ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ Российский патент 2018 года по МПК G05B15/02 G05B19/00 G06Q50/06 

Изобретение относится к области электротехники, а также к области обработки и передачи данных для специальных применений, а также к области микропроцессорных систем контроля, анализа и управления и может быть использована для создания централизованных систем контроля, анализа, интеллектуального и удаленного управления инфраструктурой любых зданий и помещений, полной или частичной автоматизации технических процессов, с возможностью управления системами электроснабжения, водоснабжения, теплоснабжения, газоснабжения, кондиционирования, мультимедиа визуализации и др.

На сегодняшний день известно множество технических решений.

Известна МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА "УМНЫЙ ДОМ" (Патент на полезную модель №53510, дата приоритета 24.10.2005). Микропроцессорная информационно-управляющая система "Умный дом", содержащая N групп датчиков, N групп исполнительных устройств и блок управления, состоящий из микропроцессора, имеющего первую группу входов-выходов, которая является первой группой входов-выходов блока управления и группой входов-выходов системы для подключения к внешнему компьютеру, а также вторую группу входов-выходов, отличающаяся тем, что введены N блоков обработки и связи и блок питания, включенный в состав блока управления и выход которого является выходом питания блока управления и соединен с входами питания N блоков обработки и связи, при этом группа выходов каждого из N блоков обработки и связи соединена с группой входов соответствующих групп исполнительных устройств, группа входов соединена с группой входов соответствующих групп датчиков, а группа входов-выходов соединена со второй группой входов-выходов блока управления.

Недостатками данной системы являются неспособность модернизировать и совершенствовать систему, невозможность подключения к микропроцессорной системе датчиков и оборудования с цифровыми интерфейсами. Любое изменение в системе происходит через перезапись микропрограммы на микроконтроллере. Также в данной системе невозможно подключить сторонние альтернативные устройства с более доступной ценой. Не реализовано управление энергоэффективостью.

Также из предшествующего уровня техники известна ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ СРЕДСТВ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ (Патент на полезную модель №108611, дата приоритета 12.01.2011) Интеллектуальная система автоматизации жизнеобеспечения, включающая приборы учета, счетчики и датчики по каждому расходуемому энергоносителю: газу, теплу, горячей и холодной воде, электроэнергии, дополнительно установленные приборы управления для регулирования теплового режима и средство отображения информации о потребленных энергоресурсах в единицах их измерения, отличающаяся тем, что содержит электронные счетчики с интеллектуальным выходом, компьютерный модуль, выполняющий функции учета, контроля и управления, устройства для регулирования и включения/выключения подачи каждого из энергоресурсов, устройства оповещения о событиях в подконтрольной системе, устройства, обеспечивающие передачу информации с компьютерного модуля по каналам связи локальных и/или глобальных сетей, специальное программное обеспечение по заложенным алгоритмам, меняющее параметры подключения счетчиков разных видов и производителей, осуществляющее объединение всех необходимых объектов в единое информационное пространство.

Спецификой такой системы является сбор расхода анализируемых ресурсов и соответственно пассивное управление энергоэффективностью ресурсов и пассивное повышение безопасности. Система больше направлена на упрощение сбора данных нежели применения активных действий по разработанным алгоритмам.

Наиболее близка к предложенному по технической сущности СИСТЕМА "УМНЫЙ ДОМ" С ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМ АДАПТИВНЫМ ВХОДОМ/ВЫХОДОМ (Патент на полезную модель №130098, дата приоритета 10.09.2012) Система «Умный дом» с интеллектуальным адаптивным входом/выходом, содержащая N групп датчиков, N групп исполнительных устройств и блок управления, состоящий из микропроцессора, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит генератор профилей оборудования, осуществляющий запросы о существующих профилях оборудования, генерирование и передачу сгенерированных профилей оборудования в локальное и глобальное хранилища профилей оборудования, локальное хранилище профилей оборудования, адаптер оборудования, осуществляющий унификацию параметров оборудования разных стандартов и разных производителей без внесения изменений в саму систему «Умный дом», цифроаналоговый преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, глобальное хранилище профилей оборудования, N модулей ввода-вывода, состоящих из блока силовых ключей, усилителя-преобразователя уровня сигнала и коммутатора, а глобальное хранилище профилей оборудования выполнено в виде хранилища на удаленном сервере.

Недостатками данной системы являются слаборазвитая система искусственного интеллекта, слабая защита передачи данных, отсутствие внутри системы собственно разработанных управляемых устройств и принципов передачи данных. Кроме того, отсутствуют возможности обновления устройств системы автоматически по беспроводным каналам связи. Система строится на применении устройств стороннего производства с возможным объединением этих устройств в рабочую модель, но без возможности управления учитывающим события и состояния управляющих устройств.

Техническое решение направлено на устранение всех указанных выше недостатков и достигается за счет того, что создается новый принцип и стандарт общения устройств; в систему интегрируются интерфейсы; весь управляющий функционал переносится на головное устройство, которое является также и сервером; помимо локального сервера используется и сетевой сервер, который является дублирующим; применяются принципы шифрования данных, внедряются новые алгоритмы, которые анализируют как данные внутри системы, так и данные, получаемые из облачных сервисов, подключенных к управлению системой сайта, построенного на скриптах с расширенными функциональными возможностями; создания устройств, не превышающих форм-фактор стандартных устройств и способных их заменить. Кроме того, все устройства и компоненты собственного исполнения.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании интеллектуальной системы автоматизации, лишенной недостатков представленных аналогов и способной организовать и внедрить автоматизированное и удаленное управление процессами жизнедеятельности человека и различными техническими процессами.

Техническим результатом, обеспечивающимся заявляемым изобретением, является расширение функциональных возможностей по управлению, обеспечение повышенного уровня защиты, повышения использования энергоэффективности, реализации автономности по каналам связи и средствам питания, уменьшения расхода управляемыми и анализируемыми ресурсами, организации механизма шифрования данных, по реализации автономности системы, внедрению интерфейсов управления, автоматической установки и анализа облачных сервисов, снятия ограничения по дальности использования. Существенным преимуществом представленного решения также являются невысокая стоимость реализации и расширенные эксплуатационные характеристики.

В данной интеллектуальной системе автоматизации создан собственный стандарт общения интерфейс-сервер, используются интерфейсы управления, с учетом выноса всех обрабатывающих функций с интерфейса на обрабатывающий сервер, что позволяет использовать все функции системы независимо от интерфейса. В качестве основного канала передачи данных используется Интернет (wi-fi или rj-45 соединение), в случае разрыва соединения по основному каналу, система переходит в резервный режим и устанавливает соединение по альтернативному каналу GPRS, GSM, SMS и любому другому внедренному в систему. Применение нескольких каналов связи позволяет использовать автономность от соединения. В качестве интерфейсов управления может выступать многопользовательский защищенный сайт; приложение для мобильных устройств (в том числе смартфоны, смарт-часы, смарт-очки, планшеты, плееры и т.д.) или компьютерных систем на любой операционной системе; голосовое управление для мобильных устройств, для стационарных устройств.

Повышение энергоэффективности помещения или процесса, повышение комфорта и безопасности жизнедеятельности человека, оптимизация трудозатрат и повышения эффективности производства реализовывается за счет применения двухканальной связи между устройствами и сервером; расширенным перечнем анализируемых данных за счет применения модернизированных микроконтроллеров с глубоким самоанализом, дополнительных датчиков для микроконтроллера, способных точно засечь расход либо утечку управляемых ресурсов; применяемыми алгоритмами анализа данных, управления устройствами; анализа управляемых устройствами; анализа потребления или утраты ресурса. По алгоритмам система присваивает статус процессу, дает ему оценку тревожности: рядовая ситуация; ситуация, требующая внимания; ситуация, требующая моментального решения проблемы и уведомления пользователя об этой нестандартной ситуации. Уведомление осуществляется по средствам всех интерфейсов и резервному каналу смс-оповещения с локального сервера системы либо с дублирующего интернет-сервера. Расширение возможностей людей с ограниченными возможностями происходит благодаря адаптации интерфейсов под возможность управления одной рукой и одним пальцем; голосовое управление распознает речь с учетом дефектов речи людей и возможными ошибками распознавания речи системой.

Увеличение расстояния приема реализовывается благодаря использованию принципа общения устройств с присвоением идентификаторов устройствам и командам, что позволяет передачи многократно передавать данные всем устройствам или определенным для достижения команды адресованному устройству, т.е. устройства могут выполнять функцию ретрансляторов.

Внедрение защищенности системы реализовывается применением минимум 128 битного шифрования передаваемых данных внутри системы и вне через интерфейсы управления. Реализация возможности принудительного или по расписанию замены ключа системы. Благодаря непривязанности интерфейсов системы к обрабатывающему серверу, есть возможность реализации проверки пользователя системой локально, средствами устройства, на котором установлен интерфейс, например, возможность использовать средства идентификации устройств, детектор отпечатка пальца смартфона, камеры или росписи для идентификации пользователя и других сенсоров идентификации, которыми оснащаются устройства

Расширение возможностей искусственного интеллекта реализовывается добавлением облачных сервисов предоставления информации, таких как фактическая погода и прогноз погоды, график восходов-закатов, продолжительности светового дня, синхронизация времени по месторасположению или выбором часового пояса, алгоритмов, находящихся вне локального сервера системы и любых других разрешенных данных на правах платной или свободной лицензии.

Автономность системы по энергопитанию с реализацией управления и защиты при отсутствии подачи какого-либо ресурса, обрабатываемого системой, достигается применением аккумуляторов для устройств, которым это необходимо. В результате устройства становятся энергонезависимыми, и в случае отключения электричества, способны некоторое время анализировать и управлять ресурсами. В случае разрядки аккумулятора, пользователь будет уведомлен и будет предложена возможность перекрыть ресурс для дальнейшей безопасности системы.

Дублирование локального сервера и сетевого сервера делается для достижения автономности, безопасности и удобства пользования системы. Сервера могут общаться через интернет (основной канал связи), в случае отключения основного канала связи или электричества, могут общаться через резервные каналы связи gprs или sins и другие каналы связи системы.

Создание расширенного конфигуратора событий, основываясь на анализе данных внутри системы либо анализе облачных сервисов, либо по командам извне, реализовывается написанием специализированного программного модуля. Конфигуратор реализовывается на стороне сервера с применением стандарта для управления им через любые интерфейсы. Это позволит пользователям системы любым удобным для них способом составлять сложные задания по автоматизации без специализированных знаний в программировании и робототехнике.

Быстрая, простая и автоматическая установка системы с возможностью установки людьми без специализированного образования достигается написанием специализированного программного обеспечения для устройств и сервера. Данный подход реализовывается изначально открытой сетью устройств, после подключения всех устройств, система предложит закрыть и защитить связь между устройствами. При добавлении новых устройств к системе, головное устройство может кратковременно переключиться в режим открытой сети, отсканировать устройства и после предложить их включить в защищенную сеть. Принцип модернизации ключа сети может реализовываться по расписанию или принудительно, но при условии доступности всех устройств системы, в случае недоступности система уведомит пользователя и обслуживающую организацию, если такая имеется.

Расширения сферы и объема применения путем снижения стоимости компонентов системы реализовывается благодаря разработке собственных компонентов. Устройства разрабатываются на едином защищенном канале системы с единым стандартом системы. Этот подход позволяет разрабатывать как свои устройства, так и организовать сотрудничество с другими разработчиками устройств умного дома. Закрытый канал, протокол и стандарт связи позволит кратно увеличить защищенность системы, также есть возможность использовать незащищенные устройства других систем автоматизации, через плату расширения головного устройства, которая откроет канал передачи.

Реализовывается автоматическое обновление прошивок устройств по радиоканалу внутри системы, что позволит проводить обновление системы и расширение возможностей без демонтажа системы в автоматическом режиме.

На фиг. 1 представлена схема работы интеллектуальной системы автоматизации.

Система состоит из программной и аппаратной части.

Программная (управляющая) часть - это управляющий код, внедряющийся в устройства и выполняющий анализирующие, обрабатывающие функции.

Аппаратная(исполнительная) часть - это устройства, которые собирают информацию и реагируют на полученные команды.

Соединение двух частей происходит на устройстве (2), которое исполняет функции обрабатывающего сервера системы и головного устройства системы. Сервер имеет облачный дубль (2'), который в случае недоступности сервера (2) для человека по каким-либо причинам дает возможность ретранслировать команды через себя, принимать решения, общение между серверами может происходить через интернет, GPRS, SMS, e-mail, веб запросами и др. Виды связи можно расширять. Человек контактирует с работой системой через интерфейсы (1), которые бывают программными: сайт, голосовое управление, приложения и др.; и аппаратными: выключатель, кнопка, тумблер и др. Интерфейсы (1) кодируют и передают на сервера (2) и (2') пожелания человека, сервера проверяют пожелания человека по различным заложенным алгоритмам, проверяют состояние возможных источников данных и отдают команду на управляемое оборудование, такое как: устройства системы (3), датчики системы(4), приборы управляемые системой (5), сюда же входят элементы других систем автоматизации. Для обработки информации помимо управляемых устройств используются данные, принимаемые с облачных web-сервисов (6). Общение (2) с (3), (4), (5) происходит по радиоканалу, который может отличаться в зависимости от конфигурации системы. Общение (2) вместе (6) может происходить различными способами через интернет. Серверы (2) и (2') могут уведомить пользователя о нестандартной ситуации различными способами, способ связи пользователь может задать в настройках системы.

Заявленная система позволяет защищенно передавать данные, управлять с различных устройств системой, обеспечивать автономность системы от основного канала связи и электричества, более точно отслеживать состояние системы и принимать более правильное решение за счет применения в анализе большего количества параметров.

Изобретение относится к системе автоматизации жилого здания. Система содержит сервер (2), приборы (5) управления по каждому расходуемому энергоносителю: газу, теплу, горячей и холодной воде, электроэнергии, датчики (4) потери и учета расходуемого энергоносителя. Управление приборами осуществляется компьютерным модулем. Система содержит устройства, обеспечивающие передачу информации с компьютерного модуля по каналам связи локальных и глобальных сетей, протокол передачи данных в локальной сети содержит возможность ретрансляции команд через устройства сети. Система содержит головной обрабатывающий сервер (2) и его облачный дубль (2’). Резервный облачный сервер (2’) в случае отключения основного канала связи или электричества перенимает управление на себя и начинает передавать по резервному каналу информацию на головное устройство. Достигается повышение надежности, обеспечение автономности системы, более точное отслеживание состояния системы. 1 ил.

Интеллектуальная система автоматизации, включающая устройство, выполняющее функции головного устройства и сервера, приборы управления по каждому расходуемому энергоносителю: газу, теплу, горячей и холодной воде, электроэнергии, дополнительно в приборы управления могут быть установлены датчики потери и учета расходуемого энергоносителя, управление приборами осуществляется по средствам микроэлектроники и командам, получаемым от компьютерного модуля, выполняющего функции учета, контроля и управления, устройства для регулирования и включения/выключения подачи каждого из энергоресурсов, устройства оповещения о событиях в подконтрольной системе, устройства, обеспечивающие передачу информации с компьютерного модуля по каналам связи локальных и/или глобальных сетей, протокол передачи данных в локальной сети содержит возможность ретрансляции команд через устройства сети, специальное программное обеспечение по заложенным алгоритмам, меняющее параметры подключения приборов управления, осуществляющее объединение всех необходимых объектов в единое информационное пространство, отличающееся тем, что система содержит резервный облачный сервер, который в случае отключения основного канала связи или электричества перенимает управление на себя и начинает передавать по резервному каналу информацию на головное устройство, обработка облачных сервисов по предоставлению информации, аккумуляторное питание для поддержания работы системы в автономном режиме, работает на защищенном радиоканале с применением минимум 128 битного шифрования данных, с реализацией возможности удаленного прошивания устройства по радиоканалу, с возможностью применения средств идентификации устройства управления системой, простого и автоматического развертывания системы и создания сети между устройствами а все приборы, датчики и компоненты - местного исполнения и разработки.