CZ307094B6 - A device for integrated and distributed control and management of intelligent buildings and flats - Google Patents

A device for integrated and distributed control and management of intelligent buildings and flats Download PDF

Info

Publication number
CZ307094B6
CZ307094B6 CZ2014-260A CZ2014260A CZ307094B6 CZ 307094 B6 CZ307094 B6 CZ 307094B6 CZ 2014260 A CZ2014260 A CZ 2014260A CZ 307094 B6 CZ307094 B6 CZ 307094B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
communication
microcomputer
management
control
module
Prior art date
Application number
CZ2014-260A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ2014260A3 (en
Inventor
Jan JaneÄŤek
Jan Kubr
Original Assignee
České Vysoké Učení Technické V Praze, Fakulta Elektrotechnická
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by České Vysoké Učení Technické V Praze, Fakulta Elektrotechnická filed Critical České Vysoké Učení Technické V Praze, Fakulta Elektrotechnická
Priority to CZ2014-260A priority Critical patent/CZ307094B6/en
Publication of CZ2014260A3 publication Critical patent/CZ2014260A3/en
Publication of CZ307094B6 publication Critical patent/CZ307094B6/en

Links

Landscapes

  • Small-Scale Networks (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)

Description

Oblast technikyTechnical field

Technologie řízení a správy inteligentních budov dovolují zajistit řadu funkcí pomocí ovládacích prvků a senzorů. Jejich současná řešení obvykle vycházejí z architektury ovládání technologických provozů, ve kterých ovládání zajišťují řídicí jednotky. Tato řešení jsou založena většinou na standardu K.NX, využívaném řadou firem. Ten vychází z dvouvrstvé komunikační sítě - sběrnice, primárně RS-485, propojující řídicí jednotky, ovládací a ovládané prvky, a komunikační sítě pro vzájemnou komunikaci řídicích jednotek a pro lokální a vzdálenou internetovou komunikaci.Intelligent building management and management technologies allow you to provide a range of functions with controls and sensors. Their current solutions are usually based on the architecture of the control of technological operations in which control is provided by the control units. These solutions are mostly based on the K.NX standard used by many companies. It is based on a two-layer communication network - bus, primarily RS-485, connecting control units, control and controlled elements, and communication networks for mutual communication of control units and for local and remote Internet communication.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Technologie správy současných inteligentních budov a bytů se opírá o senzory, například pro měření teploty, intenzity světla či detekci pohybu, a o místní a vzdálené prvky, které jsou vzájemně propojené vhodnou sítí, dovolující přenášet povely a indikované hodnoty. Minimální nároky na potřebnou doplňující kabeláž, které jsou smyslem návrhu, současná řešení s vyšším počtem funkcí, potřebných senzorů a ovládacích prvků, například na rozdíl od jednoduchého ovládání topného kotle sepnutím teplotního spínače v jednom z pokojů bytu nebo obytného domu, nesplňují.Current intelligent building and apartment management technology relies on sensors such as temperature, light intensity and motion detection, and local and remote elements that are interconnected by a suitable network to transmit commands and readings. The minimal requirements for the additional wiring required by the design, the current solutions with a higher number of functions, the necessary sensors and controls, for example, unlike the simple control of the boiler by switching the temperature switch in one of the rooms of the apartment or dwelling house.

Současné technologie propojení senzorů a ovládacích prvků inteligentních budov se typicky opírají o sběrnice odpovídající standardu RS-485. Sběrnice RS-485 dovoluje propojení nejvýše 32 prvků na vzdálenost do 1200 m při přenosové rychlosti do 19200 b/s. U menších sítí může být takové omezení akceptovatelné, při požadavku na větší vzdálenosti a/nebo větší počet funkčních prvků lze využít prodlužovacích prvků nebo řídicí počítače s více ovládanými RS-485 sběrnicemi.Current sensor-to-intelligent building technology technologies typically rely on RS-485 buses. The RS-485 bus allows the connection of up to 32 elements at distances of up to 1200 m at a baud rate of up to 19200 bps. For smaller networks, such a limitation may be acceptable; for longer distances and / or a plurality of functional elements, extension elements or control computers with multiple controlled RS-485 buses may be used.

Rozsáhlé sítě inteligentních budov pro rozumnější rozhraní s uživateli často vedle pevně instalovaných ovládacích prvků poskytují možnost ovládání programem na počítači v samotné budově, případně na lokálním nebo vzdáleném zařízení klienta, například na bezdrátově připojeném notebooku, tabletu nebo mobilu. Taková řešení ovládání moderních inteligentních budov se typicky opírají o řídicí jednotky ovládající sběrnici RS-485 a schopné přes Internet komunikaci s uživatelskými rozhraními klienta zajistit.Extensive intelligent building networks for wider user interfaces often provide, in addition to hard-wired controls, program control on a computer in the building itself, or on a client's local or remote device, such as a wireless laptop, tablet or mobile. Such control solutions for modern intelligent buildings typically rely on RS-485 controllers capable of communicating with the client's user interfaces over the Internet.

Architektura sítě řízení inteligentní budovy nebo bytu pak typicky využívá dvou vrstev kabeláže. Jednou je sběrnice senzorů a ovládacích prvků, typicky RS-485, druhou je propojení více částí sítě inteligentní budovy, routeru pro lokální bezdrátovou komunikaci a pro připojení k Internetu, a případně lokálního počítačového systému třeba pro ukládání rozsáhlejších datových záznamů. Rozmístění prvků, které vyžadují rychlý přenos dat, například kamer, je u takové architektury omezené až na druhou vrstvu, typicky Ethemet, a zpracování dat většího rozsahu je nutné zajistit v lokálním počítačovém systému. Vybudování sítě s takovou architekturou, specificky ve starších budovách, přitom může být značně náročné, a to konstrukčně, časově i finančně.The intelligent building or apartment management network architecture typically uses two layers of cabling. One is a bus of sensors and controls, typically RS-485, the other is interconnecting multiple parts of the intelligent building network, a router for local wireless communication and Internet connection, and possibly a local computer system for storing larger data records. The deployment of elements that require fast data transfer, such as cameras, is limited to such a layer, typically Ethemet, in such an architecture, and large-scale data processing needs to be provided in a local computer system. Building a network with such an architecture, especially in older buildings, can be very demanding in terms of construction, time and money.

Předchozí text popisuje řešení opírající se o kabelové přenosy signálu. V současnosti se ale lze často setkat i s řešeními, která využívají buď naprosto lokální formu řízení, nebo bezdrátové přenosy. Instalace takových ovládacích systémů je sice velice snadná, jejich použití má však řadu nevýhod. Čistě lokální řešení, například ovladač radiátoru moderním digitálním regulátorem s lokálním nastavením teploty, obvykle vyžadují údržbu, zejména pak výměnu baterií. Bezdrátová řešení mají, vedle snadné instalace, i výhodu oddělení pozice snímačů a ovládacích prvků, případně i možnost vzájemné spolupráce více prvků. Nevýhodou jsou však obvykle rozdílná řešení pro odlišné funkce jako je ovládání osvětlení, regulace teploty, a podobně, potřebná obsluha přiThe foregoing describes a solution based on cable signal transmissions. At present, however, there are often solutions that use either a completely local form of control or wireless transmissions. Although such control systems are very easy to install, they have a number of disadvantages. Purely local solutions, such as a radiator controller with a modern digital controller with local temperature settings, usually require maintenance, especially battery replacement. In addition to the ease of installation, wireless solutions also have the advantage of separating the position of sensors and controls, or the possibility of interoperability between several elements. The disadvantage, however, is usually different solutions for different functions such as lighting control, temperature control, etc.

- 1 CZ 307094 B6 výměně baterií a bezpečnostní rizika jako je sledování provozu, nekorektní zásahy do ovládaných prvků či možné zarušení přenosu bezdrátového signálu.- Replacing batteries and safety risks such as traffic monitoring, improper interference with controls, or possible wireless signal transmission.

Instalačním nárokům klasické dvouvrstvé architektury RS-485 a IP/Ethernet, vycházející z mezinárodních standardů KNX, ISO/IEC 61131 a ISO/IEC 14543, se lze vyhnout, pokud je komunikace v celé síti omezena na vedení vycházející z RS-485 a doplňující k přenosu zpráv rozvod napájení pro ovládací a ovládané prvky.The installation requirements of the classic two-tier RS-485 and IP / Ethernet architecture based on KNX, ISO / IEC 61131 and ISO / IEC 14543 international standards can be avoided if communication across the network is limited to RS-485-based lines and message transmission power distribution for control elements.

Široce využívaným takovým řešením je sběrnice C-Bus - australský patent ABN 42004969304, o kterou se opírá systém firmy Schneider Electric. Výhodou je využití finančně i montážně nenáročné kabeláže UTP, jejíž dva páry vodičů slouží pro přenos dat a další dva páry vodičů pro rozvod napájecího napětí.A widely used such solution is C-Bus - Australian patent ABN 42004969304, on which the Schneider Electric system is based. The advantage is the use of low-cost and installation-friendly UTP cabling, whose two pairs of wires are used for data transmission and the other two pairs of wires for power supply distribution.

Obdobným řešením je sběrnice CIB podle užitného vzoru 21380 firmy Teco, které vystačí pro instalaci pouze dvoudrát. V obou případech ale nevýhodou je, že komunikační rychlost je omezena limitem sběrnice RS-485.A similar solution is the CIB bus according to utility model 21380 from Teco, which is sufficient for installation only two wires. In both cases, however, the disadvantage is that the communication speed is limited by the RS-485 bus limit.

Nárokům klasické dvouvrstvé architektury RS-485 a IP/Ethemet na náročnost instalace a omezení kapacity komunikace u sítí, jejichž vrstva řízení se opírá o pouhou sběrnici RS-485, se lze vyhnout sloučením IP/Ethernetu, sběmicových rozvodů RS-485 a rozvodu napájení, případně dobíjení lokálních akumulátorů. Takové řešení je chráněné patentem CZ304151 Zapojení pro integrované řízení a správu v sítích služeb inteligentních budov. Nevýhodou proti řešení podle tohoto návrhu však zůstává nutnost doplňkové jednovrstvové kabeláže, i když i ta je jednodušší a funkčně efektivnější než dvouvrstvová kabeláž sítí standardních.The demands of the classic dual-layer RS-485 and IP / Ethemet architecture to install and limit communication capacity on networks that rely on a mere RS-485 bus can be avoided by combining IP / Ethernet, RS-485 bus and power distribution, or charging local batteries. Such a solution is protected by patent CZ304151 Wiring for integrated control and management in intelligent building service networks. However, the disadvantage of the solution according to this proposal remains the need for additional single-layer cabling, even though it is simpler and functionally more efficient than double-layer cabling of standard networks.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Nevýhody dosavadních přístupů odstraňuje zařízení pro integrované a distribuované řízení a správu inteligentních budov a bytů podle návrhu, Inteligent Building Control Device, dále jen zařízení IBCD. Jeho podstatou je, že se opírá o komunikaci v síťových rozvodech a zcela se tak vyhne typicky dvouvrstvé architektuře komunikační sítě používané mnoha velkými výrobci, ale i integrované jednovrstvé architektuře podle CZ304151.The disadvantages of the previous approaches are eliminated by the device for integrated and distributed management and management of intelligent buildings and flats according to the design, the Intelligent Building Control Device, hereinafter referred to as IBCD. Its essence is that it relies on communication in network distribution and thus completely avoids the typically two-tier architecture of the communication network used by many large manufacturers, but also the integrated single-tier architecture according to CZ304151.

Zařízení je tvořené mikropočítačem vybaveným vstupně/výstupním rozhraním a propojeným přes komunikační modul PLC a přes kmitočtový filtr s konektorem fázového vodiče a s konektorem nulového vodiče pro komunikaci protokoly IP/PLC po standardní rozvodné síti. Dále je mikropočítač propojen s modulem spínacích prvků propojeným s konektorem fázového vodiče a opatřeným konektory pro připojení ovládaných spotřebičů, s modulem pro měření proudů tekoucích do nulového vodiče připojeného ke konektoru, kde je tento modul opatřen konektory pro připojení ovládaných spotřebičů, a s modulem pro snímání stavu ovládacích prvků. Zařízení je vybaveno zdrojem napájení s vnitřním akumulátorem pro zajištění jeho základní funkce i při výpadku síťového napájení.The device consists of a microcomputer equipped with an I / O interface and connected via a PLC communication module and via a frequency filter with a phase conductor connector and a neutral conductor connector for IP / PLC communication over a standard distribution network. Furthermore, the microcomputer is connected to a switching element module connected to a phase conductor connector and provided with connectors for the connection of controlled appliances, a module for measuring currents flowing to the neutral conductor connected to the connector where the module is equipped with connectors for connection of controlled appliances, and a state sensing module. controls. The device is equipped with a power supply with internal battery to ensure its basic function even in the event of a power failure.

S výhodou může být mikropočítač vstupně/výstupním rozhraním připojen k doplňkovým senzorům, kamerovým snímačům, pomocným pamětem a modulům pro bezdrátovou komunikaci. Další možností je připojení zařízení IBCD na sběrnici RS-485 prostřednictvím převodníku pro RS-485 standard.Advantageously, the microcomputer can be connected to the optional sensors, camera sensors, auxiliary memories and wireless communication modules by the I / O interface. Another option is to connect the IBCD to the RS-485 bus via the RS-485 standard converter.

Přínosem navrhovaného řešení jsou minimální nároky na kabeláž využitím komunikačního protokolu Power Line Communication, zkratkou PLC, po běžných síťových rozvodech a sdružení funkcí jako jsou ovládání osvětlení, vytápění, detekce pohybu osob a podpora požárních a bezpečnostních ochran do spolupracujících zařízení IBCD podle návrhu. Jde tak o technologickou základnu schopnou podpořit celou řadu funkcí, které současné systémy realizují většinou odděThe benefits of the proposed solution are minimal cabling requirements using the Power Line Communication protocol, PLC abbreviation, for common network wiring and the combination of functions such as lighting control, heating, motion detection and support for fire and safety protection to cooperating IBCD devices according to the design. It is a technology base capable of supporting a wide range of functions that today's systems usually do

-2 CZ 307094 B6 leně. Zařízení přitom svými možnostmi pokrývá jak původní funkce rozvodných systémů, tak funkce, které možnosti původní kabeláže výrazně rozšiřují.-2 CZ 307094 B6. At the same time, the equipment covers both the original functions of distribution systems and functions that significantly expand the possibilities of the original cabling.

Protokol PLC pro komunikaci po síťových rozvodech je technologie, která je v současnosti využívána ve dvou oblastech. První je oblast Power Grid, která dovoluje distributorům elektrické energie kontrolu a řízení elektrických rozvodů a měření spotřeby odběratelů. Druhou oblastí je využití protokolu PLC uvnitř budov pro propojení částí lokální sítě pro internetovou komunikaci. Typickým prvkem dovolujícím takové propojení je převodník Ethernet/PLC, který dovolí propojit dvě nebo více lokálních sítí Ethemetu a vytváří tak společnou lokální síť pro prvky využívající Ethemet pro IP komunikaci.The PLC protocol for network distribution is a technology that is currently used in two areas. The first is the Power Grid area, which allows electricity distributors to control and manage wiring and measure customer consumption. The second area is to use the PLC protocol inside buildings to connect parts of the local network for Internet communication. A typical feature allowing such interconnection is an Ethernet / PLC converter that allows to interconnect two or more Ethemet local networks and thus creates a common local network for elements using Ethemet for IP communication.

Vlastní myšlenka návrhu se omezuje na technologickou vrstvu zařízení IBCD. Významnou vlastností navrhovaného řešení je však schopnost podpory programů, které dovolí přizpůsobit zajišťované funkce aktuálním požadavkům a umožnit i jejich budoucí pracovně nenákladnou modifikaci.The idea behind the design is limited to the technological layer of the IBCD. An important feature of the proposed solution, however, is the ability to support programs that allow adapting the functions provided to the current requirements and allowing their future inexpensive modification.

Významnou výhodou zařízení IBCD podle návrhu je jejich schopnost opřít svou komunikaci o již existující síťové rozvody. Potřebným zásahem do původní instalace tedy může být jen jejich instalace do vhodných krabic původních rozvodů.An important advantage of the design of IBCD devices is their ability to base their communication on existing network wiring. Therefore, the necessary intervention into the original installation can only be their installation in suitable boxes of the original distribution.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Zařízení pro integrované a distribuované řízení a správu inteligentních budov a bytů a jeho využití je dále popsáno pomocí přiložených výkresů.The device for integrated and distributed control and management of intelligent buildings and apartments and its use is further described in the attached drawings.

Obr. 1 popisuje základní strukturu zařízení podporujícího architekturu integrované sítě služeb s komunikací opírající se o běžné síťové rozvody s fázovým, nulovým a ochranným vodičem podle normy TN-S. V případě nutnosti lze prvek použít i ve starších rozvodech splňujících standard TN-C nebo TN-C-S.Giant. 1 describes the basic structure of a device supporting the architecture of an integrated service network with communications based on conventional TN-S phase, neutral, and protective conductor networks. If necessary, the element can also be used in older TN-C or TN-C-S standard distribution systems.

Obr. 2a uvádí příklad využití zařízení podle Obr. 1 jako alternativu k původnímu ovládání osvětlení žárovkou vypínačem připojeným k modulu pro snímání stavu ovládacích prvků, a Obr. 2b jako prvek pro ovládání a měření spotřeby na síťové zásuvce.Giant. 2a shows an example of the use of the device according to FIG. 1 as an alternative to the original bulb control by a switch connected to the control status module, and FIG. 2b as an element for controlling and measuring the power consumption of the mains socket.

Obr. 3a uvádí příklad využití zařízení podle Obr. 1 se snímačem teploty připojeným k vstupně výstupnímu rozhraní pro ovládání elektrického topidla připojeného k síťové zásuvce.Giant. 3a shows an example of the use of the device of FIG. 1 with a temperature sensor connected to the input / output interface to control an electrical heater connected to a power outlet.

Obr. 3b je příklad připojení kamerového snímače a paměti SDRAM, potřebné pro uložení zpracovaných obrazových záznamů, ke vstupně/výstupnímu rozhraní.Giant. 3b is an example of connecting the camera sensor and SDRAM needed to store the processed video recordings to the I / O interface.

Obr. 4 uvádí příklad využití zapojení prvků podle návrhu v architektuře sítě rozvodů, která využívá všech tří fází vzájemně propojených filtry v přenosovém pásmu pro PLC komunikaci.Giant. 4 shows an example of the use of wiring elements according to the design in a wiring network architecture that utilizes all three phases interconnected by filters in the transmission band for PLC communication.

Obr. 5 uvádí alternativu využití více fází připojených vlastními převodníky Ethernet/PLC a propojení komunikace přepínačem nebo směrovačem s více ethemetovými rozhraními.Giant. 5 provides an alternative to using multiple phases connected by custom Ethernet / PLC converters and interconnecting communication with a switch or router with multiple ethemet interfaces.

Obr. 6 uvádí alternativu propojení více fází a směrovače do jediné bezdrátové sítě IEEE 802.11 WiFi.Giant. 6 illustrates an alternative to interconnecting multiple phases and a router into a single IEEE 802.11 WiFi wireless network.

Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Základní zapojení navrhovaného zařízení pro integrované a distribuované řízení a správu inteligentních budov a bytů je uvedeno na Obr. 1. Jeho základní jednotkou je mikropočítač 1 se vstupThe basic connection of the proposed device for integrated and distributed control and management of intelligent buildings and flats is shown in Fig. 1. Its basic unit is microcomputer 1 with input

-3 CZ 307094 B6 ně/výstupním rozhraním 8 schopný svým programem zajistit funkce řízení a internetovou komunikaci protokoly TCP/IP. Pro komunikaci protokoly IP/PLC po standardní rozvodné síti je mikropočítač 1 propojený přes komunikační modul 2 PLC a kmitočtový filtr 3 s konektorem 12 fázového vodiče Las konektorem 11 nulového vodiče N. Mikropočítač 1 je propojen s modulem 4 spínacích prvků propojeným s konektorem 12 fázového vodiče L a opatřeným konektory 22 pro připojení ovládaných spotřebičů. Dále je mikropočítač f propojen s modulem 5 pro měření proudů tekoucích do nulového vodiče N připojeného ke konektoru 11 nulového vodiče N opatřeným konektory 21 pro připojení ovládaných spotřebičů. Současně je k mikropočítači 1 připojen modul 6 pro snímání stavu ovládacích prvků, který zaručuje mikropočítači j_ bezpečnou detekci signálů z ovládacích prvků, spínačů a tlačítek využívaných pro klasické ovládání osvětlení místností, nebo ovladačů intenzity světla. Dovoluje využít standardní síťové rozvody a současně zajistit ochranu mikropočítače 1 proti přepětí. Napájení je zajištěno napájecím zdrojem 7 vybaveným vnitřním akumulátorem pro zajištění činnosti při výpadcích síťového proudu. Používá se vnitřní akumulátor s mnohaletou životností, například typu Li-ion.It is able to use its program to provide control functions and Internet communication by TCP / IP protocols. For IP / PLC communication over a standard grid, the microcomputer 1 is connected via the PLC communication module 2 and the frequency filter 3 with the phase conductor connector 12 Las by the neutral conductor connector 11. The microcomputer 1 is connected to the switching element module 4 connected to the phase conductor connector 12 L and provided with connectors 22 for connecting controlled appliances. Further, the microcomputer f is coupled to a module 5 for measuring currents flowing into the neutral conductor N connected to the neutral conductor connector 11 provided with connectors 21 for the connection of the controlled consumers. At the same time, a control state sensing module 6 is connected to the microcomputer 1, which guarantees the microcomputer 1 to safely detect signals from the controls, switches and buttons used for conventional room lighting control or light intensity controls. It allows the use of standard network wiring while ensuring protection of the microcomputer 1 against overvoltage. Power is provided by a power supply 7 equipped with an internal accumulator for operation in the event of a power failure. An internal accumulator with a long service life, such as the Li-ion type, is used.

Převodník 9 pro sběrnici RS-485 dovoluje rozšířit zařízení IBCD o funkci řídicího prvku současných sítí řízení inteligentních budov a bytů odpovídajících standardu K.NX. Důvodem pro takové připojení sběrnice RS-485 může být už existující kabeláž, pokrývající třeba část objektu, nebo snaha využít standardních ovládacích prvků, například spínacích relé.The RS-485 converter 9 allows you to extend the IBCD with the control feature of the current K.NX-compliant intelligent building and apartment management networks. The reason for such RS-485 connection may be already existing cabling, covering for example part of the building, or trying to use standard controls, such as switching relays.

Vstupní vodič PE ochrany síťového rozvodu s konektorem 13 je propojen s výstupními konektory 23 vodičů PE ochrany pro připojené spotřebiče přímo.The input protection PE of the mains protection with the connector 13 is connected to the output connectors 23 of the PE protection wires for the connected appliances directly.

Vstupně/výstupní rozhraní 8 mikropočítače 1 lze využít pro připojení senzorů, kamerových snímačů, pomocných pamětí a modulů pro bezdrátovou komunikaci a podpořit tak řadu funkcí jako jsou řízení osvětlení, řízení teploty, větrání, protipožární a bezpečnostní ochranu programovými funkcemi jak omezenými na lokalitu, tak plně distribuovanými. Běžně využívaným standardem pro takové senzory je I2C. Pro lokální připojení zařízení, která vyžadují vysoké přenosové rychlosti, například kamerové senzory, může vstupně/výstupní rozhraní 8 využívat i standard USB.The microcomputer 1's I / O interface 8 can be used to connect sensors, camera sensors, auxiliary memories, and wireless communication modules to support a variety of features such as lighting control, temperature control, ventilation, fire and security protection with both site and program limited functions fully distributed. The commonly used standard for such sensors is I2C. For local connection of devices requiring high transfer rates, such as camera sensors, the I / O interface 8 can also use the USB standard.

Poměrně zajímavou skupinou prvků, které lze na vstupně/výstupní rozhraní 8 připojit, jsou moduly bezdrátové komunikace. Pro některé z nich, jako jsou např. IEEE 802.15.4 ZigBee, Nordic nRF nebo Bluetooth 2.0, mohou stačit vodiče sériového standardu RS-232. Rychlá sériová rozhraní USB lze ale využít i pro lokální připojení bezdrátových modulů s vyšší přenosovou rychlostí jako jsou Bluetooth 4.0 a IEEE 802.11 WiFi. Bezdrátová komunikace takového typu dovolí typicky komunikaci uvnitř místnosti.A relatively interesting group of elements that can be connected to the I / O interface 8 are wireless communication modules. For some of them, such as IEEE 802.15.4 ZigBee, Nordic nRF or Bluetooth 2.0, RS-232 serial wires may be sufficient. Fast USB serial interfaces can also be used to connect wireless modules with higher data rates such as Bluetooth 4.0 and IEEE 802.11 WiFi locally. Wireless communication of this type typically allows communication within a room.

Bezdrátové moduly IEEE 802.11 WiFi mohou pomoci i pro propojení sběrnic jednotlivých fází síťových rozvodů a pro ovládání mobilními zařízeními jako jsou mobily, tablety a notebooky. Často je však rozumnější využít pro mobilní zařízení lokální komunikaci jako je Bluetooth, a přístup k informacím týkajícím se vzdálených zařízení IBCD nechat na komunikaci v celém systému.IEEE 802.11 WiFi wireless modules can also help to interconnect the buses of the different phases of network distribution and to control mobile devices such as mobiles, tablets and laptops. However, it is often more sensible to use local communications such as Bluetooth for mobile devices and leave access to information related to remote IBCDs on the system-wide communication.

Základními funkcemi zařízení IBCD jsou ovládání připojených spotřebičů prostřednictvím modulu 4 spínacích prvků a měření jejich spotřeby prostřednictvím modulu 5 pro měření proudů tekoucích do nulového vodiče. Zařízení IBCD může využívat senzory, bezdrátové komunikační moduly a podpůrné prvky, jako jsou třeba rozšiřující paměti, připojené na vstupně/výstupní rozhraní 8 mikropočítače L Jednoduché příklady uvádí Obr. 2a, Obr. 2b, Obr. 3a a Obr. 3b.The basic functions of the IBCD are to control the connected consumers by means of the switch element module 4 and to measure their consumption by means of the module 5 for measuring currents flowing into the neutral. The IBCD can use sensors, wireless communication modules, and support elements such as memory expansion connected to the I / O interface 8 of the microcomputer. 2a; FIG. 2b; FIG. 3a and FIG. 3b.

Obr. 2a uvádí příklad zapojení pro ovládání žárovky, u kterého je k modulu 6 pro snímání stavu ovládacích prvků, připojen jednoduchý síťový vypínač. Proti běžným rozvodům, u kterých vedení přes vypínače nebo přepínače slouží k přenosu proudu pro osvětlovací prvky, při využití IBCD lze existující vedení použít pro připojení nejen jednoduchých spínačů určujících svým sepnutím požadavek na zapnutí osvětlení ale i tlačítek a proměnných odporů. Takové prvky pak prostřed-4CZ 307094 B6 nictvím programů dovolují zajistit takové funkce jako krátkodobé nebo dlouhodobé zapnutí, vypnutí a nastavení jasu osvětlení.Giant. 2a shows an example of a lamp control wiring in which a simple mains switch is connected to the control status sensor module 6. In contrast to conventional wiring where lines through switches or switches are used to transmit current for lighting elements, using an IBCD, existing lines can be used to connect not only simple switches that determine the switching on of lighting but also buttons and variable resistors. These features allow programs such as switching the lights on or off for a short or long time to be switched on or off and adjusting brightness.

Obr. 2b uvádí příklad ovládání zásuvek a měření spotřeby připojených spotřebičů. Více vývody nulových vodičů N a fázových vodičů L může IBCD obsloužit více zásuvek současně.Giant. 2b shows an example of socket control and consumption measurement of connected appliances. Multiple outlets of neutral conductors N and phase conductors L can serve multiple sockets at the same time.

Vstupně/výstupní rozhraní 8 mikropočítače 1 dovoluje připojit prvky, jako jsou senzory teploty, jasu, kvality vzduchu, například obsahu kouře, pohybu, a další. Většina současných senzorů může komunikovat prostřednictvím vstupně/výstupního rozhraní 8 s mikropočítačem 1 protokoly jako jsou SPI, Microwire nebo nejběžnější I2C. Jejich signály mohou být využity jak lokálně, například pro ovládání osvětlení opírajícího se o senzor jasu a/nebo senzor pohybu, tak jako zdroj dat pro vzdálená místa, jako jsou grafická uživatelská rozhraní, tablety nebo mobily.The input / output interface 8 of the microcomputer 1 allows the connection of elements such as temperature, brightness, air quality sensors such as smoke content, movement, and others. Most current sensors can communicate via I / O interface 8 with microcomputer 1 protocols such as SPI, Microwire or the most common I 2 C. Their signals can be used locally, for example to control illumination based on the brightness sensor and / or motion sensor, as a data source for remote locations such as graphical user interfaces, tablets, or mobile devices.

Asi nejjednodušší funkci takového typu, regulaci teploty, uvádí Obr. 3a. Detektor teploty připojený ke vstupně/výstupnímu rozhraní 8 zařízení IBCD poskytuje data potřebná pro ovládání připojeného elektrického radiátoru připojeného k zásuvce ovládané pomocí IBCD.Perhaps the simplest function of this type, temperature control, is shown in FIG. 3a. A temperature detector connected to the input / output interface 8 of the IBCD provides the data needed to control the connected electric radiator connected to the socket controlled by the IBCD.

V řadě případů může být významnou funkcí zařízení IBCD připojení kamerového snímače a případné rozšíření jeho paměti, například o modul SDRAM, ke vstupně/výstupnímu rozhraní 8 podle Obr. 3b. O zpracování signálu kamery se svým programem může postarat mikropočítač f a podstatné informace, například záznamy o pohybu, uložit do připojené paměti SDRAM a třeba později je nižší rychlostí přeposlat prostřednictvím IP protokolu. Významným přínosem této možnosti je využití IBCD jako prvku pro bezpečnostní ochranu.In many cases, an important function of the IBCD can be to connect the camera sensor and possibly expand its memory, for example by an SDRAM module, to the I / O interface 8 of FIG. 3b. The processing of the camera signal with its program can be handled by the microcomputer f and essential information, such as motion records, stored in the attached SDRAM and later forwarded via the IP protocol at a lower speed. An important benefit of this option is the use of IBCD as a security protection element.

Síťové rozvody obvykle vycházejí z využití všech tří fází, kterým je potřebné zajistit vzájemnou komunikaci, včetně překrytí pojistek pro pásmo využívané pro komunikaci, a vzhledem k existenci sítí Power Grid případně izolovat i od těchto sítí využívaných distributory elektrické energie.Networking is usually based on the use of all three phases that need to communicate with each other, including fuse overlaps for the bandwidth used for communication, and possibly, due to the existence of Power Grid networks, also isolated from these networks used by electricity distributors.

Jeden možný příklad využití zařízení IBCD podle návrhu v architektuře sítě rozvodů, která využívá všech tří fází uvádí Obr. 4. Provázání frekvenčních PLC pásem jednotlivých rozvodů pro komunikaci IBCD připojených na různých fázích zajišťují pásmové filtry F12 a F23 propojující fázové rozvody. Pro propojení síťových rozvodů a Internetu lze pak použít převodník Ethernet/PLC, běžně využívaný pro propojení počítačů, směrovačů a routerů v domácích sítích, ve kterých se chceme vyhnout instalaci propojení UTP kabely Ethemetu, nebo bezdrátovým propojením WiFi. Převodník Ethemet/PLC vkládá IP pakety přenášené v lokálních sítích v rámcích Ethernetu do rámců PLC.One possible example of the use of an IBCD device according to the design in a network architecture that utilizes all three phases is shown in FIG. 4. Interconnection of frequency PLC bands of individual distribution lines for IBCD communication connected on different phases is provided by band filters F12 and F23 interconnecting the phase distribution. Ethernet / PLC converters, which are commonly used for connecting computers, routers and routers in home networks, in which we want to avoid the installation of Ethemet UTP cables, or wireless WiFi connection can be used for interconnection of network distribution and Internet. The Ethemet / PLC converter inserts IP packets transmitted in local networks in Ethernet frames into PLC frames.

Alternativou k propojení fázových vodičů filtry pro PLC komunikaci podle Obr. 4 může být připojení fázových vodičů samostatnými převodníky Ethemet/PLC k přepínači Ethernetu nebo ke směrovací, který vzájemnou komunikaci a připojení k Internetu zajistí. Příklad takového propojení tří nezávislých rozvodů fáze uvádí Obr. 5. Jediné omezení, které takové řešení má, je potřebná ochrana funkce přepínače Ethemetu/směrovače při výpadku síťového vedení, ke kterému je připojen.As an alternative to interconnecting the phase conductors, the filters for the PLC communication of FIG. 4, the connection of phase conductors can be separate Ethemet / PLC converters to an Ethernet switch or to a routing switch that provides communication and Internet connection. An example of such an interconnection of three independent phase distributions is shown in FIG. 5. The only limitation that such a solution has is the need to protect the functionality of the Ethemet / router switch in the event of a power failure to which it is connected.

Podstatně jednodušším řešením může být využití bezdrátových modulů WiFi připojených ke vstupně/výstupním rozhraním 8 zařízení IBCD v oblasti blízké dostupnému bezdrátovému směrovací podle Obr. 6. Takové bezdrátové propojení zajišťuje vlastně obojí, jak vzájemnou komunikaci IBCD na odlišných fázových rozvodech, tak zajištění přístupu do Internetu. Omezení, které takové řešení má, je takové rozmístění zařízení IBCD a směrovače, které zajistí dostatečnou sílu bezdrátového signálu mezi komunikujícími prvky a případnou ochranu funkce směrovače při výpadku síťového vedení, ke kterému je připojen.A considerably simpler solution may be to use the WiFi wireless modules connected to the I / O interfaces 8 of the IBCD in a region close to the available wireless routing of FIG. 6. In fact, such a wireless connection provides both IBCD communication on different phase distributions and Internet access. The constraint that such a solution has is the placement of the IBCD device and the router, which ensures sufficient wireless signal strength between the communicating elements and eventual protection of the router's function in the event of a power failure to which it is connected.

-5CZ 307094 B6-5GB 307094 B6

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Zařízení pro integrované a distribuované řízení a správu inteligentních budov a bytů podle předkládaného návrhu je využitelné pro integrované řízení a správu senzorů a ovládacích prvků v sítích služeb inteligentních budov a bytů. Základem kabeláže jsou standardní rozvody podle normy TN-S - vodiče L, N a PE, případně i TN-C - vodiče L a PEN, případně jejich kombinace TN-C-S.The device for integrated and distributed management and management of intelligent buildings and flats according to the present design is useful for integrated management and management of sensors and controls in intelligent building and apartment service networks. The cabling is based on standard wiring according to the TN-S standard - L, N and PE wires, eventually also TN-C - L and PEN wires, or their combination TN-C-S.

Fázové vodiče L a nulové vodiče N nebo PEN jsou využívány pro komunikaci mezi prvky podle návrhu a prostřednictvím převodníků protokolů Ethemet/PLC i pro komunikaci s počítači a síťovými prvky jako jsou přepínače Ethernetu nebo směrovače. Tato zařízení pak dovolují zajistit připojení k Internetu a případně propojit sběrnice jednotlivých fází sítě.L and N or PEN phase conductors are used for communication between design elements and through Ethemet / PLC converters as well as for communication with computers and network elements such as Ethernet switches or routers. These devices then allow to connect to the Internet and possibly interconnect the buses of the individual phases of the network.

Zapojení podle návrhu díky struktuře, výpočetní kapacitě a paměti mikropočítače lze snadno doplnit o přídavné senzory, například senzory pohybu místo běžných síťových vypínačů, o senzory teploty a světla v místnostech, o kamery a o prvky pro bezdrátovou komunikaci, například Bluetooth, Nordic nRF, ZigBee nebo WiFi, se speciálními ovladači, mobily, tablety a notebooky.Design-based wiring due to the structure, computing capacity and memory of the microcomputer can easily be complemented by additional sensors such as motion sensors instead of conventional power switches, room temperature and light sensors, cameras and wireless communication elements such as Bluetooth, Nordic nRF, ZigBee or WiFi, with special drivers, mobiles, tablets and laptops.

Claims (3)

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS 1. Zařízení pro integrované a distribuované řízení a správu inteligentních budov a bytů, vyznačující se tím, že se opírá o komunikaci po standardních síťových rozvodech a je tvořené mikropočítačem (1) vybaveným vstupně/výstupním rozhraním (8) propojeným přes komunikační modul (2) PLC a kmitočtový filtr (3) s konektorem (12) fázového vodiče (L) a s konektorem (11) nulového vodiče (N) pro komunikaci protokoly IP/PLC, a dále je mikropočítač (1) propojen s modulem (4) spínacích prvků propojeným s konektorem (12) fázového vodiče (L) a opatřeným konektory (22) pro připojení ovládaných spotřebičů, s modulem (5) pro měření proudů tekoucích do nulového vodiče (N) připojeného ke konektoru (11) a opatřeným konektory (21) pro připojení ovládaných spotřebičů, a s modulem (6) pro snímání stavu ovládacích prvků, přičemž zařízení je vybaveno zdrojem napájení (7) s vnitřním akumulátorem.An apparatus for integrated and distributed management and management of intelligent buildings and flats, characterized in that it relies on communication over standard network wiring and consists of a microcomputer (1) equipped with an I / O interface (8) interconnected via a communication module (2) PLC and frequency filter (3) with connector (12) of phase conductor (L) and connector (11) of neutral conductor (N) for communication by IP / PLC protocols, and further the microcomputer (1) is connected to the switching element module (4) with connector (12) of phase conductor (L) and provided with connectors (22) for connection of controlled appliances, with module (5) for measuring currents flowing to neutral (N) connected to connector (11) and provided with connectors (21) for connection and a module (6) for sensing the state of the controls, the device being equipped with a power supply (7) with an internal accumulator. 2. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že mikropočítač (1) je vstupně/výstupním rozhraním (8) připojen k doplňkovým senzorům, kamerovým snímačům, pomocným pamětem a modulům pro bezdrátovou komunikaci.Device according to claim 1, characterized in that the microcomputer (1) is connected to the input / output interface (8) to additional sensors, camera sensors, auxiliary memories and wireless communication modules. 3. Zařízení podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že mikropočítač (1) je převodníkem (9) připojen na sběrnici RS-485.Device according to claim 1 or 2, characterized in that the microcomputer (1) is connected to the RS-485 bus by a converter (9).
CZ2014-260A 2014-04-15 2014-04-15 A device for integrated and distributed control and management of intelligent buildings and flats CZ307094B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2014-260A CZ307094B6 (en) 2014-04-15 2014-04-15 A device for integrated and distributed control and management of intelligent buildings and flats

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2014-260A CZ307094B6 (en) 2014-04-15 2014-04-15 A device for integrated and distributed control and management of intelligent buildings and flats

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2014260A3 CZ2014260A3 (en) 2015-10-29
CZ307094B6 true CZ307094B6 (en) 2018-01-10

Family

ID=54361299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2014-260A CZ307094B6 (en) 2014-04-15 2014-04-15 A device for integrated and distributed control and management of intelligent buildings and flats

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ307094B6 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050168326A1 (en) * 2002-12-10 2005-08-04 Current Technologies, Llc Power line repeater system and method
US20070213879A1 (en) * 2006-03-09 2007-09-13 Sony Corporation Systems and methods for use in providing local power line communication
WO2010017549A1 (en) * 2008-08-08 2010-02-11 Ranjan Pant Reliable, long-haul data communications over power lines for meter reading and other communications services
US20100045447A1 (en) * 2002-12-10 2010-02-25 Mollenkopf James D Power Line Communications Device and Method
CZ2008660A3 (en) * 2008-10-23 2010-05-05 Modem Tec S. R. O. PLC communication method and apparatus for making the same
US20100130142A1 (en) * 2008-11-25 2010-05-27 Square D Company Wireless transceiver within an electrical receptacle system
GB2484142A (en) * 2010-10-01 2012-04-04 Gigle Networks Ltd A power socket which provides an interface for powerline communication and also measures the energy consumption of a device plugged into the socket

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050168326A1 (en) * 2002-12-10 2005-08-04 Current Technologies, Llc Power line repeater system and method
US20100045447A1 (en) * 2002-12-10 2010-02-25 Mollenkopf James D Power Line Communications Device and Method
US20070213879A1 (en) * 2006-03-09 2007-09-13 Sony Corporation Systems and methods for use in providing local power line communication
WO2010017549A1 (en) * 2008-08-08 2010-02-11 Ranjan Pant Reliable, long-haul data communications over power lines for meter reading and other communications services
CZ2008660A3 (en) * 2008-10-23 2010-05-05 Modem Tec S. R. O. PLC communication method and apparatus for making the same
US20100130142A1 (en) * 2008-11-25 2010-05-27 Square D Company Wireless transceiver within an electrical receptacle system
GB2484142A (en) * 2010-10-01 2012-04-04 Gigle Networks Ltd A power socket which provides an interface for powerline communication and also measures the energy consumption of a device plugged into the socket

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2014260A3 (en) 2015-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101995862B1 (en) Communication apparatus and method for controlling the same
US20170070090A1 (en) Smart electrical outlet
CN104333132B (en) Family's distribution method and system and distribution box
US20070176767A1 (en) Device for automating building engineering
US20110278921A1 (en) Adaptive Power Bus
ES2893351T3 (en) Procedure for collecting data to configure a building automation system and procedure for configuring a building automation system
KR101262163B1 (en) Integrated monitoring and control system using cabinet panel
US11159045B2 (en) Facility for monitoring a portion of a high-voltage electrical power transmission network
Martirano et al. Building automation and control systems (bacs): a review
WO2017090888A1 (en) Intelligent integrated switch combined with wireless network function for establishing iot environment, and control method using same
CZ27182U1 (en) Device for integrated and distributed control and management of smart buildings and flats
WO2005039016A1 (en) Electric installation
CZ307094B6 (en) A device for integrated and distributed control and management of intelligent buildings and flats
US20140192679A1 (en) Convergent Network Node with the Automatic Reconfiguration Capability
US20130128392A1 (en) System and Method for Securely Connecting Energy Devices to a Power Bus
RU2628289C1 (en) Intelligent hybrid modular building management system (smart house) "insyte"
WO2023007366A1 (en) Electrical installation
CN213094227U (en) Edge intelligent gateway for power supply safety management
Korenčiak Application of LONWORKS technology in intelligent buildings
Schrom et al. Smallcan-a reliable, low-power and low-cost distributed embedded system for energy efficient building automation
US20200099248A1 (en) Controlled Low Voltage Emergency Power Distribution
CZ304151B6 (en) Circuit arrangement for integrated control and management in service networks of smart buildings
CN205375108U (en) Protection measurement and control device with multiplex communication function
Tanasiev et al. Energy-efficient solution for smart lighting through iot
JP2021507603A (en) Standard orbit smart home system