For two-¡e¡ter codes and other abbreviations. refer lo the "Guid-ance Notes on Codes and Abbreviations " appearing at the begin-ning ofeach regular issue qf the PCT Gazene.
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SISTEMA DE CONTROL PARA LA AUTOMATIZACION DE EDIFICIOS
PEQUEÑOS
Antecedentes de la invención La presente invención se refiere a sistemas de control para edificios, y más particularmente a sistemas de control para integrar y controlar la operación de varias aplicaciones automatizadas dentro de un edificio pequeño. En edificios comerciales grandes se usan redes de PC sofisticadas para automatizar y controlar la operación de calentamiento, ventilación y acondicionamiento de aire (HVAC) e iluminación para asegurar comodidad y eficiencia. Estos diferentes Sistemas de Edificios Inteligentes (IBS) también pueden configurarse para monitorear la seguridad de la propiedad, los contenidos y las personas en el edificio. Ya sea que el edificio esté ocupado o vacío, estos sistemas IBS mantienen un control cuidadoso del estado del sistema de incendios y seguridad, comodidad y consumo de energía, y los efectos de cambiar el clima o la ocupación para operar eficientemente la una planta física completa. Ingenieros especialmente entrenados, programadores, comisionistas y técnicos de mantenimiento diseñan, programan, instalan y mantienen estos diferentes sistemas IBS costosos y complejos. Después de su instalación, la complejidad de estos sistemas IBS requiere que sean operados por personal técnico y de REF . : 148338 2
seguridad entrenado del edificio. Típicamente, este personal está dedicado al uso y operación de los diferentes IBS. Estos sistemas IBS integran, a un nivel huésped en una estación de trabajo de PC, las funciones de control computarizadas individuales de acceso, seguridad, HVAC, iluminación y protección contra incendios en un esfuerzo por proporcionar a los ocupantes comodidad, seguridad y conveniencia, tanto durante como después de las horas de trabajo. Estos sistemas IBS ajustan las diferentes aplicaciones del edificio con base en instrucciones preprogramadas y pueden proporcionar reportes de administración de condiciones anormales (alarmas) , uso de la propiedad y consumo de energía, tendencias operativas e información de mantenimiento. En un IBS complejo, estos sistemas pueden encender luces, ajustar el HVAC para comodidad, cambiar sistemas de seguridad al estado de ocupado, activar elevadores y compensar el clima prevaleciente al inicio de un día. Al final del día estos IBS's complejos pueden invertir el proceso para maximizar la eficiencia, minimizar el costo de energía y proporcionar protección para los ocupantes y la propiedad. La interacción de parámetros preprogramados, entradas de sensor en tiempo real y eventos operativos hacen a estos IBS's ajustarse automáticamente a programas, requerimientos de ocupantes y la 3
necesidad del manejo de indicaciones sincronizadas de, e interacciones para, circunstancias planeadas y excepcionales. Desafortunadamente, este nivel de control computarizado e interacción con máquinas es costoso y actualmente únicamente pueden costearlo edificios grandes, por ejemplo, edificios de aproximadamente 18,580 metros cuadrados y más grandes. El costo de poner una PC en servicio sola puede significar ¦ que estos IBSs no puedan competir con las restricciones de costo en edificios pequeños. Poniendo aparte los aspectos de complejidad que se refieren a un IBS a base de PC, la amplia aceptación de estos IBS en propiedades con un presupuesto de control de 10,000 dólares es inesperada ya que el costo de añadir una PC y software asociado solo añade 3,000 dólares - 30% de prima de costo a presupuesto de control tradicional. Como resultado, la tecnología de control disponible para edificios más pequeños ha sido limitada a los tipos de control de iluminación o HVAC individuales, o sistemas de seguridad que se usan en propiedades residenciales. Por ejemplo, los edificios pequeños típicamente incluyen un poco más que un dispositivo de sincronización de tiempo para cada unidad HVAC, control de iluminación en cada panel de iluminación y seguridad "tipo alarma contra robo separada. Cada dispositivo opera independiente de los demás controles en el edificio y cada uno no tiene un punto central de reporte o ajuste. Esto 4
significa que cada cambio en el uso o programa debe ser ingresado típicamente una y otra vez en cada controlador por el personal de mantenimiento . Los cambios de programa o estación, o uso dan como resultado una modificación tediosa y laboriosa de las diferentes aplicaciones individuales. En muchos casos, los parámetros operativos se seleccionan como un asunto de conveniencia para la persona de mantenimiento con muy poca preocupación por eficiencia, reducción de costos o conveniencia del ocupante. Breve descripción de la invención Los problemas mencionados arriba se superan por la presente invención en donde se proporciona un sistema de control para usarse en edificios pequeños con una interfaz de control local que es preprogramada con perfiles de varios tipos de controladores de aplicación que permiten la autoconfiguración de los controladores de aplicación. La interfaz de control local incluye medios para obtener el tipo de controlador de aplicación a partir de cada controlador de aplicación nuevo. La interfaz de control local utiliza el tipo de controlador como una clave para accesar el perfil prealmacenado para el tipo de controlador de aplicación específico. El perfil proporciona a la interfaz de control local toda la información de variables de control necesaria para configurar el controlador de aplicación en la interfaz de control local .
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En una modalidad preferida, la interfaz de control local incluye también medios para obtener un perfil de controlador de aplicación directamente del controlador de aplicación en el momento de la configuración. Este mecanismo es particularmente útil cuando el perfil para un controlador de aplicación específico no está contenido en la base de datos de perfiles prealmacenados . Por ejemplo, la interfaz de control local puede adquirir perfiles directamente de controladores de aplicación que sean libremente programables para aplicaciones especializadas no prealmacenadas en la base de datos de perfiles de la interfaz de control local. La presente invención proporciona también un método para configurar un controlador de aplicación. En una modalidad preferida, los controladores de aplicación incluyen una terminal de servicio que es accionada para iniciar el proceso de configuración automatizado. Después de la activación de la terminal de servicio, el controlador de aplicación transmite su ID de procesador a la interfaz de control local. En respuesta, la interfaz de control local asigna una ID de sistema única al dispositivo y consulta al controlador de aplicación para determinar, entre otras cosas, su tipo de controlador. Una vez que se determina el tipo de controlador, la interfaz de control local retira el perfil prealmacenado para ese tipo de controlador específico. Los perfiles incluyen toda la información que . ,se refiere a las variables de .control asociadas con un tipo de controlador particular.
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En una modalidad preferida, la interfaz de control y varios controladores de aplicación establecen comunicación sobre una red de comunicaciones convencional con mensajes explícitos usando asignación de direcciones explícita. La interfaz de control se preprograma preferiblemente con definiciones de los diferentes mensajes explícitos que pudieran ser enviados o recibidos por la interfaz de control . De manera similar, cada controlador de aplicación es preprogramado de preferencia con definiciones de los diferentes mensajes explícitos que pudieran ser enviados o recibidos por ese controlador de aplicación. En una modalidad más preferida, la interfaz de control local incluye medios para enviar periódicamente mensajes de impulso a cada uno de los controladores de aplicación. Dependiendo del tipo de controlador de aplicación, el mensaje de impulso puede incluir variables de control que afecten la operación del controlador de aplicación. Los controladores de aplicación incluyen medios para actualizar sus variables de control de acuerdo con valores presentados en el mensaj e - de - impulso . Además, los controladores de aplicación incluyen cada uno medios para enviar una respuesta a cada mensaje de impulso. La respuesta confirma que el controlador de aplicación está aún disponible en la red y, dependiendo del controlador de aplicación, puede regresar a la interfaz de control local el valor de una o más 7
variables de control que pudieran ser reenviadas a, o que de otra manera afecten la operación de otros controladores de aplicación. La estructura de datos del mensaje de impulso para cada tipo de controlador es de preferencia preprogramada en la interfaz de control local , eliminando de esta manera la necesidad de la entrada por el usuario para definir estas estructuras de datos en el momento de la configuración. En una modalidad aún más preferida, la interfaz de control local es preprogramada para proporcionar integración entre aplicaciones de varios tipos. En general, la interfaz del. controlador es preprogramada para hacer cambios adecuados a un controlador de aplicación en vista de la información recibida desde otro controlador de aplicación. La interfaz de control incluye, de preferencia programación suficiente como para proporcionar la integración entre aplicaciones de HVAC, aplicaciones de iluminación, alarmas de seguridad y aplicaciones de acceso con tarjeta. Todavía más preferiblemente, la interfaz del controlador también será preprogramada para proporcionar integración entre aplicaciones de lectura de medición de demandas de utilidades públicas y aplicaciones de monitoreo de activos, por ejemplo, aplicaciones que funcionen con etiquetas de activos RF o códigos de barras para monitorear movimiento y/o estado de varios activos, y el estado de alarma de un sistema de alarma contra incendios .
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En otra modalidad preferida más, el sistema de control incluye una interfaz de servidor de red que permite que el sistema de control sea operado y monitoreado usando capacidades de acceso a Internet o de marcado convencionales . La interfaz de control local proporciona mensajes explícitos que permiten que otros dispositivos compatibles lean e inscriban en la interfaz de control local remotamente . La presente invención proporciona un sistema de control para edificios pequeños económico que es relativamente simple de instalar, configurar y operar. La presente invención incluye de preferencia una interfaz de control local dedicada que reemplaza la PC de alto costo utilizada convencionalmente para configurar y/o operar un IBS convencional . El controlador dedicado incluye únicamente los componentes necesarios para configurar y controlar el sistema, y es por lo tanto menos costoso que las PC's convencionales . Ya que la interfaz de control local es preprogramada con perfiles para los diferentes controladores de aplicación soportados por el sistema, el sistema de control permite la autoconfiguración de los controles de aplicación. La interfaz de control local también permite la agrupación de varios controladores de aplicación, incluyendo controladores ' de- aplicación de diferentes tipos. Esto permite el manejo por grupos del estado de ocupación y potencialmente otras variables, permitiendo de esta manera 9
cierto nivel de integración entre aplicaciones de tipos diferentes, por ejemplo el control de aplicaciones de iluminación y de HVAC en respuesta a eventos de acceso. Un nivel de integración adicional se proporciona por los mensa es explícitos enviados por la interfaz de control local. Estos mensajes transfieren el valor de variables de control entre controladores de aplicación, incluyendo controladores de aplicación de tipos diferentes. La interfaz del servidor de red permite también el control a base de marcado o Internet y por lo tanto proporciona flexibilidad adicional en el monitoreo y control del sistema. Estos y otros objetivos, ventajas y características de la invención se entenderán y apreciarán fácilmente haciendo referencia a la descripción detallada de la modalidad preferida y los dibujos. Breve descripción de los dibujos La figura 1 es un diagrama esquemático que muestra los diferentes componentes de un sistema de control de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención; La figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra los componentes de la interfaz de control local ; La figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra los componentes de los controladores de aplicación de HVAC y de iluminación; La figura 4 es un diagrama de bloques que ilustra los componentes del controlador de aplicación de control de acceso;
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La figura 5 es un diagrama esquemático de un ASM-l; La figura 6 es un diagrama esquemático de un LCU-1; La figura 7 es un diagrama de sistema de módulo de termostato típico; La figura 8 es una representación de la estructura de datos para un impulso de control de HVAC; La figura 9 es una representación de la estructura de datos para un mensaje de respuesta de HVAC; La figura 10 es una representación de la estructura de datos para un impulso de control de ACU; La figura 11 es una representación de la estructura de datos para un mensaje de respuesta de ACU; La figura 12 es una representación de la estructura de datos para un impulso de control de ASM; La figura 13 es una representación de la estructura de datos para un mensaje de respuesta de ASM; Las figuras 14A-14B son un diagrama de flujo que muestra las etapas de una modalidad preferida del proceso de configuración automatizado; La figura 15 es una representación de la estructura de datos para un mensaje de solicitud de acceso; La figura 16 es una representación de la estructura de datos para un mensaje de respuesta de acceso; La figura 17 es una representación de la estructura de datos para un mensaje de usuario de puerta;
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La figura 18 es una representación de la estructura de datos para un mensaje de alarma; La figura 19 es una representación de la estructura de datos para un impulso de control de LCU y La figura 20 es una representación de la estructura de datos para un mensaje de respuesta de LCU. Descripción detallada de la modalidad preferida I . Perspectiva General del Sistema de Control Un diagrama esquemático que ilustra la arquitectura de un sistema de control de acuerdo con una modalidad preferida se muestra en la figura 1 y se designa generalmente 10. El sistema de control 10 es un sistema de control distribuido que tiene una interfaz de control local 12 y una pluralidad de controladores de aplicación 14, 15, 16 y 18 intercontectados por una red de comunicaciones convencional 20. La interfaz de control local 12 maneja el sistema de control 10 proporcionando el control digital directo de los controladores de aplicación. Cada controlador de aplicación controla la operación de una aplicación correspondiente, tal como un controlador de aplicación HVAC 14, controlador de aplicación de acceso con tarj eta/seguridad 16, controlador de aplicación "de iluminación 18 y controlador de sensor de sistema amplio 15. Los controladores de aplicación son generalmente controladores individuales que operan de acuerdo con varias variables de control . La interfaz de control local 12 12
proporciona una interfaz de usuario para monitorear parámetros de sistema, cambiando el valor de variables de control y manejar alarmas y eventos. A través de esta funcionalidad, la -interfaz de control local 12 proporciona la integración entre los controladores de aplicación 14, 16, 16 y 18, incluyendo controladores de aplicación de tipos diferentes. La interfaz de control local 12 es preprogramada con perfiles de varios tipos de controladores de aplicación 14, 15, 16 y 18 que son soportados por el sistema 10, incluyendo las variables de control relevantes para cada uno. Además, la interfaz de control local 12 puede adquirir un perfil de un controlador de aplicación en el momento de la autoconfiguración, por ejemplo, si la aplicación es desconocida para la interfaz de control local 12 o si está disponible una versión nueva o actualizada del perfil. Los perfiles también pueden ser descargados a través de la interfaz de control local 12 o acceso remoto tal como la Internet o una conexión marcada o directa. Estos perfiles permiten la autoconfiguración de los controladores de aplicación. Esta descripción detalla una modalidad preferida de la presente invención, proporcionando detalles suficientes para que un experto en la técnica lleve a la práctica la invención reclamada. Detalles adiciones están contenidos en la solicitud provisional de E.U.A. No. 60/261,488 titulada METODO, SISTEMA Y APARATO PARA UNA RED AUTOCONFIGURADA, presentada el 12 de enero de 2001 y la cual se incorpora en la presente a manera de referencia.
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II . Componentes del Sistema de Control Como se indicó arriba, la presente invención está dirigida a un sistema de control para edificios pequeños que incluye una interfaz de control local 12 y una variedad de controladores de aplicación 14, 15, 16 y 18 que se comunican sobre una red de comunicaciones 20 convencional. A. Red de comunicaciones La red de comunicaciones 20 puede ser cualquiera de una variedad de redes alámbricas convencionales, por ejemplo, Ethernet u otras tecnologías de manejo de redes alámbricas. El sistema de control 10 también es adecuado para usarse con una amplia gama de tecnologías de manejo de red inalámbricas, tales como radiofrecuencia, portador de cables de energía, sistemas ópticos y otras tecnologías similares. Además, el sistema de control 10 puede incluir una combinación de tecnologías de redes. Por ejemplo, como se muestra en la figura 1, el sistema 10 puede incluir una sección de red primaria 20a y una sección de extensión de red 20b que estén interconectadas por interfaces de comunicación 20c y 20d. La presente invención puede incluir también capacidades para manejo de redes remotas. Internet, sistemas de registro de efectivo en punto de venta, redes de . área ancha y redes de área local pueden usarse para el control y monitoreo remoto del sistema de control 10. . Como se . muestra en la figura 1, el sistema 10 puede incluir un servidor de página red o datos 14
22 para proporcionar una interfaz para varias capacidades de manejo de redes remotas. Estas diferentes tecnologías de redes son bien conocidas por los expertos en la técnica y por lo tanto no se describirán en detalle. B. Interfaz de control local Como se indicó arriba, el sistema de control 10 es manejado por una interfaz de control local 12. La interfaz de control local 12 puede ser implementada usando una amplia variedad de componentes de circuito y diagramas de circuitos . En consecuencia, la interfaz de control local variará de aplicación en aplicación. Por razones de alto costo, la interfaz de control local es incorporada de preferencia en un dispositivo de control dedicado que tiene únicamente los componentes de hardware necesarios. Como alternativa, la interfaz de control local puede ser incorporada en una PC, tal como una computadora de escritorio, de palma o portátil. Con el propósito de descripción, a continuación se describirá una implementación preferida de la interf z de control local 12. En general, la interfaz de control local 12 incluye una pantalla de presentación visual y tacto 21, una sección de procesador principal 22 , una sección de procesador de interfaz de red 24, una sección de interfaz en serie local 26, una sección de interfaz LCD 28, una sección de interfaz de pantalla de tacto 30 y una sección de suministro de energía 32. La interfaz de control local 12 incluye de 15
preferencia un presentador visual LCD tamaño VGA ¾ de gráficos en color convencional con una pantalla de tacto resistiva análoga e integral para entradas y salidas. La pantalla de presentación visual y tacto proporciona una interfaz de usuario gráfica ("GUI") para el ingreso y presentación visual de datos. La interfaz de control local 12 puede incluir alternativamente otros tipos de pantallas de tacto u otros dispositivos de entrada y salida convencionales, tales como un teclado. Todos los ingresos del usuario se llevan a cabo con la pantalla de tacto, principalmente al tocar botones o iconos sobre la presentación visual. El GUI incluye de preferencia teclas suaves que permiten al usuario navegar a través de menús según sea necesario para controlar y configurar el sistema 10. Aunque la sección de procesador principal 22 variará en diseño y configuración de aplicación en aplicación, en la modalidad descrita la sección de procesador principal 22 incluye un microprocesador incrustado AM186EM de 16 bits 40; dos microcircuitos de memoria de firma reprogramables FLASH de 2 Mbits 42 que contienen el programa ejecutado por el procesador principal; dos microcircuitos RAM estáticos MC43400n de 1 Mbit 44 que proporcionan memoria para el almacenamiento temporal de datos, memorias volátiles de almacenamiento de bases de datos y comunicaciones; una sección de decodificación de dirección que utiliza un 16
dispositivo lógico programable GAL 16V8 46 que proporciona interfaces de entrada/salida ; una interfaz en serie sincronizada (no mostrada) está incrustada dentro del. microprocesador AM186EM para comunicarse con el controlador de pantalla de tacto 48; un reloj de tiempo real RTC no volátil 50; dos diodos emisores de luz de estado controlado por software 52 para la indicación del estado del programa y la verificación de la recepción de un mensaje de identificación de red; un reloj 54 que tiene un cristal de 20.0 Mhz y componentes individuales que ocasionan que el microprocesador AM186EM opere a la frecuencia adecuada. El procesador principal 22 incluye también de preferencia un controlador de reinicio de activación ADM691A 56 para asegurarse que la fuente de energía sea estable y dentro de tolerancias operativas adecuadas y que el microprocesador AM186EM se inicialice adécuadamente . El controlador ADM691A incluye de preferencia un temporizador de vigilancia para reiniciar el microprocesador A 186EM en caso de una suspensión de software. Un circuito de conmutación de batería (no mostrado) permite la retención no volátil de la base de datos en caso de una pérdida de energía. El circuito de conmutación de batería incluye un dispositivo de desactivación, tal como un puente externo, que permite que el respaldo de batería sea desactivado para liberar la base de datos según se desee. La base de. datos también puede .ser 17
liberada a través de una función de menú de instalador en software sobre la interfaz de control local . La sección de procesador de interfaz de red 24 proporciona una interfaz mapeada de espacio 1/0 a la red Echelon LonWorks y descarga ciertas funciones de nivel bajo del procesador AM186EM, tales como funciones de protocolo de red de nivel bajo y controlador. El procesador de interfaz de red 24 incluye generalmente un procesador MC143150B1FU1 Neuron 58 o su equivalente, que ejecuta un programa de software suministrado por Echelon (por ejemplo, programa Neuron WC" ) ; un microcircuito de memoria de firma reprogramable AT29C010N FLASH 60 para contener el programa de software suministrado por Echelon; un microcircuito RAM estático 43256AGU 62 para el almacenamiento de datos temporal y memorias volátiles de comunicación; una sección de decodificación de dirección 64; un conmutador de servicio y LED (no mostrado) están conectados al procesador Neuron para indicar la condición de estado de servicio del procesador de red; un controlador de reinicio de energía 56 (esencialmente compartido con la sección de procesador principal 22) usado para asegurarse de que el suministro de energía sea estable y dentro de tolerancias operativas adecuadas ; indicadores LED 52 (compartidos con la sección de procesador principal 22) para indicar el estado de la actividad de la red y para indicar la transmisión del procesador de red y un reloj 66 18
que tiene un cristal de 10.0 Mhz y componentes individuales que ocasionan que el procesador Neuron 58 opere a la frecuencia adecuada. La sección de procesador de xnterfaz de red 24 incluye también de preferencia una sección de interfaz de red de intercontrolador 68 que suministra comunicaciones de red externas desde la interfaz del controlador hasta los controladores de aplicaciones. La sección de procesador de interfaz de red 24 incluye de preferencia' un transceptor de topología libre FTT10A (no mostrado) y sus circuitos asociados (no mostrados) y/o un transceptor diferencial LT485 EIA485 (no mostrado) y sus circuitos asociados (no mostrados) . Las especificaciones del transceptor FTT10A se describen en más detalle en "Lon orks FTT-10A Free Topology Transceiver User' s Guide" , la cual es publicada y está disponible de Echelon Corporation, y se incorpora en la presente a manera de referencia. Cuando la sección de interfaz de red 24 se usa únicamente para la comunicación FTT10A, el transceptor FTT10A (no mostrado) se conecta directamente al procesador Neuron (no mostrado) . Cuando la sección de interfaz de red 24 se usa tanto para comunicación FTT10A como EI1485 independientemente o juntas, el transceptor FTT10A (no mostrado) se conecta directamente a un transceptor EIA 85 (no mostrado) y a la red -muítiterminal ???485. Un multivibrador de un disparo (no mostrado) y gatillo Schmidt de inversión (no . mostrados) se usan' para 19
suministrar una señal de activación retrasada al transceptor a partir de la actividad de datos en el transceptor FTT10A. El transceptor EIA485 proporciona la conexión a red para el procesador Neuron. Como alternativa, pueden usarse el FTT10A y/o el EIA485 en la implementación preferida, o una interfaz diferente tal como un transceptor de cables de energía PLT22. El protocolo real usado es el Echelon Lon Works con base en Manchester (para interfaces FTT10A o EIA485) o la interfaz de modo especial Echelon LonWorks (para PLT22 u otras interfaces de cables de energía) . Los protocolos Echelon LonWorks se conocen bien por los expertos en diseños de microcontroladores . La tecnología que permite compartir una comunicación simultánea entre el medio FTT10A y el medio EIA485 se describe en la patente de E.U.A. 6,046,657 a Kikta, la cual se incorpora en la presente a manera de referencia. La sección de interfaz en serie local 26 proporciona una interfaz entre la sección de procesador principal 22 y una computadora personal o terminal CRT que se usan para la inicialización y descarga de bases de datos. La sección de interfaz en serie local 26 incluye de preferencia un transceptor de interfaz MAX202 EIA232 (no mostrado) . El puerto serial usado para las comunicaciones entre la sección de procesador principal 22 y la PC está incrustado dentro del microprocesador AM186. La sección de interfaz de presentación visual LCD 28 utiliza un controlador LCD mapeado de memoria SED1374 70 20
para activar el módulo LCD a color. Este dispositivo lleva a cabo todo el formateo de corrientes de datos, la traducción de tablas de consulta a color y señales de temporización necesarias por el presentador visual. Un dispositivo lógico programable GAL16V8 (no mostrado) proporciona la traducción de la trayectoria de datos de presentación visual de color/monocromática y 4/8 bits según se requiera por los diferentes tipos de presentadores visuales LCD que pueden usarse con el diseño.. La sección de interfaz de pantalla de tacto 30 utiliza un controlador de pantalla de tacto/convertidor de datos ADS7846E (no mostrado) en conjunto con dos compuertas NY 74HC00 Quad para traducir las señales de interfaz serial sincronizada incrustada en el microprocesador AM186E en las señales requeridas por el controlador de pantalla de tacto 48. Los componentes de traducción se conocen bien por los expertos en la técnica y por lo tanto no se describirán en detalle. Es suficiente decir que el microprocesador AM186EM tiene una interfaz serial de 16 bits con una linea de datos bidireccional y dos selecciones mutuamente exclusivas, pero el controlador de pantalla de tacto requiere de líneas separadas de entrada de datos y salida de datos con una sola selección. La sección de interfaz de pantalla de tacto 30 contiene también dispositivos fijadores de nivel transitorios (no mostrados) y dispositivos de filtración (no mostrados) para la pantalla de tacto.
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La fuente de energía 32 proporciona los voltajes operativos requeridos por cada sección de la interfaz de control local 12. La fuente de entrada es filtrada para emisiones EMI y FI usando componentes convencionales (no mostrados) . La protección contra sobrecorrientes también se provee usando componentes convencionales (no mostrados) . Para interoperabilidad con ciertas marcas de controladores que utilizan una estructura de entrada de energía de puente de onda completa para rectificar una entrada de CA de 24 voltios, se puede proporcionar una conexión de energía separada. La fuente primaria es un convertidor descendente de conmutación LM2575-5.0 (no mostrado) con una salida fija de +5 voltios a 1 amp. Este suministro se usa como una fuente de entrada para que todas las demás secciones de fuentes de energía generen salidas secundarias. La interfaz de control local 12 puede incluir también una sección de interfaz de Ethernet/llnea telefónica 72. Esta sección incluye circuitos de interfaz 74 convencionales, un controlador de Ethernet 76 con reloj 78 y un módem telefónico 80. La anterior descripción de la interfaz de controlador 12, incluyendo la configuración de sección y los componentes de circuito específicos, es simplemente ejemplar. La configuración precisa de la interfaz de controlador 12 variará de aplicación en aplicación según se desee.
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C. Controladores de aplicación Como se indicó arriba, la presente invención incluye una pluralidad de controladores de aplicación 14, 15, 16 y 18 que controlan la operación de aplicaciones correspondientes, tales como el control de HVAC, control de acceso, sensores sistémicos, control de seguridad e iluminación. Los diferentes controladores de aplicación son típicamente capaces de operar en un modo individual sin la intervención de la interfaz de control local 12. En consecuencia, cada controlador de aplicación incluye componentes de hardware y software generalmente convencionales capaces de proporcionar el control individual de la aplicación correspondiente. Para proporcionar la integración sistémica y de, los controladores de aplicación son capaces de intercambiar comunicaciones con la interfaz de control local 12. En consecuencia, cada controlador de aplicación 14, 15, 16 y 18 incluye componentes de hardware generalmente convencionales y capaces de intercambiar mensajes sobre la red de comunicaciones. Los siguientes párrafos describen la función general de los diferentes controladores de aplicación soportados en la modalidad preferida de la presente invención. Cada uno de estos controladores de aplicación es capaz de comunicarse sobre una red Lon orks . Los diferentes controladores de aplicación de HVAC, llámense los DXU-1, DXU-2, AHU-1, FCU-1, FCU-2, FCU-3, FCU-4 23
y HPU-1, son similares en el diseño de circuitos y disposición general. Cada uno de estos controladores HVAC 14 incluye entradas de sensor 84, salidas de control 86, puntos de entrada/salida auxiliares 88 y un sensor de zona/presentador visual/interfaz 90. El DXU-1 es un controlador independiente para un paquete de intercambio directo de una sola zona ("DX"), tal como una unidad DX de techo. El DXU-1 controla unidades DX con hasta dos etapas de calentamiento y dos etapas de enfriamiento. El DXU-1 mantiene la temperatura de un espacio a un punto fijo definido. El DXU-1 soporta puntos fijos individuales para calentar y enfriar en ocupado/no ocupado. El control se logra al secuenciar las etapas de calentamiento y enfriamiento con base en los requerimientos de espacio actuales. El DXU-1 incluye entradas digitales para el estado del ventilador, indicación de límite bajo de aire mixto, detector de humo y estado del filtro. Una interfaz serial de dos cables está provista para las salidas de termostato y digitales en forma de triacs para el inicio/detención de ventiladores, dos etapas de calentamiento y dos etapas de enfriamiento. El DXU-1 energiza al ventilador cuando existe una solicitud de calentamiento o enfriamiento, y "de preferencia puede ser sobrecontrolado desde un termostato local. Cada DXU-1 se interconecta a un termostato local convencional que proporciona un sensor de temperatura de 24
espacio, ajuste de punto fijo de temperatura, sobrecontrol de ocupación y una selección de automático/encendido del ventilador. El modo operativo del DXU-1 es normalmente determinado por la interfaz de control local 12. Si se desea, el DXU-1 puede incluir un programa de respaldo local para determinar la operación cuando la interfaz de control local 12 no esté disponible. El DXU-1 monitorea el estado del ventilador. Si el ventilador es energizado y no se detecta flujo de aire alguno después de un periodo de tiempo predefinido, el DXU-1 apaga el ventilador y todas las etapas de calentamiento y enfriamiento. Además, se envía una alarma a la interfaz de control local 12. El DXU-1 volverá a operar después de un reinicio. El DXU-1 monitorea también una entrada digital para verificar la presencia de humo. Si se detecta la presencia de humo, el DXU-1 apaga el ventilador y todas las etapas de calentamiento y enfriamiento. Además, se envía una alarma a la interfaz de control local 12. El DXU-1 volverá a funcionar después de reiniciarse. El DXU-1 monitorea además el estado del filtro de aire. Un conmutador de presión externo está conectado a la entrada para determinar cuando el filtro se ensucia. El DXU-1 reporta una alarma a la interfaz de control local 12 cuando el filtro se ensucia. El DXU-1 proporciona protección de límite bajo -de aire mixto. Si existe una condición de límite bajo, el DXU-1 apaga el ventilador y todas las etapas de calentamiento y 25
enfriamiento. Además, se envía una alarma a la interfaz de control local 12. El DXU-1 volverá a funcionar después de reiniciarse. El DXU-1 monitorea también el tiempo de activación de las etapas de enfriamiento, etapas de calentamiento y ventilador, y reporta una alarma a la interfaz de control local cuando cualquiera de éstos excede su límite predefinido. Además, el DXU-1 reporta de preferencia una alarma a la interfaz de control local cuando la temperatura en el espacio cae por debajo de un mínimo predefinido o se eleva por arriba de un máximo predefinido. El DXU-1 envía de preferencia una alarma de regreso a lo normal cuando la temperatura del espacio vuelve al rango adecuado. El DXU-2 es un controlador independiente para un paquete DX de una sola zona con un economizador . El DXU-2 controla unidades DX con hasta cuatro etapas de enfriamiento, dos etapas de' calentamiento y un economizador. El DXU-2 mantiene la- temperatura de un espacio a un punto fijo definido. El DXU-2 soporta puntos fijos individuales para calentar y enfriar en ocupado/no ocupado. El control se logra al controlar la posición del econominizador y secuenciar las etapas de calentamiento y enfriamiento con base en los requerimientos de espacio actuales. El DXU-2 incluye entradas digitales para estado de ventilador, indicación de límite bajo de aire mixto, detector de humo y estado de filtro, y entradas análogas para temperatura de 26
aire mixto, humedad de aire de regreso y temperatura de aire de suministro . Una interfaz serial de dos cables se provee para el termostato, y salidas digitales están provistas en forma de triacs para el inicio/detención del ventilador, dos etapas de calentamiento, cuatro etapas de enfriamiento y un economizador de dos posiciones. Además, el DXU-2 puede incluir una salida análoga para controlar un economizador modulado (si se desea) . Con excepción de su capacidad para controlar cuatro etapas de enfriamiento y un economizador, la operación del DXU-2 es generalmente idéntica a la descrita arriba en relación con el DXU-1. El AHU-1 es un controlador independiente para un administrador de aire de una sola zona ( "AHU" ) con un economizador modulado. El AHU-1 controla AHUs con enfriamiento modulado, calentamiento modulado y un economizador modulado. El AHU-1 mantiene la temperatura de un espacio a un punto fijo definido. El AHU-1 soporta puntos fijos individuales para calentar y enfriar en ocupado/no ocupado. El control se logra al modular los amortiguadores del economizador, válvula de calentamiento y válvula de enfriamiento con base en los requerimientos de espacio actuales. El AHU-1 incluye de preferencia entradas digitales para el estado del ventilador, indicación de congelación, detector de humo y estado de filtro, así como entradas análogas para temperatura de aire mixto, humedad de aire de 27
regreso y temperatura de aire de suministro . Se proporciona una interfaz en serie de dos cables para el termostato. El AHU-1 incluye también salidas análogas para la válvula de calentamiento, válvula de enfriamiento y economizador . El AHU-l incluye también salidas -digitales para controlar el ventilador de suministro unitario (en forma de un triac) y para controlar un economizador de dos posiciones (si se desea) . El AHU-1 energiza el ventilador cuando existe una solicitud de calentamiento o enfriamiento, y de preferencia puede ser sobrecontrolado desde un termostato local. Cada AHU-1 establece una interfaz con un termostato local convencional que proporciona un sensor de temperatura de espacio, ajuste de punto fijo de temperatura, sobrecontrol de ocupación y una selección de automático/encendido del ventilador. El modo operativo del AHU-1 se determina normalmente por la interfaz de control local 12. Si se desea, el AHU-1 puede incluir un programa de respaldo local para determinar la operación cuando la interfaz de control local 12 no esté disponible. El AHU-1 monitorea el estado del ventilador. Si el ventilador es energizado y no se detecta flujo de aire alguno después de un periodo de tiempo predefinido, el AHU-1 apaga el ventilador y cierra las válvulas de calentamiento y enfriamiento. Además, se envía una alarma a la interfaz de control local 12. El AHU-1 volverá a operar después de un reinicio. El AHU-1 monitorea 28
una entrada para verificar la presencia de humo. Si se detecta la presencia de humo, el AHU-1 apaga el ventilador y cierra las válvulas de calentamiento y enfriamiento. Además, se envía una alarma a la interfaz de control local 12. El AHU-1 volverá a operar después de un reinicio. El AHU-1 monitorea además el estado del filtro de aire. Un conmutador de presión externa está conectado a la entrada para determinar cuando el filtro se ensucia. El AHU-1 reporta una alarma a la interfaz de control local 12 cuando el filtro se ensucia. El AHU-1 proporciona protección contra límite bajo de aire mixto. Si existe una condición de límite bajo, el AHU-1 apaga el ventilador y cierra las válvulas de calentamiento y enfriamiento. Además, se envía una alarma a la interfaz de control local 12. El AHU-1 volverá a operar después de un reinicio. El AHU-1 monitorea también el tiempo de activación del ventilador y reporta una alarma a la interfaz de control local cuando el tiempo de activación excede un límite predefinido. Además, el AHU-1 reporta de preferencia una alarma a la interfaz de control local cuando la temperatura en el espacio cae por debajo de un mínimo predefinido o se eleva por arriba de un máximo predefinido. El AHU-1 envía de preferencia una alarma de regreso a lo normal cuando la temperatura en el espacio vuelve al rango adecuado . El FCU-1 es un controlador independiente para una unidad de serpentín de ventilador -de dos conductos ("FCU") 29
con un solo serpentín para calentar y enfriar. El FCU-1 está diseñado para controlar equipo de HVAC unitario comercial, y más específicamente, FCUs con una sola válvula modulada y ventilador. El FCU-1 mantiene la temperatura de un espacio a un punto fijo definido. El FCU soporta puntos fijos individuales para calentar y enfriar en estado ocupado/no ocupado. El control se logra al modular la válvula de calentamiento/enfriamiento de una unidad de ventilador de dos conductos y un solo serpentín con base en los requerimientos de espacio actuales. El FCU-1 puede controlar el calentamiento únicamente, enfriamiento únicamente o unidades de ventilador de calentamiento/enfriamiento. Un cambio de estaciones automático puede ser provisto por un sensor de temperatura montado en un conducto remoto que esté colocado en el conducto de agua de suministro. El control es conmutado cuando el sensor detecta un cambio en la temperatura de suministro entre agua fría y caliente. El FCU-1 incluye una entrada digital para monitorear el estado del equipo, una interfaz en serie de dos cables para un termostato, una salida análoga para la válvula y una salida de triac para el ventilador de suministro unitario. Cada FCU-1 establece una interfaz con un termostato local convencional que proporciona un sensor de temperatura ' de espacio, ajuste de punto fijo de temperatura, sobrecontrol de ocupación y selección de automático/encendido del ventilador.
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El modo operativo del FCU-1 se determina normalmente por la interfaz de control local 12. Si se desea, el FCU-1 puede incluir un programa de respaldo local para determinar la operación cuando la interfaz de control local 12 no esté disponible. El FCU-1 monitorea el estado del equipo dentro de la unidad. Un contacto externo puede conectarse a la entrada para proporcionar candados de seguridad para equipos adicionales. Cuando el contacto se cierra, el FCU-1 apaga la unidad y se reporta una alarma a la interfaz de control local. El FCU-1 monitorea también el tiempo de activación del ventilador y reporta una alarma a la interfaz de control local cuando el tiempo de activación excede un límite predefinido. Además, el FCU-1 reporta de preferencia una alarma a la interfaz de control local cuando la temperatura en el espacio cae por debajo de un mínimo predefinido o se eleva por arriba de un máximo predefinido. El FCU-1 envía de preferencia una alarma de regreso a lo normal cuando la temperatura en el espacio regresa al rango adecuado. El FCU-2 es un controlador independiente para un FCU · de dos conductos con un solo serpentín para el calentamiento y enfriamiento. El FCU-2 está diseñado para controlar FCUs con una -sola válvula y ventilador de punto de fijo flotante. -El FCU-2 incluye una entrada digital para monitorear el estado- del equipo, una interfaz en- serie de dos cables para un termostato, una salida de punto fijo flotante 31
para la válvula y una salida de triac para el ventilador de suministro unitario. El FCU-2 es generalmente idéntico en configuración u operación al FCU-1, excepto que está adaptado para controlar una válvula de punto fijo flotante. En consecuencia, el FCU-2 no será descrito en mayor detalle, haciéndose referencia en lugar de ello a la descripción anterior de la configuración y operación del FCU-1. El FCU-3 es un controlador independiente para un FCU de cuatro conductos con un solo serpentín para calentamiento y enfriamiento. El FCU-3 está diseñado para controlar FCUs con válvulas moduladas dobles y un ventilador. El FCU-3 mantiene la temperatura de un espacio a un punto fijo definido. El FCU soporta puntos fijos individuales para enfriar y calentar en estado ocupado/no ocupado. El control se logra al modular las válvulas de enfriamiento y calentamiento de una unidad de ventilador de cuatro conductos y doble serpentín con base en los requerimientos de espacio actuales. El FCU-3 incluye una entrada digital para monitorear el estado del equipo, una interfaz en serie de dos cables para un termostato, dos salidas análogas para controlar las válvulas y una salida de triac para el ventilador de suministro unitario. Al igual que el FCU-2, el FCU-3 es generalmente idéntico en configuración y operación al FCU-1, excepto que está adaptado para controlar una unidad de ventilador de cuatro conductos y doble serpentín. En 32
consecuencia, el FCU-3 no se describirá en mayor detalle, haciéndose referencia en lugar de ello a la descripción anterior de la configuración y operación del FCU-1. El FCU-4 es un controlador independiente para un FCU de cuatro conductos con un solo serpentín para calentamiento y enfriamiento. El FCU-4 está diseñado para controlar FCUs con válvulas de punto fijo flotante dobles y un ventilador. El FCU-4 incluye una entrada digital para monitorear el estado del equipo, una interfaz en serie de dos cables para un termostato, dos salidas de punto fijo flotantes para las válvulas y una salida de triac para el ventilador de suministro unitario. El FCU-4 es generalmente idéntico en configuración y operación al FCU-1, excepto que está adaptado para controlar dos válvulas de punto fijo flotante moduladas. En consecuencia, se hace referencia a la descripción anterior de la configuración y operación del FCU-1. El HPU-1 es un controlador independiente para bombas de calor de fuente liquida. El HPU-1 está diseñado para controlar unidades de bomba de calor con un compresor de dos etapas, válvulas de retorno y ventilador. El HPU-1 soporta puntos fijos individuales para calentar y enfriar en estado ocupado/no ocupado. El control se logra al secuenciar la válvula de retorno y las etapas del compresor de una bomba de calor de fuente líquida de una manera convencional con base en los requerimientos de espacio actuales. El HPU-1 33
incluye una entrada digital para monitorear el estado del equipo, una interfaz en serie de dos cables para el termostato y salidas digitales en forma de triacs para encender/apagar el ventilador, dos etapas de compresor y una válvula de retorno. El HPU-1 mantiene la temperatura de un espacio hasta un punto fijo definido. El HPU-l energiza el ventilador cuando existe una solicitud de calentamiento o enfriamiento, y de preferencia puede ser sobrecontrolado desde un termostato local. Cada HPU-1 establece una interfaz con un termostato local convencional que proporciona un sensor de temperatura de espacio, ajuste de punto fijo de temperatura, sobrecontrol de ocupación y una selección de automático/encendído del ventilador. El HPU-1 monitorea de preferencia el tiempo de activación del ventilador y reporta una alarma a la interfaz de control local cuando el tiempo de activación excede un límite predefinido. Además, el HPU-1 reporta de preferencia una alarma a la interfaz de control local cuando la temperatura en el espacio cae por debajo de un mínimo predefinido o se eleva por arriba de un máximo predefinido. El HPU-1 envía de preferencia una alarma de regreso a lo normal cuando la temperatura en el espacio regresa a un rango adecuado. El modo de operación del HPU-1 se determina normalmente por -la interfaz de control local 12. Si se desea, el HPU-1 puede incluir un programa de respaldo local para determinar la operación cuando la interfaz de control local 12 no esté disponible.
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El ASM-1 es un módulo sensor auxiliar que monitorea sensores auxiliares. Al igual que otros controladores, el controlador ASM-1 se base en tecnología de manejo de redes LonWorks . En la modalidad preferida, el ASM-1 es un controlador a base de microprocesador independiente que tiene entradas análogas para temperatura del aire exterior 190, humedad de aire exterior 192 y/o temperatura de agua de suministro 194 (véase figura 5) . Los valores determinados por estos sensores son provistos por el ASM-1 a la interfaz de control local 12 para su propagación a otros controladores de aplicación. El ASM-1 puede incluir también un medidor de demanda 196, calidad de aire 198 y otras entradas deseables, así como una o más salidas auxiliares 188. El ACU-1 es un controlador independiente para controlar y monitorear una sola entrada de acceso controlado, por ejemplo, para controlar el acceso a varias áreas de una instalación. El ACU-1 es capaz de establecer una interfaz con uno o dos lectores de tarjeta 98 y/o teclados, un golpe de puerta electrónica y un contacto monitor de puerta. El ACU puede establecer también una interfaz con un lector de etiqueta de activo convencional para permitir que el sistema de control 10 monitoree el movimiento de activos etiquetados. Cada ACU-1 monitorea y controla el acceso a una barrera de una sola entrada a través del uso de un lector/teclado de tarjeta de entrada y un lector/teclado de tarjeta de salida 35
opcional. El controlador de aplicación ACU incluye de preferencia entradas supervisadas que proporcionan la detección de violaciones. Una entrada está dedicada de preferencia a monitorear el estado de las puertas, y la otra está dedicada a monitorear un botón de solicitud de salida. Dos entradas supervisadas no dedicadas pueden usarse para monitorear otros dispositivos de violación, tales como un detector de ruptura de vidrios o un sensor de movimiento. El controlador de aplicación ACU incluye también salidas digitales que controlan indicadores de lectores de tarjeta, tales como LEDs y alarmas audibles. El controlador de aplicación ACU proporciona cinco salidas VDC para activar los lectores de tarjeta. Una fuente de energía separada puede usarse si se requiere un voltaje diferente. Una salida de relee está provista para controlar un dispositivo de aseguramiento de barrera, tal como un seguro de puerta o candado magnético. De preferencia, se proporcionan contactos tanto normalmente abiertos como normalmente cerrados para recibir dispositivos de aseguramiento de barrera que se traben cuando se aplique energía o dispositivos que se traben cuando la energía se suspenda. Se generan alarmas cuando el controlador detecta que una puerta ha sido violada o cuando una puerta ha sido forzada para · ser abierta. También . se generan alarmas si las dos entradas supervisadas de repuesto han sido alteradas .
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El LCU-1 es un controlador independiente para controles de iluminación. El LCU-1 es capaz de controlar circuitos de iluminación comerciales. Las aplicaciones típicas incluyen iluminación interior, luces de estacionamiento y señalizaciones. En la modalidad preferida, cada LCU-1 es capaz de controlar ocho circuitos de iluminación individuales con base en el estado de ocupación de la zona. El control se proporciona al conmutar relees de iluminación individuales (o contactores 92) para cada circuito. Cada circuito incluye de preferencia un circuito de sobrecontrol 94 que cambia el estado de ocupación de la zona a "ocupado" durante un periodo de tiempo predefinido (véase figura 6) . El estado de ocupación LCU-1 se determina de preferencia por la interfaz de control local 12. Si se desea, un programa de respaldo se puede proporcionar en el LCU-1 para permitir la operación cuando las comunicaciones con la interfaz de control local 12 hayan fallado. El LCU-1 también puede establecer una interfaz con una fotocelda 96 de una manera convencional. Los controladores de aplicación pueden ser implementados usando una amplia variedad de componentes de circuito .y diagramas de circuito. En consecuencia, los controladores de aplicación pueden variar de aplicación en aplicación. En la modalidad preferida, todos los controladores de aplicación de HVAC e iluminación se obtienen en una plataforma común, mientras que los controladores de 37
aplicación ACU se obtienen en una plataforma diferente. Por motivos de descripción, las implementaciones preferidas del controlador de aplicación de HVAC/iluminación y una implementación preferida del controlador de aplicación de control de acceso se describirán a continuación. Los diferentes controladores de aplicación pueden obtenerse sobre un solo diseño de tablero de circuito impreso al variar la población del componente según se desee. En general, los controladores de aplicación de HVAC/iluminación incluyen cada uno una sección de procesador 100., una sección de entrada análoga/digital 102, una sección de salida digital 104, una sección de salida análoga 106, una sección de interfaz de sensor de habitación/termostato 108, una sección de interfaz de red intercontroladores 110 y una sección de suministro de energía 112. La sección de procesador 100 incluye de preferencia un procesador Neuron MC143150B1FU1 (o equivalente) 114 que ejecuta un programa Neuron "C" descargable que contiene el sistema operativo, rutinas de comunicaciones, constantes de datos, activadores I/O de hardware y el programa de aplicación único para cada tipo de controlador. La sección de procesador 100 incluye también una interfaz de entrada/salida simultánea temporizada en forma sincronizada serial de tres cables NeuroWire que comprende un reloj en serie 108 [SCK] , salida de datos en serie 109 [SDO] y entrada de datos en serie 1010 ¦ [SDI] . El protocolo usado en esta 38
interfaz es el mismo que los protocolos Motorola Semiconductor SPI o el National Semiconductor Microwire y la operación real de éstos se conoce bien por los expertos en diseños a base de microcontroladores . Cada dispositivo controlado por esta interfaz usa 108 [SCK] y 109 [SDO] y/o IO10 [SDI] según se requiera por cada dispositivo y una terminal 1/0 de procesador usada como un selector de microcircuito . La sección de procesador 100 incluye además un microcircuito de memoria de firma reprogramable AT29C010N FLASH 116 usado para contener el programa Neuron "C" para el controlador de aplicación dado; un microcircuito RAM Static 43256AGU 118 usado para el almacenamiento de datos temporal y memorias volátiles de comunicación; una sección de decodificación de direcciones 120 que utiliza un gatillo Schmidt de inversión hex 74HCT14 (no mostrado) y una compuerta OR 74AC32 quad (no mostrada) ; un conmutador de servicio 122 y un LED 124 están conectados al procesador Neuron para invocar y/o indicar la condición de estado de servicio del procesador Neuron; un controlador de reinicio de energía DS1811 126 usado para - asegurar que el suministro de energía de +5 voltios sea estable y esté dentro de tolerancias operativas adecuadas y que el procesador Neuron sea inicializado adecuadamente.; un reloj 128 que tiene un cristal de 10.0 Mhz y componentes individuales que ocasionan que el procesador Neuron opere a la frecuencia adecuada.
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La sección de entrada análoga/digital 102 incluye generalmente Op Amp de suministro de polarización de sensor LM358 (no mostrado) usado para suministrar una referencia de polarización precisa a sensores que requieran polarización tales como un cierre de contacto, o un_termistor que se usa como una extremidad en un divisor de .voltaje con lecturas normalizadas subsecuentemente por una tabla de consulta de programa; un circuito de polarización de entrada y filtro para cada uno de siete canales de entrada (UI1 - UI3 y DI1 -DI4) (por ejemplo, el canal UI1 comprende un resistor en serie de 10.0K ohmios 1% y un capacitor de 0.1 uF para filtrado y disipación transitoria. También hay un resistor de polarización de cierre de contacto/termistor de 10. OK ohmios 1% opcional y' un resistor divisor de entrada de 10. OK ohmios 1% opcional poblado según se' requiera por las necesidades particulares del sensor de programa de aplicación de tipos de controlador) ; una referencia de voltaje de precisión L 4040-5 (no mostrada) ; un TLC1542 o convertidor análogo a digital de aproximación sucesiva equivalente usado para convertir las entradas en valores digitales; un dispositivo de 'fijación de nivel transitoria de entrada TCF6000D (no mostrado) y BAV99 (TLO mostrado) usado para limitar los voltajes de las señales de entrada presentadas al convertidor análogo a digital (no mostrado) y un comparador (no mostrado) usado para generar una .señal de selección de 40
microcircu.ito al convertidor análogo a digital (cuando se use) cuando el procesador determine la señal [107] por arriba de 3.3 voltios. Para operar la sección de entrada análoga, el procesador y programa de aplicación se comunican con el convertidor AD por medio de la interfaz periférica de dúplex completo sincronizada NeuroWire que comprende un reloj en serie (SCK) [108] , salida de datos en serie (SDO) [109] y entrada de datos en serie (SDI)
[1010] y un selector de microcircuito [107] . Es suficiente decir que el procesador sincroniza un comando al convertidor para que un canal particular sea convertido mientras desincroniza simultáneamente el valor de conversión anterior. Los circuitos de entrada digitales incluyen cuatro comparadores de voltaje con histéresis conectada a cuatro líneas 1/0 discretas al procesador. Cada circuito tiene un umbral de entrada de giro negativo de 1.67 voltios y un umbral de giro positivo de 3.00 voltios que proporcionan de esta manera 1.33 voltios de histéresis para evitar una activación falsa. La salida es después acoplada a una.-.línea 1/0 de procesador respectiva permitiendo la división de entradas digitales sin el costo o las restricciones de tiempo de un convertidor AD para algunas aplicaciones. Tanto el convertidor AD como algunos o todos de los comparadores de entrada digital se pueden usar en algunas aplicaciones .
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La sección de salida digital 104 incluye un activador colector abierto de salida paralela de entrada en serie a base de TPIC6x595 NeuroWire de ocho canales (no mostrado) usado para interconectar hasta ocho circuitos de salida triac- T hasta seis transistores BCX70 NPN para líneas I/O de procesador de acoplamiento directas a circuitos de salida triac individuales. Nótese que sólo uno o el otro enfoque pueden usarse a la vez. La sección de salida digital incluye también hasta ocho circuitos de salida triac que comprenden cada uno (salida [T01] por ejemplo) un acoplador optotriac MDC3012 (no mostrado) , un resistor de limitación de corriente LED acoplador de 2.21K ohmios, un activador triac y circuito tensor (no mostrado) , triac de 4 amperes y 400 voltios 2N6073B (no mostrado) y un varistor de óxido de metal (no mostrado) . La sección de salida análoga 106 proporciona tres salidas análogas, a saber [A01, A02 y A03] . Para [A01] , la sección de salida análoga incluye un filtro de paso bajo de 2 polos a base de LM359 Op Amp (no mostrado) con una ganancia de 2 que convierte una forma de onda digital de 5 voltios modulada en ancho por impulso de alta frecuencia en una salida de voltaje de CC de 10 voltios. Para [A02] y [A03J , la sección de salida análoga incluye un convertidor digital a análogo de salida de voltaje de entrada en serie doble TLV5625 (no mostrado) acoplado con un Op Amp LM358 doble individual (no mostrado) cada uno configurado para una 42
ganancia de 3 para llevar a cabo dos salidas de voltaje de CC de 10 voltios adicionales. Este convertidor es interconectado por medio de la interfaz en serie sincronizada. El diseño soporta convertidores DA de 8/10/12 bits de resolución. La sección de interfaz de sensor de habitación/red de termostato 108 administra energía operativa así como comunicación al sensor e incluye generalmente un regulador de voltaje ajustable LM317 (no mostrado) configurado' como una fuente de corriente constante de 38 miliamperes ; un comparador de voltaje L 339 y circuitos individuales asociados usados para recibir mensajes desde la red del termostato y relevarlos al procesador Neuron; un circuito transistor BCX70 NPN doble usado para hundir la fuente de corriente a tierra para llevar a cabo la transmisión efectiva de datos a los sensores de habitación modulados por la línea de procesador I/O [102] y/o [109] según se requiera por el tipo de interfaz. El sensor de habitación se comunica de regreso al controlador al hundir la corriente de la misma manera que el controlador. Nótese que casi todo el tiempo (incluso durante la comunicación) la interfaz de red está suministrando la corriente constante al capacitor de receptáculo del termostato asegurándose de esta manera que el termostato tenga energía operativa adecuada. El protocolo actual usado es el protocolo sensor Barber-Colman S-Link (Mu-Link) propietario como el definido en su documentación 43
interna confidencial . Es suficiente decir que éste es una interfaz de comunicación de medio dúplex sobre una línea de energía limitada en corriente de CC mutuamente detectada y modulada, cuya mecánica ha sido practicada durante muchos años y cuya operación real se conoce bien por aquellos expertos en diseños a base de microcontroladores . Una alternativa que también ha sido desarrollada utiliza el mismo tipo de detección y modulación mutuos en conjunto con una corriente de datos de comando de autotemporización Manchester generada por controlador (datos con temporización inferida por medio de polaridad de transición de celdas de bits con base en el bit de datos anterior) con una corriente de bits de datos/reloj alternante para las respuestas. Esto permite que el sensor sea implementado con un microcontrolador de muy bajo costo que derive todas sus temporizadones de comunicación desde el propio controlador. La sección de interfaz de red de intercontrolador 110 suministra comunicaciones de red externas al controlador de aplicación e incluye generalmente un transceptor de topología libre FTT10A (no mostrado) y sus circuitos asociados o un transceptor diferencial LT485 EIA485 (no mostrado) y sus circuitos asociados, según se desee. Como alternativa, la interfaz de red de intercontrolador puede incluir una interfaz diferente tal como el transceptor- de cable de energía PLT22. El protocolo real usado es el 44
Echelon LonWorks con base en Manchester (para interfaces FTT10A o EIA485) o la interfaz de modo especial Echelon LonWorks (para PLT22 u otras interfaces de cable de energía) . Los protocolos Echelon LonWorks son bien conocidos por aquellos expertos en los diseños de microcontroladores. La interfaz de red de intercontrolador incluye también un TiRD doble (no mostrado) para indicar el estado de la actividad de la red por medio de una transmisión del comparador' y controlador LM339.- La sección de suministro de energía 112 suministra voltajes operativos internos al controlador de aplicación e incluye generalmente un diodo rectificador de entrada de onda media (no mostrado) , un resistor de limitación de corriente (no mostrado) y una protección de corriente excesiva (no mostrada) así como un suministro de voltaje +15 que utiliza un regulador de voltaje lineal ajustable LM317 (no mostrado) , con su salida ajustada por resistores adecuados. El regulador de voltaje no utiliza un capacitor de entrada general, sino que más bien permite que su salida "caiga" entre ciclos de media onda de la línea de energía. Esto reduce sustancialmente el calor interno generado. La fuente de energía incluye además un suministro de +5 voltios que utiliza un regulador de voltaje lineal de +5 voltios LM78 05 (no mostrado); un comparador y un circuito de - referencia de convertidor DA que genera tanto polarización de 1.67 voltios como de 3.3 voltios.
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Los controladores de aplicación ACU utilizan un diseño de circuito un poco diferente a los controladores de aplicación HVAC e iluminación descritos anteriormente. El ACU está diseñado para usarse en un sistema de red distribuida con periféricos y medios de comunicación específicos. De esta manera, la selección de la fuente de energía suministrada y la tecnología de red se hace como parte del diseño del sistema general y puede requerir de módulos externos para implementarla . Cada controlador de aplicación ACU incluye generalmente una sección de procesamiento central 150, circuitos de interfaz de lector de tarjeta 152, circuitos de interfaz de circuito sensor 154, circuitos de interfaz de salida digital y de relee 156, circuitos de interfaz de red de intercontrolador 158 y una sección de suministro de energía 160. La sección de procesamiento central 150 incluye un CPU Echelon 3150 Neuron 162 que proporciona el programa de aplicaciones, control de punto I/O y que hace una interfaz a la red Lonworks ya sea por medio del Transceptor de Topología Libre FTTIOA o un transceptor EIA485, como el descrito en más detalle abajo. El procesador Neuron 162 incluye una EEPROM 167. La sección de procesamiento central 150 incluye también un microcircuito RAM estático de 32 kilobytes 166- y ün dispositivo lógico GAL 168 para la decodificación de direcciones en una EPROM 164 externa, de preferencia en forma 46
de un microcircuito 27C010 Flash ROM, para el almacenamiento del software operativo así como del programa de aplicación. El microcircuito RAM 166 se usa para proporcionar memorias volátiles de archivos adicionales para el ACU. El dispositivo lógico GAL 168 proporciona el OE*, el WE*, la selección Flash, y la selección RAM, y genera también un reloj de salida. La sección de procesamiento central 150 incluye también un circuito terminal de servicio (no mostrado) . El circuito terminal de servicio tiene dos funciones: primero es activado por un conmutador de autoconfiguración de botón 170 para indicar al procesador Neuron 162 que se requiere solicitar información de servicio como la descrita en la documentación de Echelon, segundo activa el LED de servicio 172 en conjunto con un resistor de 270 ohmios. Esto inicia la autoconfiguración del ACU con el LCI, como se describe en más detalle abajo. La sección de procesamiento central 150 incluye además un circuito oscilador de reloj de sistema 174 que genera el reloj de sistema utilizado por el procesador Neuron 162, de preferencia a 10 MHz; un circuito de reinicio 176 que tiene un controlador de reinicio de bajo voltaje DS1233 (no mostrado), dos resistores de activación de 4.99 K (no mostrados) y un capacitor de temporización de 0.001 uF (no mostrado) el cual se usa para monitorear la fuente de energía de +5V para niveles adecuados; y un .reloj de tiempo real 178.
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El procesador Neuron 162 utiliza un microcontrolador Motorola G8HC05P6A 1/0 180 para la interfaz directa a los lectores de tarjeta, teclados y las entradas supervisadas y no supervisadas (no mostradas) . El ACU utiliza el espacio de dirección más grande del procesador Neuron 162 para tener una mayor flexibilidad en el número de uniones y de memorias volátiles de archivo disponibles. El microcontrolador I/O 180 está conectado a un circuito oscilador de reloj de sistema 180 que genera el reloj de sistema utilizado por el microcontrolador I/O 180, de preferencia a 4 MHz . El procesador Neuron 162 se interconecta con el microcontrolador I/O 180 por medio de una interfaz de siete bits. El procesador Neuron 162 consulta el microcontrolador I/O 180 para mensajes por medio del comando DATA_RDY y utiliza los comandos DATA_SEL0, DATA_SEL1 y DATA_TYPE para establecer qué tipo de datos y después utiliza el objeto del puerto I/O Neurowire (o SPI) para enviar/recibir datos hacia/desde el microcontrolador I/O 180. El microcontrolador I/O 180 almacena en forma volátil datos de entrada que provienen de los lectores de tarjeta y/o teclados, así como proporciona entradas análogas y binarias. En forma más específica, los canales de entrada supervisados se logran por medio e un convertidor análogo a digital de +5 voltios de 8 bits integral (no mostrado) . La interpretación de un valor, de entrada es una función del uso 48
diseñado específico de la entrada usado como una entrada supervisada de estados múltiples. Esencialmente, un divisor de voltaje formado de los resistores de polarización de circuito de 4.7 K ohmios y el final del resistor de línea instalado en cada detector se usan para determinar el estado del circuito. El extremo nominal del valor del resistor en línea es de 4.7K ohmios 5%. El estado nominal del circuito con 4.7 ohmios es el estado normal . Cuando el resistor de fin de línea cambia a 9.4K ohmios, se reporta una alarma de contacto abierto. Cuando el resistor de fin de línea cambia a 2.4 K ohmios, se reporta una alarma de contacto cerrado. Cuando el resistor de fin de línea cambia a un estado corto o abierto, entonces se reporta falla. Un protector transitorio (no mostrado) , pluralidad de resistores en serie de 10 ohmios y capacitores de filtro (no mostrados) se usan para limitar y filtrar las entradas supervisadas. El microcontrolador I/O 180 proporciona también entradas no supervisadas que están diseñadas para detectar cierres de contacto binarios a un común local . Éstos se logran por medio de los mismos tipos de ' circuitos de limitación de entrada y filtración que -las entradas supervisadas . En este caso, los valores de entrada se leen como señales digitales. El microcontrolador I/O 180 incluye además entradas de datos de rastreo de lector de tarjeta. Las entradas- "0" y "1" del lector de tarjeta (se usa lector de entrada como un ejemplo) 49
están conectadas a resistores de activación (no mostrados) y a los protectores transitorios (no mostrados) y capacitores de filtro (no mostrados) . Después pasan a un dispositivo de entrada de gatillo Schmidt inversor (no mostrado) y un GAL de selección lógica tipo lector (no mostrado) que está conectado a dos terminales de puerto de entrada en el microcontrolador 1/0 180. Además, el GAL de selección lógica tipo lector (no mostrado) está conectado a la línea de interrupción del microcontrolador l/O. Si se selecciona el modo Wiegand, ambas líneas de entrada de datos se interrumpen. Si el modo magnético se selecciona sólo la línea de reloj (o "0") se conecta a la interrupción. Los modos de lector se seleccionan por un conmutador DIP (no mostrado) . Cuando el microcontrolador l/O 180 recibe estas interrupciones en conjunto con cada una de las dos terminales de puerto de entrada, almacena en memoria volátil los datos de rastreo que provienen del lector. El lector de tarjeta de salida o segundo es interconectado de la misma manera. El controlador de reinicio 176 del procesador Neuron 162 también está conectado a un resistor de activación (no mostrado) y a la línea de reinicio del microcontrolador l/O por medio de un diodo (no mostrado) para sincronizar el reinicio del microcontrolador 1/0 180. Además, el procesador Neuron 162 puede reiniciar directamente el microcontrolador l/O 180 solo por medio de la línea 101.
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El ACU incluye circuitos de interfaz de lector de tarjeta 152 para inteconectar los lectores de tarjeta y/o teclados (no mostrados) al microcontrolador I/O 180. Estos circuitos 152 son generalmente convencionales y por lo tanto no se describirán en detalle. De manera similar, el ACU incluye circuitos de interfaz de circuito de sensor 154 para interconectar cualquier sensor externo (no mostrado) al microcontrolador 1/0 180. Estos circuitos 154 son generalmente convencionales y no se describirán en detalle. Los circuitos de interfaz de red de intercontrolador 158 suministran comunicaciones de red externas. Los circuitos de interfaz de red 158 incluyen generalmente un transceptor de topología libre FTT10A (no mostrado) y sus circuitos asociados o un transceptor diferencial LT485 EIA485 (no mostrado) y sus circuitos asociados, según se desee. Como alternativa, los circuitos de interfaz de red de intercontrolador 158 pueden incluir una interfaz diferente tal como el transceptor de línea de energía PLT22. El protocolo real usado en el Echelon LonWorks con base en Manchester (para interfaces FTT10A o EIA485) o la interfaz de modo especial Echelon LonWorks (para PLT22 u otras interfaces de línea de energía) . Los protocolos Echelon LonWorks se conocen bien por los expertos en diseños de microcontroladores . Los circuitos de interfaz 51
de red de intercontrolador 158 incluyen también un LED doble (no mostrado) para la indicación del estado de la actividad de la red por medio de una transmisión de compuerta lógina HC86 y controlador. Los circuitos de interfaz de salida digital y relee 156 proporcionan una interfaz de salida, para controlar dispositivos externos, tales como un aparato de puerta electrónico. En forma más específica, el ACU tiene ocho bits de salida digitales generados por medio de un cerrojo AC574 (no mostrado) . Siete de estas ocho líneas van a un dispositivo activador de relee MC1413D (no mostrado) . Uno de estos siete activa el relee de puerta (no mostrado) para la salida del aparato de puerta. Los otros seis suministran salidas digitales de fijación de colector abierto. La octava línea está conectada a la base de un transistor ' (no mostrado) que activa un indicador de audio de alta frecuencia (no mostrado) o un segundo relie (no mostrado) que puede usarse para un segundo aparato de puerta. El cerrojo (no mostrado) es mapeado en memoria dentro del espacio de dirección Neuron y la generación del estrobo de escritura de borde en elevación tiene lugar dentro del dispositivo lógico GAL 168 con base en la localización de la dirección, R/W y E. Las salidas del colector abierto del dispositivo de relee se usan para hundir cargas de hasta 50 ma. Las seis salidas del colector abierto son transitorias protegidas y se usan generalmente para indicadores .
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La sección de suministro de energía 160 es un circuito convertidor de modo de conmutación descendente que incluye una sección de entrada que contiene un diodo en serie y un capacitor de filtro de entrada. Esta sección proporciona una barra colectora de CC filtrada y rectificada de onda media aproximadamente al pico del voltaje de entrada. Un convertidor LM2575M-5.0 (no mostrado) proporciona una salida de +5.0 V por medio de un inductor de almacenamiento de energía (no mostrado) , un diodo conmutador (no mostrado) y un capacitor de filtro (no mostrado) . La mayoría de las terminales en el convertidor están conectadas a un plano de tierra para propósitos de colección de calor. Un protector transitorio (no mostrado) proporciona protección transitoria porque los +5V pueden usarse para activar los lectores. La sección de suministro de energía 160 incluye puentes de selección de suministro (no mostrados) que se usan para la sección de energía del lector. Sin importar el suministro seleccionado, existen protectores transitorios (no mostrados) y limitadores en serie (no mostrados) para la protección de la fuente ACU. D. Sensores Muchas aplicaciones incluirán uno o más sensores integrados que proporcionen información al controlador de aplicación. Estos sensores están típicamente empacados y comúnmente dedicados para usarse con la aplicación específica. Por ejemplo, una unidad de empaque DX puede 53
incluir un sensor de temperatura interior que proporcione temperatura interior al controlador de aplicación. En la modalidad preferida, el sistema de control 10 puede incluir también varios sensores de red ancha que proporcionen información al sistema de control 10, el cual comparta esa información con aquellos controladores de aplicación que usen esa información. Por ejemplo, el sistema de control 10 incluye de preferencia un módulo sensor auxiliar (ASM-1) (descrito arriba) que es un dispositivo de comunicaciones de LonWorks que proporciona información de entrada común a muchos dispositivos de control HVAC, tales como temperatura de aire exterior, humedad del aire exterior y temperatura de agua caliente . La interfaz de control local 12 proporciona los valores detectados a los controladores de aplicación adecuados sobre la red. Al proporcionar esta información universalmente por la red, la necesidad de sensores separados y de entradas análogas individuales en cada controlador de aplicación HVAC es eliminada. El sistema de control 10 también incluye de preferencia un módulo de termostato (DTM-1) para interconectar funciones termostáticas al equipo HVAC. El termostato es un termostato inteligente independiente capaz de comunicarse con varios dispositivos HVAC sobre la red LonWorks . Un diagrama del sistema de módulo de termostato típico se muestra en la figura 7. La aplicación de 54
termostato incluye temperatura de espacio, ajuste de punto fijo, sobrecontrol del ventilador y sobrecontrol de ocupación. En operación, el termostato permite el ajuste del punto fijo de temperatura de espacio dentro de límites predefinidos . El termostato incluye también de preferencia un sobrecontrol de botón que cambia temporalmente el estado de ocupación á "ocupado" . El sistema de control 10 puede incluir varios otros módulos sensores que proporcionen información que sea provista a un solo controlador de aplicación o que sea compartida con una pluralidad de controladores de aplicación a través de la red. III . Operación del Sistema de Control Como se indicó arriba, el sistema de control 10 es esencialmente un sistema distribuido con controladores de aplicación independientes 14, 15, 16 y 18 capaces de operar en ausencia de comunicación con la interfaz de control local 12. La interfaz de control local 12 tiene la capacidad, entre otras cosas, de monitorear y ajustar variables de control en los diferentes controladores de aplicación, afectando de esta manera la operación de las diferentes aplicaciones. El sistema de control 10 incluye varios componentes de software que controlan la operación de la interfaz de control local y los controladores de aplicación. El diseño y configuración de estos componentes de software 55
estarán dentro de la capacidad de un experto en la técnica después de revisar la operación de los componentes descritos en la presente. En consecuencia, los componentes de software no serán descritos en detalle. A. Descripción General de la Operación La interfaz de control local 12 y los controladores de aplicación son capaces de comunicarse sobre una variedad de estructuras de comunicación inalámbricas y/o alámbricas . En la modalidad preferida, la presente invención utiliza tecnología LonWorks de Echelon Corporation como su medio de comunicaciones. La arquitectura de la red es principalmente de maestro/esclavo con comunicaciones de igual a igual (es decir, controlador de aplicación a controlador de aplicación) únicamente según se requiera por algunas aplicaciones. La interfaz de control local 12 inicia la mayoría de los intercambios de comunicación con los controladores de aplicación. Todos los intercambios de comunicación se inician usando mensajes explícitos de LonWorks con direcciones explícitas (es decir asignación de direcciones ID de Neuron de 48 bits directas) . La interfaz de control local 12 utiliza Tipos Variables de Red Estándares (S VTs) para los valores de modelo de objeto de datos estándares enviados mediante la asignación de direcciones explícita a cada controlador de aplicación. Los controladores de aplicación 14, 15, 16 y 18 y la interfaz de controlador 12 proporcionan 56
también S VTs de LonWorks para el acceso a características del sistema por dispositivos LonWorks de terceras partes. En operación, la interfaz de controlador local 12 no manipula directamente los SNVTs del dispositivo de la tercera parte utilizando comandos de manejo de. red LonWorks, sin embargo, las herramientas de manejo de. red de la tercera parte sí pueden. Aunque la presente invención funciona de preferencia utilizando LonWorks, el sistema de control está bien adaptado para usarse esencialmente con cualquier protocolo privado o protocolos de comunicaciones abiertas de "conecta y juega" . La interfaz de ¦ control local 12 incluye de preferencia dos modos de operación, a saber modo de instalador y modo de usuario . El modo de instalador permite al usuario accesar y controlar todos los aspectos de la interfaz de control local. El modo de usuario permite acceso sólo a un conjunto limitado de comandos, reduciendo de esta manera la probabilidad de modificación accidental o engañosa de ajustes de sistema importantes. La cantidad precisa de control permitida en el modo de usuario puede variar de aplicación en aplicación, pero en la modalidad preferida, el modo de usuario sólo permite el acceso y la modificación de puntos fijos de temperatura para los controladores, programas existentes y alarmas de visión/reconocimiento. En la modalidad preferida, la interfaz de control local 12 tiene la capacidad de dividir la red de 57
controladores de aplicación 14, 15, 16 y 18 en grupos de ocupación. Los grupos de ocupación se usan para permitir el control colectivo de los controladores de aplicación de miembros en cada grupo. Por ejemplo, las aplicaciones de iluminación y HVAC en un área dada pueden agruparse juntas en un solo grupo de ocupación de tal manera que esas aplicaciones puedan ser operadas como un grupo. La interfaz de control local 12 de la modalidad preferida soporta 16 grupos de ocupación. Cada grupo de ocupación incluye un programa y una lista de hasta 62 controladores de aplicación. El estado de ocupación de un grupo de ocupación puede ser controlado por el programa correspondiente, por medio de un controlador de acceso (tal como un ACU-1 como el descrito abajo) o manualmente usando la interfaz de control local 12. La interfaz de control local 12 soporta de preferencia hasta 16 programas, uno para cada grupo de ocupación. Los programas se pueden usar para el control del grupo de ocupación, la operación sincronizada del control de acceso, control del modo de puerta, control de acceso libre de- puerta y control de iluminación. Cada programa soporta de preferencia hasta dos intervalos de tiempo de inicio/detención para cada día de la semana y hasta dos intervalos de inicio/detención para días feriados. La interfaz -de control local 12 mantiene una base de datos de hasta 50 días feriados. Los días feriados pueden preprogramarse o definirse por el usuario después de la instalación.
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La interfaz de control local 12 proporciona también genios de configuración de control que conducen al usuario a través de las etapas requeridas para monitorear y/o ajustar las variables de control para un controlador de aplicación particular. Los genios incluyen pantallas de instalación gráficas fáciles de usar para artículos de configuración común, tales como puntos fijos de temperatura ocupados/no ocupados y programación de respaldo y límites de alarma. Como se indicó arriba, los controladores de aplicación 14, 15, 16 y 18 operan de acuerdo con varias variables de control que son especificadas por el usuario (o a través de valores por emisión preestablecidos) . Por ejemplo, una aplicación HVAC incluirá una variable de temperatura que ajuste la temperatura interior deseada para el área correspondiente. Al igual que en muchos sistemas de control convencionales, los controladores de aplicación son capaces de operar en dos modos distintos, uno cuando el área está ocupada y. uno cuando no lo está. Por ejemplo, una aplicación de HVAC puede incluir un primer ajuste de temperatura que será satisfecho cuando el área sea ocupada y una segunda temperatura cuando el área no sea ocupada. Aunque los controladores de aplicación son típicamente capaces de funcionar en un modo independiente, son capaces de comunicarse con la interfaz de control local 12. A través de estas comunicaciones, la interfaz de control 59
local 12 tiene la capacidad de establecer valores variables de control dentro de los controladores de aplicación utilizando mensajes explícitos y SNVTs para estructuras de datos. Esto permite que la interfaz de control local 12 lleve a cabo la operación de las aplicaciones del sistema. Los controladores de aplicación son preprogramados con la estructura de datos o formato de todos los mensajes explícitos asociados con el tipo de controlador. Esto permite que los controladores de aplicación analicen y entiendan los mensajes explícitos. Como alternativa, las aplicaciones pueden ser descargadas con esta información según sea necesario, por ejemplo, para añadir nuevos mensajes explícitos o modificar mensajes explícitos existentes. Además de recibir mensajes explícitos desde la interfaz de control local 12, la mayoría de los controladores de aplicación son capaces de enviar alarmas a base de texto a la interfaz de control local 12 para indicar condiciones extraordinarias . En la modalidad descrita, la interfaz de control local 12 puede soportar de 1 a 62 controladores de aplicación. La interfaz de control local 12 permite la modificación de entradas y puntos fijos para cada controlador de aplicación, así como una presentación visual de las salidas para cada controlador. La interfaz de control local 12 mantiene una base de datos de controladores con cierta información que se refiere a cada controlador de aplicación.
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Cuando los controladores de aplicación son añadidos a la base de datos de controladores, se les da un número de omisión (es decir, Unidad 1 AHU2) que puede ser modificado por el usuario a cualquier cadena de 20 caracteres. El nombre del controlador se usa cuando se le asigna a grupos de ocupación y para el despliegue de alarmas. Cada elemento en la base de datos de controladores incluye de preferencia los siguientes atributos : Nombre - descripción ASCII de 18 caracteres (programable por el usuario) ID de Neuron - ID Neuron LonWorks de 48 bits para el disositivo ID de Programa - ID de programa LonWorks para el dispositivo (usado como tipo de dispositivo) ID de Versión - representación ASCII para la versión de software del controlador Los registros de la base de datos de controladores tienen de preferencia los siguientes atributos adicionales: Grupo de salida - Grupo cuyo conteo de ocupación será incrementado cuando haya un intento de acceso exitoso a través del lado de salida del ACU. El conteo del grupo de entrada será disminuido. Grupo de entrada - Grupo cuyo conteo de ocupación será incrementado cuando haya un intento de acceso exitoso a través del lado de entrada del ACU. El conteo del grupo de salida será disminuido.
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Programa de Acceso Libre - especifica un programa para controlar el estado de acceso libre del ACU. El ACU estará en Acceso Libre cuando el programa esté activo. Programa de Modo de Acceso - especifica un programa para controlar el modo de acceso del ACU. Modo de Acceso cuando el programa está activo -modo (tarjeta, tarjeta+NIP o cifrado) para ACU cuando el Programa de Modo de Acceso esté activo. Modo de Acceso cuando el programa está inactivo -modo (tarjeta, tarjeta+NIP o cifrado) para ACU cuando el Programa de Modo de Acceso esté inactivo. Acceso Libre Manual - fuerza el activo/inactivo para el Acceso Libre del ACU. Auto Agregar encendído/apagado - pone al ACU en o fuera del modo de Adición de Tarjeta Automático. Modo de Acceso Manual - fuerza al ACU al modo de acceso con tarjeta, tarjeta+NIP o cifrado. B. Preprogramación de la Interfaz de Control Local Como se describió en cierto detalle arriba, la interfaz de control local 12 permite a usuarios especificar grupos de ocupación, programas, días feriados y puntos fijos para los diferentes controles de aplicación. Esta información puede ser ingresada en la interfaz de control local 12 usando su pantalla de tacto. Si se desea, esta información puede ser ingresada en u-n programa a base de PC y 62
descargada en la interfaz de control local 12 por medio del puerto serial en el procesador principal AM186EM. El sistema de control 10 de la presente invención permite la autoconfiguración y la operación integrada de controladores de aplicación de varios tipos. Esto se logra de preferencia al preprogramar el sistema de control 10 con una tabla de configuración que almacena perfiles para los diferentes tipos de controlador reconocidos por el sistema 10. Aunque la información precisa incluida en estos perfiles variará para cada controlador de aplicación, estos perfiles incluyen generalmente información acerca de los SNVTs de entrada, SNVTs de salida y SNVTs de configuración de todos los tipos de controlador soportados . La tabla y sus rutinas asociadas proporcionan la consulta de SNVTs por nombre, tipo de controlador e ID de versión de controlador. El LCI mantiene otra tabla de tipos de datos soportados que proporciona rango, tipo de base de datos, unidades de ingeniería, enumeraciones (si son aplicables) , tipos de subdatos (para elementos estructurados) , etapa para el incremento/disminución y rutinas de presentación visual para cada tipo de datos. Todos los tipos de datos usados por el LCI tienen entradas en esta tabla. Estas tablas proporcionan a la interfaz de control local 10 suficiente conciencia del controlador de aplicación a monitorear y afectar su operación.
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En una modalidad preferida, cada perfil incluye un registro para cada variable soportada por el controlador de aplicación. El registro incluye un campo para tipo de variable, nombre de variable, un nombre de despliegue y número de variable. Las variables son de preferencia clasificadas en uno de tres tipos diferentes -a saber, variables de entrada, variables de salida y variables de configuración de entrada. Las variables de entrada representan variables que pueden ser enviadas al controlador de aplicación por la interfaz de control local. Las variables de salida representan variables que pueden ser enviadas por el controlador de aplicación a la interfaz de control local. Finalmente, las variables de configuración de entrada son variables de control que se refieren a la operación del controlador de aplicación, pero que no son variadas rutinariamente a través de comandos de la interfaz de control local 12 o de otra manera. Cada controlador de aplicación es de preferencia precargado con valores de omisión para todas las variables de control. Esto facilita la configuración automatizada, al eliminar la necesidad de proporcionar a estas variables de control valores iniciales. A manera de ejemplo, la siguiente es una implementación del perfil para un controlador de aplicación AHU-1 presentada como un archivo de encabezado "C" : typedef struct snvt_profile 64
{ UINT8 direction; //input, output or input config
UINT8 snvt_number; //LCI-def ned SNVT number char *desc; //string describing SNVT UINT8 index //índex of SNVT on controller
} SNVT_PROFILE; SNVT_PROFILE far_based (_segname ( "_CODE" ) ) AHU1 [44] ={ {NV_INPUT, S_TEMP_SPACE, "Space Teraperature" , 0 } , {NV_INPUT, S_TEMP-SETP, "Temp Setpoint" , l} , {NV_INPUT, S_OCC_I , "Occupancy Cmd" , 2 } {NV_INPUT, S_LEV_DISC_I , "Reset Runtimes" , 3 } , (NV_INPUT, S_TIME_I , " System Time" , 4 } , {NV_INPUT, SJTEMP_OU , "Outside Temp" , 5} {NV_INPUT, S_LEV_PERCENT, "Outside Humidity" , 6} { V_OUTPUT,S_TEMP_P,"Space Temperature" , 7 } · {NV_OUTPUT, S_HVAC_STATUS_AHU, "Unit Status" , 8 } {NV_OUTPUT, S_TEMP_P, "Effective Stept" , 9} { V_OUTPUT,S_TIMER,"Occ. Ext. Time Rem.",10}, {WV_OUTPUT, S_STATE_INPUT, " Input Status" , 11 } , {NV_OUTPUT, S_OCC_I , "Occupancy Mode" , 12 } , { V_OUTPUT, S_RUMTI E, "Fan Runtime" ,13}, {NV_OUTPUT, S_TEMP_P, "Supply Air Temp Out" , 14 } , {NV_OUTPUT, S_TEMP_P, "Mixed Air Temp Out" ,15}, {NV_OUTPUT, S_LEV_PERCENT, "Return Air Humidity" , 16} , {NV_OUTPUT, S_FREE_COOL, " In Enthalpy" ,17}, 65
{NV_OUTPUT, S_FREE_COOL, " Out Enthalpy" ,18}, {NV_INPUT_CONFIG, S_TEMP_SETPT_I , "Occup . Temp stpts.",19}, {NV_INPUT_CONFIG, S_TEMP_LIM, " Space Temp Lirait" , 20 } , { NV_INPUT_CONFIG, 2_LEV_PERCENT , " Cool Prop . Gain" , 21 } , {NV_INPUT_CONFIG, S_LEV_PERCEN , "Cool Integ . Gain" , 22 } , {NV_INPUT_CONFIG, S_VOLT_I , "Cool Min Output" , 23 } , (NV_INPUT_CONFIG,S_VOLT_I,"Cool Max Output", 24}, { V_INPUT_CONFIG, S_LEV_PERCEN , "Heat Prop . Gain" ,25}, {NV_INPUT_CONFIG, S_LEV_PERCEN , "Heat Integ. Gain" ,26} , {NV_INPUT_CONFIG,S_VOLT_I, "Heat Min Output",27}, {NV_INPUT_CONFIG, S_VOLT_I , "Heat Max Output" , 28 } , {NV_INPUT_CONFIG, S_ECON, "Economizer Type" , 29 } , {NV_INPUT_CONFIG, S_TEMP_ECO , "Econ . Setpt . " , 30 } , {NV_INPUT_CONFIG, S_LEV_PERCENT, "Econ. Prop. Gain", 31} , {NV_INPUT_CONFIG, S_LEV_PERCENT, " Econ . Integ . Gain" ,32}, {NV_INPUT_CONFIG, S_LEV_PERCENT, "Min. Fresh Air" , 33 } , {NV_INPUT_CONFIG, S_FREE_COOL, "Free Cool Setpt.", 34}, {NV_INPUT_CONFIG, S_VOLT_I, "Econ. Min Output", 5}, {NV_INPUT_CONFIG, S_VOLT_I , " Econ . Max Output" ,36], {NV_INPUT_CONFIG , S_FAN , " Fan Type" ,37}, {NV_INPUT_CONFIG, S_TEMP_ADJ, " Setpoint Adj ust" ,38}, {NV_INPUT_CONFIG , S_EXTEND_TIME , " Occ . Extend Time" ,39}, {NV_INPUT_C0NFIG, S_RTJNTIME, "Fan Runtime Limit" , 40} , {NV INPUT CONFIG, S TIME I,"Occupied Time", 41 }, 66
{NV_INPUT_CONFIG,S_TIME_I, "Unoccupied Time", 42}, {O, Oxff , "" , Oxff} , };//50 Como se indicó arriba, la interfaz de control local 12 también es preprograraada con el formato de los diferentes mensajes explícitos que pueden ser enviados o recibidos por la interfaz de control local . Esto incluye las estructuras de datos para los diferentes mensajes de impulso que serán enviados a los controladores de aplicación, así como los mensajes de respuesta de impulso recibidos desde los controladores de aplicación. De manera similar, cada controlador de aplicación es preprogramado con el formato de los diferentes mensajes explícitos que pueden ser enviados o recibidos por ese controlador de aplicación. B. Autoconfiguración Como se indicó anteriormente, el sistema de control 10 proporciona la autoconfiguración de los diferentes controladores de aplicación 14, 15, 1G y 18. En resumen, la autoconfiguración se logra a través de una serie de comunicaciones entre la interfaz de control local 12 y el control de aplicación recién instalado. El proceso de autoconfiguración 200 se describirá en más detalle con referencia al diagrama de flujo de las figuras 14A-14B. El intercambio de comunicaciones es iniciado por la activación 202 del botón de control de servicio en el controlador de 67
aplicación. Esto ocasiona que el controlador de aplicación envíe 204 un mensaje de "Terminal de Servicio" LonWorks que contiene la ID de Neuron única del controlador. La interfaz de control local 12 mantiene una tabla en memoria no volátil que tiene un listado para cada controlador de aplicación conocido por la interfaz de control local. Cuando la interfaz de control local 12 recibe el mensaje de terminal de servicio, determina 208 si actualmente tiene un listado para la ID de Neuron del controlador de aplicación. Si no lo tiene, crea 210 un listado que corresponde a esa ID de Neuron. La interfaz de control local 12 asigna 212 el siguiente número de ID de dispositivo disponible al nuevo controlador de aplicación y envía 214 un mensaje de "Designación de Dispositivo" al controlador de aplicación. Este mensaje contiene la ID de dispositivo para el controlador . de aplicación. El controlador.de aplicación almacena la ID de dispositivo 216 en memoria no volátil para su uso posterior en el envío de mensajes a la interfaz de control local. La interfaz de control local utiliza la ID de dispositivo que proviene de los mensajes explícitos del controlador de aplicación para determinar qué controlador específico envió el mensaje. La interfaz de control local envía después 218 un mensaje de Identificación de Interfaz de Controlador" al controlador de aplicación, el cual contiene la ID de Neuron de la interfaz de control local. El controlador de aplicación almacena 220 la ID de Neuron de la 68
interfaz de control local en memoria no volátil para su uso posterior en el envío de mensajes a la interfaz de control local. La interfaz de control local 12 pone después 222 al controlador de aplicación en un Dominio y Subred LonWorks común y asigna una ID de Nodo LonsWorks única. La interfaz de control local 12 envía 224 un mensaje de "Dominio de Actualización" al controlador de aplicación que incluye el Dominio y Subred LonWorks común y la ID de Nodo LonWorks única, los cuales son almacenados 226 en el controlador de aplicación. La ID de Nodo coincide con la ID de Dispositivo asignada anteriormente. Esta etapa es necesaria para evitar varios problemas inherentes con las redes LonWorks. Primero, ya que la interfaz de control local utiliza mensajes de solicitud/respuesta LonWorks para las operaciones de "Elaboración de Variable de Red" y "Actualización de Variable de Red" , todos los nodos deben tener una combinación de subred/nodo única. La respuestas son siempre enviadas usando asignación de direcciones de subred/nodo que requieren de una subred/nodo único para cada nodo. Segundo, la interfaz de control local utiliza de preferencia Arquitectura de Nodos de Echelon que tiene la limitación de sólo estar disponible para recibir mensajes explícitos en un dominio, lo cual requiere que cada nodo esté en el mismo dominio. La interfaz de control local 10 incluye de preferencia una pluralidad de genios que pueden ser activados 69
para especificar o ajustar las variables de control para cada uno de los tipos de controlador de aplicación. Estos genios facilitan la modificación y control de los controladores de aplicación al proporcionar un GUI activado por menú simple que permite la visión y modificación de todas las variables de control adecuadas . C. Supervisión del Controlador La interfaz de control local 12 monitorea el estado y transfiere valores de variables de control entre controladores de aplicación usando una metodología de mensaje/respuesta periódica. En la modalidad preferida, la interfaz de control 12 periódicamente (por ejemplo una vez por segundo) envía un mensaje de "impulso" a cada microcontrolador de aplicación. Si el controlador de aplicación no envía una respuesta adecuada a un número especificado de impulsos sucesivos (por ejemplo tres), se considera que está en un estado de falla y una acción adecuada puede tomarse, por ejemplo, ajustar una alarma o generar un logaritmo. Este proceso se usa también para intercambiar información entre la interfaz de control local y el controlador de aplicación utilizando variables de control incluidas en el mensaje de impulso y en las respuestas a los mensajes de impulso. La estructura de datos de cada mensaje de impulso es preprogramada de preferencia en la interfaz de control local 12. El mensaje de impulso se diseña de preferencia para que corresponda con el tipo de controlador 70
de aplicación al cual se envió. Como alternativa, un solo mensaje de impulso universal a todos los demás tipos de controladores puede ser usado. Con esta alternativa, cada controlador de aplicación puede ignorar simplemente las variables de control que no sean relevantes a su operación. Por ejemplo, en la modalidad descrita, el impulso de control HVAC se envía periódicamente por la interfaz de control local 12 a cada controlador de aplicación HVAC (por ejemplo, cada DXU-1, DXU-2, AHU-1, FCU-1, FCU-2, FCU-3, FCU-4 y HPU-l) . El impulso de control HVAC incluye de preferencia el . tiempo de sistema y el modo de ocupación para ése controlador específico. Estas variables de control se envían a cada controlador de aplicación HVAC en un mensaje explícito utilizando SNVTs. Una representación del impulso de control HVAC se ilustra en la figura 8. La respuesta del controlador HVAC demuestra que éste aún se está comunicando con la red y que puede usarse para regresar variables de control a la interfaz de control local en un mensaje explícito usando SNVTs . La respuesta del controlador HVAC incluye de preferencia su ID de dispositivo, la temperatura exterior, la humedad exterior y la temperatura del agua de suministro. Una representación de la - respuesta HVAC se ilustra en la figura 9. La información recibida en respuesta desde el controlador HVAC se puede usar' por la interfaz de control local y/o propagarse a otros controladores de aplicación por la interfaz de control local.
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Con algunos controladores de aplicación, la respuesta al impulso no es otra cosa que un reconocimiento que indica a la interfaz de control local 12 que el controlador de aplicación está en línea y ha recibido el impulso. Por ejemplo, el mensaje de impulso de control de acceso se envía periódicamente a cada ACU. El impulso de control de acceso incluye de preferencia modo de lado de entrada, modo de lado de salida, indicador de activación/desactivación para el lado de entrada, indicador de activación/desactivación para el lado de salida, fecha del sistema, hora del sistema, día de la semana del sistema e ID de dispositivo ACU. Los campos de modo de lado de entrada y modo de lado de salida indican el modo de acceso del ACU. Típicamente, el ACU será capaz de operar en cuatro modos diferentes: 1) modo de "tarjeta", el cual sólo requiere de una validación de tarjeta para obtener acceso; 2) modo de "tarjeta/nip" , el cual requiere de la validación de la tarjeta y la entrada de un NIP válido para obtener acceso, 3) modo de "cifrado" , el cual requiere de la entrada de un código de cuatro dígitos válido para obtener acceso y 4) modo "NIP" , el cual requiere de la entrada de un NIP válido para obtener acceso. Una representación del impulso de control ACU se ilustra en la figura 10. La respuesta ACU simplemente incluye la ID de dispositivo IAC. Una representación de la respuesta ACU se ilustra en la figura 11.
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Como un ejemplo más, la representación del impulso de control ASM se ilustra en la figura 12 y una representación de la respuesta ASM a un mensaje de impulso ASM se ilustra en la figura 13. Como se muestra, la respuesta regresa las variables de control de temperatura exterior, humedad exterior y temperatura de agua de suministro a la interfaz de control local 12. Al igual que con todos los demás mensajes, las variables de control son presentadas como S VTs. Como un ejemplo adicional, una representación del impulso de control LCU se ilustra en la figura 19 y una representación de la respuesta LCU a un impulso de control LCU se ilustra en la figura 20. El impulso de control LCU está diseñado únicamente para solicitar una respuesta del LCU, reconociendo de esta manera su conexión continua a la red. Como se muestra, el impulso de control incluye un número de mensaje que indica que el mensaje es un impulso de control. El mensaje de respuesta LCU regresa únicamente el número de unidad a la interfaz de control local . D. Distribución Sistemica de Puntos de Proceso La interfaz de control local 12 tiene también la capacidad de distribuir varios datos de punto de proceso (o variables de control) a los controladores de aplicación. Los datos de punto de proceso pueden obtenerse de sensores, tales como aquellos conectados al módulo ASM-1. En la modalidad 73
preferida, la interfaz de control local 12 recibe los datos de punto de proceso del módulo ASM-1, u otro sensor, en respuesta al mensaje de impulso enviado por la interfaz de control local 12. La interfaz de control local 12 transmite después los datos de punto de proceso a los controladores de aplicación adecuados por medio de una escritura variable de red usando asignación de direcciones explícita. La interfaz de control local 12 determina los controladores de aplicación que requieren la información al revisar los perfiles de controlador provistos en la base de datos de perfiles. Como alternativa, los datos de punto de proceso se pueden presentar a los controladores de aplicación adecuados al incluirlos en el mensaje de impulso enviado al' controlador de aplicación. E. Control de Acceso La interfaz de control local 12 supervisa el acceso a los diferentes ACUs dentro del sistema de control 10. En operación, los ACUs envían una solicitud de acceso a la interfaz de control local 12 cuando una entrada de lector de tarjeta · válida o teclado se obtiene de uno de los lectores/teclados ACU. Una representación de la estructura de datos de un mensaje de solicitud de acceso se muestra en la figura 15. La solicitud de acceso es procesada por la interfaz de control local y se envía una respuesta al ACU indicando si sé obtuvo o no acceso. Una representación de la estructura de datos de un mensaje de respuesta de acceso se 74
muestra en la figura 16. La interfaz de control local 12 considera también cualquier efecto que el acceso pudiera tener sobre grupos de ocupación relacionados, por ejemplo, cambiando un estado de "desocupado" a "ocupado" . Si es adecuado, la interfaz de control local 12 envía mensajes explícitos para actualizar el estado del grupo de ocupación adecuado . Esta actualización ocurrirá típicamente en el siguiente mensaje de impulso enviado a cada controlador de aplicación con el grupo de ocupación. Una vez que se usa una puerta, el ACU envía un mensaje de puerta usada a la interfaz de control local 12. Esto permite que la interfaz de control 12 mantenga un logaritmo de la actividad y un conteo del número de personas en la zona. Una representación de la estructura de datos de un mensaje de puerta usada se muestra en la figura 17. El sistema de control 10 es de preferencia capaz de operar en cinco modos de acceso diferentes: 1) modo de "tarjeta", el cual requiere de la lectura de una tarjeta válida para obtener acceso, 2) modo de "tarj eta/NIP" , el cual requiere de la lectura de una tarjeta válida y la entrada de un NIP válido para obtener acceso, 3) modo "cifrado", el cual requiere del ingreso de un código de cuatro dígitos válido para obtener acceso, 4) modo "NIP", el cual requiere de la entrada de un NIP válido para obtener acceso y 5) modo "libre", el cual permite el acceso libre. Cuando se recibe 75
una solicitud de acceso, ésta se procesa de acuerdo con el modo de acceso actual para ese ACU. La interfaz de control local 12 incluye una base de datos que soporta hasta 500 tarjetas de acceso. Cada entrada de base de datos incluye de preferencia un número de tarjeta (número de tarjeta general de 32 bits), un nombre de tarjeta (descripción ASCII de 18 caracteres) , un NIP (número BCD de cuatro dígitos usado cuando se desee el acceso tarjeta+NIP) , un campo de hora/fecha (que contiene la hora y fecha en la cual se usó por última vez la tarjeta) , un campo de última puerta (que contiene la última puerta en la cual se usó la tarjeta) y un campo de grupo de acceso (descrito abajo) . Las tarjetas se añaden a la base de datos de una manera convencional general, por ejemplo, al presentarlas en un ACU o por medio de descarga desde una PC u otro dispositivo similar. La interfaz de control local 12 también es capaz de almacenar hasta cuatro códigos de cifrado distintos. La interfaz de control local permite que las tarjetas sean puestas en estos grupos de acceso. Los grupos de acceso especifican a qué puertas puede tener acceso una tarjeta y en qué periodos de tiempo se permitió acceso con esa tarjeta. La interfaz -de control local soporta de preferencia al menos 16 grupos de acceso . La interfaz de control local permite también que los ACUs controlen la ocupación de grupos de ocupación, si se 76
desea. Para proporcionar control de ocupación ACU, la interfaz de control local mantiene un conteo de personas al rastrear el número de entradas y salidas en un área. Si el conteo de personas no es cero, la interfaz de control local establece el estado -del grupo de ocupación a "ocupado". Aunque el acceso es de preferencia regido por la interfaz de control local, cada controlador de aplicación ACU incluye de preferencia una base de datos "por puerta" local paira validar el acceso en caso de una pérdida de comunicaciones con la interfaz de control local. Cuando el ACU envía una solicitud de acceso a la interfaz de control local 12 que no fue contestada dentro de medio segundo, el ACU intentará validar el acceso utilizando la base de datos local . Cuando el ACU valida una solicitud de acceso localente, también generará de preferencia un logaritmo de transacción de tiempo indicando el resultado del intento de acceso. En una modalidad preferida, los ACUs detectan también ciertas condiciones de alarma y envían mensajes adecuados a la interfaz de control local 12 cuando ocurre un evento de alarma. De preferencia, el ACU monitorea el estado de las entradas supervisadas para determinar cuando ocurre una condición de "puerta abierta" , "puerta forzada" o "violación de entrada" . Una alarma de puerta abierta se genera cuando un individuo, quien ha obtenido acceso, deja la puerta abierta durante más de un tiempo de acceso 77
predefinido. Una alarma de puerta forzada se genera cuando la puerta es abierta sin una autorización de acceso adecuada. Una representación de la estructura de datos de una alarma de acceso se muestra en la figura 18. F. Control de Iluminación La interfaz de control local 12 también maneja la operación de aplicaciones de iluminación dentro del edificio mediante uno o más LCUs . Como se indicó arriba, los LCUs están diseñados para controlar circuitos de iluminación comerciales, los cuales pueden incluir iluminación interior, luces de estacionamiento y señalizaciones. En la modalidad descrita, cada LCU controla el estado de ocho circuitos de iluminación individuales . Los LCUs proporcionan ocho zonas de iluminación que permiten el control por grupo de las aplicaciones de iluminación. De manera más específica, cada circuito en cada LCU puede estar asociado con una o más de las ocho zonas de iluminación. El estado de cada circuito es afectado al controlar el estado de ocupación de la zona de iluminación correspondiente. Las asociaciones de zona de iluminación para cada LCU son configuradas por medio de la interfaz de control local 12. Cada LCU mantiene una base de datos de las asociaciones de zonas de iluminación para cada uno de sus circuitos . El LCU controla el estado de encendido/apagado de cada circuito con base en el estado de ocupación de la zona asociada con ese circuito. Las zonas de 78
iluminación pueden, a su vez, ser asociadas con grupos de ocupación, permitiendo de esta manera que la ocupación de zonas de iluminación sea controlada colectivamente con otras aplicaciones dentro de un grupo de ocupación dado. La interfaz de control local 12 incluye medios para transmitir mensajes de control al LCU para avisar al LCU del estado de ocupación de las zonas de iluminación. Esto permite que la interfaz de control local 12 controle el estado de ocupación de las zonas de iluminación de acuerdo con programas de grupo de ocupación mantenidos en la interfaz de control local 12, así como de acuerdo con otros cambios de estado de ocupación, tales como los que pueden ser desencadenados por un evento de acceso. En operación, un cambio en el estado de ocupación para una zona dada, ya sea que resulte de un evento de programa o de otro evento que afecte la ocupación, es transmitido por la interfaz de control local 12 a cada LCU. Se usan ocho mensajes de comando diferentes para discernir entre las ocho zonas de iluminación. Por ejemplo, se usa un primer mensa e de comando para comunicar el estado de ocupación de la zona 1 y se usa un segundo mensaje de comando para comunicar el estado de ocupación de la zona 2. Después de recibir el mensaje de comando, cada LCU revisa su base de datos de asociaciones de zonas de iluminación para determinar si el mensaje de comando es relevante a cualquiera de sus circuitos. Si lo es, el LCU 79
ajusta el estado de encendido/apagado de los circuitos adecuados de acuerdo con el estado de ocupación contenido en el mensaje de comando. Cada LCU puede mantener también una copia de respaldo local del programa para permitir la operación continua en caso de una falla en la interfaz de control local o red. Cada LCU incluye también ocho entradas usadas principalmente para conmutadores de sobrecontrol . Cada conmutador de sobrecontrol se puede asociar con una o más zonas de iluminación de tal manera que la activación del conmutador afecte el estado de ocupación de estas ocho zonas de iluminación. Al igual que con los circuitos, las asociaciones de zonas de iluminación de las entradas se ajustan de preferencia por medio de la interfaz de control local 12, con cada LCU manteniendo una base de datos local de las asociaciones para cada una de sus entradas. En operación, la activación de un conmutador de sobrecontrol ocasiona que el LCU asociado determine las zonas de iluminación de las cuales sea miembro el conmutador y afecta el estado de encendído/apagado de todos los circuitos en el LCU asociado con esa zona de iluminación. El LCU envía también un mensaje de- igual a igual a todos los demás LCUs en la red indicando el cambio en el estado de ocupación de la zona de iluminación particular. Cada uno de estos otros LCUs afecta después el estado de encendido/apagado de todos los- circuitos en ese LCU que 80
están asociados con la zona de iluminación especificada. Esto permite la integración de eventos de sobrecontrol entre LCUs sin la intervención de la interfaz de control local . G. Alarmas Varios controladores de aplicación tienen la capacidad de enviar alarmas a base de texto a la interfaz de control local 12 para indicar condiciones extraordinarias, por ejemplo, varias alarmas ACU se describieron en la sección de Control de Acceso inmediatamente anterior. La interfaz de control local 12 tiene la capacidad de desplegar y almacenar estas alarmas. De preferencia, cada alarma incluye un nombre de unidad, hora/fecha de ocurrencia y hasta 40 caracteres de texto. El campo de texto puede usarse para proporcionar descripciones a base de texto significativo del evento de alarma. Una representación de la estructura de datos de una alarma se muestra en la figura 18. Aunque de preferencia se responde a las alarmas manualmente, la interfaz de control local 12 puede configurarse para proporcionar una respuesta automatizada cuando sea deseable, por ejemplo, la interfaz de control local 12 puede ser programada para intermitir repetidamente las luces en una zona en caso de una alarma de "puerta forzada" . H. Software de Control Como se describió arriba, la interfaz de control local y los controladores de aplicación operan de acuerdo con software -de control instalado. Típicamente, software de 81
control adecuado es precargado en la interfaz de control local y los controladores de aplicación. En algunas aplicaciones, esto podría no ser deseable o posible. En consecuencia, la interfaz de control local 12 incluye de preferencia medios para almacenar una base de datos de imágenes de software de controlador de aplicación y medios para descargar las imágenes de software de controlador de aplicación en los controladores de aplicación. Generalmente, las imágenes de software de controlador de aplicación serán descargadas en el controlador de aplicación durante el proceso de autoconfiguración para proporcionar al controlador de aplicación el software de control aplicable. La interfaz de control local 12 puede, sin embargo, usarse para descargar software de control al controlador de aplicación incluso después de la autoconfiguración. Esta capacidad puede usarse para proporcionar la instalación inicial de software de control en un controlador de aplicación o para actualizar/me orar el software de control existente en un controlador de aplicación. En forma similar, la interfaz de control local incluye de preferencia medios para descargar el software de control de la interfaz de control local y medios para instalar el -software de control en la interfaz de control local . Esta funcionalidad es particularmente útil para permitir la adaptación y actualización/mejora del software de control para el software de control local .
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En sistemas de control en los que el software de control va a ser descargado, la interfaz de control local y/o los controladores de aplicación pueden ser preprogramados sólo con funcionalidad de configuración y manejo de red básico mínima. Esta programación mínima permite que la interfaz de control local y/o controladores de aplicación sean instalados en la red y proporciona la descarga e instalación del software de control. La interfaz de control local 12 incluye de preferencia medios para permitir la descarga remota de software de control, incluyendo imágenes de software de controlador de aplicación e imágenes de software de interfaz de control local . Esto hace posible que la inter az de control local y los controladores de aplicación sean actualizados/mejorados por medio de una conexión remota a Internet, marcada o directa. Una alternativa flexible a software de control convencional es la de preprogramar la interfaz de control local y/o controladores de aplicación con un lenguaje de programación genérico que permita la operación del dispositivo de acuerdo con programas de control especializados descargados después de la autoconfiguración. El lenguaje de programación genérico proporciona una máquina capaz de controlar la operación de un dispositivo de acuerdo con instrucciones contenidas en el programa de control 83
especializado. En esta alternativa, la interfaz de control local incluye medios para descargar programas de control especializados de una conexión remota a Internet, marcada o directa y/o para crear programas de control especializados, así como medios para descargar los programas de control especializados a los controladores de aplicación adecuados. La descripción anterior es de una modalidad preferida de la invención. Pueden hacerse varias alteraciones y cambios sin alejarse del espíritu y aspectos más amplios de la invención como los definidos en las reivindicaciones anexas, las cuales deben interpretarse de acuerdo con los principios de las leyes de patentes incluyendo la doctrina de equivalentes . Cualquier referencia a elementos de las reivindicaciones en singular, por ejemplo, usando los artículos un, uno, una, el, la o similar, no debe considerarse como limitativo del elemento al singular. Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.