Control modules in the 'Intelligent building' system

Andrey Alyoshintsev, Natalia Mokrova, and Alexander Sak*

Moscow State University of Civil Engineering, Yaroslavskoe shosse, 26, Moscow, 129337, Russia

Abstract

The relevance of the article consists on the use of telemetry control modules to organize the uninterrupted operation for dispatching service,including remote work. Thanks to telemetric means of dispatching control and management of the conditions of water supply facilities, the process is reaching a new qualitative level. The functionality of the water intake unit has been significantly improved as a result of the introduction of a telemetry and telecontrol system in the form of separate technological modules. The developed modules provide additional functions for water quality control,including residual chlorine, accounting for a number of random pollution factors in addition to the route technology of the dispatching system; remote control of executive mechanisms with the possibility of automatic control; self-diagnostics of the software and hardware complex, as well as planning of preventive and repair work of engineering systems.

The results of water quality on-line monitoring by using a telemetry module in the chlorination room automatically providing the optimal ratio of chlorine added to the water are presented.

1 Introduction

An intelligent building (IB) is a system of design, organizational, engineering, technical and software solutions that provide a flexible and efficient technology for servicing a building that meets the needs of the XXI century, in compliance with modern technologies. [1] Water Quality Monitoring (WQM) is a cost-effective and efficient system designed to monitor drinking water quality which makes use of Internet of Things (IoT) technology. In this paper, the proposed system consists of several sensors to measure various parameters such as pH-value, the turbidity of the water, level of water in the tank, temperature and humidity of the surrounding atmosphere. Also the Microcontroller Unit (MCU) is interfaced with these sensors and further processing is performed at Personal Computer (PC). [14]

Modules automate the work of the station, by reducing the number of accidents at sites and by increasing work efficiency.

Research and analysis of existing life support systems of IB is relevant, since the system achieves:

-the ability to control and automatically regulate complex life support networks, consisting of many parts;

- ensuring the operability of this system in the specified modes of the environment; -providing functional dependence of individual parts of the system on each other; - ensuring the maximum possible use of third-party (various) resources, for example, in alternative energy, using reference sets (packages) of parameters. [7] The control of the flow rate of the liquid entering the control and measuring tank using various flow meters, as well as the control of the liquid supply and the regulator is detailed in the source [2]

When creating automated dispatch control and management systems, great importance is paid to water quality, for example, such an issue as electro hydro-impulse cleaning of hot and cold water supply systems, radiators and boilers. [4]

In dispatching, a lot of basic actions that are the implementation of technological processing operations are well known. They are determined by the range of manufactured products and their routing technology. In turn, the set of auxiliary actions is not known in advance and depends on a number of factors associated with the main actions and resources of computer-integrated production. [6]

2 Methods

2. 1. Automated system of dispatch control and managementASDCM WIU (water intake unit) is intended for collecting, processing, archiving and transmitting data to the central dispatching point (DP) of information about the parameters of operating modes and the state of energy metering devices and engineering systems of the VCU facility.

The dispatch service controls the continuity of supply with the elimination of accidents while providing water supply,sewerage, power supply to the 'IB' facilities.

Many works have been devoted to the control and distribution of water supply in the city, for example (the city of Santiago de Chile [11], the city of Barcelona-Spain [12] )

2.2 The dosing system of the automated series ASDGN for disinfection of drinking water

Chlorination is a common disinfection method in water treatment. This method can be converted into an advanced oxidation process by incorporating UV irradiation during watertreatment. [8]

The use of the Automated System for Dosing Sodium Hypochlorite (ASDSN) made it possible to organize a local control room (LCR) with a reflection of the disinfection process on a mnemonic diagram of a personal computer monitor in real time.

Dosing complex is a set of equipment responsible for supplying a certain amount of chemical agents at a certain time interval.

The agent dosing complex has the main task of automatically measuring the required amount of reagent, which should be used for water purification, using chemical reagents. Many of these installations consist of several mandatory metering pumps that are metering (which task is to introduce the exact amount of reagent into the water) and control units (control the operation of the entire system), as well as a metering pump. These blocks are comprised of automated control slots. They have a user-friendly interface, thanks to which the necessary parameters are configured and set conveniently and easily. The required settings must be specified during the installation of the system

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“智能楼宇”系统中的控制模块

安德烈·阿廖申采夫，纳塔莉亚·莫克罗娃和亚历山大萨克*,莫斯科国立土木工程大学, 雅罗斯拉夫斯科, 26, 莫斯科, 129337, 俄罗斯

摘要

本文的相关性在于使用遥测控制模块来组织调度服务的不间断操作，包括远程工作。由于采用遥测手段对供水设施状况进行调度控制和管理，该过程达到了一个新的质量水平。由于引入了独立技术模块形式的遥测和遥控系统，进水装置的功能得到了显着改善。开发的模块为水质控制提供了附加功能，包括余氯，除调度系统路由技术外，还考虑了多项随机污染因素；远程控制执行机构 ，具有自动控制的可能性；

介绍了通过在加氯室中使用遥测模块自动提供最佳氯添加到水中的比例的水质在线监测结果。

简介

智能建筑 (IB) 是一个由设计、组织、工程、技术和软件解决方案组成的系统，它提供灵活高效的技术来为满足二十一世纪需求的建筑提供服务，并符合现代技术。[1] 水质监测 (WQM) 是一种经济高效的系统，旨在利用物联网 (IoT) 技术监测饮用水质量。在本文中，所提出的系统由多个传感器组成，用于测量各种参数，例如 pH 值、水的浊度、水箱中的水位、周围大气的温度和湿度。微控制器单元 (MCU) 也与这些传感器连接，并在个人计算机 (PC) 上执行进一步的处理。[14]

模块通过减少现场事故数量和提高工作效率，使车站的工作自动化。鉴于该系统的实现，IB现有生命支持系统的研究和分析是相关的,控制和自动调节由许多部分组成的复杂生命支持网络的能力；确保该系统在特定环境模式下的可操作性；- 提供系统各个部分之间的功能依赖性；确保最大限度地利用第三方（各种）资源，例如，在替代能源中，使用参数的参考集（包）。 使用各种流量计对进入控制和测量罐的液体流量的控制，以及对液体供应和调节器的控制在来源[2]中有详细说明。

在创建自动调度控制和管理系统时，非常重视水质，例如，冷热水供应系统、散热器和锅炉的电水力清洗等问题。[4]

在调度中，很多基本动作是技术处理操作的执行，是众所周知的。它们由制成品的范围及其路由技术决定。反过来，辅助动作的集合是事先不知道的，并且取决于与计算机集成生产的主要动作和资源相关的许多因素。[6]

种方法

2.1 调度控制与管理自动化系统

ASDCM WIU（取水单元）旨在收集、处理、归档和传输数据到中央调度点 (DP)，其中包含有关操作模式参数以及 VCU 设施的能量计量设备和工程系统状态的信息。

调度服务在为“IB”设施提供供水、污水、电力供应的同时，控制供应的连续性，消除事故。

许多工作致力于城市供水的控制和分配，例如（智利圣地亚哥市 [11]、西班牙巴塞罗那市 [12]）

2.2 自动化系列 ASDGN 饮用水消毒加药系统

氯化是水处理中常用的消毒方法。通过在水处理过程中加入紫外线照射，这种方法可以转化为高级氧化工艺。[8]

使用次氯酸钠自动给药系统 (ASDSN) 可以组织一个本地控制室 (LCR)，并在个人计算机显示器的助记符图表上实时反映消毒过程。

加药综合体是一套设备，负责在一定的时间间隔内提供一定量的化学药剂。

药剂计量复合体的主要任务是使用化学试剂自动测量所需的试剂量，该试剂应用于水净化。

其中许多装置由几个强制性计量泵组成，这些计量泵正在计量（其任务是将准确量的试剂引入水中）和控制单元（控制整个系统的操作），以及一个计量泵。

这些块由自动控制槽组成。它们具有用户友好的界面，因此可以方便、轻松地配置和设置必要的参数。在安装系统时必须指定所需的设置，但有时需要对其进行调整。在控制单元中提供了在必要时调整设定参数的这种可能性。

该系统设计用于对从自流井中获得并进一步送入分配网络的水进行可靠和长时间的消毒。

消毒过程的基础是活性氯的工作剂量，它保证了在氯与水接触期间对处理水中大肠杆菌的破坏具有适当的杀菌作用。

在饮用水处理厂中，通常使用 Cl 2 、ClO 2或 NaOCl 试剂进行氯化消毒。[9]

工作剂量的确定由说明书规定；确定工作剂量的频率由国家标准规定。测定余氯的接触时间由卫生法规规定。

活性氯的工作剂量（D） 定义为活性氯（KCL）的比值，克。到进水的流量（体积）（P），m ²：

D = KCL/P (1)

因此，所需的活性氯量由以下比率决定：

KCL = D bull;P (2)

在这个公式中，D 是一定时期内的常数值。P是由流量计确定的值。公式 (2) 清楚明确地规定了构建氯消毒工艺流程的方案（参见图 1。），它允许水与氯的接触正常化。

图 1解冻过程框图

其中 S 是水源；P——水流量计；B - 确定 K CL 值的计算器；D是加药装置，执行计算器的命令，将指定的K CL 引导到管道中；

E为试剂储存容量；BC是确定实际消耗量KCL的装置；CC是设定流量KCL与实际流量KCL的比较图；

CL 是余氯分析仪（或滴定）。

2.3 复杂的工作

该系统的设备（见图2）分散在水泵站（WPS）的领土上。位于 WPS 领土上的物体，其中安装了综合体的设备，包括：

• 直接在WPS 站安装了一台个人计算机（PC）和流量计，用于确定从井中流入PWR 的水流量。
• 纯水蓄水池（PWR），带有内置液位计，用于确定蓄水池中的水位。
• 次氯酸钠加药室，按照工艺
• 方案，次氯酸钠储存并分部分供应给CWR供水管道。
• 入口管道上的腔室，喷嘴安装在腔室中，次氯酸钠通过该腔室给药。

设备按以下顺序运行（图 2）。从运输罐中，次氯酸钠 (HH) 被泵入储罐 (1)。次氯酸钠从储罐通过泵 (2) 泵入安装在秤上的供应罐 (4)。

图 2. WPS 中次氯酸钠加药装置的流程图

消耗品容器已准备好使用。计量泵 (3) 在计算机和控制器的控制下，将次氯酸钠从其每个容器中泵入向 PWR 供水的管道中。每条 LP 供应管线上安装两个计量泵。

为了保持 LH 供应管线的正常工作，计量泵会定期切换。在“设置”菜单中设置的时间到期后进行切换。

其余时间，给药过程是自动的。每个消耗品容器都位于电子秤上。

天平连续监测供应给管道的次氯酸钠量（以克为单位），并将此信息发送到控制器，然后从那里发送到个人计算机。

计量泵根据来自控制器的指令运行。如果其中一个发生故障，计量泵会相互复制。向管道和注射喷嘴供应次氯酸钠的管线也是重复的。

2.4 计算所需的次氯酸钠量

计算供应给管道的次氯酸钠所需量的过程在选定的几分钟内循环发生。时间段（周期）由操作员选择并在“设置”菜单中设置。每次循环注入每条管道的次氯酸钠量由计量泵的冲程数提供，由以下公式确定：

Ps = (WD WF x 1000)/MCH DPC (3)

式中 Kx 为泵冲程数，WD为工作剂量，mg/l，WF为水流量，立方米。m/循环（根据流量计的读数），MCH是一升次氯酸钠中活性氯的质量数，g/l，DPC是分配泵的容量，ml/冲程。

图 3分配模块

，其中重量GNch是所采用循环中重量读数的变化，以克为单位，MP是次氯酸钠的质量数，(g/l)，PV ch 是水的流量，m ^{2 . .}米/周期。

差AWD减去余氯表示氯的吸收量，单位为 mg/L。余氯由滴定法测定。井水对氯的吸收是永久性的和暂时的。

因此，AWD决定了余氯量，其稳定的维护保证了余氯的稳定维护。为了调整工作剂量，设置中引入了所谓的技术因素 (TF)，允许您在小范围内对其进行校正。

2.5 综合体的自动控制

综合体的控制系统由以下模块组成：

• 个人电脑
• 剂量控制器
• 秤的二次测量传感器
• 泵 HCM 和通风的控制单元
• 与电源和稳定装置协调的机柜

点胶模块的大致组成如图 3 所示

控制器（图 4）由一组模块组成。控制器模块由MCU（M）模块控制，其中嵌入了控制程序，并通过DB-9 RS-232连接器连接调试计算机（如果需要）。

2-RS 模块从流量计接收有关进水量的信号，4-RS 通过 RS-485 通道与个人计算机通信。

PC 安装在 IPS 操作员站中。

计量室包含综合体的仪器和设备：控制器、计量泵、秤的二次测量传感器、与电源匹配的柜子、泵控制单元和自动电源。

控制器设计用于接收来自设备和传感器的信号，对其进行处理，与 PC 通信并向计量泵发出控制信号。

这里介绍的方法基于一系列测试以及空间模型 (SM) 和时间序列模型 (TSM) 的组合使用，这些模型应用于用于实时监测和感器。空间模型基于系统不同变量之间的物理关系（例如液压系统中的流量和液位传感器），而时间序列模型基于测量变量的时间冗余（这里基于 Holt-Winters（HW ) 时间序列模型[13]。

所有现有网络都是根据“主从”原则构建的协议。

控制器包括几个测量通道，这些通道从主要传感器收集信息，将其转换并传输到控制中心 (CP)，以及从 CP 向执行器广播命令。通信通过专用物理线路、无线电信道、城市自动电话交换机的交换信道、移动通信信道等进行。

该综合体由控制器和PC自动控制。

水表安装在管道上。来自流量计测量进水量的信号不断地馈送到控制器和 PC。

2.6嵌入式模块。

氯化模块。

水的氯化是防止有机沉积物的预防措施。它的持续时间和循环之间的间隔取决于水中微生物的数量及其对氯的抵抗力。用气态氯进行氯化。水的氯化不仅可以减少冷凝器的生物污染，还可以减少技术供水路径的所有设备和管道的生物污染。以相对较低的成本，漂白剂用于水的氯化。[10]

为了确保氯进入水中的最佳比例，在氯化室中引入了一个模块。因此，水净化过程是自动化的。以下是一段开发的代码，模块通过它执行其工作。

第3章 讨论

试剂投加过程的自动化有助于减少其消耗，改善处理后的水质，并方便服务人员的工作。[3]

在处理饮用水时，对诸如试剂计量、试剂与水混合、过滤速率调节、水的氯化、氨化和臭氧化等过程的自动化控制是绝对必要的，因为通过手动控制，这些过程的所需精度基本上是不可能的。[5]

该模块使工作站的工作自动化。减少设施事故的数量，提高工作效率，最重要的是，水得到了更好的净化。借助远程机械，为设备提供新设备，以下操作是可能的：自动监控、警告信号、资源记帐信息的收集、通信通道的诊断。

第4章 结论

实施的遥测模块允许自动化站的工作。结果，减少了设施事故的数量，提高了工作效率，最重要的是，水得到了更好的净化。模块中的每个控制器都针对特定任务进行配置，这使系统成为最佳系统，因为它是考虑到净化系统的特定状态而形成的。并且使用所提出的监测和传输数据的方法允许对通信通道进行连续诊断，所有系统的可操作性，并且无需每次都直接派专家到对象：远程执行设备的参数化和校准。限制水平和操作模式的快速设置使得灵活管理生产过程成为可能，根据不断变化的任务重新配置它。此外，整修工作正在进行中。

参 考

1. AV Alyoshintsev，PA Kholodkov， “T-Comm智能建筑：电信和运输”建设中使用的主要技术概述，根据第 3 分部 STC“信息社会技术”有限责任公司的结果发布的特刊《ID Media Publisher》，（Part-2），No. S2. 2009，莫斯科，俄罗斯（2009）
2. MA Kornipaev, AI Sergeev, LV Galina, DA Proskurin,流量、压力和液位的自动控制：奥伦堡州立大学教科书，EBS ASV，俄罗斯奥伦堡 (2016)
3. EE Arkhipova, DS Aleshko, EV Dunaevskaya，新水处理技术在项目框架内的应用“哈巴罗夫斯克市供水系统的扩建和重建（第二阶段）水净化。水处理。供水. 2018. No. 3 (123), 莫斯科, 俄罗斯, (2018)
4. AR Denisova，D.Yu。帕诺夫，市政机构在科学与实践创新方面的节能措施研究。根据第八届国际科学与实践会议资料收集的文章。分 5 部分。2018. pp. 57-60.，莫斯科，俄罗斯，（2018 年）
5. Yu.V. Bolotova，OI Ruchkinova，俄罗斯水资源管理综合体 (VHK) 的主要问题及其借助计算机技术在自动化和调度的帮助下在彼尔姆国立研究理工大学公报中的解决方案。电气工程、信

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