Курсовая работа: Управление системой «Интеллектуальный дом» через Интернет. Аппаратно-программные решения внутренней сети.

1. Уровень кабельные сетей (КС)

2. Уровень системы управления технологической инфрастуктурой здания

3. Уровень интегрированная система управления информационной, вычислительной и коммуникационной инфраструктурой

2.2 Уровень кабельных сетей

Современные здания требуют применения эффективных коммуникационных инфраструктур, поддерживающих работу различных сервисных систем на основе передачи информации в электронном виде. Такую инфраструктуру можно рассматривать как совокупность телекоммуникационных помещений, кабельных трасс, элементов системы заземления, кабелей и терминационного оборудования, обеспечивающих базовую поддержку распределения всей информации в здании

Стандарты кабельных сетей

В основе концепции ИЗ лежат стандарты TIA/EIA 568 и 569 для кабельных систем и технологических трасс офисных зданий [5]. Каждым стандартом рассматриваются конкретные, требующие к себе внимания вопросы, а все вместе они дополняют друг друга в деле создания оптимальной кабельной инфраструктуры. Стандарт на телекоммуникационную систему офисных зданий ANSI/ TIA/ EIA568A определяет в деталях структуру модели, а TIA/ EIA569 дополняет его рекомендациями относительно прокладки кабельных трасс. Эти два стандарта в сочетании с TIA/ EIA607 на систему заземления и TIA/ EIA 606 на документацию и администрирование, а также с национальными и местными электрическими кодексами образуют базис для планирования инфраструктуры офисного здания. [5]

Принципы структурированных кабельных сетей (СКС)

Кабельная система соответствующая стандартам ANSI/TIA/EIA568A называется структурированной [5]. При перемещениях служб и персонала внутри здания из одних помещений в другие не изменяют саму проводку - достаточно аппаратуру из одних помещений перенести в другие и сделать необходимые переключения на кроссировочных панелях. Розетки же во всех помещениях однотипные для всех видов оборудования, т. е. проводка обладает хорошей приспособляемостью. Такие системы не требуют каждый раз прокладывать новую проводку и ставить новые розетки, а позволяют использовать при любых переустройствах или перестановках ту сеть, которая капитально смонтирована в здании. Обычно фирмы дают гарантии на работу таких систем в течение 15 лет, без значительных переделок кабельной разводки. В структурированной системе заложена значительная избыточность, позволяющая наращивать виды передачи сигналов и применять различные комбинации сетей. [5]

Но это относится к реализации интегрированной системы в административных и производственных зданиях. В жилых домах же в настоящее время при построении различных видов интеллектуальных домов применяется множество различных технологий объединения приборов и устройств – от RS-232 до Bluetooth. Поэтому для построения интегрированной системы необходимо либо поддерживать множество технологий коммуникационной инфраструктуры, либо необходима выработка стандарта на такие системы.

2.3 Уровень системы управления технологической инфрастуктурой здания

Исполнительные контроллеры системы прямого цифрового управления DDC (Direct Digital Control) управляют локальными объектами: установками сетевой климатизации, котлами, холодильными агрегатами, вентиляторами, насосами, элементами тепловых и осветительных сетей, конвекторами, устройствами управления допуском и т.п.[1]

Объектные исполнительные контроллеры обслуживают ограниченное число системных входов/выходов и, как правило, размещены вблизи управляемого объекта и относящихся к нему конечных датчиков. Поэтому контроллер может использовать сигналы, поступающие от локальной аналоговой сети.

Разбросанные по зданию исполнительные контроллеры современной системы DDC реализуют собственные программы управления также в случае утраты связи с остальной системой и главной базой данных. При восстановлении связи правильно сконфигурированная система должна автоматически восстановить как центральную базу данных, так и локальную базу данных контроллера. [1]

Существенным свойством программируемых систем DDC является их способность перепрограммирования в режиме реального времени [1], без необходимости временного отключения контроллеров. Дополнительное достоинство — автоадресация контроллеров в действующей сети — делает возможной легкую перестройку или модификацию системы без необходимости ее временного отключения. [1]

Стандарты сетей контроля и управления устройствами

Очевидно, что различные подсистемы здания тоже отвечают каким-либо стандартам сами по себе, безотносительно их интегрированности в ИЗ [3]. Вопрос о стандарте на ИЗ заключается, таким образом, в наличии спецификаций на интеграцию систем. Все современные более-менее развитые системы имеют интерфейсы для электронного управления, так что разработать средства для их интеграции не составляет особого труда. Проблема в том, что производители этого оборудования, естественно, не рассчитывают, что оно будет подключаться в сеть по витой паре или по волоконной оптике. В результате попытки перевести охранную или пожарную сигнализацию на трассы СКС вступают в противоречие с концепцией универсальной проводки. [3]

Стали появляться открытые стандарты на сети контроля и управления различными устройствами. На сегодняшний день самое широкое распространение получили два стандарта: BACNet и LonWorks [3]. Стандарт BACNet был предложен и продвигается Американским Обществом Инженеров по Отоплению, Охлаждению и Воздушному кондиционированию ASHRAE. Он принят ANSI и имеет индекс 135-1995. Название стандарта расшифровывается как "протокол для сетей контроля и автоматизации зданий" (Building Automation Control Network). Стандарт предусматривает использование программируемых контроллеров, причем они могут быть объединены в сеть при помощи различных сред. Таким образом, контроллеры выступают промежуточным звеном между практически любыми устройствами, к которым они подключаются по нестандартным интерфейсам. Связь же между контроллерами и системой управления осуществляется по общей сети.[3]

Что такое fieldbus?

До начала 1980-х наиболее распространенным средством связи между системами управления, полевым оборудованием и контрольно-измерительными устройствами был аналоговый сигнал. Однако, в 1983 ведущие производители начали выпускать "интеллектуальные" полевые приборы с встроенными запатентованными протоколами цифровой связи, которые позволяют осуществлять функции двусторонней связи между приборами и системами управления, дистанционной конфигурации и более точного, воспроизводимого управления. Это заставило Международную электротехническую комиссию (IEC) в Европе разработать стандартный цифровой протокол, который должен был иметь ряд преимуществ по эффективности и экономии, включая следующее [4]:

- соединение приборов по многоточечной схеме, которая дала бы возможность подключать несколько приборов к одной полевой шине вместо того, чтобы прокладывать отдельные витые пары для каждого индивидуального прибора;

- возможность совместного функционирования различных приборов. Это означает, что пользователи могут сочетать в одной системе разные приборы от самых разных производителей, при этом все приборы будут
функционировать правильно и взаимодействовать друг с другом и системой управления;

- равноправная связь между интеллектуальными приборами, подключенными к шине (не требуется вмешательство системы управления в обмен данными), что позволяет распределить задачи управления на уровне полевого
оборудования;

- расширенные возможности передачи данных по сравнению с аналоговой связью. Эти данные затем могут быть использованы в оперативном режиме в самых различных приложениях;

Сети, соответствующие данному стандарту могут быть эффективно использованы для построения интегрированной системы управления, потому что они обеспечивают ряд условий функционирования устройств в такой системе:

- небольшой объем передаваемых данных

- необходимость синхронизации всех устройств во время функционирования

- необходимость взаимодействия между несколькими устройствами напрямую

Для окончательной стандартизации была создана организация Fieldbus Foundation которая разработала стандарт FOUNDATION fieldbus – стандарт на построение сети контроля и управления различными устройствами. Он объединяет в себе все основные качества сетей подобного типа, поэтому мы его рассмотрим подробнее.

Стандарт FOUNDATION fieldbus

Fieldbus Foundation - некоммерческая организация, которая объединяет более 120 ведущих мировых поставщиков и конечных пользователей систем управления технологическими процессами и автоматизации производства.

Многоуровневая модель взаимодействия открытых систем OpenSystemInterconnect (OSI) используется для объединения компонентов стандарта в рамках единой модели. [4]

Технология Fieldbus позволяет соединять несколько устройств при помощи всего лишь двух соединительных кабелей. Это существенно снижает сложность схем соединения, а также позволяет снизить общие эксплуатационные расходы системы и обеспечивает большее удобство при работе: чем меньше кабелей используется при подключении устройств, тем меньше устанавливается предохранителей и распределительных щитков. Подключение нескольких полевых устройств к одной шине позволяет также существенно уменьшить число необходимых устройств ввода-вывода и управляющих устройств, электронных модулей. [4]

2.4 Интегрированная система управления информационной, вычислительной и коммуникационной инфраструктурой

Эти системы возникли из-за необходимости обслуживания гетерогенных информационно-технологических сред, когда поддерживается многоплатформенность на всех уровнях: разные компьютеры (мейнфреймы, серверы, рабочие станции и персональные компьютеры), разные операционные системы, разные СУБД, сетевое оборудование от разных фирм-производителей и различного уровня интеллектуальности и т. д.

Основываясь на предоставляемых нижележащими уровнями сервисами, создается последний уровень, в котором все аспекты управления инфраструктурой здания сводятся в единую систему, выполняющую многообразные функции, в число которых входят [1]:

- пожарная сигнализация;