можна розглядати як сукупність телекомунікаційних приміщень, кабельних трас, елементів системи заземлення, кабелів і термінаціонного устаткування, що забезпечують базову підтримку розподілу всієї інформації в будівлі Стандарти кабельних мереж

В основі концепції З лежать стандарти TIA/EIA 568 і 569 для кабельних систем і технологічних трас офісних будівель [5]. Кожним стандартом розглядаються конкретні, які потребують до себе уваги питання, а всі разом вони доповнюють один одного в справі створення оптимальної кабельної інфраструктури. Стандарт на телекомунікаційну систему офісних будівель ANSI / TIA / EIA568A визначає в деталях структуру моделі, а TIA / EIA569 доповнює його рекомендаціями щодо прокладки кабельних трас. Ці два стандарти у поєднанні з TIA / EIA607 на систему заземлення і TIA / EIA 606 на документацію та адміністрування, а також з національними та місцевими електричними кодексами утворюють базис для планування інфраструктури офісної будівлі. [5] Принципи структурованих кабельних мереж (СКМ)

Кабельна система відповідає стандартам ANSI/TIA/EIA568A називається структурованої [5]. При переміщеннях служб і персоналу всередині будівлі з одних приміщень в інші не змінюють саму проводку -- достатньо апаратуру з одних приміщень перенести в інші і зробити необхідні перемикання на кроссировочні панелях. Розетки ж у всіх приміщеннях однотипні для всіх видів обладнання, тобто проводка має хорошою пристосовністю. Такі системи не вимагають щоразу прокладати нову проводку і ставити нові розетки, а дозволяють використовувати при будь-яких перебудови або перестановки ту мережу, яка капітально змонтована в будинку. Зазвичай фірми дають гарантії на роботу таких систем протягом 15 років, без значних переробок кабельної розводки. У структурованої системі закладена значна надмірність, що дозволяє нарощувати види передачі сигналів і застосовувати різні комбінації мереж. [5]

Але це відноситься до реалізації інтегрованої системи в адміністративних і виробничих будівлях. У житлових будинках ж у даний час при побудові різних видів інтелектуальних будинків застосовується безліч різних технологій об'єднання приладів і пристроїв -- від RS-232 до Bluetooth. Тому для побудови інтегрованої системи необхідно або підтримувати безліч технологій комунікаційної інфраструктури, або необхідне вироблення стандарту на такі системи. 2.3 Рівень системи керування технологічною інфрастуктурою будівлі

Виконавчі контролери системи прямого цифрового управління DDC (Direct Digital Control) керують локальними об'єктами: установками мережевий кліматизації, котлами, холодильними агрегатами, вентиляторами, насосами, елементами теплових та освітлювальних мереж, конвекторами, пристроями управління допуском і т.п. [1]

Об'єктні виконавчі контролери обслуговують обмежена кількість системних входів/виходів і, як правило, розміщені поблизу керованого об'єкта і пов'язаних з ним кінцевих датчиків. Тому контролер може використовувати сигнали, що надходять від локальної аналогової мережі.

Розкидані по будівлі виконавчі контролери сучасної системи DDC реалізують власні програми управління також у разі втрати зв'язку з іншою системою і головною базою даних. При відновленні зв'язку правильно сконфигурированная система повинна автоматично відновити як центральну базу даних, так і локальну базу даних контролера. [1]

Істотною властивістю програмованих систем DDC є їхня здатність перепрограмування в режимі реального часу [1], без необхідності тимчасового відключення контролерів. Додаткове гідність - автоадресація контролерів в діючій мережі - уможливлює легку перебудову чи внесення змін до системи без необхідності її тимчасового відключення. [1] Стандарти мереж контролю та керування пристроями

Очевидно, що різні підсистеми будівлі теж відповідають будь-яким стандартам самі по собі, безвідносно їх інтегрованості в З [3]. Питання про стандарт на ІЗ полягає, таким чином, у наявності специфікацій на інтеграцію систем. Всі сучасні більш-менш розвинені системи мають інтерфейси для електронного управління, так що розробити засоби для їх інтеграції не складає особливих труднощів. Проблема в тому, що виробники цього обладнання, природно, не розраховують, що воно буде підключатися до мережі по кручений парі або по волоконної оптиці. У результаті спроби перевести охоронну або пожежну сигналізацію на траси СКС вступають в протиріччя з концепцією універсальної проводки. [3]

Стали з'являтися відкриті стандарти на мережі контролю і керування різними пристроями. На сьогоднішній день саме широке розповсюдження отримали два стандарти: BACNet і LonWorks [3]. Стандарт BACNet був запропонований і просувається Американським Товариством Інженерів по Опалення, кондиціонування та повітряного кондиціонування ASHRAE. Він прийнятий ANSI і має індекс 135-1995. Назва стандарту розшифровується як "протокол для мереж контролю та автоматизації будівель "(Building Automation Control Network). Стандарт передбачає використання програмованих контролерів, причому вони можуть бути об'єднані в мережу за допомогою різних середовищ. Таким чином, контролери виступають проміжною ланкою між практично будь-якими пристроями, до яких вони підключаються за нестандартними інтерфейсів. Зв'язок же між контролерами та системою управління здійснюється по загальній мережі. [3] Що таке fieldbus?

До початку 1980-х найбільш поширеним засобом зв'язку між системами управління, польовим обладнанням і контрольно-вимірювальними пристроями був аналоговий сигнал. Проте, в 1983 провідні виробники почали випускати "інтелектуальні" польові прилади з вбудованими запатентованими протоколами цифрового зв'язку, які дозволяють здійснювати функції двостороннього зв'язку між приладами і системами управління, дистанційної конфігурації і точнішого, який відтворюється управління. Це змусило Міжнародної електротехнічної комісії (IEC) в Європі розробити стандартний цифровий протокол, який повинен був мати ряд переваг в ефективності та економії, включаючи наступне [4]:

з'єднання приладів за багатоточкової схемою, яка дала б можливість підключати кілька приладів до однієї польової шині замість того, щоб прокладати окремі кручені пари для кожного індивідуального приладу;

можливість спільного функціонування різних приладів. Це означає, що користувачі можуть поєднувати в одній системі різні прилади від самих різних виробників, при цьому всі прилади будуть
функціонувати правильно і взаємодіяти один з одним і системою управління;

рівноправна зв'язок між інтелектуальними приладами, підключеними до шини (не потрібне втручання системи управління в обмін даними), що дозволяє розподілити задачі управління на рівні польового
обладнання;

розширені можливості передачі даних у порівнянні з аналогової зв'язком. Ці дані потім можуть бути використані в оперативному режимі в самих різних додатках;

Мережі, відповідні даному стандарту можуть бути ефективно використані для побудови інтегрованої системи управління, тому що вони забезпечують ряд умов функціонування пристроїв в такій системі:

невеликий обсяг переданих даних

необхідність синхронізації всіх пристроїв під час функціонування

необхідність взаємодії між кількома пристроями напряму

Для остаточної стандартизації була створена організація Fieldbus Foundation яка розробила стандарт FOUNDATION fieldbus - стандарт на побудову мережі контролю і управління різними пристроями. Він об'єднує в собі всі основні якості мереж подібного типу, тому ми його розглянемо докладніше. Стандарт FOUNDATION fieldbus

Fieldbus Foundation - некомерційна організація, яка об'єднує більше 120 провідних світових постачальників і кінцевих користувачів систем управління технологічними процесами і автоматизації виробництва.

Багаторівнева модель взаємодії відкритих систем Open System Interconnect (OSI) використовується для об'єднання компонентів стандарту в рамках єдиної моделі. [4]

Технологія Fieldbus дозволяє поєднувати кілька пристроїв за допомогою всього лише двох сполучних кабелів. Це істотно знижує складність схем з'єднання, а також дозволяє знизити загальні експлуатаційні витрати системи та забезпечує більшу зручність при роботі: чим менше кабелів використовується при підключенні пристроїв, тим менше встановлюється запобіжників і розподільних щитків. Підключення декількох польових пристроїв до однієї шині дозволяє також суттєво зменшити кількість необхідних пристроїв введення-виводу і керуючих пристроїв, електронних модулів. [4] 2.4 Інтегрована система управління інформаційної, обчислювальної та комунікаційної інфраструктурою

Ці системи виникли через необхідність обслуговування гетерогенних інформаційно-технологічних середовищ, коли підтримується багатоплатформеність на всіх рівнях: різні комп'ютери (мейнфрейми, сервери, робочі станції і персональні комп'ютери), різні операційні системи, різні СУБД, мережеве обладнання від різних фірм-виробників і різного рівня інтелектуальності і т. д.

Грунтуючись на надаються нижележащим рівнями сервісами, створюється останній рівень, в якому всі аспекти управління інфраструктурою будівлі зводяться в єдину систему, що виконує різноманітні функції, до числа яких входять [1]:

пожежна сигналізація;

управління параметрами середовища;

контроль доступу в будівлю;

сигналізація злому;

управління ліфтами;

телевізійне спостереження;

реєстрація часу перебування;

керування освітленням;

контроль використання електричної енергії;

опалення, вентиляція, підтримка мікроклімату;

Крім виконання цільових функцій на неї покладаються функції управлінения інформаційною інфраструктурою [1]:

контроль доступу до інформації та управління безпекою;

управління робочим навантаженням;

контроль продуктивності;

управління подіями;

відображення і підтримка бізнес-процесів;

управління бізнес-додатками;

автоматизоване управління зберіганням даних;

управління проблемами;

керування транспортом даних;

розсилка програмного забезпечення;

керування розсилкою звітів;

управління чергами і пристроями друку;

управління Web-серверами;

управління мережею;

Остання функція - управління мережею - включає в себе автоматичне розпізнавання об'єктів управління і топології мережі, підвищення рівня контролю мережевого обладнання, наявність засобів розробки для управління нестандартним мережним устаткуванням, інтеграція з уже існуючими в будівлі системами управління мережею та наявність засобів ведення політики управління мережею. Архітектура системи

Контролери, верхнього рівня, так звані мережні контролери підключаються до існуючої локальної мережі будівлі і забезпечують зв'язок з контролерами нижнього рівня - виконавчими контролерами [2]. Датчики температури, вологості тощо, підключаються до виконавчим контролерам. До них же підключається і "кінцевий" обладнання - силові реле моторів і лампи освітлення, приводів вентиляційних заслінок, замки дверей і сигнальні лампочки [2]. Розділ 3. Побудова макета інтегрованої системи керування будинком Умови створення системи

Так як цій роботі ставилося за мету розглянути питання віддаленого управління системою інтелектуального будинку, то для практичного дослідження теорітеческіх висновків необхідна реалізація принципів З в деякому макеті інтегрованої системи управління. У силу непереборних обмежень умов реалізації системи, а саме, отсутсвии необхідних коштів для реалізації рівня структурованих кабельні мереж і рівня системи керування технологічною інфрастуктурою будівлі, то вони моделюються за допомогою наявних у наявності обчислювальних і комунікаційних коштів. Це персональні комп'ютери, локальна мережа стандарту Ethernet на базі стека протоколів TCP/IP і самостійно спроектований пристрій, що підключається до послідовного інтерфейсу COM персонального комп'ютера і виконує роль моделі датчика і виконавчого пристрою. Також не ставиться за мету досягти відповідності значень різних технічних параметрів реалізованого макета реально до існуючих стандартів і систем. Архітектура системи

Фізично реалізація системи являє собою макет, що складається з декількох комп'ютерів, об'єднаних локальною мережею Ethernet, до яких, з допомогою послідовного інтерфейсу, приєднуються спроектовані пристрою. Для того, щоб створити пристрої, що виконують різні функції в інтегрованій системі, їх алгоритми роботи імітуються на програмному рівні. Аппараттурно все пристро