СПОСОБ НАСТРОЙКИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ НА ОСНОВЕ ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБЪЕКТА Российский патент 2024 года по МПК G06F8/65 G06K19/06 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к способам настройки оборудования систем автоматизации, которые включают в себя физические умные устройства, на основе цифрового двойника объекта (например, но не ограничиваясь помещение, квартира, дом, здание, офис и т.д.).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из источника информации RU 2795743, опубл.11.05.2023, известен способ сборки оборудования с помощью уникальных двухмерных штрихкодов. Способ осуществляется следующим образом: на каждую сборочную единицу оборудования наносят сгенерированный уникальный двухмерный штрихкод; во время сборки оборудования в соответствии с выбранной компоновкой оборудования с помощью мобильного устройства пользователя сканируют последовательно в соответствии с сохраненной последовательностью уникальных двухмерных штрихкодов уникальный двухмерный штрихкод, нанесенный на каждую сборочную единицу оборудования, причем передают отсканированный уникальный двухмерный штрихкод на сервер, автоматически отображают техническую документацию каждой сборочной единицы при сканировании уникального двухмерного штрихкода, и автоматически отображают следующую деталь для сканирования в соответствии с выбранной компоновкой; с помощью сервера автоматически отслеживают последовательность сборки оборудования соответствующей компоновки в соответствии с сохраненной последовательностью уникальных двухмерных штрихкодов и в соответствии с отображаемой на мобильном устройстве пользователя технической документацией каждой сборочной единицы.

Из уровня техники известен источник информации US20200234380A1, опубл. 23.07.2020, раскрывающий интеллектуальную систему сообщества, содержащую:

одну или более баз данных, соединенных через сеть; один или более процессоров, соединенных с одной или более базами данных; и, по меньшей мере, одно вычислительное устройство, связанное с одним или более процессорами и одной или более базами данных через сеть; в котором один или более процессоров сконфигурированы для: хранения множества выбираемых компонентов, причем каждый из выбираемых компонентов имеет один или более связанных объектов, определяющих атрибуты выбираемых компонентов, и одно или более значений, связанных с одним или более объектами и выбираемыми компонентами; отображать пользователю первый набор потенциально выбираемых компонентов через пользовательский интерфейс; получать один или более индивидуальных вариантов потенциально выбираемых компонентов из первого набора, выбранных пользователем, для включения в план покрытия, связанный с указанным пользователем; вычислить стоимость плана покрытия из одного или нескольких значений, связанных с выбираемыми компонентами, выбранными пользователем; рассчитать цену одного или нескольких объектов с планом покрытия из одного или нескольких связанных значений; и предоставьте пользователю политику покрытия, основанную на одной или нескольких сущностях и плане покрытия.

Предлагаемое решение отличается от известных из уровня техники решений тем, что в предлагаемом решении строится цифровой двойник системы автоматизации, на основе которого осуществляют настройку умных устройств, посредством сгенерированного QR кода, который содержит модели, прошивки, функционал каждого из выбранных в цифровом двойнике системы автоматизации умных устройств.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является создание цифрового двойника системы автоматизации, который включает в себя проект со структурой объекта, перечнем оборудования автоматизации и подключаемого к нему оборудования, сценариями работы каждого оборудования, связями между оборудованием, его расположением, функционала и прошивок, а также быстрая настройка оборудования автоматизации, за счет автоматического создания и настройки реального объекта автоматизации путем считывания QR кода, сгенерированного при создании цифрового двойника, который содержит в себе все необходимые данные для этого.

Техническим результатом, достигающимся при решении вышеуказанной технической задачи, является повышение точности настройки оборудования систем автоматизации на основе заранее созданного цифрового двойника и определения количества, расположения умных устройств, их функционала и прошивок, а также обеспечение сокращения времени на настройку оборудования систем автоматизации умного дома, за счет синхронизации цифрового двойника с реальным оборудованием систем автоматизации и автоматической его настройки путем считывания сгенерированного QR-кода при создании цифрового двойника.

Заявленный технический результат достигается за счет работы способа настройки устройств автоматизации на основе цифрового двойника системы автоматизации, содержащий следующие этапы:

создают базу данных умных устройств, содержащую информацию о HWID электронной платы, а также серийном номере электронной платы и серийном номере устройства автоматизации, которые присваиваются при прохождении тестирования;

создают цифровой двойник системы автоматизации, содержащий количество устройств автоматизации, расположение устройств автоматизации, связи устройств автоматизации, тип прошивки, функционал управления умного устройства;

на основе созданного цифрового двойника, каждому устройству автоматизации присваивается код идентификации устройства, содержащий HWID и серийный номер умного устройства;

после создания цифрового двойника системы автоматизации генерируется QR код, который будет использован для настройки устройств автоматизации;

для настройки устройств автоматизации, после их установки на объекте, пользователь, посредством интерфейса программного обеспечения пользовательского устройства, сканирует ранее сгенерированный QR кода цифрового двойника системы автоматизации;

в результате сканирования QR- кода, пользовательское устройство отправляет запрос на сервер, для сопоставления серийных номеров и HWID установленных устройств автоматизации;

на сервере осуществляется проверка установки всех устройств автоматизации, которые были ранее созданы в цифровом двойнике системы автоматизации, по серийным номерам и HWID устройств автоматизации, осуществляется установка актуальных профилей прошивок для каждого устройства автоматизации.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, будет очевидно каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять понимание особенностей настоящего изобретения.

Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов.

Предлагаемый способ осуществляется посредством работы системы, содержащей, базу данных устройств автоматизации, содержащую информацию о HWID электронной платы, серийном номере устройства; вычислительное устройство, выполненное с возможностью создания цифрового двойника системы автоматизации, посредством программного обеспечения для создания цифрового двойника системы автоматизации объекта, пользовательское устройство, содержащее интерфейс для настройки и управления устройствами, а также сервер, осуществляющий сопоставление устройств (HWID-серийный номер). Автоматическая настройка на основе заранее созданного цифрового двойника системы автоматизации осуществляется пользовательским устройством. Посредством пользовательского устройства считывается сгенерированный QR - код, на пользовательском устройстве загружается проект ранее созданного цифрового двойника. Пользовательское устройство получает информацию о HWID и серийных номерах умных устройств с сервера, загружает с сервера прошивки с нужными профилями и выполняет настройку.

Все электронные платы, которые используются в умных устройствах, содержат уникальный HWID (двадцатизначный идентификатор), а также серийный номер платы (цифросимвольный пятизначный код), который защит в QR-код, расположенный на этикетке электронной платы. В итоге создается база данных умных устройств, содержащая информацию о HWID электронной платы, серийном номере устройства, которая в дальнейшем будем использоваться для синхронизации цифрового двойника с реальной системой автоматизации.

На вычислительном устройстве, посредством графического интерфейса, программного обеспечения для создания цифрового двойника системы автоматизации объекта, создают цифровой двойник системы автоматизации объекта. Цифровой двойник системы автоматизации объекта включает в себя этажи, комнаты, перечень оборудования систем автоматизации и подключаемого к нему оборудования, о том какую функцию выполняет каждый вход и выход умного устройства автоматизации, что к нему подключено, физическое размещение умного устройства, связи между входами и выходами умных устройств, профиль прошивки, сценарии работы умных устройств в связке друг с другом. Номенклатура умных устройств берется из базы данных умных устройств.

Далее будет расписан способ создания цифрового двойника объекта, который включает в себя несколько этапов.

В графическом интерфейсе программного обеспечения, для создания цифрового двойника системы автоматизации объекта, которое выполняется на вычислительном устройстве, создают проект и структуру дома/здания/квартиры и т.д., определяют количество этажей, помещений/комнат на каждом этаже. Внутри комнаты настраиваются параметры: расстояние от электрощита до дальнего угла, опуск для розеток, 1/2 периметра, типа помещения, площадь помещения, сценарии управления. А также в каждое помещение/комнату добавляют те умные устройства, которые ожидаются там в конечном итоге (например, шторы 2 шт., люстра 1 шт., LED лента 3 шт., и так далее), например, но не ограничиваясь:

1.1 Освещение;

1.2 Диммируемое освещение 220В;

1.3 LED ленты;

1.4 Шторы и карнизы;

1.5 Защита от протечек;

1.6 Отопление и радиаторы;

1.7 Вентиляция и кондиционирование;

1.8 Система видеонаблюдения;

1.9 Локальная сеть и бесшовный wi-fi;

1.10 Мультирум;

1.11 Домофония и СКУД;

1.12 Подсветка в зоне кухни;

1.13 Прочая электрика (духовые шкафы, варочные поверхности, посудомоечные машины).

После формирования проекта и выбора необходимых умных устройств, автоматически формируется список умных устройств системы автоматизации и подключаемого к ней оборудования из базы данных умных устройств, которые указаны в проекте (например, шторы 2 шт., люстра 1 шт., LED лента 3 шт., и так далее). При заполнении каждому устройству присваиваются индивидуальная маркировка, которая состоит из номера электрического щита и номера устройства в электрическом щите. Маркировка нужна для расключения электрического щита на этапе его сборки, ее распечатывают и клеят на устройства, чтобы пользователь или подрядчик смогли установить их в правильном порядке, согласно проекту. У каждого устройства есть определенная прошивка (например, один и тот же модуль может быть термостатом, модулем управления приводами штор или модулем управления светом или розетками), инструмент сам подбирает необходимую прошивку, в зависимости от заполненных систем. У каждого устройства указывается серийный номер, который позволяет связать серийный номер и уникальный идентификатор платы HWID, чтобы на этапе установки оборудования на объект и считывании QR-кода сервер, который отвечает за настройку умных устройств, мог понять какому устройству, какую прошивку, настройки, сцены нужно записать на этапе пуско-наладочных работ.

Кабельный журнал. Состоит из разделов: Свет, Розетки, Инженерные сети, Климат, Видеонаблюдение, Автоматизация. Здесь содержится информация о всех необходимых кабелях от электрического щита до оборудования и между оборудованием, их местоположение, номера клемм в электрическом щите, марка кабеля, длина линий, способы прокладки. Все расчеты формируются автоматически, исходя из введенных пользователем данных.

По каждой инженерной системе, при заполнении пользователем в проект, добавляется черновые материалы и оборудование электрики и автоматики, включая объем и стоимость черновых и пусконаладочных работ, заполняются кабельные журналы, формируется щитовое оборудование, сам щит, однолинейные схемы, маркировка кабелей и оборудования, которые необходимы для встраивания оборудования систем автоматизации. Таким образом, пользователю автоматически добавляются в проект материалы и необходимое оборудование, которые необходимы для подключения оборудования системы автоматизации, то есть, пользователь может не знать, что ему нужно для подключения, а система ему укажет все что нужно.

Программное обеспечение для создания цифрового двойника системы автоматизации объекта само рассчитывает количество электрических щитов, наполнение устройствами, а также информацию о однолинейных схемах для его сборки.

Электрический щит состоит из дин-реек. На дин-рейках размещается:

1.1. автоматы\дифавтоматы\УЗО;

1.2. модули автоматики;

1.3. клеммники для подключения приходящих в щит кабелей;

2.1 полки для размещения нестандартного щитового оборудования (роутеры, свитчи, мультирум устройства);

2.2 патч-панели;

2.3 блоки розеток;

2.4 блоки питания для оборудования автоматизации и полевых устройств, для подключаемого оборудования;

2.5 т.д.

В самом электрическом щите пользователь может: добавлять\убирать дин-рейки, полки и т.д., менять расположение устройств между ними, менять привязки конечного оборудования к автоматам.

На основе корректировок, в проекте рассчитывается размер электрического щита и его номенклатура, электрощитовое оборудование.

На основе введённых данных формируется проектное решение, являющееся итоговой сметой на все инженерные систем и оборудование для умного дома. Данная смета включает в себя:

1. Стоимость в разрезе материалов и работ:

1.1. Оборудование для автоматизации Умного дома;

1.2. Пуско-наладочные работы;

1.3. Оборудование (электрический щит, охрана, кондиционеры, вентиляция, электроустановка);

1.4. Черновые материалы;

1.5. Черновые работы;

1.6. Пуско-наладочные работы;

1.7. Итоговая стоимость.

2. Подробную номенклатуру оборудования\материалов и стоимость в разрезе всех систем:

1.1 Освещение;

1.2 Диммируемое освещение 220В;

1.3 LED ленты;

1.4 Шторы и карнизы;

1.5 Защита от протечек;

1.6 Отопление и радиаторы;

1.7 Вентиляция и кондиционирование;

1.8 Система видеонаблюдения;

1.9 Локальная сеть и бесшовный wi-fi;

1.10 Мультирум;

1.11 Домофония и СКУД;

1.12 Подсветка в зоне кухни;

1.13 Прочая электрика (духовые шкафы, варочные поверхности, посудомоечные машины).

На этапе покупки оборудования системы автоматизации для установки на реальном объекте, каждому умному устройству прописывается в программном обеспечении для создания цифрового двойника серийный номер устройства, который будет необходим для дальнейшей настройки, посредством считывания QR-кода.

После завершения ввода всех данных, генерируется QR-код, который будет использован для настройки умных устройств, посредством считывания программным обеспечением пользовательского устройства.

После установки всего оборудования пользователь, посредством графического интерфейса программного обеспечения, установленного на пользовательском устройстве, создает проект, считывает ранее сгенерированный QR-код цифрового двойника системы автоматизации.

Ранее созданный цифровой двойник объекта скачивается на устройство пользователя - проект. Пользовательское устройство путем запроса на сервер, сопоставляет серийные номера и HWID, загружает нужные профили прошивок, автоматически создает проект и настраивает устройства. Т.е. производится создание этажей, комнат, при нахождении связки HWID-серийный номер, осуществляется:

- установка актуальных профилей прошивок и их обновление для каждого устройства автоматизации;

- создание и настройка связей между оборудованием;

- переименование входов\выходов каждого устройства, размещение виджетов визуализации в пользовательском интерфейса;

- создание глобальных и локальных сценариев работы оборудования.

Вычислительное устройство, обеспечивающие обработку данных, необходимую для реализации заявленного решения, в общем случае содержит такие компоненты, как: один или более процессоров, по меньшей мере одну память, средство хранения данных, интерфейсы ввода/вывода, средство ввода, средства сетевого взаимодействия.

При исполнении машиночитаемых команд, содержащихся в оперативной памяти, конфигурируют процессор устройства для выполнения основных вычислительных операций, необходимых для функционирования устройства или функциональности одного, или более его компонентов.

Память, как правило, выполнена в виде ОЗУ, куда загружается необходимая программная логика, обеспечивающая требуемый функционал. При осуществлении работы предлагаемого решения выделяют объем памяти, необходимы для осуществления предлагаемого решения.

Средство хранения данных может выполняться в виде HDD, SSD дисков, рейд массива, сетевого хранилища, флэш-памяти и т.п. Средство позволяет выполнять долгосрочное хранение различного вида информации, например, вышеупомянутых файлов с наборами данных пользователей, базы данных, содержащих записи измеренных для каждого пользователя временных интервалов, идентификаторов пользователей и т.п.

Интерфейсы представляют собой стандартные средства для подключения и работы периферийных и прочих устройств, например, Wi-Fi, Ble, CAN, RS-232, RS-485, KNX (TP1), ModBus RTU (RS-485), Bus77 (CAN), Bacnet ip (Ethernet), MQTT (Ethernet), Zigbee, Z-wave и т.п. Физическая среда: CAN, RS-232, RS-485, TP1, Ethernet, Wi-Fi, Ble.

Выбор интерфейсов зависит от конкретного исполнения устройства, которое может представлять собой персональный компьютер, мейнфрейм, серверный кластер, тонкий клиент, смартфон, ноутбук и т.п., а также от поддержки тем или иным оборудованием того или иного протокола автоматизации.

В качестве средств ввода данных в любом воплощении системы, реализующей описываемый способ, может использоваться мобильное устройство, ПК, планшет, панели термостатов, заявленные в решении, и любые другие устройства присутствующие на шинах автоматизации.

Средства сетевого взаимодействия выбираются из устройства, обеспечивающий сетевой прием и передачу данных, например, Ethernet карту, WLAN/Wi-Fi модуль, Bluetooth модуль, BLE модуль, NFC модуль, IrDa, RFID модуль, GSM модем и т.п. С помощью средств обеспечивается организация обмена данными по проводному или беспроводному каналу передачи данных, например, WAN, PAN, ЛВС (LAN), Интранет, Интернет, WLAN, WMAN или GSM.

Компоненты устройства сопряжены посредством общей шины передачи данных.

В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществление заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.

Изобретение относится к способам настройки систем автоматизации на основе цифрового двойника. Технический результат заключается в повышении точности настройки систем автоматизации на основе заранее созданного цифрового двойника и определения количества, расположения умных устройств, их функционала и прошивок, а также обеспечении сокращения времени на настройку систем автоматизации умного дома, за счет считывания сгенерированного QR-кода. Способ настройки устройств автоматизации на основе цифрового двойника системы автоматизации содержит следующие этапы. Создают базу данных умных устройств, содержащую информацию о HWID электронной платы, а также серийном номере электронной платы и серийном номере устройства автоматизации, которые присваиваются при прохождении тестирования. Создают цифровой двойник системы автоматизации, содержащий количество устройств автоматизации, расположение устройств автоматизации, связи устройств автоматизации, тип прошивки, функционал управления умного устройства. На основе созданного цифрового двойника каждому устройству автоматизации присваивается код идентификации устройства, содержащий HWID и серийный номер умного устройства. После создания цифрового двойника системы автоматизации генерируется QR-код, который будет использован для настройки устройств автоматизации. Для настройки устройств автоматизации, после их установки на объекте, пользователь, посредством интерфейса программного обеспечения пользовательского устройства, сканирует ранее сгенерированный QR-код цифрового двойника системы автоматизации. В результате сканирования QR-кода пользовательское устройство отправляет запрос на сервер для сопоставления серийных номеров и HWID установленных устройств автоматизации. На сервере осуществляется проверка установки всех устройств автоматизации, которые были ранее созданы в цифровом двойнике системы автоматизации, по серийным номерам и HWID устройств автоматизации, осуществляется установка актуальных профилей прошивок для каждого устройства автоматизации.

Способ настройки устройств автоматизации на основе цифрового двойника системы автоматизации, содержащий следующие этапы:

создают базу данных умных устройств, содержащую информацию о HWID электронной платы, а также серийном номере электронной платы и серийном номере устройства автоматизации, которые присваиваются при прохождении тестирования;

создают цифровой двойник системы автоматизации, содержащий количество устройств автоматизации, расположение устройств автоматизации, связи устройств автоматизации, тип прошивки, функционал управления умного устройства;

на основе созданного цифрового двойника каждому устройству автоматизации присваивается код идентификации устройства, содержащий HWID и серийный номер умного устройства;

после создания цифрового двойника системы автоматизации генерируется QR-код, который будет использован для настройки устройств автоматизации;

для настройки устройств автоматизации, после их установки на объекте, пользователь, посредством интерфейса программного обеспечения пользовательского устройства, сканирует ранее сгенерированный QR-код цифрового двойника системы автоматизации;

в результате сканирования QR-кода пользовательское устройство отправляет запрос на сервер для сопоставления серийных номеров и HWID установленных устройств автоматизации;

на сервере осуществляется проверка установки всех устройств автоматизации, которые были ранее созданы в цифровом двойнике системы автоматизации, по серийным номерам и HWID устройств автоматизации, осуществляется установка актуальных профилей прошивок для каждого устройства автоматизации.