RU2809474C1 - Smart village management system - Google Patents

Smart village management system Download PDF

Info

Publication number
RU2809474C1
RU2809474C1 RU2023108308A RU2023108308A RU2809474C1 RU 2809474 C1 RU2809474 C1 RU 2809474C1 RU 2023108308 A RU2023108308 A RU 2023108308A RU 2023108308 A RU2023108308 A RU 2023108308A RU 2809474 C1 RU2809474 C1 RU 2809474C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bidirectional communication
control
transceiver
unit
control unit
Prior art date
Application number
RU2023108308A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Анатольевич Губушкин
Валерий Павлович Ашарчук
Антон Геннадьевич Кудрявцев
Original Assignee
Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть")
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть") filed Critical Публичное акционерное общество "Нефтяная компания "Роснефть" (ПАО "НК "Роснефть")
Application granted granted Critical
Publication of RU2809474C1 publication Critical patent/RU2809474C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: automated control systems.
SUBSTANCE: infrastructure and service management systems that support an integrated environment for human work, learning, and living, and can be used for automated management of “smart villages” with advanced requirements for reliability, safety, and efficiency. The essence of the invention lies in application of the technological principle of functional modularity and supplementing the automated control module with a user authorization unit, an application processing unit, a monitoring unit of modules connected by bidirectional communication lines with the control server, while each of the K automatic control modules is additionally equipped with an emergency control unit and the first transceiver. The inputs and the outputs of the emergency control unit are respectively connected by bidirectional communication lines to a field level bus, to the first transceiver, and to a programmable controller connected by a bidirectional communication line with the first transceiver. Additionally, an administrator interface is introduced into the system, connected by a bidirectional communication line with a telecommunications network, as well as P functional modules, each containing the second transceiver, a service control unit, a control unit, a local terminal, connected in series by bidirectional communication lines with the inputs and the outputs of the control unit, while the second transceiver is connected by a bidirectional communication line to the service information bus.
EFFECT: expanded functionality of the claimed system, adaptability of the system to changes in the composition of the functional modules, and rapid transition from an automatic control mode to an automatically-assisted one in case of accidents and emergencies during operation of a “smart village” to meet the reliability and safety requirements.
1 cl, 1 dwg

Description

Представленное техническое решение относится к автоматизированным системам управления, а именно к системам управления инженерно-техническими системами и сервисами, поддерживающими интегрированную среду для работы, обучения и проживания человека, и может быть использовано для автоматизированного управления «умными поселками» с повышенными требованиями по надежности, безопасности и эффективности.The presented technical solution relates to automated control systems, namely control systems for engineering and technical systems and services that support an integrated environment for human work, learning and living, and can be used for automated control of “smart villages” with increased requirements for reliability and safety and efficiency.

В настоящее время активно развиваются цифровые технологии автоматизированного управления городами, поселками, кампусами и отдельными зданиями с включением в состав систем управления компонентов, реализующих автоматический сбор, обработку и анализ полевых данных и автоматическое управление исполнительными механизмами подсистем жизнеобеспечения (ПНСТ 443-2020 Информационные технологии. Умный город. Общие положения по интеграции и функционированию инфраструктур умного города; SuqinGu. Cloud Campus 3.0 Solution. IP Network eBook Series. 19/10/2021 [электронный ресурс] https://support.huawei.com/enterprise/en/doc/EDOC1100201111).Currently, digital technologies for automated management of cities, towns, campuses and individual buildings are actively developing with the inclusion in control systems of components that implement automatic collection, processing and analysis of field data and automatic control of actuators of life support subsystems (PNST 443-2020 Information Technologies. Smart city. General provisions for the integration and operation of smart city infrastructures; SuqinGu. Cloud Campus 3.0 Solution. IP Network eBook Series. 10/19/2021 [electronic resource] https://support.huawei.com/enterprise/en/doc/EDOC1100201111 ).

Данное изобретение предназначено для применения в качестве автоматизированной системы управления инженерно-техническими подсистемами и сервисами «умных поселков» (УП), активное проектирование и строительство которых ведется для обеспечения трудовыми ресурсами производственной деятельности в тяжелых природных и климатических условиях проживания и работы пользователей и обслуживающего персонала.This invention is intended for use as an automated control system for engineering and technical subsystems and services of “smart villages” (SV), the active design and construction of which is carried out to provide labor resources for production activities in harsh natural and climatic conditions of residence and work of users and service personnel.

«Умным поселком» заявитель называет комплекс быстровозводимых модульных зданий, предназначенный для работы и проживания обслуживающего персонала и пользователей поселка, оснащенный автоматизированным системой управления, обеспечивающей управление инженерно-технологическими системами и предоставляемыми в поселке сервисами в автоматическом и автоматизированном режиме. Концепция "умного поселка" объединяет информационно-коммуникационные технологии и различные физические устройства, подключенные к автоматизированной системе управления (ПНСТ 438-2020 Информационные технологии. Интернет вещей. Типовая архитектура).The applicant calls a “smart village” a complex of prefabricated modular buildings designed for work and residence of service personnel and users of the village, equipped with an automated control system that ensures the management of engineering and technological systems and the services provided in the village in an automatic and automated mode. The concept of a “smart village” combines information and communication technologies and various physical devices connected to an automated control system (PNST 438-2020 Information technologies. Internet of things. Standard architecture).

Система управления «умным поселком» (СУУП), представленная в заявленном техническом решении, строится с применением модульного принципа и соответствует высоким требованиям по эффективности, надежности и безопасности эксплуатации.The smart village management system (SUUP), presented in the stated technical solution, is built using a modular principle and meets high requirements for efficiency, reliability and operational safety.

Известна микропроцессорная информационно-управляющая система "умный дом", содержащая контроллер, выполненный с возможностью работы в проводной сети, а также подключенные к контроллеру с использованием проводной сети исполнительные проводные модули, предназначенные для подключения к контроллеру датчиков и исполнительных механизмов (патент RU №53510 U1, МПК Н02Н 7/00, G06F 19/00, опубликовано 10.05.2006).A known microprocessor information and control system "smart home" contains a controller configured to operate in a wired network, as well as executive wired modules connected to the controller using a wired network, designed to connect sensors and actuators to the controller (RU patent No. 53510 U1 , IPC N02N 7/00, G06F 19/00, published 05/10/2006).

Также известна полезная модель системы цифрового поселка (патент CN 210442909 U, Digital camp system, опубликовано 2020-05-01), которая обеспечивает цифровую систему управления лагерем, и включает элемент управления бизнесом, блок видеомониторинга, блок мониторинга окружающей среды и блок управления энергопотреблением, при этом блок управления обслуживанием, блок видеомониторинга, блок мониторинга окружающей среды и блок управления энергопотреблением электрически соединены с базой данных посредством проводов, база данных электрически соединена с центральным процессорным блоком посредством проводов, центральный процессорный блок электрически соединен с сигнализацией, трехмерным дисплеем в реальном времени и позиционером посредством проводов, а трехмерный дисплей в реальном времени электрически соединен с терминалом посредством проводов.A utility model of a digital camp system is also known (patent CN 210442909 U, Digital camp system, published 2020-05-01), which provides a digital camp management system, and includes a business management element, a video monitoring unit, an environmental monitoring unit and an energy management unit, wherein the service control unit, video monitoring unit, environmental monitoring unit and energy management unit are electrically connected to the database through wires, the database is electrically connected to the central processing unit through wires, the central processing unit is electrically connected to the alarm, three-dimensional real-time display and positioner through wires, and the real-time 3D display is electrically connected to the terminal through wires.

Наиболее близким аналогом (прототипом) для данного изобретения является Система управления оборудованием поселка/устройство управления (патент CN 103092169 B, Digital camp apparatus management/control device, опубликовано 2016-01-06). Признаки указанного известного технического решения, являющиеся общими с заявленным, заключаются в том, что в состав системы входят сервисная информационная шина, модуль автоматизированного управления, включающий в себя сервер управления, связанный соответственно двунаправленными линиями связи с интерфейсом оператора, блоком аналитики и отчетности, блоком конфигурирования, блоком баз данных, а также сервисной информационной шиной, а также содержит K модулей автоматического управления, которые содержат L измерительных преобразователей и М датчиков, выходы которых соединены со входами шины полевого уровня, а также N исполнительных блоков, соединенных двунаправленной линией связи с шиной полевого уровня, программируемый контроллер, связанный двунаправленной линией связи с шиной полевого уровня, а сервисная информационная шина двунаправленными линиями связи последовательно соединена с приемопередатчиком, телекоммуникационной сетью и S абонентскими модулями.The closest analogue (prototype) for this invention is the Village Equipment Management System/control device (patent CN 103092169 B, Digital camp apparatus management/control device, published 2016-01-06). The features of the specified known technical solution, which are common to the claimed one, are that the system includes a service information bus, an automated control module, which includes a control server connected, respectively, by bidirectional communication lines with the operator interface, an analytics and reporting unit, and a configuration unit , a database block, as well as a service information bus, and also contains K automatic control modules, which contain L measuring transducers and M sensors, the outputs of which are connected to the inputs of the field level bus, as well as N executive units connected by a bidirectional communication line with the field bus level, a programmable controller connected by a bidirectional communication line to the field level bus, and the service information bus is serially connected by bidirectional communication lines to the transceiver, telecommunications network and S subscriber modules.

Основными недостатками известных систем управления является отсутствие адаптивности к изменению конфигурации управляемых подсистем, а также отсутствие возможности оперативного перехода от автоматического на автоматизированный режим управления.The main disadvantages of known control systems are the lack of adaptability to changes in the configuration of controlled subsystems, as well as the lack of the ability to quickly switch from automatic to automated control mode.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей заявленной системы, адаптивность системы к изменению состава функциональных модулей и оперативный переход от автоматического режима управления на автоматизированный в аварийных и внештатных ситуациях при эксплуатации поселка для обеспечения требований надежности и безопасности.The technical result of the invention is the expansion of the functionality of the claimed system, the adaptability of the system to changes in the composition of functional modules and the rapid transition from an automatic control mode to an automated one in emergency and emergency situations during the operation of the village to ensure reliability and safety requirements.

Сущность заявленного технического решения заключается в том, что система управления «умным поселком» содержит сервисную информационную шину, модуль автоматизированного управления, включающий в себя сервер управления, связанный соответственно двунаправленными линиями связи с интерфейсом оператора, блоком формирования аналитики и отчетности, блоком конфигурирования, блоком баз данных, а также сервисной информационной шиной, а также содержит K модулей автоматического управления, которые содержат L измерительных преобразователей и М датчиков, выходы которых соединены со входами шины полевого уровня, а также N исполнительных блоков, соединенных двунаправленной линией связи с шиной полевого уровня, а также программируемый контроллер, связанный двунаправленной линией связи с шиной полевого уровня, а сервисная информационная шина двунаправленными линиями связи последовательно соединена с приемопередатчиком, телекоммуникационной сетью и S абонентскими модулями, при этом модуль автоматизированного управления дополнительно снабжен блоком авторизации пользователей, блоком обработки заявок, блоком мониторинга модулей, связанными двунаправленными линиями связи с сервером управления, при этом каждый из K модулей автоматического управления дополнительно снабжен блоком аварийного управления и первым приемопередатчиком, при этом входы-выходы блока аварийного управления двунаправленными линиями связи соответственно соединены с шиной полевого уровня, с первым приемопередатчиком и с программируемым контроллером, соединенным двунаправленной линией связи с первым приемопередатчиком, дополнительно в систему введен интерфейс администратора, соединенный двунаправленной линией связи с телекоммуникационной сетью, а также Р функциональных модулей, каждый из которых содержит второй приемопередатчик, блок управления сервисами, блок управления, локальный терминал, соединенные последовательно двунаправленными линиями связи с входами-выходами блока управления, при этом второй приемопередатчик связан двунаправленной линией связи с сервисной информационной шиной.The essence of the claimed technical solution is that the “smart village” control system contains a service information bus, an automated control module, which includes a control server connected, respectively, by bidirectional communication lines with the operator interface, an analytics and reporting unit, a configuration unit, and a database unit. data, as well as a service information bus, and also contains K automatic control modules, which contain L measuring transducers and M sensors, the outputs of which are connected to the inputs of the field level bus, as well as N executive units connected by a bidirectional communication line to the field level bus, and also a programmable controller connected by a bidirectional communication line with the field level bus, and the service information bus is connected in series with the transceiver, telecommunication network and S subscriber modules by bidirectional communication lines, while the automated control module is additionally equipped with a user authorization unit, an application processing unit, and a module monitoring unit , connected by bidirectional communication lines with the control server, while each of the K automatic control modules is additionally equipped with an emergency control unit and a first transceiver, while the inputs and outputs of the emergency control unit by bidirectional communication lines are respectively connected to the field level bus, to the first transceiver and to the programmable a controller connected by a bidirectional communication line to the first transceiver; additionally, the system includes an administrator interface connected by a bidirectional communication line to the telecommunications network, as well as P functional modules, each of which contains a second transceiver, a service control unit, a control unit, a local terminal connected in series bidirectional communication lines with the inputs and outputs of the control unit, while the second transceiver is connected by a bidirectional communication line with the service information bus.

На Фиг. 1 представлена функциональная схема заявленной системы управления «умным поселком», включающая в себя:In FIG. Figure 1 shows a functional diagram of the proposed smart village management system, which includes:

• сервисную информационную шину 1;• service information bus 1;

• модуль автоматизированного управления 2, включающий в себя:• automated control module 2, including:

сервер управления - 2.1, management server - 2.1,

интерфейс оператора - 2.2, operator interface - 2.2,

блок авторизации пользователей - 2.3, user authorization block - 2.3,

блок обработки заявок - 2.4, application processing block - 2.4,

блок формирования аналитики и отчетности - 2.5, analytics and reporting block - 2.5,

блок конфигурирования - 2.6, configuration block - 2.6,

блок мониторинга модулей - 2.7, module monitoring unit - 2.7,

блок баз данных - 2.8; database block - 2.8;

• K модулей автоматического управления - 3, включающих в себя:• K automatic control modules - 3, including:

шину полевого уровня - 3.1, field level bus - 3.1,

первый приемопередатчик - 3.2, first transceiver - 3.2,

программируемый контроллер - 3.3, programmable controller - 3.3,

блок аварийного управления - 3.4, emergency control unit - 3.4,

L измерительных преобразователей - 3.5, L measuring transducers - 3.5,

М датчиков - 3.6, M sensors - 3.6,

N исполнительных блоков - 3.7; N execution units - 3.7;

• приемопередатчик -4.1;• transceiver -4.1;

• телекоммуникационную сеть - 4.2;• telecommunications network - 4.2;

• интерфейс администратора - 4.3;• administrator interface - 4.3;

• абонентский модуль - 4.4;• subscriber module - 4.4;

• Р функциональных модулей - 5, включающих в себя:• P functional modules - 5, including:

локальный терминал - 5.1, local terminal - 5.1,

интерфейс оператора модуля - 5.2, module operator interface - 5.2,

блок управления - 5.3, control unit - 5.3,

блок управления сервисами - 5.4, service control unit - 5.4,

второй приемопередатчик - 5.5. the second transceiver is 5.5.

Реализация выполняемых модулями в целом и отдельными блоками функций представлена в описании технического решения в явном виде или определена при описании работы СУУП.The implementation of the functions performed by the modules as a whole and individual blocks is presented in the description of the technical solution in an explicit form or is defined in the description of the operation of the control system.

Все модули системы реализованы известным способом в соответствии с требованиями ГОСТ 33701-2016 и представляют собой жесткую рамочную конструкцию, обеспечивающую механическую поддержку блоков, вставляемых в объединительную плату, надлежащее сочленение соединителей, отсутствие контакта между соединенными модулями, распределение охлаждающих воздушных потоков в системе и невозможность нарушения контакта между вставленными модулями и объединительной платой вследствие вибрации или ударов.All system modules are implemented in a known manner in accordance with the requirements of GOST 33701-2016 and represent a rigid frame structure that provides mechanical support for blocks inserted into the backplane, proper mating of connectors, absence of contact between connected modules, distribution of cooling air flows in the system and the impossibility of damage contact between inserted modules and the backplane due to vibration or shock.

Сервер управления модулей реализован в соответствии с требованиями ГОСТ IEC 60050-2016 и выполнен в виде микропроцессорной подсистемы с управляющим и функциональным программным обеспечением.The module control server is implemented in accordance with the requirements of GOST IEC 60050-2016 and is designed as a microprocessor subsystem with control and functional software.

Все функциональные блоки СУУП, входящие в систему, являются комплексными объектами технических средств и математического обеспечения, предназначены для выполнения конкретной функции и представляют собой интегральную схему, центральная часть которой построена на одном или нескольких микропроцессорах и являются функционально законченными устройствами, которые по программе, задаваемой управляющими сигналами, обрабатывает информационные сигналы. Результат обработки определяется программой, а аппаратные средства остаются неизменными.All functional blocks of the SUUP included in the system are complex objects of technical means and software, designed to perform a specific function and represent an integrated circuit, the central part of which is built on one or more microprocessors and are functionally complete devices that, according to a program specified by the controllers, signals, processes information signals. The processing result is determined by the program, and the hardware remains unchanged.

Все двунаправленные и однонаправленные линии связи СУУП представляют собой шины данных, которые могут использовать как параллельные, так и битовые последовательные соединения, и могут быть подключены либо по многоуровневой (электрической параллельной), либо по последовательной топологии, либо соединены коммутируемыми концентраторами, как в случае универсальной последовательной шины. При этом все линии связи, представленные в функциональной схеме системы, позволяют передавать сигналы управления, сигналы синхронизации и информационные сигналы, используя проводные или беспроводные каналы.All bidirectional and unidirectional communication lines of the SUUP are data buses that can use both parallel and bit-serial connections, and can be connected either in a multi-level (electrical parallel) or serial topology, or connected by switched hubs, as in the case of universal serial bus. Moreover, all communication lines presented in the functional diagram of the system allow the transmission of control signals, synchronization signals and information signals using wired or wireless channels.

СУУП функционирует в режимах автоматического и автоматизированного управления одновременно. При этом для автоматических модулей управления возможно использование только одного из указанных режимов.The control system operates in automatic and automated control modes simultaneously. In this case, for automatic control modules it is possible to use only one of the indicated modes.

Введем в описание модифицированные определения терминов из ГОСТ Р 58538-2019.Let us introduce modified definitions of terms from GOST R 58538-2019 into the description.

Автоматизированное управление: совокупность воздействий на объект с непосредственным участием оператора в процессах управления, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с целью управления.Automated control: a set of influences on an object with the direct participation of the operator in control processes, selected from a variety of possible ones based on certain information and aimed at maintaining or improving the functioning of the controlled object in accordance with the purpose of control.

Автоматическое управление: совокупность воздействий на объект без участия человека, выбранных из множества возможных на основании определенной информации и направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта в соответствии с целью управления.Automatic control: a set of influences on an object without human intervention, selected from a variety of possible ones based on certain information and aimed at maintaining or improving the functioning of the controlled object in accordance with the purpose of control.

Автоматический процесс: процесс, выполняемый техническими средствами по ранее заданному алгоритму без участия человека.Automatic process: a process performed by technical means according to a previously specified algorithm without human intervention.

Ниже описаны функции модулей и блоков СУУП, обеспечивающие получение заявленного технического результата.The functions of the modules and blocks of the control system that ensure the achievement of the stated technical result are described below.

Модуль автоматизированного управления 2 - сборный компонент СУУП, предназначенный для непосредственного выполнения следующих автоматизированных функций:Automated control module 2 is a prefabricated control system component designed to directly perform the following automated functions:

• управление конфигурацией СУУП, включая:• configuration management of the management system, including:

планирование управления конфигурацией СУУП; planning management system configuration;

идентификацию конфигурации; configuration identification;

аудит конфигурации; configuration audit;

управление изменениями конфигурации; configuration change management;

сохранение статуса конфигурации; saving configuration status;

• управление заявками на сервисы и изменения, включая формирование, учет и контроль выполнения внештатных заявок от пользователей, а также созданных функциональными модулями и средствами полевого мониторинга в автоматическом режиме;• management of requests for services and changes, including the formation, accounting and control of the implementation of freelance requests from users, as well as those created by functional modules and field monitoring tools in automatic mode;

• управление базами данных и информационными моделями объектов управления и технологических процессов;• management of databases and information models of control objects and technological processes;

• обеспечение функциональной и информационной интеграции компонентов и сервисов СУУП;• ensuring functional and information integration of components and services of the management system;

• организацию и координацию вычислительных процессов, реализующих задачи контроля и управления компонентами СУУП, технологическими, информационными и вспомогательными процессами;• organization and coordination of computing processes that implement the tasks of monitoring and managing the components of the control system, technological, information and auxiliary processes;

• организацию и управление единой базой данных СУУП, хранящейся в блоке баз данных 2.8;• organization and management of a unified database of the management system, stored in database block 2.8;

• предоставление оператору системы в графической форме в реальном времени информации о технологических процессах СУУП и состоянии объектов управления и среды;• providing the system operator in graphical form in real time with information about the technological processes of the control system and the state of control objects and the environment;

• прием от оператора системы управляющих команд и информации, их обработку передачу в исполнительные блоки СУУП.• reception of control commands and information from the system operator, their processing and transmission to the executive blocks of the control system.

Каждый модуль автоматического управления 3 является сборным компонентом СУУП, предназначенным для реализации автоматических процессов, поддерживающих следующие автоматические функции:Each automatic control module 3 is a prefabricated control system component designed to implement automatic processes that support the following automatic functions:

• прием оперативной информации о состоянии оборудования и иных объектов управления и мониторинга, включая окружающую среду;• receiving operational information on the condition of equipment and other control and monitoring objects, including the environment;

• обработку, анализ и передачу управляющих и информационных сигналов через сервисную информационную шину 1 в сервер управления 2.1 и в функциональные модули;• processing, analysis and transmission of control and information signals via service information bus 1 to control server 2.1 and to functional modules;

• контроль обновления данных и фильтрации по предельным значениям параметров объектов управления;• control of data updating and filtering by limit values of parameters of control objects;

• контроль технологических цифровых и аналоговых параметров объектов управления;• control of technological digital and analog parameters of control objects;

• формирование информационных сигналов для поддержки выполнения процедур удаленной диагностики и мониторинга оборудования и среды.• generation of information signals to support the implementation of procedures for remote diagnostics and monitoring of equipment and the environment.

Программируемый контроллер (ПК) 3.3, входящий в состав модуля автоматического управления, представляет собой микропроцессорное устройство, предназначенное для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления, имеющий конечное количество входов и выходов, подключенных к ним датчиков, преобразователей, исполнительных механизмов и работающий в режиме реального времени.Programmable controller (PC) 3.3, which is part of the automatic control module, is a microprocessor device designed to collect, convert, process, store information and generate control commands, having a finite number of inputs and outputs, sensors, converters, and actuators connected to them and working in real time.

Исполнительные блоки, входящие в состав модуля автоматического управления, которые принимают входные сигналы и воздействуют на одно или несколько свойств физической сущности.Executive units included in the automatic control module that receive input signals and act on one or more properties of a physical entity.

Датчики, входящие в состав модуля автоматического управления, являются устройствами, которые считывают некоторые свойства физической сущности и преобразуют их в цифровые сигналы для дальнейшей обработки в программируемом контроллере.The sensors included in the automatic control module are devices that read some properties of a physical entity and convert them into digital signals for further processing in a programmable controller.

Функциональный модуль 5 - сборный компонент СУУП, имеющий типовую структуру, реализующий автономный набор прикладных функций, предоставляющий специализированные сервисы для пользователей, персонала и владельцев УП и использующий разделяемые информационные ресурсы СУУП, доступ к которым осуществляется через сервисную информационную шину 1 с применение известных протоколов информационного обмена, и предназначенный для облегчения проектирования системы, интеграции, и повторного использования.Functional module 5 is a prefabricated component of the control system, which has a standard structure, implements an autonomous set of application functions, provides specialized services for users, personnel and owners of the control system and uses shared information resources of the control system, accessed through service information bus 1 using well-known information exchange protocols , and designed to facilitate system design, integration, and reuse.

Сервисная информационная шина 1 является связующим программно-аппаратным компонентом СУУП и применяется для функциональной интеграции компонентов СУУП и централизованного и унифицированного событийного обмена сообщениями и управляющими сигналами между модулями и блоками СУУП. Применение сервисной информационной шины позволяет реализовать в СУУП принцип сервисно-ориентированной архитектуры информационного и управляющего взаимодействия модулей.Service information bus 1 is a connecting software and hardware component of the control system and is used for functional integration of control system components and centralized and unified event-based exchange of messages and control signals between control system modules and blocks. The use of a service information bus makes it possible to implement in the control system the principle of a service-oriented architecture of information and control interaction between modules.

Шина полевого уровня 3.1 в составе модуля автоматического управления 1 является программно-аппаратным блоком коммуникации и применяется для интеграции компонентов СУУП и автоматических сервисов внутри автоматического модуля. Полевая шина реализуется стандартно на физическом, канальном уровнях и уровне приложений многоуровневой сетевой модели.The field level bus 3.1 as part of the automatic control module 1 is a hardware-software communication unit and is used to integrate control system components and automatic services inside the automatic module. The field bus is implemented as standard at the physical, data link and application layers of a multi-layer network model.

Приемопередатчики в составе СУУП являются комбинацией передатчика и приемника в одном функциональном блоке, при которой для передачи и приема используются общие схемные элементы и специализированное программное обеспечение.Transceivers as part of a control system are a combination of a transmitter and a receiver in one functional block, in which common circuit elements and specialized software are used for transmission and reception.

Все интерфейсы в составе СУУП исполняются в соответствии с ГОСТ 30721-2020 и являются совместно используемыми средствами, связывающими две функциональные единицы с различными функциональными характеристиками, параметрами физического соединения, параметрами взаимосвязи при обмене сигналами.All interfaces within the SUUP are executed in accordance with GOST 30721-2020 and are shared means that connect two functional units with different functional characteristics, physical connection parameters, and interconnection parameters for signal exchange.

Выполнение СУУП функций основано на программно-аппаратной обработке на семантическом (информационном) уровне следующих структурированных и закодированных информационных объектов: профилей пользователей, информационных моделей объектов управления, технологических карт сервисов, электронных документов, цифровых идентификаторов объектов управления и учета, записей классификаторов и справочников. Список видов информационных объектов может расширяться в процессе эксплуатации СУУП.The implementation of SUUP functions is based on software and hardware processing at the semantic (information) level of the following structured and encoded information objects: user profiles, information models of management objects, technological maps of services, electronic documents, digital identifiers of management and accounting objects, classifier records and directories. The list of types of information objects can expand during the operation of the control system.

Далее описана работа системы на примере реализации сценария присоединения к существующей инфраструктуре УП нового технологического модуля (строения, вагончика, кабинета, места обслуживания пользователей). Для обеспечения ввода в эксплуатацию технологического модуля и сервисов для его обеспечения проектируется, комплектуется, монтируется, интегрируется на полевом и информационном уровне с существующей структурой СУУП новый р-й функциональный модуль 5, состоящий из локального терминала 5.1, интерфейса оператора модуля 5.2, блока управления 5.3, блока управления сервисами 5.4 и второго приемопередатчика 5.5 и новый k-й модуль автоматического управления 3, состоящий из шины полевого уровня 3.1, первого приемопередатчика 3.2, программируемого контроллера 3.3, блока аварийного управления 3.4, L измерительных преобразователей 3.5, М датчиков 3.6 и N исполнительных блоков 3.7.The following describes the operation of the system using the example of implementing a scenario for connecting a new technological module (building, trailer, office, user service location) to the existing infrastructure of the UE. To ensure the commissioning of the technological module and the services to support it, a new p-th functional module 5, consisting of a local terminal 5.1, a module operator interface 5.2, a control unit 5.3, is designed, completed, installed, integrated at the field and information level with the existing structure of the control system. , a service control unit 5.4 and a second transceiver 5.5 and a new k-th automatic control module 3, consisting of a field level bus 3.1, a first transceiver 3.2, a programmable controller 3.3, an emergency control unit 3.4, L measuring transducers 3.5, M sensors 3.6 and N actuators blocks 3.7.

В момент подключения р-го функционального модуля 5 к сервисной информационной шине (СИШ) 1 блок управления 5.3 передает управляющий сигнал через СИШ 1 в сервер управления (СУ) 2.1, и после получения ответного сигнала через СИШ 1, подтверждающего готовность к сеансу обмена, блок управления 5.3 передает управляющий сигнал о готовности в интерфейс оператора модуля 5.2. Далее оператор через интерфейс оператора модуля 5.2 и блок управления передает информационный пакет в блок управления сервисами 5.4, в котором происходит подготовка конфигурационной и информационной частей пакета, который последовательно с управляющим сигналом передается в блок управления 5.3 и далее через СИШ 1 в СУ 2.1. Далее СУ 2.1 передает управляющий сигнал в интерфейс оператора 2.2 и блок мониторинга модулей 2.7, конфигурационную часть пакета СУ 2.1 передает параллельно в блок конфигурирования 2.6 и блок обработки заявок 2.4, а информационную часть пакета СУ 2.1 передает параллельно в блок баз данных 2.8, в блок обработки заявок 2.4 и блок формирования аналитики и отчетности 2.5. В результате завершения предыдущей операции в блоке конфигурирования 2.6 производится формирование обновленной схемы конфигурации, соответствующей подключению к СУУП нового модуля и блоков в его составе, включая логические адреса и форматы протоколов обмена, а в блоке управления заявками инициируются изменения в реестрах заявок и сценариях обработки заявок от пользователей р-го функционального модуля 5 и автоматических заявок от блока управления 5.3.At the moment of connecting the p-th functional module 5 to the service information bus (SIB) 1, the control unit 5.3 transmits a control signal through SIS 1 to the control server (SU) 2.1, and after receiving a response signal through SIS 1, confirming readiness for the exchange session, the block control 5.3 transmits a control signal about readiness to the operator interface of module 5.2. Next, the operator, through the operator interface of module 5.2 and the control unit, transmits the information package to the service control unit 5.4, in which the configuration and information parts of the package are prepared, which is transmitted in series with the control signal to the control unit 5.3 and then through SIS 1 to SU 2.1. Next, SU 2.1 transmits the control signal to the operator interface 2.2 and the module monitoring unit 2.7, the configuration part of the package SU 2.1 transmits in parallel to the configuration block 2.6 and the request processing unit 2.4, and the information part of the package SU 2.1 transmits in parallel to the database block 2.8, to the processing unit applications 2.4 and analytics and reporting block 2.5. As a result of the completion of the previous operation, in configuration block 2.6, an updated configuration diagram is generated corresponding to the connection to the control system of a new module and blocks in its composition, including logical addresses and exchange protocol formats, and in the application control block, changes are initiated in the application registers and application processing scenarios from users of the rth functional module 5 and automatic requests from the control unit 5.3.

СУУП реализует принцип единой регистрации, пользователи могут зарегистрироваться в СУУП, сформировать заявку и получить доступ к общим сервисам, используя локальный терминал любого из функциональных модулей.The SUUP implements the principle of single sign-on; users can register in the SUUP, create an application and gain access to common services using the local terminal of any of the functional modules.

Работа блока конфигурирования соответствует общим принципам управления конфигурацией системы, описанным в ГОСТ Р 59193-2020.The operation of the configuration block complies with the general principles of system configuration management described in GOST R 59193-2020.

Блок авторизации пользователей 2.3 выполняет процедуры проверки подлинности пользователя и обслуживающего персонала и предоставляет права на выполнение определенных видов деятельности, включая доступ к сервисам СУУП, реализуя процедуру надежного установления подлинности путем защищенного сопоставления предъявленного и хранящегося идентификаторов.User authorization block 2.3 carries out authentication procedures for the user and service personnel and grants rights to perform certain types of activities, including access to SUUP services, implementing a reliable authentication procedure through a secure comparison of presented and stored identifiers.

СУ 2.1 выполняет процедуры первоначального присваивания уникальных идентификаторов компонентам СУУП, обслуживаемому оборудованию и иным объектам управления, и при эксплуатации выполняет определение объекта на основании контроля идентификатора при выполнении СУУП автоматических процедур. Уникальные идентификаторы применяются для формирования аналитики и отчетов о состоянии объектов оборудования и выполненных процедурах в блоке формирования аналитики и отчетности 2.5.SU 2.1 carries out the procedures for the initial assignment of unique identifiers to the components of the control system, serviced equipment and other control objects, and during operation, it determines the object based on the control of the identifier when the control system performs automatic procedures. Unique identifiers are used to generate analytics and reports on the state of equipment objects and completed procedures in the analytics and reporting block 2.5.

Ниже описана работа СУУП в режимах, при которых задействованы блоки, описание работы которых не вошло в предыдущий сценарий.Below we describe the operation of the control system in modes in which blocks are involved, the description of which was not included in the previous scenario.

Интерфейс администратора 4.3 предназначен для функциональной информационной интеграции с СУУП удаленных устройств, обеспечивающих сбор, обработку, хранение и анализ информации о техническом состоянии компонентов СУУП и объектов управления СУУП, информация о которых собирается и обрабатывается СУ 2.1 и хранится в блоке баз данных 2.8. Интерфейс администратора 4.3 передает запрос на получение информации через телекоммуникационную сеть 4.2, приемопередатчик 4.1, СИШ 1, СУ 2.1 и в блок баз данных 2.8 и получает обратно информационный пакет от блока баз данных 2.8, СУ 2.1, СИШ 1, приемопередатчик 4.1 и телекоммуникационную сеть 4.2.Administrator interface 4.3 is designed for functional information integration with the control system of remote devices that provide collection, processing, storage and analysis of information about the technical condition of control system components and control systems control objects, information about which is collected and processed by control system 2.1 and stored in database block 2.8. The administrator interface 4.3 transmits a request for information through the telecommunications network 4.2, transceiver 4.1, SIS 1, SU 2.1 and to the database block 2.8 and receives back an information package from the database block 2.8, CS 2.1, SIS 1, transceiver 4.1 and telecommunications network 4.2 .

Абонентский модуль 4.4 предназначен для подключения к системе в различных режимах, включая режим удаленного оператора функционального модуля обслуживающего персонала и пользователей СУУП. При этом управляющие сигналы и информация передается от абонентского модуля 4.4 через телекоммуникационную сеть 4.2, приемопередатчик 4.1, СИШ 1 в СУ 2.1.Subscriber module 4.4 is designed for connection to the system in various modes, including the remote operator mode of the functional module of maintenance personnel and users of the control system. In this case, control signals and information are transmitted from the subscriber module 4.4 through the telecommunications network 4.2, transceiver 4.1, SIS 1 to CS 2.1.

Работа каждого из К модулей автоматического управления 3 и входящих в него следующих блоков: шины полевого уровня 3.1, программируемого контроллера 3.3, блока аварийного управления 3.4, первого приемопередатчика 3.2, L измерительных преобразователей, М датчиков и N исполнительных блоков является известной и соответствует классической схеме автоматического управления. В связи с повышенными требованиями к надежности и безопасности системы в СУУП расширены функции блока аварийного управления 3.4. Данный блок обеспечивает оперативный контроль состояния всех контуров автоматического управления, для чего введены дублирующие прямые связи блока аварийного управления 3.4 с программируемым контроллером 3.3 и шиной полевого уровня 3.1. В случае аварий или внештатных ситуаций блок аварийного управления 3.4 обеспечивает перевод работы СУУП в автоматизированный режим для аварийных контуров управления с обеспечением непрерывности функционирования всех сервисов СУУП.The operation of each of the K automatic control modules 3 and the following blocks included in it: field level bus 3.1, programmable controller 3.3, emergency control unit 3.4, first transceiver 3.2, L measuring transducers, M sensors and N executive units is known and corresponds to the classical automatic management. Due to increased requirements for system reliability and safety, the functions of the emergency control unit 3.4 have been expanded in the control system. This block provides operational monitoring of the state of all automatic control circuits, for which redundant direct connections of the emergency control block 3.4 with the programmable controller 3.3 and the field level bus 3.1 have been introduced. In the event of accidents or emergency situations, the emergency control unit 3.4 ensures that the operation of the control system is transferred to an automated mode for emergency control loops, ensuring the continuity of the functioning of all services of the control system.

Достижение СУУП заявленного выше технического результата, а именно: расширение функциональных возможностей заявленной системы, адаптивность системы к изменению состава функциональных модулей и оперативный переход от автоматического режима управления на автоматизированный в аварийных и внештатных ситуациях, позволяет обеспечить снижение, по сравнению с известными решениями, стоимости проектирования, строительства, монтажа и владения «умными поселками» за счет снижения затрат трудовых и материальных ресурсов на всех этапах жизненного цикла, и снижения времени на запуск в эксплуатацию новых функциональных модулей и сервисов для пользователей. Дополнительным эффектом является снижение вероятности аварий и стоимости устранения последствий и технических неисправностей в автоматических контурах управления СУУП.Achievement of the technical result stated above by the control system, namely: expansion of the functionality of the declared system, adaptability of the system to changes in the composition of functional modules and prompt transition from an automatic control mode to an automated one in emergency and emergency situations, allows for a reduction in design costs compared to known solutions , construction, installation and ownership of “smart villages” by reducing the costs of labor and material resources at all stages of the life cycle, and reducing the time to put into operation new functional modules and services for users. An additional effect is a reduction in the likelihood of accidents and the cost of eliminating the consequences and technical malfunctions in the automatic control loops of the control system.

Заявленная СУУП включается в типовые стандартизованные проекты УП для северных вахтовых поселков нефтяников, что позволяет обеспечить компоновку и монтаж СУУП в заводских условиях при производстве мобильных технологических модулей. При монтаже технологических модулей на строительной площадке подключение функционального модуля к СУУП производится с минимальными настройками и затратами на монтаж. Адаптивность системы обеспечивает возможность наращивать, как сервисы, реализуемые модулями, так и функциональный набор модулей по мере развития инфраструктуры УП.The declared control system is included in standard standardized project management systems for northern rotational camps for oil workers, which makes it possible to ensure the layout and installation of control systems in the factory during the production of mobile technological modules. When installing technological modules on a construction site, the functional module is connected to the control system with minimal settings and installation costs. The adaptability of the system provides the ability to expand both the services implemented by the modules and the functional set of modules as the software infrastructure develops.

В настоящий момент реализована типовая СУУП, включающая в свой состав следующие функциональные модули:At the moment, a standard control system has been implemented, which includes the following functional modules:

• управления номерным фондом и размещением;• management of rooms and accommodation;

• управления столовой и питанием;• canteen and food management;

• кассовое обслуживание;• cash service;

• управление коммунальной инфраструктурой;• management of communal infrastructure;

• учебный класс;• class;

• цифровой офис;• digital office;

• медицинский кабинет.• medical office.

Claims (1)

Система управления «умным поселком», содержащая сервисную информационную шину, модуль автоматизированного управления, включающий в себя сервер управления, связанный соответственно двунаправленными линиями связи с интерфейсом оператора, блоком формирования аналитики и отчетности, блоком конфигурирования, блоком баз данных, а также сервисной информационной шиной, а также содержащая K модулей автоматического управления, которые содержат L измерительных преобразователей и М датчиков, выходы которых соединены со входами шины полевого уровня, а также N исполнительных блоков, соединенных двунаправленной линией связи с шиной полевого уровня, а также программируемый контроллер, связанный двунаправленной линией связи с шиной полевого уровня, а сервисная информационная шина двунаправленными линиями связи последовательно соединена с приемопередатчиком, телекоммуникационной сетью и S абонентскими модулями, отличающаяся тем, что модуль автоматизированного управления дополнительно снабжен блоком авторизации пользователей, блоком обработки заявок, блоком мониторинга модулей, связанными двунаправленными линиями связи с сервером управления, при этом каждый из K модулей автоматического управления дополнительно снабжен блоком аварийного управления и первым приемопередатчиком, при этом входы-выходы блока аварийного управления двунаправленными линиями связи соответственно соединены с шиной полевого уровня, с первым приемопередатчиком и с программируемым контроллером, соединенным двунаправленной линией связи с первым приемопередатчиком, дополнительно в систему введен интерфейс администратора, соединенный двунаправленной линией связи с телекоммуникационной сетью, а также Р функциональных модулей, каждый из которых содержит второй приемопередатчик, блок управления сервисами, блок управления, локальный терминал, соединенные последовательно двунаправленными линиями связи с входами-выходами блока управления, при этом второй приемопередатчик связан двунаправленной линией связи с сервисной информационной шиной.A “smart village” management system containing a service information bus, an automated control module, including a control server connected, respectively, by bidirectional communication lines with the operator interface, an analytics and reporting unit, a configuration unit, a database unit, as well as a service information bus, and also containing K automatic control modules, which contain L measuring transducers and M sensors, the outputs of which are connected to the inputs of the field level bus, as well as N executive units connected by a bidirectional communication line to the field level bus, as well as a programmable controller connected by a bidirectional communication line with a field level bus, and the service information bus is connected in series with the transceiver, telecommunication network and S subscriber modules by bidirectional communication lines, characterized in that the automated control module is additionally equipped with a user authorization unit, an application processing unit, a module monitoring unit, connected by bidirectional communication lines with control server, wherein each of the K automatic control modules is additionally equipped with an emergency control unit and a first transceiver, while the inputs and outputs of the emergency control unit are connected via bidirectional communication lines, respectively, to the field level bus, to the first transceiver and to a programmable controller connected by a bidirectional communication line with the first transceiver, the system additionally includes an administrator interface connected by a bidirectional communication line to the telecommunications network, as well as P functional modules, each of which contains a second transceiver, a service control unit, a control unit, a local terminal, connected in series by bidirectional communication lines with inputs - outputs of the control unit, while the second transceiver is connected by a bidirectional communication line with the service information bus.
RU2023108308A 2023-04-04 Smart village management system RU2809474C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2809474C1 true RU2809474C1 (en) 2023-12-12

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150254671A1 (en) * 2007-02-16 2015-09-10 Louis D. Delk Service management systems and associated methods
US20190096013A1 (en) * 2017-09-26 2019-03-28 Joseph Balzamo, JR. System and method for providing customizable property management services enabling increased transparency and communication
RU2699064C1 (en) * 2018-11-15 2019-09-03 Общество С Ограниченной Ответственностью "Коннект" (Ооо "Коннект") Control and monitoring controller
RU209707U1 (en) * 2020-12-10 2022-03-18 Акционерное общество "Калужский электромеханический завод" Computing interface device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150254671A1 (en) * 2007-02-16 2015-09-10 Louis D. Delk Service management systems and associated methods
US20190096013A1 (en) * 2017-09-26 2019-03-28 Joseph Balzamo, JR. System and method for providing customizable property management services enabling increased transparency and communication
RU2699064C1 (en) * 2018-11-15 2019-09-03 Общество С Ограниченной Ответственностью "Коннект" (Ооо "Коннект") Control and monitoring controller
RU209707U1 (en) * 2020-12-10 2022-03-18 Акционерное общество "Калужский электромеханический завод" Computing interface device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111400382A (en) Model-driven data integration middleware and implementation method
CN210573263U (en) Building system
CN110928258A (en) Industrial data acquisition system
CN112600891A (en) Edge cloud cooperation system based on information physical fusion and working method
CN112925646A (en) Electric power data edge calculation system and calculation method
CN107018203A (en) A kind of frequency converter remote monitoring control method
CN111610765A (en) Distributed message control device and method and building control system
CN113703363B (en) Plug-and-play method of intelligent edge computing gateway in power dispatching cloud
CN102841582A (en) Distribution grid self-healing control system and implementation method thereof
CN212846495U (en) Test system for rail train control logic
CN110913362B (en) Method and device for realizing wireless signal test through client and test equipment
CN103383559A (en) Flow computers having wireless communication protocol interfaces and related methods
CN113783953A (en) Industrial Internet of things network management and control method and system based on cloud edge cooperation
RU2809474C1 (en) Smart village management system
CN110096039A (en) A kind of automation equipment machine interacted system and method
CN111212093A (en) Data processing system and control device
CN112486666A (en) Model-driven reference architecture method and platform
CN113824801B (en) Intelligent integration terminal unified access management component system
CN210724868U (en) Data processing system and control device
CN114461337A (en) Cloud simulation system and method, electronic equipment and storage medium
CN111078302B (en) Automatic deployment method and terminal of distribution network monitoring platform system
Faschang et al. Extensible co-simulation framework for electric vehicle charging infrastructure testing
CN113570346A (en) Design method for electricity marketing service customer internet of things application center
Yoga et al. The Development of Prototype Data Delivery System Based on LoRa and Mesh Topology
CN109032085A (en) A kind of million kilowatt nuclear power station emergency command monitoring system