WO2017010904A1 - Method and system for decentralized control of plurality of devices - Google Patents

Method and system for decentralized control of plurality of devices Download PDF

Info

Publication number
WO2017010904A1
WO2017010904A1 PCT/RU2015/000448 RU2015000448W WO2017010904A1 WO 2017010904 A1 WO2017010904 A1 WO 2017010904A1 RU 2015000448 W RU2015000448 W RU 2015000448W WO 2017010904 A1 WO2017010904 A1 WO 2017010904A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
named
input
output
devices
function
Prior art date
Application number
PCT/RU2015/000448
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Евгений Викторович УШАКОВ
Евгений Дмитриевич ХРУЛЁВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Элехант"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество С Ограниченной Ответственностью "Элехант" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Элехант"
Priority to PCT/RU2015/000448 priority Critical patent/WO2017010904A1/en
Publication of WO2017010904A1 publication Critical patent/WO2017010904A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00—Systems controlled by a computer
    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/407—Bus networks with decentralised control

Definitions

  • the invention relates to the principles of decentralized control architecture of a plurality of devices, in particular, used to organize the management of a smart home system.
  • Automation is increasingly entering our lives. What used to seem new and ultramodern is becoming commonplace. Automation systems for technological processes, access control to premises, accounting of working hours, security and fire alarms are firmly included in our everyday life. All of them use specialized controllers. For the most part, systems of different purposes do not interact with each other, because they are often not able to connect them into a single complex. Each system requires careful design, laying its own cables, and uses unique exchange protocols. There are also restrictions on the length of cables and their topology, for example, the most commonly used communication protocols RS-485, RS-422 do not allow branching the cable, it is maximum that it is possible to combine several devices in series. The cost of laying the cable becomes prohibitive. This makes it difficult to integrate individual modules into a common system. Difficult or absent methods for transmitting control messages over long distances, or without any wires at all.
  • PLCs programmable logic controllers
  • control systems for multiple devices are centralized and contain at least one central control module that organizes a policy for distributing control commands between multiple connected objects.
  • This system is a classic simple centralized control system and has limited functionality in organizing the management of multiple devices, in particular, the impossibility of their decentralized management and constructing a logical model for the interaction of multiple devices that does not require a central control unit.
  • a known method of communication of several electrical devices (patent EP 2482150 B1, 03/26/2014), which uses at least one output signal module and an input signal module, controlled by a centralized module, which contains a set of rules of behavior implemented by paired devices, and this system can be used as a decentralized management architecture, but without excluding at least one central module containing a set of device management rules.
  • Specific devices are represented as input / output blocks interacting with each other according to the specified scenarios (from libraries of predefined actions). The interaction occurs upon the occurrence of predefined events and / or conditions.
  • Domobus decentralized management system http://www.domobus.net/papers/06- MELE06.pdf
  • Domobus decentralized management system http://www.domobus.net/papers/06- MELE06.pdf
  • a logical control model end devices in which all devices contain a set of properties, the interaction between devices occurs through reading or writing properties embedded in the device logic, in the form of scripts written in a programming language.
  • the disadvantages of this system is the lack of decentralization of the control system for many devices, because devices included in the known system do not contain lists of events that are triggered during the execution of functions and shared between different devices, where each device can act as the initiator of the event, as a result of which such a system, in one way or another, involves the use of a central control unit, which leads to a weak degree of automation and insufficient reliability in the event of a failure of the central control module.
  • the objective of the claimed invention is the creation of a method and system for organizing automated decentralized control of multiple devices, as well as ensuring high reliability of their work and the flexibility of organizing a system architecture consisting of many devices, with subsequent unlimited possibilities for its expansion.
  • the technical result is the provision of fully decentralized control of a system consisting of many devices without using a central control unit, which allows to increase the reliability of its operation and increase the flexibility of setting up the architecture of the said system.
  • each of the devices is equipped with a control module (MU), and the MU contains functional elements (PV), input / output ports, a processor and a transmitter-receiver, each PV MU contains a list of named inputs containing buffers for received messages, a list of named outputs containing lists of messages for distribution, and at least one of the FE MU represents at least one device function va, comprising the steps of:
  • each PVs MU contains a list of named inputs, containing buffers for received messages, a list of named outputs containing lists of messages for distribution, and at least one of the FE MU represents at least one device function, and each MU you configured to initially initialize it, generate at least one PV for controlling at least one function of the device associated with the MU, generate at least one named input for said at least one PV, implementation generating at least one named output associated with said at least one named input, associating at least one named output of at least one PV with at least one named input, at least one PE, cyclic messaging, in which:
  • the identification message further comprises parameters associated with the named output of another at least one PV.
  • PVs are selected from the group: switch, button, relay, switch, timer, sensor, logic element, buffer (repeater), comparator, arithmetic element, or combinations thereof.
  • PVs are composite and contain several PVs.
  • the logic of the operation of a composite PV is determined by the logic of the PV included in its composition and the relationships between them.
  • FIG. 1 illustrates the architecture of a control module
  • FIG. 2 illustrates the architecture of a functional element
  • FIG. 3 illustrates a property structure of a functional element
  • FIG. 4 illustrates the event structure of a functional element
  • FIG. 5 illustrates the operation of the Push command
  • FIG. 6 illustrates an example configuration of system elements
  • FIG. 7 illustrates an example of a Button functional element
  • FIG. 8 illustrates an example of a Relay functional element
  • FIG. 9 illustrates a particular embodiment of a circuit for connecting two control modules.
  • the claimed invention implements the principle of a homogeneous environment. Sensors, controllers, actuators — all are designed the same way. As part of one physical device, its constituent elements can simultaneously perform both logical functions and communicate with the outside world through input / output ports. The interaction of elements occurs exclusively through messaging.
  • FIG. 1 shows the architecture of a control module (MU) 100.
  • the MU is a complete physical device having its own power supply, input / output means for electrical signals, and means (channels) for interacting with other modules.
  • the MU includes elements for various purposes, such as: a control unit 101, a list of properties of module 103, a list of functional elements 104, an event list of module 105.
  • Transport layer 106 is responsible for receiving and transmitting messages over communication channels such as Ethernet, Wi-Fi or over the air.
  • I / O ports 102 are designed for the module to interact with the outside world, in particular with external devices 110 connected to the MU, such as sensors, sensors, actuators, etc., and with the hardware of the microcontroller.
  • ports 102 are represented by electrical contacts through which digital and analog electrical signals are received and transmitted.
  • the I / O ports 102 are represented by logical devices that hide the architecture features of the microcontroller.
  • the basis of the architecture of the entire system is the concept of an element, namely a functional element (FE).
  • the logic of the entire system is built on the internal logic of the PV operation and on the interaction between them.
  • MU provide for PV storage of their configuration, creation, delivery and sending messages.
  • PV is a simple logic device, which can be of various types, for example, switches, buttons, power relays / switches, timers, logic elements (AND, OR, triggers), various sensors - temperature, humidity, illumination, etc.
  • all FEs are designed in the same way.
  • FIG. Figure 2 shows the structure of FE 200.
  • Each element has a name, properties 201, events 202, and a software function 203 that implements the logic of FE 200.
  • All objects that can act as message recipients have their own names.
  • names must be unique.
  • the names of the elements inside the MU 100, the names of the properties 201 and the events 202 inside the PV 200 are different, but the names of the properties 201 in different elements 200 can be repeated. Names are used to identify objects as message recipients.
  • FIG. 3 shows the structure of the property of FE 200.
  • Message 300 consists of two fields - the address of the recipient and the message body. In the body of the message, the corresponding parameters are transmitted.
  • the address of the recipient object is formed from the names of objects according to their nesting in each other.
  • objects in this case we mean objects from the list of elements 104, as well as the names of properties 201 and events 202.
  • Module 1.Relay2.0p Module 2.
  • Button1.0p_Reguez8 For example, Module 1.Relay2.0p, Module2.
  • Real addresses are formed taking into account features of the transport protocol. For example, when using the TCP / IP protocol, the addresses may look like 192.168.0.101: Relay2.0p and 192.168.0.102:KHonKal .On_Press. If optimization of addressing objects is used, for example, to reduce consumed resources, then real addresses can be two-level— [Unique ID of the module]. [Unique ID of the object inside the module].
  • Figure 4 shows the structure of event 202.
  • the object event 202 is used to store the list of messages 300 sent when certain conditions are met during operation of the FE 200.
  • different events 202 may have different message lists 300.
  • the number of stored messages 300 is limited only by the available resources of MU 100.
  • MU 100 After switching on, MU 100 initializes the processor, I / O ports 102, and transport layer 106. Then MU 100 “loses” the configuration consisting of a sequence of command messages that the module sends to itself in turn. These commands include the creation of at least one PV 200, setting the initial state of properties 201, establishing links between the PV 200 to control at least one function of the device 110 associated with MU 100. Then, at least at least one named input for at least one FE 200, at least one named output associated with said at least one named input is generated, at least one named output is linked, at least her at least one FE 200 with at least one named input of at least one FE 200.
  • MU 100 goes into an endless cycle consisting of three stages.
  • all messages 300 received from external FE 200 (from other MU 100) are sent to the recipients and stored in internal buffers.
  • the functions 201 of all PV modules 200 are launched in succession, in which the logic of the PV 200 operation is implemented.
  • Received messages 300 which are identification messages, are checked, read or written to the I / O ports 102, and decisions are made on the occurrence of one or more events 202 for a specific FE 200, which implements the corresponding function of FE 200. In the latter case, messages 300 associated with the upcoming event are marked for sending.
  • the sending of messages 300 occurs separately, at the third stage of the main cycle of the MU 100.
  • the transport layer 106 before sending, divides the messages 300 into internal (to its own MU 100) and external. External messages 300 are sent via communication channels to other MU 100s, and internal messages 300 directly, without additional buffering, are sent to recipients inside the MU 100. Dividing the operation of the main cycle of the MU 100 into these three stages allows achieving synchronous operation of all internal FE 200s. 200 between different MUs 100 is predominantly asynchronous, due to the very nature of data transmission. However, with If necessary, it is possible to obtain synchronous operation of several MU 100s, based on a special element and two-phase synchronization method.
  • logical addresses are always used. These addresses are translated into real ones automatically at the stage of sending the configuration of MU 100.
  • Properties 201 and events 202 are used in the mutual operation of FE 200, providing an interface for this interaction.
  • Properties 201 are the receivers of all incoming messages and store the parameters that arrived in the messages.
  • the property can be mapped to any I / O port 102. In this case, reading / writing property 201 results in reading / writing to the corresponding I / O port 102.
  • Properties 201 are also available for reading / writing from the body of the MU 100 function.
  • the received messages 300 are analyzed in the function and the I / O ports 102 are controlled.
  • the value stored in property 201 can also be transferred to another FE. In this case, the so-called Push forwarding command is sent to property 201.
  • FIG. Figure 5 shows the operation of the Push command.
  • the work of the Push team is as follows. Forwarding initiator 310 sends message 330 to property 201 ⁇ 200, in the body of which two parameters are transmitted: Push command identifier and Recipient address. Upon receipt of such message 330, property 201 sends a new message 340 according to the specified parameter - Recipient Address, substituting the eigenvalue corresponding to property 201 in the body of this message 340.
  • the display device for example, the Display (phone, computer, laptop, etc.) to display the temperature measured by the Thermometer device. The data update period must be set externally. A possible configuration for such a task is shown in FIG. 6.
  • FIG. Figure 7 shows an example of the interaction of the FE Button 410, combined with the MU 400.
  • the MU 400 and 500 are completely identical, except that on the MU 400 the electrical button 430 is connected to the I / O ports 420, and on the MU 500 to the I / O ports 520 connected power relay 530, which controls the inclusion of an electric lamp.
  • FE 410 has three events 413-415 and two properties 411-412.
  • the FE 410 can interrogate the state of the input port to determine the pressing / releasing of the electrical button 430.
  • the value of the Value 412 property (input port state) can be sent to a third-party FE.
  • the power relay 530 is connected to port P2.
  • FIG. Figure 9 shows the principle of connecting the MU 400 and 500.
  • the entire configuration boils down to the fact that in property 413 FE 410 Buttons Module 1. Button.
  • the only message indicated on On Press is [Module2. Relay.Op], while property 414 has Module 1. Button. On Release - [Module2. Relay.Ogh].
  • the logic of the FE 200 is determined by a special function main () 203, individual for each FE.
  • main 203 the values of properties 201, the status of the input ports, are checked, viewport management and event generation.
  • the above examples use a C-like function programming language.
  • PVs Another purpose of composite PVs is to hide the complex structure of a device, for example, a washing machine, in the configurator will look like literally three or four PVs: several regulators that specify operating modes, an “Start” button element and an “Executor” element.
  • all complex logic is incorporated, including various sequences of operations and interaction with many sensors and actuators. And all this is presented as a single element.
  • a decentralized network management system for a plurality of devices contains many devices, each of which is equipped with MUs, each of which contains PV, I / O ports, a processor, and a transceiver.
  • Each FE MU contains a list of named inputs containing buffers for received messages, a list of named outputs containing lists of messages for distribution, and at least one of the FE MUs represents at least one device function.
  • Each MU is configured to initially initialize it, generate at least one PV for controlling at least one function of the device associated with the MU, generate at least one named input for said at least one PV generating an at least one named output associated with said at least one named input, associating at least one named output of at least one PE with at least one name nnym input, at least one PV, cyclic messaging, comprising:
  • the configuration of the claimed system can be performed on any computer or tablet.
  • editing, saving, polling modules, transferring the changed configuration to modules is possible.
  • the code does not have the ability to receive or send messages, change messages in its properties, or manipulate input / output ports.
  • the claimed flexibility of configuring the architecture of a system consisting of many devices is that the claimed invention allows you to easily and clearly set the logic of the entire system (without programming);
  • the claimed invention can be widely used in the automation of objects of any purpose, for example, industry, healthcare, smart home systems, etc.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Selective Calling Equipment (AREA)

Abstract

The invention relates to a method and system for organizing a decentralized network for controlling a plurality of devices and is used for organizing the control of a smart home system. The technical result consists in enhancing the operational reliability and configuration flexibility of system architecture. A method for organizing a decentralized network for controlling a plurality of devices includes: first, initializing each control module (CM); generating a functional element (FE) for controlling the function of a device related to a CM; generating a named input (NI) for an FE; generating a named output (NO) related to the NI; linking the NI and the NO; cyclically exchanging messages, including: transmitting an identification message (IM) from the named output of the FE; receiving the identification message to the NI; performing the function of the FE related to the NI of the FE. Wherein each of the devices incorporates a CM, containing: an FE, input/output ports, a processor and a transceiver. Wherein each FE contains lists of: named inputs/named outputs and messages to be sent.

Description

СПОСОБ И СИСТЕМА ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ  METHOD AND SYSTEM OF DECENTRALIZED MANAGEMENT
МНОЖЕСТВОМ УСТРОЙСТВ  MANY DEVICES
Область техники Technical field
Изобретение относится к принципам построения архитектуры децентрализованного управления множеством устройств, в частности, использующихся для организации управления системой умного дома.  The invention relates to the principles of decentralized control architecture of a plurality of devices, in particular, used to organize the management of a smart home system.
Предшествующий уровень техники State of the art
Автоматизация все больше и больше проникает в нашу жизнь. То, что раньше казалось новым и ультрасовременным становится обыденностью. Системы автоматизации технологических процессов, контроля доступа в помещения, учета рабочего времени, охраны и пожарной сигнализации прочно вошли в нашу повседневность. Все они используют специализированные контроллеры. В большинстве своем системы разного назначения не взаимодействуют друг с другом, поскольку связать их в единый комплекс зачастую не удается. Каждая система требует тщательного проектирования, прокладки своих кабелей, использует уникальные протоколы обмена. Также присутствуют ограничения на длину кабелей и их топологию, к примеру, наиболее часто используемые протоколы обмена RS-485, RS-422 не позволяют разветвлять кабель, максимум, что возможно объединить несколько устройств последовательно. Затраты на прокладку кабеля становятся непомерно высоки. Это затрудняет интеграцию отдельных модулей в общую систему. Затруднены или отсутствуют способы передачи управляющих сообщений на большие расстояния, или вообще без проводов.  Automation is increasingly entering our lives. What used to seem new and ultramodern is becoming commonplace. Automation systems for technological processes, access control to premises, accounting of working hours, security and fire alarms are firmly included in our everyday life. All of them use specialized controllers. For the most part, systems of different purposes do not interact with each other, because they are often not able to connect them into a single complex. Each system requires careful design, laying its own cables, and uses unique exchange protocols. There are also restrictions on the length of cables and their topology, for example, the most commonly used communication protocols RS-485, RS-422 do not allow branching the cable, it is maximum that it is possible to combine several devices in series. The cost of laying the cable becomes prohibitive. This makes it difficult to integrate individual modules into a common system. Difficult or absent methods for transmitting control messages over long distances, or without any wires at all.
Умные дома, программируемые логические контроллеры (ПЛК)— явное разделение «строительных» блоков на три категории:  Smart homes, programmable logic controllers (PLCs) - an explicit division of the "building" blocks into three categories:
- датчики/сенсоры/силовые элементы;  - sensors / sensors / power elements;
- управляющие контроллеры;  - managing controllers;
- органы управления/устройства отображения информации.  - controls / information display devices.
Недостатки таких решений, как правило:  The disadvantages of such solutions are usually:
- централизованное управление и, как следствие, невысокая надежность;  - centralized management and, as a result, low reliability;
- сложность добавления нового устройства.  - the difficulty of adding a new device.
- сложность переконфигурации;  - the complexity of the reconfiguration;
- сложность создания распределенных систем. На сегодняшний день системы управления множеством устройств являются централизованными и содержат как минимум один центральный модуль управления, организующий политику распределения управляющих команд между множеством связанных объектов. - the complexity of creating distributed systems. To date, control systems for multiple devices are centralized and contain at least one central control module that organizes a policy for distributing control commands between multiple connected objects.
Известна модульная система управления (патент US5289365 А, 22.02.1994), содержащая один или более контрольных устройств, совмещенных со множеством техники посредством шины данных, через которую устройства совмещены соответствующими входами/выходами. Общая шина последовательно проходит через все управляемые устройства. По шине передаются идентификаторы устройств и команды для них. Known modular control system (patent US5289365 A, 02.22.1994), containing one or more control devices combined with a variety of techniques through a data bus through which the devices are combined with corresponding inputs / outputs. The shared bus passes through all managed devices in sequence. The device identifiers and commands for them are transmitted on the bus.
Данная система является классической простой системой централизованного управления и обладает ограниченной функциональностью при организации управления множеством устройств, в частности, невозможностью их децентрализованного управления и построения логической модели взаимодействия множества устройств, не требующей наличия центрального блока управления. This system is a classic simple centralized control system and has limited functionality in organizing the management of multiple devices, in particular, the impossibility of their decentralized management and constructing a logical model for the interaction of multiple devices that does not require a central control unit.
Известен способ связи нескольких электрических устройств (патент ЕР 2482150 В1, 26.03.2014), в котором используется, по меньшей мере, один модуль выходного сигнала и модуль входного сигнала, управляемые посредством централизованного модуля, который содержит набор правил поведения, реализуемых сопряженными устройствами, причем данная система может использоваться как децентрализованная архитектура управления, однако не исключая при этом хотя бы одного центрального модуля, содержащего набор правил управления устройствами. Конкретные устройства представляются в виде входных/выходных блоков, взаимодействующих между собой по указанным сценариям (из библиотек предопределенных действий). Взаимодействие происходит при наступлении предопределенных событий и/или условий. A known method of communication of several electrical devices (patent EP 2482150 B1, 03/26/2014), which uses at least one output signal module and an input signal module, controlled by a centralized module, which contains a set of rules of behavior implemented by paired devices, and this system can be used as a decentralized management architecture, but without excluding at least one central module containing a set of device management rules. Specific devices are represented as input / output blocks interacting with each other according to the specified scenarios (from libraries of predefined actions). The interaction occurs upon the occurrence of predefined events and / or conditions.
Недостатками такой системы является ограниченная функциональность и слабая степень автоматизации, а также невозможность построения логической модели взаимодействия множества устройств, не требующей наличия центрального блока управления. The disadvantages of such a system are limited functionality and a low degree of automation, as well as the inability to build a logical model for the interaction of many devices that do not require a central control unit.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является система децентрализованного управления компании Domobus (http://www.domobus.net/papers/06- MELE06.pdf), характеризующаяся использованием логической модели управления конечными устройствами, при которой все устройства содержат набор свойств, взаимодействие между устройствами происходит через чтение или запись свойств, заложенных в логику устройств, в виде скриптов, написанных на языке программирования. The closest analogue of the claimed invention is the Domobus decentralized management system (http://www.domobus.net/papers/06- MELE06.pdf), characterized by the use of a logical control model end devices, in which all devices contain a set of properties, the interaction between devices occurs through reading or writing properties embedded in the device logic, in the form of scripts written in a programming language.
Недостатками данной системы является недостаточная децентрализованность системы управления множеством устройств, т.к. устройства, входящие в известную систему, не содержат списки событий, инициирующихся при выполнении функций и разделенных между различными устройствами, где каждое устройство может выступать в роли инициатора выполнения события, вследствие чего такая система, так или иначе, подразумевает использование центрального блока управления, что приводит к слабой степени автоматизации и недостаточной надежности в случае отказа центрального управляющего модуля. The disadvantages of this system is the lack of decentralization of the control system for many devices, because devices included in the known system do not contain lists of events that are triggered during the execution of functions and shared between different devices, where each device can act as the initiator of the event, as a result of which such a system, in one way or another, involves the use of a central control unit, which leads to a weak degree of automation and insufficient reliability in the event of a failure of the central control module.
Таким образом, общим недостатком известных решений в данной области является наряду с отсутствием полного децентрализованного управления множества устройств недостаточная надежность функционирования, которая обуславливается рядом факторов, таких как: Thus, a common drawback of known solutions in this field is, along with the lack of full decentralized control of many devices, insufficient reliability of operation, which is caused by a number of factors, such as:
1) Отказ центрального управляющего контроллера (ЦК) приводит к отказу всей системы в целом; 1) The failure of the central control controller (CC) leads to the failure of the entire system as a whole;
2) Длинные каналы связи от всех датчиков и исполнительных механизмов к ЦК (соединение звездой); 2) Long communication channels from all sensors and actuators to the Central Committee (star connection);
3) Ограничения ЦК на кол-во подключенных устройств, что приводит к сложности наращивания количества устройств, входящих в систему; 3) Limitations of the Central Committee on the number of connected devices, which leads to the difficulty of increasing the number of devices included in the system;
4) Высокие требования по вычислительной производительности и пропускной способности каналов связи для систем большой емкости. 4) High requirements for computing performance and bandwidth of communication channels for large-capacity systems.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Задачей заявленного изобретения является создание способа и системы для организации автоматизированного децентрализованного управления множеством устройств, а также обеспечение высокой надежности их работы и гибкости организации архитектуры системы, состоящей из множества устройств, с последующими неограниченными возможностями ее расширения. Техническим результатом является обеспечение полностью децентрализованного управления системы, состоящей из множества устройств, без использования центрального блока управления, что позволяет увеличить надежность ее функционирования и повысить гибкость настройки архитектуры упомянутой системы. The objective of the claimed invention is the creation of a method and system for organizing automated decentralized control of multiple devices, as well as ensuring high reliability of their work and the flexibility of organizing a system architecture consisting of many devices, with subsequent unlimited possibilities for its expansion. The technical result is the provision of fully decentralized control of a system consisting of many devices without using a central control unit, which allows to increase the reliability of its operation and increase the flexibility of setting up the architecture of the said system.
Заявленный технический результат достигается за счет способа организации децентрализованной сети управления множеством устройств, при котором, каждое из устройств снабжают модулем управления (МУ), причем МУ содержит функциональные элементы (ФЭ), порты ввода/вывода, процессор и приемо-передатчик, каждый ФЭ МУ содержит список именованных входов, содержащих буферы для принятых сообщений, список именованных выходов, содержащих списки сообщений для рассылки, и, по меньшей мере, один из ФЭ МУ представляет, по меньшей мере, одну функцию устройства, содержащий этапы, на которых: The claimed technical result is achieved due to the method of organizing a decentralized control network of multiple devices, in which each of the devices is equipped with a control module (MU), and the MU contains functional elements (PV), input / output ports, a processor and a transmitter-receiver, each PV MU contains a list of named inputs containing buffers for received messages, a list of named outputs containing lists of messages for distribution, and at least one of the FE MU represents at least one device function va, comprising the steps of:
- осуществляют первоначальную инициализацию каждого МУ; - carry out the initial initialization of each MU;
- осуществляют генерирование, по меньшей мере, одного ФЭ для управления, по меньшей мере, одной функцией устройства, связанного с МУ; - carry out the generation of at least one PV to control at least one function of the device associated with the MU;
- осуществляют генерирование, по меньшей мере, одного именованного входа для упомянутого, по меньшей мере, одного ФЭ; - carry out the generation of at least one named input for said at least one PE;
- осуществляют генерирование, по меньшей мере, одного именованного выхода, связанного с упомянутым, по меньшей мере, одним именованным входом; - carry out the generation of at least one named output associated with said at least one named input;
- осуществляют связывание, по меньшей мере, одного именованного выхода, по меньшей мере, одного ФЭ с, по меньшей мере, одним именованным входом, по меньшей мере, одного ФЭ, - carry out the linking of at least one named output of at least one PE to at least one named input of at least one PE,
- циклически осуществляют обмен сообщениями, при котором: - cyclically carry out messaging, in which:
- передают, по меньшей мере, одно идентификационное сообщение, содержащее, по меньшей мере, адрес получателя— именованного входа ФЭ, от именованного выхода ФЭ; - transmit at least one identification message containing at least the address of the recipient — the named input of the PV, from the named output of the PV;
- принимают на именованный вход одного из связанных ФЭ, по меньшей мере, одно идентификационное сообщение; - take at the named input of one of the associated PE, at least one identification message;
- выполняют функцию ФЭ, связанную с упомянутым, по меньшей мере, одним именованным входом ФЭ. Заявленный технический результат достигается так же при создании системы децентрализованной сети управления множеством устройств, которая содержит множество устройств, каждое из которых снабжено МУ, причем МУ содержит ФЭ, порты ввода/вывода, процессор и приемо-передатчик, каждый ФЭ МУ содержит список именованных входов, содержащих буферы для принятых сообщений, список именованных выходов, содержащих списки сообщений для рассылки, и, по меньшей мере, один из ФЭ МУ представляет, по меньшей мере, одну функцию устройства, причем каждый МУ выполнен с возможностью его первоначальной инициализации, генерирования, по меньшей мере, одного ФЭ для управления, по меньшей мере, одной функцией устройства, связанного с МУ, генерирования, по меньшей мере, одного именованного входа для упомянутого, по меньшей мере, одного ФЭ, осуществления генерирования, по меньшей мере, одного именованного выхода, связанного с упомянутым, по меньшей мере, одним именованным входом, связывания, по меньшей мере, одного именованного выхода, по меньшей мере, одного ФЭ с, по меньшей мере, одним именованным входом, по меньшей мере, одного ФЭ, циклического обмена сообщениями, при котором: - perform the function of the PV associated with said at least one named input of the PV. The claimed technical result is also achieved when creating a decentralized network management system for multiple devices, which contains many devices, each of which is equipped with MUs, and MUs contain PVs, input / output ports, a processor and a transceiver, each PVs MU contains a list of named inputs, containing buffers for received messages, a list of named outputs containing lists of messages for distribution, and at least one of the FE MU represents at least one device function, and each MU you configured to initially initialize it, generate at least one PV for controlling at least one function of the device associated with the MU, generate at least one named input for said at least one PV, implementation generating at least one named output associated with said at least one named input, associating at least one named output of at least one PV with at least one named input, at least one PE, cyclic messaging, in which:
- передают, по меньшей мере, одно идентификационное сообщение, содержащее, по меньшей мере, адрес получателя— именованного входа ФЭ, от именованного выхода ФЭ; - transmit at least one identification message containing at least the address of the recipient — the named input of the PV, from the named output of the PV;
- принимают на именованный вход одного из связанных ФЭ, по меньшей мере, одно идентификационное сообщение; - take at the named input of one of the associated PE, at least one identification message;
- выполняют функцию ФЭ, связанную с упомянутым, по меньшей мере, одним именованным входом ФЭ. - perform the function of the PV associated with said at least one named input of the PV.
В частных вариантах заявленного изобретения идентификационное сообщение содержит дополнительно параметры, связанные с именованным выходом другого, по меньшей мере, одного ФЭ. In particular embodiments of the claimed invention, the identification message further comprises parameters associated with the named output of another at least one PV.
В другом частном варианте ФЭ выбираются из группы: выключатель, кнопка, реле, коммутатор, таймер, датчик, логический элемент, буфер (повторитель), компаратор, арифметический элемент или их сочетания. In another particular embodiment, PVs are selected from the group: switch, button, relay, switch, timer, sensor, logic element, buffer (repeater), comparator, arithmetic element, or combinations thereof.
В другом частном варианте ФЭ являются составными и содержать несколько ФЭ. In another particular embodiment, PVs are composite and contain several PVs.
В другом частном варианте логика работы составного ФЭ определяется логикой ФЭ, входящих в его состав, и связями между ними. Краткое описание чертежей In another particular embodiment, the logic of the operation of a composite PV is determined by the logic of the PV included in its composition and the relationships between them. Brief Description of the Drawings
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:  The invention is illustrated by drawings, where:
- фиг. 1 иллюстрирует архитектуру модуля управления;  - FIG. 1 illustrates the architecture of a control module;
- фиг. 2 иллюстрирует архитектуру функционального элемента;  - FIG. 2 illustrates the architecture of a functional element;
- фиг. 3 иллюстрирует структуру свойства функционального элемента;  - FIG. 3 illustrates a property structure of a functional element;
- фиг. 4 иллюстрирует структуру события функционального элемента;  - FIG. 4 illustrates the event structure of a functional element;
- фиг. 5 иллюстрирует работу команды Push;  - FIG. 5 illustrates the operation of the Push command;
- фиг. 6 иллюстрирует пример конфигурации элементов системы;  - FIG. 6 illustrates an example configuration of system elements;
- фиг. 7 иллюстрирует пример функционального элемента Кнопка;  - FIG. 7 illustrates an example of a Button functional element;
- фиг. 8 иллюстрирует пример функционального элемента Реле;  - FIG. 8 illustrates an example of a Relay functional element;
- фиг. 9 иллюстрирует частный вариант схемы соединения двух модулей управления.  - FIG. 9 illustrates a particular embodiment of a circuit for connecting two control modules.
Лучший вариант осуществления изобретения The best embodiment of the invention
Заявленное изобретение реализует принцип однородной среды. Сенсоры, контроллеры, исполнительные устройства— все устроены одинаково. В составе одного физического устройства, составляющие его элементы могут одновременно выполнять как логические функции, так и осуществлять общение с внешним миром через порты ввода- вывода. Взаимодействие элементов происходит исключительно с помощью обмена сообщениями.  The claimed invention implements the principle of a homogeneous environment. Sensors, controllers, actuators — all are designed the same way. As part of one physical device, its constituent elements can simultaneously perform both logical functions and communicate with the outside world through input / output ports. The interaction of elements occurs exclusively through messaging.
На Фиг. 1 показана архитектура модуля управления (МУ) 100. МУ представляет собой законченное физическое устройство, имеющее собственное электропитание, средства ввода/вывода электрических сигналов и средства (каналы) взаимодействия с другими модулями. В состав МУ входят элементы различного назначения, такие как: блок управления 101, список свойств модуля 103, список функциональных элементов 104, список событий модуля 105. Транспортный уровень 106 отвечает за прием и передачу сообщений по каналам связи таким как Ethernet, Wi-Fi или по радиоканалу. Порты ввода/вывода 102 предназначены для взаимодействия модуля как с внешним миром, в частности с внешними устройствами 110, связанными с МУ, такими как: сенсоры, датчики, исполнительные устройства и т.п., так и с аппаратным обеспечением микроконтроллера. Физически порты 102 представлены электрическими контактами, через которые осуществляется прием и передача дискретных и аналоговых электрических сигналов. Для работающего же внутри модуля программного обеспечения, порты в/в 102 представлены логическими устройствами, скрывающими особенности архитектуры микроконтроллера. Основой архитектуры всей системы является понятие элемента, а именно функционального элемента (ФЭ). На внутренней логике работы ФЭ и на взаимодействии между ними строится логика работы всей системы. МУ обеспечивают для ФЭ хранение их конфигурации, создание, доставку и отправку сообщений. ФЭ представляет собой простейшее логическое устройство, которые могут быть различных типов, например, выключатели, кнопки, силовые реле/коммутаторы, таймеры, логические элементы (И, ИЛИ, триггеры), различные датчики— температуры, влажности, освещенности и т.п. Несмотря на разнообразие типов, все ФЭ устроены одинаково. In FIG. 1 shows the architecture of a control module (MU) 100. The MU is a complete physical device having its own power supply, input / output means for electrical signals, and means (channels) for interacting with other modules. The MU includes elements for various purposes, such as: a control unit 101, a list of properties of module 103, a list of functional elements 104, an event list of module 105. Transport layer 106 is responsible for receiving and transmitting messages over communication channels such as Ethernet, Wi-Fi or over the air. I / O ports 102 are designed for the module to interact with the outside world, in particular with external devices 110 connected to the MU, such as sensors, sensors, actuators, etc., and with the hardware of the microcontroller. Physically, ports 102 are represented by electrical contacts through which digital and analog electrical signals are received and transmitted. For the software operating inside the module, the I / O ports 102 are represented by logical devices that hide the architecture features of the microcontroller. The basis of the architecture of the entire system is the concept of an element, namely a functional element (FE). The logic of the entire system is built on the internal logic of the PV operation and on the interaction between them. MU provide for PV storage of their configuration, creation, delivery and sending messages. PV is a simple logic device, which can be of various types, for example, switches, buttons, power relays / switches, timers, logic elements (AND, OR, triggers), various sensors - temperature, humidity, illumination, etc. Despite the variety of types, all FEs are designed in the same way.
На Фиг. 2 изображена структура ФЭ 200. Каждый элемент имеет имя, свойства 201, события 202 и программную функцию 203, в которой реализована логика работы ФЭ 200. Все объекты, которые могут выступать как получатели сообщений— имеют собственные имена. На одном уровне иерархии объектов имена должны быть уникальными. Имена элементов внутри МУ 100, имена свойств 201 и событий 202 внутри ФЭ 200— различны, но имена свойств 201 в разных элементах 200 могут повторяться. Имена служат для идентификации объектов как получателей сообщений. In FIG. Figure 2 shows the structure of FE 200. Each element has a name, properties 201, events 202, and a software function 203 that implements the logic of FE 200. All objects that can act as message recipients have their own names. At one level in the object hierarchy, names must be unique. The names of the elements inside the MU 100, the names of the properties 201 and the events 202 inside the PV 200 are different, but the names of the properties 201 in different elements 200 can be repeated. Names are used to identify objects as message recipients.
На Фиг. 3 показана структура свойства ФЭ 200. Сообщение 300 состоит из двух полей — адреса получателя и тела сообщения. В теле сообщения передаются соответствующие параметры. In FIG. 3 shows the structure of the property of FE 200. Message 300 consists of two fields - the address of the recipient and the message body. In the body of the message, the corresponding parameters are transmitted.
[(Адрес получателя) (Параметры)] [(Recipient address) (Parameters)]
Адрес объекта-получателя, логический адрес, образуется из имен объектов сообразно их вложенности друг в друга. В качестве объектов в данном случае понимаются объекты из списка элементов 104, а также имена свойств 201 и событий 202. The address of the recipient object, the logical address, is formed from the names of objects according to their nesting in each other. As objects in this case, we mean objects from the list of elements 104, as well as the names of properties 201 and events 202.
Например, Модуль1.Реле2.0п, Модуль2.Кнопка1.0п_Ргез8. For example, Module 1.Relay2.0p, Module2. Button1.0p_Reguez8.
Реальные адреса— образуются с учетом особенностей транспортного протокола. Например, при использовании TCP/IP протокола, адреса могут выглядеть как 192.168.0.101 :Реле2.0п и 192.168.0.102:KHonKal .On_Press. Если же используется и оптимизация адресации объектов, например для уменьшения потребляемых ресурсов, то реальные адреса могут быть двухуровневыми— [Уникальный ID модуля] . [Уникальный ID объекта внутри модуля]. Real addresses — are formed taking into account features of the transport protocol. For example, when using the TCP / IP protocol, the addresses may look like 192.168.0.101: Relay2.0p and 192.168.0.102:KHonKal .On_Press. If optimization of addressing objects is used, for example, to reduce consumed resources, then real addresses can be two-level— [Unique ID of the module]. [Unique ID of the object inside the module].
На Фиг.4 показана структура события 202. Объект событие 202 служит для хранения списка сообщений 300, рассылаемых при выполнении какого-либо условия при работе ФЭ 200. В одном ФЭ 200, у разных событий 202 могут быть разные списки сообщений 300. Количество хранимых сообщений 300 ограничено только доступными ресурсами МУ 100. Figure 4 shows the structure of event 202. The object event 202 is used to store the list of messages 300 sent when certain conditions are met during operation of the FE 200. In one FE 200, different events 202 may have different message lists 300. The number of stored messages 300 is limited only by the available resources of MU 100.
После включения, МУ 100 проводит начальную инициализацию процессора, портов в/в 102 и транспортного уровня 106. Затем МУ 100 «проигрывает» конфигурацию, состоящую из последовательности сообщений-команд, которые модуль по очереди отправляет самому себе. К этим командам относится создание, по меньшей мере, одного ФЭ 200, задание начального состояния свойств 201, установка связей между ФЭ 200 для управления, по меньшей мере, одной функцией устройства 110, связанного с МУ 100. Затем осуществляют генерирование, по меньшей мере, одного именованного входа для, по меньшей мере, одного ФЭ 200, осуществляют генерирование, по меньшей мере, одного именованного выхода, связанного с упомянутым, по меньшей мере, одним именованным входом, осуществляют связывание, по меньшей мере, одного именованного выхода, по меньшей мере, одного ФЭ 200 с, по меньшей мере, одним именованным входом, по меньшей мере, одного ФЭ 200. After switching on, MU 100 initializes the processor, I / O ports 102, and transport layer 106. Then MU 100 “loses” the configuration consisting of a sequence of command messages that the module sends to itself in turn. These commands include the creation of at least one PV 200, setting the initial state of properties 201, establishing links between the PV 200 to control at least one function of the device 110 associated with MU 100. Then, at least at least one named input for at least one FE 200, at least one named output associated with said at least one named input is generated, at least one named output is linked, at least her at least one FE 200 with at least one named input of at least one FE 200.
После этого МУ 100 переходит в бесконечный цикл, состоящий из трех этапов. На первом этапе, все принятые от внешних ФЭ 200 (из других МУ 100) сообщения 300, отправляются адресатам и сохраняются во внутренних буферах. После этого, на втором этапе, последовательно запускаются функции 201 всех ФЭ 200, в которых, реализуется логика работы ФЭ 200. Проверяются принятые сообщения 300, которые являются идентификационными сообщениями, происходит чтение или запись в порты в/в 102 и принимаются решения о наступлении одного или более событий 202 для конкретного ФЭ 200, которое реализует соответствующую функцию ФЭ 200. В последнем случае, сообщения 300, привязанные к наступившему событию, помечаются на отправку. Сама же отправка сообщений 300 происходит отдельно, на третьем этапе основного цикла работы МУ 100. Транспортный уровень 106, перед отправкой, разделяет сообщения 300 на внутренние (к собственному МУ 100) и на внешние. Внешние сообщения 300 отправляются по каналам связи другим МУ 100, а внутренние сообщения 300 непосредственно, без дополнительной буферизации, отправляются адресатам внутри МУ 100. Разбиение работы основного цикла МУ 100 на эти три этапа, позволяет достичь синхронной работы всех внутренних ФЭ 200. Взаимодействие же ФЭ 200 между различными МУ 100 преимущественно асинхронно, ввиду самой природы передачи данных. Тем не менее, при необходимости, возможно получить синхронную работу нескольких МУ 100, на базе специального элемента и метода двухфазной синхронизации. After that, MU 100 goes into an endless cycle consisting of three stages. At the first stage, all messages 300 received from external FE 200 (from other MU 100) are sent to the recipients and stored in internal buffers. After this, at the second stage, the functions 201 of all PV modules 200 are launched in succession, in which the logic of the PV 200 operation is implemented. Received messages 300, which are identification messages, are checked, read or written to the I / O ports 102, and decisions are made on the occurrence of one or more events 202 for a specific FE 200, which implements the corresponding function of FE 200. In the latter case, messages 300 associated with the upcoming event are marked for sending. The sending of messages 300 occurs separately, at the third stage of the main cycle of the MU 100. The transport layer 106, before sending, divides the messages 300 into internal (to its own MU 100) and external. External messages 300 are sent via communication channels to other MU 100s, and internal messages 300 directly, without additional buffering, are sent to recipients inside the MU 100. Dividing the operation of the main cycle of the MU 100 into these three stages allows achieving synchronous operation of all internal FE 200s. 200 between different MUs 100 is predominantly asynchronous, due to the very nature of data transmission. However, with If necessary, it is possible to obtain synchronous operation of several MU 100s, based on a special element and two-phase synchronization method.
На уровне конфигурирования системы всегда используются логические адреса. Трансляция этих адресов в реальные происходит автоматически на этапе отправки конфигурации МУ 100. Свойства 201 и события 202 используются при взаимной работе ФЭ 200, предоставляя интерфейс для этого взаимодействия. Свойства 201 являются приемниками всех приходящих сообщений и хранят пришедшие в сообщениях параметры. Кроме того, свойство может быть привязано к какому-либо порту ввода-вывода 102. В этом случае, чтение/запись свойства 201 приводит к чтению/записи в соответствующий порт в/в 102. At the system configuration level, logical addresses are always used. These addresses are translated into real ones automatically at the stage of sending the configuration of MU 100. Properties 201 and events 202 are used in the mutual operation of FE 200, providing an interface for this interaction. Properties 201 are the receivers of all incoming messages and store the parameters that arrived in the messages. In addition, the property can be mapped to any I / O port 102. In this case, reading / writing property 201 results in reading / writing to the corresponding I / O port 102.
Свойства 201 доступны и чтению/записи из тела функции МУ 100. Таким образом, в функции анализируется пришедшие сообщения 300 и происходит управление портами в/в 102. Значение, хранящееся в свойстве 201 может быть также передано другому ФЭ. В этом случае свойству 201 отправляется так называемая команда пересылки Push. Properties 201 are also available for reading / writing from the body of the MU 100 function. Thus, the received messages 300 are analyzed in the function and the I / O ports 102 are controlled. The value stored in property 201 can also be transferred to another FE. In this case, the so-called Push forwarding command is sent to property 201.
На Фиг. 5 показана схема работы команды Push. Работа команды Push происходит следующим образом. Инициатор пересылки 310 отправляет свойству 201 ФЭ 200 сообщение 330, в теле которого передается два параметра: идентификатор команды Push и АдресПолучателя. При получении такого сообщения 330, свойство 201 отправляет новое сообщение 340 по указанному параметру - АдресПолучателя, подставляя в тело этого сообщения 340 собственное значение, соответствующее свойству 201. Для примера рассмотрим следующую ситуацию. Нам необходимо на устройстве отображения, например, Дисплей (телефона, компьютера, ноутбука и т.п.) отображать температуру, измеряемую устройством Термометр. Период обновления данных необходимо задавать извне. Возможная конфигурация для такой задачи приведена на Фиг. 6. К ФЭ Термометр и Дисплей, добавился элемент Таймер. Этот ФЭ, с периодом указанным в его свойстве Period, генерирует событие OnTime и отправляет команду пересылки Push: [Термометр.Температура] [Push, Дисплей.Гпр : 1 ] . In FIG. Figure 5 shows the operation of the Push command. The work of the Push team is as follows. Forwarding initiator 310 sends message 330 to property 201 ФЭ 200, in the body of which two parameters are transmitted: Push command identifier and Recipient address. Upon receipt of such message 330, property 201 sends a new message 340 according to the specified parameter - Recipient Address, substituting the eigenvalue corresponding to property 201 in the body of this message 340. For example, consider the following situation. We need on the display device, for example, the Display (phone, computer, laptop, etc.) to display the temperature measured by the Thermometer device. The data update period must be set externally. A possible configuration for such a task is shown in FIG. 6. To PV Thermometer and Display, a Timer element has been added. This PV, with the period specified in its Period property, generates an OnTime event and sends a Push transfer command: [Thermometer. Temperature] [Push, Display. Grp: 1].
На Фиг. 7 представлен пример взаимодействия ФЭ Кнопка 410, совмещенного с МУ 400. Пусть нам необходимо при нажатии на кнопку 410 зажигать электрическую лампу (не показана), а при отпускании— гасить. Для решения этой задачи, возьмем два МУ 400 и 500 (Фиг. 8). МУ 400 и 500 полностью одинаковы, за исключением того, что у МУ 400 к портам в/в 420 подключена сама электрическая кнопка 430, а у МУ 500 к портам в/в 520 подключено силовое реле 530, управляющее включением электрической лампы. Создадим в первом МУ 400 ФЭ 410 Кнопка. У ФЭ 410 есть три события 413-415 и два свойства 411- 412. In FIG. Figure 7 shows an example of the interaction of the FE Button 410, combined with the MU 400. Let us, when you press the button 410, turn on an electric lamp (not shown), and when released, turn off. To solve this problem, we take two MU 400 and 500 (Fig. 8). The MU 400 and 500 are completely identical, except that on the MU 400 the electrical button 430 is connected to the I / O ports 420, and on the MU 500 to the I / O ports 520 connected power relay 530, which controls the inclusion of an electric lamp. Create in the first MU 400 FE 410 Button. FE 410 has three events 413-415 and two properties 411-412.
События: Developments:
- при нажатии— OnPress 413, - when clicked - OnPress 413,
- при нажатии— OnRelease 414, - when clicked - OnRelease 414,
- при удержании более определенного времени— OnHold 415. Свойства: - while holding more than a certain time— OnHold 415. Properties:
- время нажатия, после которого кнопка считается удерживаемой - Holdlnterval 411, - time of pressing, after which the button is considered to be held - Holdlnterval 411,
- свойство Value 412, которое выполняет двоякую функцию. - property Value 412, which performs a dual function.
Через свойство 412 ФЭ 410 может опрашивать состояние порта ввода, для определения нажатия/отпускания электрической кнопки 430. Кроме того, с помощью команды Push, значение свойства Value 412 (состояние порта ввода) может быть отправлено стороннему ФЭ. Through property 412, the FE 410 can interrogate the state of the input port to determine the pressing / releasing of the electrical button 430. In addition, using the Push command, the value of the Value 412 property (input port state) can be sent to a third-party FE.
Во втором МУ 500, представленном на Фиг. 8, создадим ФЭ 510 Реле. У данного ФЭ есть только свойства 511-514: In the second MU 500 shown in FIG. 8, create a FE 510 Relay. This PV has only properties 511-514:
- свойство On 511 - включает реле, - property On 511 - turns on the relay,
- свойство Off 512 - выключает реле, - property Off 512 - turns off the relay,
- свойство Change 513 - переключает реле на противоположное. - property Change 513 - switches the relay to the opposite.
- свойство Value 514— аналогично свойству 412 ФЭ 410. - Property Value 514— similar to property 412 of FE 410.
В приведенном примере, силовое реле 530 подключено к порту Р2. На Фиг. 9 показан принцип соединения МУ 400 и 500. В итоге, вся конфигурация сводится к тому, что в свойстве 413 ФЭ 410 Кнопки Модуль 1. Кнопка. On Press указано единственное сообщение [Модуль2.Реле.Оп], а у свойства 414 Мо дуль 1. Кнопка. On Release - [Модуль2.Реле.Огх]. In the above example, the power relay 530 is connected to port P2. In FIG. Figure 9 shows the principle of connecting the MU 400 and 500. As a result, the entire configuration boils down to the fact that in property 413 FE 410 Buttons Module 1. Button. The only message indicated on On Press is [Module2. Relay.Op], while property 414 has Module 1. Button. On Release - [Module2. Relay.Ogh].
Логика работы ФЭ 200 определяется особой функцией main() 203, индивидуальной для каждого ФЭ. В main 203 проверяются значения свойств 201, состояния портов ввода, управление портами вьюода и генерация событий. В приведенных примерах используется С-подобный язык программирования функций. The logic of the FE 200 is determined by a special function main () 203, individual for each FE. In main 203, the values of properties 201, the status of the input ports, are checked, viewport management and event generation. The above examples use a C-like function programming language.
В большинстве случаев эта функция очень проста. Например, функция элемента Реле выглядит так: In most cases, this feature is very simple. For example, the function of a Relay element looks like this:
Реле.тат() Relay.tat ()
{  {
if (On.C hanged) Value = 1;  if (On.C hanged) Value = 1;
if (Off.Changed) Value = 0;  if (Off.Changed) Value = 0;
}  }
Для элемента Кнопка: static int oldValue = Value;  For the Button element: static int oldValue = Value;
КнопкалпйО Button About
{  {
oldValue = Value;  oldValue = Value;
} }
нопка.ташО  nopka.tashO
{  {
if (oldValue != Value)  if (oldValue! = Value)
{  {
if (Value = l)  if (Value = l)
On_Press.Fire();  On_Press.Fire ();
else  else
On_Release.Fire();  On_Release.Fire ();
oldValue = Value;  oldValue = Value;
}  }
}  }
Важным свойством всех ФЭ является произвольность их размещения. Особенно это касается тех ФЭ, которые непосредственно не взаимодействуют с внешним миром. ФЭ могут быть размещены в любых МУ, насколько это позволяет ресурсы, в том числе и на компьютерах/планшетах/телефонах и т.п. Для большинства применений достаточно нескольких базовых типов ФЭ и их комбинаций в виде составных ФЭ. ФЭ базовых типов известны каждому МУ. Кроме того, возможно создание ФЭ с собственной логикой. При создании новой конфигурации часто можно вьщелить несколько ФЭ, реализующих определенную законченную логику, в новую сущность, в некий обобщенный ФЭ, который в дальнейшем можно использовать многократно, уже не задумываясь о его внутренней структуре. Для этого и предназначены композитные (составные) элементы. Другим назначением составных ФЭ является скрытие сложной структуры какого-либо устройства, например, стиральная машина, будет выглядеть в конфигураторе как состоящее буквально из трех-четырех ФЭ: нескольких регуляторов, задающих режимы работы, элемента-кнопки «Пуск» и элемента «Исполнитель». В последнем ФЭ и заложена вся сложная логика, включающая различные последовательности операций и взаимодействие с множеством датчиков и исполнительных механизмов. И все это представлено в виде одного элемента. An important property of all FEs is the arbitrariness of their placement. This is especially true for those FEs that do not directly interact with the outside world. FE can be placed in any MU, as far as resources allow, including on computers / tablets / phones, etc. For most applications, several basic types of PVs and their combinations in the form of composite PVs are sufficient. FE of basic types are known to every MU. In addition, it is possible to create a FE with its own logic. When creating a new configuration, it is often possible to embed several FEs that implement a certain complete logic into a new entity, into a certain generalized FE, which can be used repeatedly in the future, without already thinking about its internal structure. For this, composite (composite) elements are intended. Another purpose of composite PVs is to hide the complex structure of a device, for example, a washing machine, in the configurator will look like literally three or four PVs: several regulators that specify operating modes, an “Start” button element and an “Executor” element. In the last PV, all complex logic is incorporated, including various sequences of operations and interaction with many sensors and actuators. And all this is presented as a single element.
Согласно второму предпочтительному варианту осуществления заявленного изобретения представлена система децентрализованной сети управления множеством устройств. Данная сеть содержит множество устройств, каждое из которых снабжено МУ, каждый из которых содержит ФЭ, порты ввода/вывода, процессор и приемо-передатчик. Каждый ФЭ МУ содержит список именованных входов, содержащих буферы для принятых сообщений, список именованных выходов, содержащих списки сообщений для рассылки, и, по меньшей мере, один из ФЭ МУ представляет, по меньшей мере, одну функцию устройства. Каждый МУ выполнен с возможностью его первоначальной инициализации, генерирования, по меньшей мере, одного ФЭ для управления, по меньшей мере, одной функцией устройства, связанного с МУ, генерирования, по меньшей мере, одного именованного входа для упомянутого, по меньшей мере, одного ФЭ, осуществления генерирования, по меньшей мере, одного именованного выхода, связанного с упомянутым, по меньшей мере, одним именованным входом, связывания, по меньшей мере, одного именованного выхода, по меньшей мере, одного ФЭ с, по меньшей мере, одним именованным входом, по меньшей мере, одного ФЭ, циклического обмена сообщениями, при котором: According to a second preferred embodiment of the claimed invention, a decentralized network management system for a plurality of devices is provided. This network contains many devices, each of which is equipped with MUs, each of which contains PV, I / O ports, a processor, and a transceiver. Each FE MU contains a list of named inputs containing buffers for received messages, a list of named outputs containing lists of messages for distribution, and at least one of the FE MUs represents at least one device function. Each MU is configured to initially initialize it, generate at least one PV for controlling at least one function of the device associated with the MU, generate at least one named input for said at least one PV generating an at least one named output associated with said at least one named input, associating at least one named output of at least one PE with at least one name nnym input, at least one PV, cyclic messaging, comprising:
- передают, по меньшей мере, одно идентификационное сообщение, содержащее, по меньшей мере, адрес получателя— именованного входа ФЭ, от именованного выхода ФЭ; - принимают на именованный вход одного из связанных ФЭ, по меньшей мере, одно идентификационное сообщение; - transmit at least one identification message containing at least the address of the recipient — the named input of the PV, from the named output of the PV; - take at the named input of one of the associated PE, at least one identification message;
- выполняют функцию ФЭ, связанную с упомянутым, по меньшей мере, одним именованным входом ФЭ. - perform the function of the PV associated with said at least one named input of the PV.
Конфигурирование заявленной системы может производиться на любом компьютере или планшете. В конфигураторе возможно редактирование, сохранение, опрос модулей, передача измененной конфигурации в модули. Поиск всех работающих, подключение и авторизация новых устройств. Возможна тестирование и отладка конфигурации в режиме «эмуляции», перед отправкой ее в реальные модули. Все устройства должны быть авторизованы. Весь обмен сообщениями может происходить только между такими устройствами. Это позволит нормально работать нескольким развернутым системам не мешая друг другу. Защита модулей от ошибочного или злонамеренного кода функций элементов происходит на уровне виртуальной машины модуля: The configuration of the claimed system can be performed on any computer or tablet. In the configurator, editing, saving, polling modules, transferring the changed configuration to modules is possible. Search for all working, connecting and authorizing new devices. It is possible to test and debug the configuration in the "emulation" mode, before sending it to real modules. All devices must be authorized. All messaging can only occur between such devices. This will allow several deployed systems to work properly without interfering with each other. Protection of modules from erroneous or malicious code of element functions occurs at the module virtual machine level:
1. Коду любого элемента недоступны никакие данные других элементов. 1. No data of other elements is available to the code of any element.
2. Код не имеет возможности принимать или отправлять сообщения, изменять сообщения в своих свойствах, манипулировать портами ввода/вывода. 2. The code does not have the ability to receive or send messages, change messages in its properties, or manipulate input / output ports.
3. Время работы функции элемента принудительно ограничивается. Это исключает зависания. 3. The operation time of the element function is forcibly limited. This eliminates freezes.
Таким образом, заявленная гибкость настройки архитектуры системы, состоящей из множества устройств, заключается в том, что заявленное изобретение позволяет легко и наглядно задавать логику работы всей системы (без программирования); Thus, the claimed flexibility of configuring the architecture of a system consisting of many devices is that the claimed invention allows you to easily and clearly set the logic of the entire system (without programming);
- добавлять новые устройства, в т.ч. с неизвестным (непредопределенным) заранее функционалом; - add new devices, including with unknown (undefined) pre-functional;
- свободно использовать одни и те же устройства (датчики, исполнительные механизмы) в разных, зачастую логически не связанных между собой подсистемах (например, датчик температуры можно использовать одновременно в системе климат- контроля и пожарной сигнализации) - перераспределять свободные ресурсы (вычислительные, пропускной способности) между устройствами. - it is free to use the same devices (sensors, actuators) in different, often logically unrelated subsystems (for example, a temperature sensor can be used simultaneously in a climate control system and fire alarm) - redistribute free resources (computing, bandwidth) between devices.
Заявленное изобретение может быть широко использовано при автоматизации объектов любого назначения, например, промьппленность, здравоохранение, системы вида умный дом и т.п. The claimed invention can be widely used in the automation of objects of any purpose, for example, industry, healthcare, smart home systems, etc.
Раскрытые в настоящих материалах заявки примеры осуществления заявленного изобретения являются частньши вариантами действительной реализации заявленного способа и системы и не должны трактоваться как исчерпывающие данные, ограничивающие другие, альтернативные варианты реализации заявленного изобретения в рамках сведений, не выходящих за пределы сведений, раскрытых в настоящей заявке, которые должны быть понятны специалистам, обладающими познаниями в данной области техники. The embodiments of the claimed invention disclosed in the present application materials are particular versions of the actual implementation of the claimed method and system and should not be construed as exhaustive data limiting other, alternative embodiments of the claimed invention within the framework of the information that does not go beyond the information disclosed in this application, which should be understood by those skilled in the art.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
1. Способ организации децентрализованной сети управления множеством устройств, при котором, каждое из устройств снабжают модулем управления (МУ), причем МУ содержит функциональные элементы (ФЭ), порты ввода/вывода, процессор и приемо- передатчик, каждый ФЭ МУ содержит список именованных входов, содержащих буферы для принятых сообщений, список именованных выходов, содержащих списки сообщений для рассылки, и, по меньшей мере, один из ФЭ МУ представляет, по меньшей мере, одну функцию устройства, содержащий этапы, на которых: 1. A method of organizing a decentralized control network for a plurality of devices, in which each of the devices is equipped with a control module (MU), and the MU contains functional elements (PV), input / output ports, a processor and a transceiver, each PV of the MU contains a list of named inputs containing buffers for received messages, a list of named outputs containing lists of messages for distribution, and at least one of the FE MU represents at least one device function, containing stages in which:
- осуществляют первоначальную инициализацию каждого МУ; - carry out the initial initialization of each MU;
- осуществляют генерирование, по меньшей мере, одного ФЭ для управления, по меньшей мере, одной функцией устройства, связанного с МУ; - carry out the generation of at least one PV to control at least one function of the device associated with the MU;
- осуществляют генерирование, по меньшей мере, одного именованного входа для упомянутого, по меньшей мере, одного ФЭ; - carry out the generation of at least one named input for said at least one PE;
- осуществляют генерирование, по меньшей мере, одного именованного выхода, связанного с упомянутым, по меньшей мере, одним именованным входом; - carry out the generation of at least one named output associated with said at least one named input;
- осуществляют связывание, по меньшей мере, одного именованного выхода, по меньшей мере, одного ФЭ с, по меньшей мере, одним именованным входом, по меньшей мере, одного ФЭ, - carry out the linking of at least one named output of at least one PE to at least one named input of at least one PE,
- циклически осуществляют обмен сообщениями, при котором: - cyclically carry out messaging, in which:
- передают, по меньшей мере, одно идентификационное сообщение, содержащее, по меньшей мере, адрес получателя— именованного входа ФЭ, от именованного выхода ФЭ; - transmit at least one identification message containing at least the address of the recipient — the named input of the PV, from the named output of the PV;
- принимают на именованный вход одного из связанных ФЭ, по меньшей мере, одно идентификационное сообщение; - take at the named input of one of the associated PE, at least one identification message;
- выполняют функцию ФЭ, связанную с упомянутым, по меньшей мере, одним именованным входом ФЭ. - perform the function of the PV associated with said at least one named input of the PV.
2. Способ по n.l, отличающийся тем, что идентификационное сообщение содержит дополнительно параметры, связанные с именованным выходом другого, по меньшей мере, одного ФЭ. 2. The method according to n.l, characterized in that the identification message further comprises parameters associated with the named output of another at least one PV.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что ФЭ, выбираются из группы: выключатель, кнопка, реле, коммутатор, таймер, датчик, логический элемент, буфер (повторитель), компаратор, арифметический элемент или их сочетания. 3. The method according to claim 1, characterized in that the PV are selected from the group: switch, button, relay, switch, timer, sensor, logic element, buffer (repeater), comparator, arithmetic element, or combinations thereof.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один ФЭ является составным и содержит несколько ФЭ. 4. The method according to claim 1, characterized in that at least one PV is composite and contains several PV.
5. Способ по п.4, отличающийся тем, что логика работы составного ФЭ определяется логикой ФЭ, входящих в его состав, и связями между ними. 5. The method according to claim 4, characterized in that the logic of the operation of a composite PV is determined by the logic of the PV included in its composition, and the relationships between them.
6. Система децентрализованной сети управления множеством устройств, содержащая множество устройств, каждое из которых снабжено модулем управления (МУ), причем МУ содержит функциональные элементы (ФЭ), порты ввода/вывода, процессор и приемо-передатчик, каждый ФЭ МУ содержит список именованных входов, содержащих буферы для принятых сообщений, список именованных выходов, содержащих списки сообщений для рассылки, и, по меньшей мере, один из ФЭ МУ представляет, по меньшей мере, одну функцию устройства, причем каждый МУ выполнен с возможностью его первоначальной инициализации, генерирования, по меньшей мере, одного ФЭ для управления, по меньшей мере, одной функцией устройства, связанного с МУ, генерирования, по меньшей мере, одного именованного входа для упомянутого, по меньшей мере, одного ФЭ, осуществления генерирования, по меньшей мере, одного именованного выхода, связанного с упомянутым, по меньшей мере, одним именованным входом, связывания, по меньшей мере, одного именованного выхода, по меньшей мере, одного ФЭ с, по меньшей мере, одним именованным входом, по меньшей мере, одного ФЭ, циклического обмена сообщениями, при котором: 6. A decentralized control network system for a plurality of devices, comprising a plurality of devices, each of which is equipped with a control module (MU), wherein the MU contains functional elements (PV), input / output ports, a processor and a transceiver, each PV of the MU contains a list of named inputs containing buffers for received messages, a list of named outputs containing lists of messages for distribution, and at least one of the FE MU represents at least one device function, and each MU is configured to about the initial initialization, generating at least one PV for controlling at least one function of the device associated with the MU, generating at least one named input for said at least one PV, generating, at least one named output associated with said at least one named input, associating at least one named output of at least one PV with at least one named input of at least onePE, cyclic messaging, in which:
- передают, по меньшей мере, одно идентификационное сообщение, содержащее, по меньшей мере, адрес получателя— именованного входа ФЭ, от именованного выхода ФЭ; - transmit at least one identification message containing at least the address of the recipient — the named input of the PV, from the named output of the PV;
- принимают на именованный вход одного из связанных ФЭ, по меньшей мере, одно идентификационное сообщение; - выполняют функцию ФЭ, связанную с упомянутым, по меньшей мере, одним именованным входом ФЭ. - take at the named input of one of the associated PE, at least one identification message; - perform the function of the PV associated with said at least one named input of the PV.
7. Система по п.1, отличающаяся тем, что идентификационное сообщение содержит дополнительно параметры, связанные с именованным выходом другого, по меньшей мере, одного ФЭ. 7. The system according to claim 1, characterized in that the identification message further comprises parameters associated with the named output of another at least one PV.
8. Система по п.1, отличающаяся тем, что ФЭ, выбираются из группы: вьшлючатель, кнопка, реле, коммутатор, таймер, датчик, логический элемент, буфер (повторитель), компаратор, арифметический элемент или их сочетания. 8. The system according to claim 1, characterized in that the PV are selected from the group: switch, button, relay, switch, timer, sensor, logic element, buffer (repeater), comparator, arithmetic element, or combinations thereof.
9. Система по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один ФЭ является составным и содержит несколько ФЭ. 9. The system according to claim 1, characterized in that at least one PV is composite and contains several PV.
10. Система по п.9, отличающаяся тем, что логика работы составного ФЭ определяется логикой ФЭ, входящих в его состав, и связями между ними. 10. The system according to claim 9, characterized in that the logic of the operation of a composite PV is determined by the logic of the PV included in its composition and the relationships between them.
PCT/RU2015/000448 2015-07-14 2015-07-14 Method and system for decentralized control of plurality of devices WO2017010904A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2015/000448 WO2017010904A1 (en) 2015-07-14 2015-07-14 Method and system for decentralized control of plurality of devices

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2015/000448 WO2017010904A1 (en) 2015-07-14 2015-07-14 Method and system for decentralized control of plurality of devices

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017010904A1 true WO2017010904A1 (en) 2017-01-19

Family

ID=57758091

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2015/000448 WO2017010904A1 (en) 2015-07-14 2015-07-14 Method and system for decentralized control of plurality of devices

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2017010904A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108153158A (en) * 2017-12-19 2018-06-12 美的集团股份有限公司 Switching method, device, storage medium and the server of household scene

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006097575A1 (en) * 2005-03-17 2006-09-21 Innohome Oy Accessory controlling and tracking the operation of household appliances and entertainment equipment
RU2372636C2 (en) * 2004-05-05 2009-11-10 Фега Грисхабер Кг Process control system automatic configuration method and process control system
WO2013017363A1 (en) * 2011-08-03 2013-02-07 Alcatel Lucent A method, a system, a server, a control element, a computer program and a computer program product for operating a power grid having decentralized control elements

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2372636C2 (en) * 2004-05-05 2009-11-10 Фега Грисхабер Кг Process control system automatic configuration method and process control system
WO2006097575A1 (en) * 2005-03-17 2006-09-21 Innohome Oy Accessory controlling and tracking the operation of household appliances and entertainment equipment
WO2013017363A1 (en) * 2011-08-03 2013-02-07 Alcatel Lucent A method, a system, a server, a control element, a computer program and a computer program product for operating a power grid having decentralized control elements

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Umny dom-sistema EUB", KOMPANIIA LUXZ, 2012, pages 1 - 3, XP055346592, Retrieved from the Internet <URL:http://web.archive.org/web/20121215113630/http://luxz.ru/home-eib.html> [retrieved on 20160328] *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108153158A (en) * 2017-12-19 2018-06-12 美的集团股份有限公司 Switching method, device, storage medium and the server of household scene

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10277417B2 (en) Control system, control apparatus and control method with input-only communication frame
CN110582732B (en) Open architecture industrial control system
EP2188953B1 (en) Real-time industrial ethernet ethercat communication control
CN111034128B (en) Control system and control device
CN104976402B (en) System and method for control valve
TW200827958A (en) Devices, systems, and methods regarding a PLC
Berger Automating with STEP 7 in STL and SCL: SIMATIC S7-300/400 programmable controllers
JP2010537296A (en) Control node and control unit
US10649820B2 (en) Method of managing event generation for an industrial controller
Cengic et al. On formal analysis of IEC 61499 applications, Part A: Modeling
Peniak et al. Open communication protocols for integration of embedded systems within Industry 4
WO2017010904A1 (en) Method and system for decentralized control of plurality of devices
JPWO2008146477A1 (en) PLC with communication function
Horálek et al. Lower layers of a cloud driven smart home system
Merz et al. Dynamic redeployment of control software in distributed industrial automation systems during runtime
Regulin et al. Enabling flexible automation system hardware: Dynamic reconfiguration of a real-time capable field-bus
Conte et al. Building simulation/emulation environments for home automation systems
US20140129017A1 (en) Event management
Blume et al. An OPC-UA based approach for dynamic-configuration of security credentials and integrating a vendor independent digital product memory
CN114245978B (en) Host device, operation processing device, controller, network system, and method
Atmojo et al. Towards an OPC UA Compliant Programming Approach with Formal Model of Computation for Dynamic Reconfigurable Automation Systems
Gong et al. Reliability analysis of software defined wireless sensor networks
Cruz et al. Adaptability in IEC 61499-Based distributed control for automation applications
Moreno et al. Distributed implementation of discrete event control systems based on Petri nets
Wu et al. End-to-end delay evaluation of industrial automation systems based on EtherCAT

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15898406

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATE 4.5.2018)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15898406

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1