控制空間狀態的系統與方法
2023-07-22 02:16:16 1
專利名稱：控制空間狀態的系統與方法
一般而論，本發明涉及對影響著表徵控制空間中工作環境的諸參數的設備的控制;更確切地說，本發明涉及一種多形態形式的分布控制系統，用於將工作環境確定為多個控制空間狀態的函數。
用於環境控制、照明、安全、娛樂、負載/能量等控制、和為之編定程序的協調管理，以及對住宅、建築物與類似空間所用的這類裝置與器件排定作業計劃，長期以來就成為節能、改進安全性和擬實現其它利益時所追求之目標。在開發用於在商業建築中實現這些目的的裝置和系統方面，已取得了很大進展。
為了達到上述種種目的，業已存在有供住宅用的周知的屬於家庭自動化的許多系統與方法。但是，這類系統與方法主要見於極為昂貴之住宅中。至於為普通家庭用的此類系統提供需求與市場，則幾乎沒有成效與進展。其理由之一是，現行可利用的系統相當複雜與價昂，要求戶主或者有足夠的財富和對此種系統有較大的興趣，願聘用專家對之進行設計、安裝與維護，或者具有充分的技術知識與興趣來自己做到這些。
上述系統通常對各個戶主各有其習慣的設計形式。新近，已作過多種嘗試，來設計較為通用的家庭自動化系統。然而這樣的系統一般所根據的設計準則，是必須在初始結構之上共軸地安裝上超結構(即特殊的線路、傳感器、控制器與起動器)。這就顯著地增大了基礎房舍的費用，而這是多數顧客屆時不願意支付的。此種方法的另一個缺點是要求單獨的一名安裝人員熟悉該系統的各個方面，包括諸如HVAC供暖、通訊與供冷)裝置、照明控制裝置、安全裝置、語音與數據通信裝置以及文如設施等等。在傳統上，這類裝置與設施都是由基本上互不聯繫的獨立安裝人員，通過各自的渠道來處理的。最後，由於上述異見的理由，這樣的方法與系統是不適合於從事翻新改進之市場所需的。
鑑於上述諸類問題，本發明的申請人對住宅自動化提出了有所不同的解決方法，它所根據的多形態系統概念類似於操縱目標定向數據處理系統中的數據時所用到的概念。這種方法涉及到把住宅中的環境控制功能與裝置分成若干個邏輯組，各個組處於共同的控制下並能以獨立的常規方式起作用，但卻可同為便利用戶和編定程序而提供協調控制的狀態向量控制器進行通信。各個運行環境控制器與狀態向量控制器間的通信是通過一條頗為簡單的通信總線進行的。這樣，申請人儘量縮小或克服了住宅/建築物自動化方面在先有技術方法中存在的許多固有困難。
儘管申請人的此項發明是聯繫住宅自動化系統來描述的，但應指出這一發明的適用範圍是更為廣泛的。從它的最廣泛意義上講;本發明是一種有著廣闊應用面的多形態分配控制系統，包括(但不局限於)除住宅與建築物環境控制之外的製造與工業過程。為此，這裡所用到的控制空間、狀態向量、工作環境、控制功能等一類詞彙是取它們的廣義意義，而不限定於具體的實施例。
本申請人的發明，是用於把一控制空間的工作環境，作為任意多個控制空間狀態的一個函數予以控制的系統與方法，這裡的每個狀態，是由具有表示多個子狀態的狀態向量表示的。多個獨立的各能影響表徵工作環境的參數的工作環境控制器，存儲成組的、可為狀態向量信號存取的可訪問控制功能，從而使公共狀態向量信號能使這些工作環境控制器以不同的方式起作用，以在控制空間中實現一整體式工作環境。
上述可訪問的控制功能組，每個均可包括一幾維控制功能矩陣，此矩陣的各維對應於狀態向量信號的一個分量。這些個工作環境控制器可以是能在缺乏可識別狀態向量信號條件下進行常規的自主工作的控制器。為了能由一簡單的通信總線於狀態向量控制器和這批工作環境控制器之間進行通信，即使在不了解系統中其它工作環境控制器或後者之間有相互影響的條件下，也能在此總線上連接上另外的工作環境控制器。
下面簡述本發明的附圖。
圖1顯示了本申請人的發明在住宅自動化方面的概念;
圖2是用來具體實施圖1中的概念的系統的框圖;
圖3較詳細地顯示了適用於圖2中之系統的環境控制裝置;
圖4是可存儲於圖2框圖所示環境控制裝置中的可訪問控制功能矩陣的例子;
圖5是可存儲於圖2框圖所示照明控制裝置中的可訪問控制功能之矩陣的例子。
現來描述本發明的最佳實施例。
在圖1的概念圖中，由標號11-14標明的橢圓形表示對可以表徵住宅工作環境的各種參數的控制。儘管這裡是把住宅用於說明目的，但申請人的此種概念可普遍適用於各式樣的其它建築物以及一般的分配控制系統。
橢圓形15表示對控制11-14執行協調作用的控制功能。在控制11-14的每一個與協調控制15之間的雙向箭頭16表明其間存在著通信。在各個控制11-14之間不存在此種箭頭說明在這些控制之間不允許直接通信。正如從後面討論中可以理解到的。此種布置之主要目的在於排除控制衝突的可能性。在圖1所示的例子中，控制11-14的影響的參數分別包括HVAC環境、安全性、文娛與照明。
由橢圓形17所表示的程序控制對所有的控制11-14都起作用，因而是通過協調控制器15來提供。類似地，為橢圓形18表示的語音通信也會對全部控制11-14起作用，故仍是通過協調控制器15來提供的。
圖1之系統概念的典型實施方式由圖2中的框圖中形式顯示，其中標號20表示通信總線，它在多個工作環境控制器21-24與管理這些工作環境控制器的狀態向量控制器之間提供通信，並能執行某些其它功能。為了提供所要求的這種通信，可以採用眾多的周知通信總線中的任意一種。數據傳輸要求是非常一般的，這樣可以採用較簡單的總線。特別適用於上述功能的總線設計可詳見於DavidMyers的美國專利申請，序號(1991年12月20日提出)，題為「ADCBalanced4B/8BBinaryBlockCodeForDigitalDataCommunication」，該項申請已轉讓給本申請的受讓人。
具體示明在圖2框圖中的工作環境控制器包括-HVAC環境控制器21、安全系統控制器22、文娛系統控制器23及照明控制器24。控制器21-24的每一個均能按常規方式自主工作，但還能在狀態向量控制器25的集中指導工作，以與其它工作環境控制器一致起作用，從而實現所需的總的控制環境。如後面還會談到的，當總線20上缺乏可識別的信號時，每一個這樣的工作環境控制器均能象一個通常獨立的控制器那樣工作。
能夠實現各種HVAC環境控制功能且能在前述之專利申請中所述的總線上進行通信的一種恆溫器，在JamesRatz、RobertSchnell與DanielUhrich提交的美國專利申請，序號題為「CommunicatingThermostat」(1991年12月20日提交)以及JamesRatz與RobertSchnell提交的美國專利申請，序號題為「CommunicatingThermostat」(1991年12月20日提出)中已有描述，此兩項申請均已轉讓給本申請的受讓人。但應指出，儘管上述以「通訊式恆溫器」(CommunicatingThermostat)為題的專利申請涉及的恆溫器能在總線上按照要求通信，但按照本申請之系統與方法所需卻是以其它的方式來進行的。
與HVAC環境控制器21相關聯的箭頭26表明，這一控制器能響應一外部信號(例如可為供應電力、煤氣或其它形式能量之公用設備所傳輸的信號)進行負載管理。26所標示的負載管理信號可以用於控制器21或是卸載或是其它能量用途管理目的，並可以經總線20供應給狀態向量控制器25，控制器25可為照明控制器24等提供能量管理指令。
相反，根據具體的系統結構，也可先將一負載管理信號供給狀態向量控制器25，然後控制器25給控制器21與24發出適當的命令。
類似地，所示的安全控制器22與箭頭27相聯，表明能與一外部的安全管理程序進行通信。當控制器22作為一獨立的控制器工作時，可利用該通信能力，該通信能力也可為圖2的整個系統與一外部的安全管理程序間通信起到通路的作用。
狀態向量控制器25可包括一顯示板和/或鍵盤，用來顯示狀態的信息、傳感的參數值與控制器工作參數等，並用來接收各類命令或指令。如標號28所標明的，此顯示板和/或鍵盤亦可位於控制器25之外，同樣能通過一外部通信線路接收信息和/或命令與提供信息。
標號30指示一程序控制器，它用來安排系統的運行並安排各個工作環境控制器的運行。儘管程序控制器30被顯示成獨立於裝置的形式，但它可在實體上被包含到狀態向量控制器25中。
標號31表示一語音通信控制器，通過它可以提供或接收用於各種目的的語音通信。語音通信的典型功能在於提供語音，提醒在系統中進行遠程編程序或改變它在系統其它部位的程序。
圖4闡明了一種HVAC環境控制器40，它有一與通信總線的連接件41和一連通到外部負載管理源的連接件42。控制器40給HVAC裝置提供一工作點信號，以通過獨立運行或與其它控制器共同工作，來影響控制空間中的HVAC環境。控制器40有一鍵盤44，用來輸入調整點，依照與常規可編程序恆溫器類似的方式安排和編定程序。如圖所示，控制器40還有一顯示盤46，用來顯示傳感參數、裝置運行參數與編程設計信息。
通過這裡給出的多形態控制系統概念的實施例，用戶可以極其順利地操作本申請人的系統。為了在住宅中實現多個所需的工作環境中的任意個，用戶只須輸入一個或一組命令，例如可啟動一標有「已佔用」之鈕，或啟動標有「有佔用」和「無負效應」兩種鈕，或啟動標有「離去」與「避免浪費」兩種鈕。這些個輸入由控制器25變換為狀態向量信號，並經總線20通至各個與此總線相連的工作環境控制器。正如下面所要描述的，每個工作環境控制器以其自身方式對狀態向量信號作出反應，但是與其它工作環境控制器相配合地來實現所需的總的工作環境。
為了實現這種運行，只須在每個工作環境控制器中存儲一組可為狀態向量信號存取的可訪問控制功能。這組可訪問控制功能可包括由這些功能構成的一個n維矩陣，其中的每一維對應於此狀態向量信號的一獨立分量。這樣，在各個工作環境控制器中，狀態向量信號標明位於該控制功能矩陣中指明地址處的控制功能。由此，僅根據控制功能矩陣在工作環境控制器中的排列形式，一個公用的狀態向量信號就能啟動多個獨立的控制功能。
通過加入用於其他工作環境參數的控制器，或者是更換上一個能力更強的工作環境參數，這一系統就能擴大，或能由此改變確定了的工作環境。例如，一種HVAC工作環境控制器或有充分控溫本領的恆溫器，是可以代之以一種有能力在不同區域獨立控制溫度與溼度的同類裝置的。各個控制器都將對同一狀態向量信號作出響應，而各個控制器都將根據其自身能力作出響應來實現一相應於例如佔有者「離去」，「避免浪費」的已接受命令的工作環境。
圖5闡明了可存儲於例如圖2控制器21的那種HVAC工作環境控制器中的控制功能矩陣。這一矩陣被顯示為三維矩陣形式，沿著它的三個獨立方向分配著與狀態向量信號的分量相對應的空間佔用值、空間能量耗用值以及空間急緊事故值。如圖4中所能看到，在矩陣的前排地址中示明了典型的控制功能。類似的控制功能可安排在前排後面的矩陣排中。應該指出，其中有些地址可以空缺，它們相當于禁用的狀態向量或控制功能。
當狀態向量控制器不能提供狀態向量信號或僅僅提供了不完全的狀態向量信號，或是當工作環境控制器不能識別狀態向量信號時，此種控制器則返回到缺席模式，在此模式它根據預定的控制功能工作。例如，HVAC環境控制器可以回復到根據與「佔用」、「無節餘」與「無事故」相應的控制功能進行工作。
圖5示明了可以存儲於照明控制器24中的控制功能三維矩陣。注意到相同的狀態向量信號對於兩種控制會得出完全不同的控制功能。但是這兩種控制器卻協調地工作，以在控制空間中實現統一的總的工作環境。
儘管為了說明的目的，示明並描述了本申請人的發明的特定實施方案，但在不脫離本申請人的目的與技術公開的情況下，那些在與此相關技術中具有一般知識的人顯然是可以提出各式各樣之其它實施例的。本發明的涉及範圍應不受所示實施例之限，而僅僅由後附權利要求書確定。
權利要求
1.一種系統，它藉助於響應於從這些控制空間狀態導出的工作點信號的單獨可控裝置，把控制空間中的工作環境作為多個控制狀態的任意個的函數而予以控制，此系統包括一種狀態向量控制器(25)，用來提供表示任意多個控制空間狀態的任意個的狀態向量信號；多個工作環境控制器(21-24)，用來為影響表徵此控制空間的工作環境參數的裝置提供工作點信號，至少在所述多個工作環境控制器的第一工作環境控制器(21，22)中，存儲有一組可為一狀態向量信號存取的可訪問控制函數(圖4，圖5)，並可根據其進行工作以為與所述第一工作環境控制器相關聯的裝置提供一第一工作點信號；通信裝置(20)，它與所述狀態向量控制器(25)及所述多個工作環境控制器(21-24)相連，用來將狀態向量信號至少輸送給所述第一工作環境控制器(21，22)。
2.如權利要求1所述的系統，其中所述工作環境控制器包括一第二工作環境控制器(22，21)，其中存儲為一組能為一狀態向量信號存取的可訪問控制功能(圖4，圖5)，此第二工作環境控制器(22，21)被連接成能接收為所述狀態向量控制器(25)提供的狀態向量信號;同時所述第一與第二工作環境控制器(21，22)中的可訪問控制功能組(圖4，圖5)得到適當排列，以使一公用的狀態向量信號能導致所述兩工作環境控制器提供這樣的工作點信號，該信號所具有的值能引起與主相關的裝置在一體化的方式下起作用。
3.如權利要求2所述的系統，其中存儲於第一與第二工作環境控制器(21，22)中的可訪問控制功能組(圖4，圖5)各包括由控制功能組成的n維矩陣(圖4與5中的三條軸線);這種狀態向量信號構成控制功能地址，這些地址具有對應於n維矩陣(圖4與5中的三條軸線)的各維的分量。
4.如權利要求3所述的系統，其中在第一與第二工作環境控制器(21，22)中的可訪問控制功能矩陣(圖4與5的三條軸線)的第一維(水平軸線)反映了空間佔有變量;在第一與第二工作環境控制器(21，22)中的可訪問控制功能矩陣的第二維(垂直軸線)反映了一種空間能量耗用量變量。
5.如權利要求4所述的系統，其中所述狀態向量控制器(25)包括輸入裝置，它能讓用戶以對其有利的條件來規定至少某些與此控制空間有關的變量;所述向量控制器(25)可有效地響應所規定的空間變量來提供一狀態向量信號。
6.如權利要求5所述的系統，其中使所述狀態向量控制器(25)的輸入裝置能符合用戶要求的第一變量以及在所說第一與第二工作環境控制器(21，22)中的可訪問控制功能矩陣(圖4與5)的第一維(水平軸線)包括從包含「已佔用」、「全已入睡」、「離去」、「空出」與「關閉」的組中選出的空間佔用值;使所述狀態向量控制器(25)的輸入裝置能符合用戶要求的第二變量以及在所說第一與第二種工作環境控制器(21，22)中可訪問控制功能矩陣(圖4與5)的第二維(垂直軸線)包括從包含「無節餘」、「無負效應」、「避免浪費」與「最大節省」的組中選出的空間能量耗用值。
7.如權利要求6所述的系統，其中在所述第一與第二工作環境控制器(21，22)中的可訪問控制功能矩陣具有一第三維(對角軸線)，它所反映的空間緊急事故變量選自下述的一組值「無事故」、「火」、「盜」、「醫療」、「高溫」、「低溫」、「漏水」與「漏煤氣」。
8.如權利要求7所述的系統，其中第一和第二工作環境控制器分別用於HVAC和照明控制。
9.如權利要求8所述的系統，其中所述多個工作環境控制器(21-24)中至少有一個能有效地提供第一工作點信號，該信號對於任何在狀態向量信號中未識別的分量具有從對應於從預定狀態向量分量識別的地址分量的控制功能導出的值。
10.如權利要求9所述的系統，其中所述多個工作環境控制器(21，22，23，24)中至少有一個能有效地提供第一工作點信號，該信號在缺乏一狀態向量信號時，具有從對應於預定狀態向理的控制功能所導出的值。
11.如權利要求10所述的系統，其中所述多個工作環境控制器(21，22，23，24)中至少有一個能有效地產生出第二工作點信號，這些信號所分別具有值能分別導致所述裝置中的預定幾個裝置去實現為此裝置影響之工作參數所需的值;有選擇地用此第二工作點信號來代替供給於這些裝置中的預定的幾個的第一工作點信號。
12.用來將一控制空間中的工作環境，作為多個控制空間狀態的任意個的函數，並藉助於根據這些控制空間狀態導出的工作點信號確定所述工作環境的一種方法，此方法包括下述步驟為多個能分別有效地影響多個表徵一控制空間的工作環境的各個裝置，提供一組可訪問的控制功能(圖4與5)，各個裝置中此組可訪問功能有存在於只屬於該裝置的一工作環境控制器(21，22，23，25)中;提供表示一多形的命令組的一命令組信號，該命令組表示此控制空間的多個預定狀態中的任意個，這一命令組信號對應於可訪問的控制功能地址(圖4與5)，能有效地使有關裝置在上述空間中實現根據命令所形成的工作環境;把具有由對應於上述命令組信號的可訪問控制功能(圖4與5)確定的值的第一工作點信號提供給分別與這組可訪問控制功能相關聯的裝置。
13.如權利要求12所述的方法，其中提供一組可尋址控制功能(圖4與5)的所述步驟包括提供可訪問控制功能的一個n維矩陣，而所述命令組信號對應於在n維矩陣的各維中均有分量的地址。
14.如權利要求13所術的方法，其中可訪問控制功能(圖4與5)的第一與第二矩陣存在於第一與第二工作環境控制器(21與22)中，用於分別影響此控制空間之第一與第二工作參數的第一與第二裝置;而所述第一與第二矩陣(圖4與5)各有反映空間佔有變量的第一維(水平軸線)，此第一維則與對應於所述命令組信號的地址的第一分量相關聯。
15.如權利要求14所述的方法，其中所述可訪問控制功能的第一與第二矩陣(圖4與5)各有一反映空間能量耗用變量的第二維(垂直軸線)，此第二維與對應於所述命令組信號的地址的第二分量相關聯。
16.如權利要求15所述的方法，其中所述第一與第二矩陣(圖4與5)的第一維(水平軸線)所包括的空間佔有值選自下述的一組值「已佔有」、「全已入睡」、「離去」、「空缺」與「關閉」;所述第一與第二矩陣(圖4與5)的第一維(垂直軸線)所包括的空間能量耗用值選自下述的一組值「無節餘」、「無負效應」、「避免浪費」與「最大節省」。
17.如權利要求16所述的方法，其中所述可訪問控制功能的第一與第二矩陣(圖4與5)各有一反映空間緊急事故變量的第三維(對角軸線)，此變量所取的值選自下述的一組值「無事故」、「火」、「盜竊」、「醫療」、「高溫」、「低溫」、「漏火」與「漏煤氣」。
18.如權利要求17所述的方法，其中第一與第二工作環境控制器(21與24)分別被用來給HVAC與照明控制裝置提供工作點信號。
19.如權利要求18所述的方法，它還包括這樣的步驟為所述命令組信號中任何未確定的分量提供第一工作點信號，該信號所具有的值則與為預定地址分量所識別的地址相對應。
20.如權利要求19所述的方法，它還包括有這樣的步驟在缺乏一命令組信號時提供第一工作點信號，該信號所具有的值與前述之控制矩陣(圖4、5)中預定的地址相對應。
21.如權利要求20所述的方法，其中還包括有如下步驟產生一與所述命令組信號相對應的地址信號，此地址信號規定出一個地址，而其中之地址分量數則等於任一所說n維矩陣(圖4、5)的最大維數;提供第一工作點信號，該信號所具有的值與前述地址信號所規定的地址相對應。
22.如權利要求21所述的方法，其中還包括如下步驟產生第二工作點信號，它們各自所具有的值能有效地使有關裝置中的預定幾個來使受其影響的參數的達到所希望的值;有選擇地用此第二工作點信號來代替供給所述幾個預定裝置的第一工作點信號。
23.如權利要求22所述的方法，其中包括有如下步驟為在所述命令組信號中未能識別的任意地址分量提供第一種工作點信號，後者所具有的值與預定之地址分量識別的地址相對應。
24.如權利要求23所述的方法，其中包括有如下步驟在缺乏命令組信號時，提供第一種工作點信號，後者所具有的值與可尋址控制功能矩陣(圖4與5)中的預定地址相對應。
25.如權利要求13所述的方法，其中還包括有如下兩個步驟產生一與所述命令組信號相對應的地址信號，此地址信號規定出一地址，其中的地址分量數等於任一述及之n維矩陣(圖4與5)的最大維數;提供第一工作點信號，後者所具有的值對應於為此地址信號所規定的地址。
26.如權利要求25所述的方法，它還包括如下的步驟產生第二工作點信號，它們分別具有的值可有效地使有關裝置中的預定幾個使受其影響的參數達到所希望的值;有選擇地用此第二組工作點信號來代替供給於上述預定幾個裝置的第一工作點信號。
27.如權利要求26所術的方法，其中包括有用來給HVAC裝置供給工作點信號的工作環境控制器。
28.在下述系統內的一種方法，此系統藉助於能各自根據一工作點信號來影響一獨立工作參數的多個不同的可控制裝置，在一控制空間中確定出種種工作參數;所述方法被用來整體式地控制上述參數，以根據對用戶有利的命令組來實現此控制空間中多個預定工作狀態中的任意個，它包括以下步驟提供多個工作環境控制器(21-24)，每個均用來給影響此控制空間中的一個工作參數的獨立裝置提供一工作點信號，每一個這種工作環境控制器(21-24)都根據一地址信號來提供一第一工作點信號，後者所具有的值從存儲於工作環境控制器(21，22，23，24)中的一組可訪問控制功能導出;給這些工作環境控制器(21-24)提供地址信號，此地址信號對應於這樣一個命令組信號，該命令組信號所表示的一多形態命令組指明多個控制空間狀態中的任意個，這一地址信號還明確了可訪問控制功能的地址，從中導出的工作點信號能有效地促使與這批工作環境控制器有關的裝置以整體化的方式起作用，使此控制空間實現在所接受命令下形成的工作環境。
29.如權利要求28所述的方法，其中存儲於所述多個工作環境控制器(21-24)內的可尋址控制功能組的排列可使一公用的命令組信號能在所有的工作環境控制器(21-24)中選址，並有效地導致所述多個裝置以整體化的方式起作用，以在此控制空間中實現被命令指定的工作環境。
30.如權利要求29所述的方法，其中至少所述多個工作環境控制器的第一工作環境控制器(21)包括輸入裝置(40)，它允許用戶對於為該第一工作環境控制器(21)控制的裝置所影響的參數明確一個所希望的值，且此第一工作環境控制器(21)能有效地提供一第二工作點信號來代替第一工作點信號。
31.如權利要求30所述的方法，其中至少存儲於所述第一工作環境控制器(21)中的可訪問控制功能組是可訪問控制功能的一個n維矩陣(圖4)，所述地址信號規定一地址，該地址所具有的分量對應於此n維矩陣(圖4)中的各維。
32.如權利要求31所述的方法，其中所述可訪問控制功能的n維矩陣(圖44)的第一維(水平軸線)反映一空間佔用變量;所述可訪問控制功能的n維矩陣(圖4)的第二維(垂直軸線)則反映一空間能量耗用變量。
33.如權利要求32所述的方法，其中所說的可訪問控制功能的n維矩陣(圖4)的第三維(對角軸線)反映一空間緊急事故變量。
34.如權利要求33所述的方法，其中所述第一工作環境控制器(21)能有效地給HVAC控制裝置提供工作點信號。
全文摘要
居住用建築物的環境控制系統，其中的工作環境根據為一狀態向量所表示的多個建築物狀態中的任意個而予以控制。在多個獨立工作的控制器中含有存儲好的可訪問控制功能組，後者則可為前述狀態向量存取。這一批控制器根據所訪問的控制功能，為影響工作環境參數的裝置產生工作點信號。
文檔編號G08B25/00GK1075369SQ9211464
公開日1993年8月18日 申請日期1992年12月19日 優先權日1991年12月20日
發明者理察·W·吉迪英斯, 洛伊德·A·拉什爾, 拉理·L·斯特裡克勒, 奧託·馮·德霍夫 申請人:洪尼維爾有限公司