IT202100018986A1 - Real-time control system distributed over a continental geographical area, used for monitoring and automatic control of the drinking water distribution network - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE TECNICA DELLA INVENZIONE TECHNICAL DESCRIPTION OF THE INVENTION
Titolo Title
Sistema real-time distribuito su area geografica di tipo continentale, utilizzato per il monitoraggio ed il controllo automatico della rete di distribuzione dell?acqua potabile. Real-time system distributed over a continental geographical area, used for monitoring and automatic control of the drinking water distribution network.
Settore Tecnico Della Invenzione Technical sector of the invention
La presente invenzione rientra nell?ambito dei sistemi distribuiti per acquisizione dati da sensori remoti, e controllo real-time di attuatori anch?essi remoti, dislocati su area geografica di tipo continentale. The present invention falls within the field of distributed systems for acquiring data from remote sensors, and real-time control of actuators which are also remote, located over a geographical area of the continental type.
Stato Dell?Arte State of art
Allo stato attuale dello sviluppo tecnologico, molti sistemi di utilit? generale sono di fatto sistemi fisici distribuiti su di una area geografica molto estesa (regionale e/o continentale), e.g. sistemi per la captazione e la distribuzione dell?acqua potabile; impianti per la raccolta e la depurazione delle acque reflue; ecc. At the current state of technological development, many utility systems? in general they are in fact physical systems distributed over a very large geographical area (regional and/or continental), e.g. systems for the collection and distribution of drinking water; systems for the collection and purification of waste water; etc.
Ad oggi il funzionamento di tali sistemi viene monitorato ricorrendo a tecnologie di vario genere, generalmente non integrate tra loro. Ad esempio, la rilevazione del consumo di acqua ad uso domestico viene spesso effettuata tramite contatori di tipo meccanico, come descritto nel documento EP 0 943 898 A3, oppure tramite dispositivi che, almeno in parte, automatizzano il processo di lettura delle misure effettuate da un generico contatore, come indicato in US 7768424 B2, in cui viene descritto un metodo per trasferire dati da un ?utility meter? - e.g. un contatore del consumo di acqua ad uso domestico ? ad un dispositivo elettronico utilizzabile da un operatore umano. Un altro esempio di dispositivo adatto a trasmettere, verso un sito remoto, le misure eseguite da uno ?smart meter? viene descritto in GB 2034882. Si nota altres? che sono gi? presenti sul mercato vari dispositivi per la misurazione del consumo di acqua ad uso domestico dotati di una interfaccia utilizzabile per accedere al valore della misura tramite dispositivi elettronici. To date, the functioning of these systems is monitored using technologies of various kinds, generally not integrated with each other. For example, the measurement of water consumption for domestic use is often carried out using mechanical meters, as described in document EP 0 943 898 A3, or via devices which, at least in part, automate the process of reading the measurements made by a generic meter, as indicated in US 7768424 B2 , which describes a method for transferring data from a ?utility meter? - e.g. a domestic water meter? to an electronic device usable by a human operator. Another example of a device suitable for transmitting, to a remote site, the measurements performed by a ?smart meter? is described in GB 2034882. It is also noted? what are they already? There are various devices on the market for measuring water consumption for domestic use equipped with an interface that can be used to access the measured value via electronic devices.
Tale eterogeneit? di dispositivi, e metodologie di accesso alle misure, rende impossibile il monitoraggio in tempo reale del funzionamento dell?intero sistema di distribuzione della acqua potabile, come pure il rilevamento di malfunzioni o di frodi. Anche la riconfigurazione del sistema, in conseguenza di variazioni nelle condizioni operative, e.g. presenza di un guasto in uno o pi? punti della rete di distribuzione dell?acqua, risulta essere spesso non eseguibile da remoto. Non sembrano neppure disponibili sistemi in grado di rilevare in modo automatico la presenza di guasti, e.g. perdite di acqua a seguito di rotture della tubatura, oppure di frodi. Such heterogeneity? of devices, and methodologies of access to the measures, makes it impossible to monitor in real time the functioning of the entire drinking water distribution system, as well as the detection of malfunctions or frauds. Even the reconfiguration of the system, as a result of changes in operating conditions, e.g. presence of a fault in one or more? points of the water distribution network, is often not executable remotely. Nor do systems capable of automatically detecting the presence of faults, e.g. water leaks as a result of broken pipes or fraud.
Sembrano anche non disponibili sistemi in grado di integrare tra loro sensori che volgono funzioni eterogenee ma correlate, e.g. un dispositivo in grado di acquisire i dati relativi ai consumi idrici domestici e nello stesso tempo eseguire misurazioni di parametri utilizzabili per monitorare la qualit? dell?acqua potabile. There also seem to be no available systems capable of integrating sensors that perform heterogeneous but correlated functions, e.g. a device capable of acquiring data relating to domestic water consumption and at the same time performing measurements of parameters that can be used to monitor water quality? of drinking water.
Il sistema di controllo, oggetto della presente invenzione, grazie alla sua elevata configurabilit?, ed al fatto di poter essere equipaggiato con sensori e attuatori di vario genere tra loro eterogenei, generalmente impiegati in ambito industriale, consente di monitorare e gestire in tempo reale, autonomamente, o tramite intervento di un operatore umano, il funzionamento del sistema di distribuzione dell?acqua potabile, indipendentemente dalle dimensioni dell?area geografica di interesse. Pi? in generale, il sistema di controllo, oggetto della presente invenzione, consente di monitorare e gestire ? con un elevato grado di automazione - un sistema fisico distribuito su una area geografica molto vasta, tramite l'impiego di sensori ed attuatori eterogenei, consentendo quindi la gestione integrata di sistemi oggi indipendenti. The control system, object of the present invention, thanks to its high configurability, and to the fact that it can be equipped with heterogeneous sensors and actuators of various kinds, generally used in the industrial field, allows to monitor and manage in real time, autonomously, or through the intervention of a human operator, the functioning of the drinking water distribution system, regardless of the size of the geographical area of interest. Pi? in general, the control system, object of the present invention, allows to monitor and manage ? with a high degree of automation - a physical system distributed over a very large geographical area, through the use of heterogeneous sensors and actuators, thus allowing the integrated management of today independent systems.
Obiettivi Di Questa Invenzione Objectives Of This Invention
Al momento, per quanto a conoscenza dell?autore della presente invenzione, non risulta disponibile un sistema centralizzato (e.g. a livello Europeo) per il monitoraggio/controllo dell?uso della risorsa idrica. At present, as far as the author of the present invention is aware, a centralized system (e.g. at European level) for monitoring/controlling the use of water resources is not available.
Altro aspetto di non minore importanza, ? il fatto che non sono attualmente installati sistemi per il monitoraggio in tempo reale della qualit? della acqua che viene distribuita agli utenti. Ci?, di conseguenza, espone gli utenti al rischio di utilizzare acqua contaminata. Contaminazione che pu? avere origine anche da agenti patogeni introdotti intenzionalmente, o per vie naturali, andando in tal modo incontro a possibili gravi conseguenze di carattere sanitario. Another aspect of no less importance, ? the fact that systems for real-time monitoring of the quality are not currently installed? of the water that is distributed to users. This consequently exposes users to the risk of using contaminated water. Contamination that can? also originate from pathogens introduced intentionally, or by natural means, thus facing possible serious consequences of a health nature.
Molti sistemi oggi esistenti, volti a monitorare i parametri legati alla qualit? dell?acqua potabile, sono spesso costituiti da dispositivi elettronici non accessibili da remoto. Inoltre, per lo pi?, ciascuno di essi ? esplicitamente sviluppato in relazione al sensore al quale ? collegato. Si tratta quindi di dispositivi con poca o scarsa flessibilit? in relazione ai sensori che possono essere ad essi interfacciati, ed alla accessibilit? delle misure da questi eseguite. Many systems that exist today, aimed at monitoring the parameters related to quality? of drinking water, often consist of electronic devices that cannot be accessed remotely. Also, mostly, each of them is explicitly developed in relation to the sensor to which ? connected. So these are devices with little or no flexibility? in relation to the sensors that can be interfaced to them, and the accessibility? of the measures they performed.
Uno degli obbiettivi della presente invenzione ? quello di fornire un sistema che superi i limiti delle attuali realizzazioni. Il sistema realizzato, e che viene qui descritto, si compone dei seguenti tre elementi: One of the objectives of the present invention ? that of providing a system that overcomes the limits of current achievements. The system created, and which is described here, consists of the following three elements:
? Uno o pi? dispositivi detti unit? remote (1), localizzati nelle immediate vicinanze degli impianti controllati, o nell?area in cui si trovano i sensori/attuatori che essi gestiscono. Tale dispositivo elettronico (1), in grado di connettersi con sensori di diverso genere, e di controllare attuatori di vario tipo tramite interfacce a basso assorbimento di energia, sfrutta la tecnologia delle reti per telecomunicazioni (terrestri o satellitari) per lo scambio di messaggi con un centro di controllo remoto (2). La unit? remota (1) ? in grado di acquisire dati sia da sensori elettronici tipicamente usati in campo industriale (e.g. sonde per la misura del pH; sensori per la misura di umidit?; ecc.), che da contatori di eventi di tipo meccanico (e.g. contatori utilizzati per la misura dei consumi domestici di acqua potabile). La unit? remota (1) ? in grado di comandare degli attuatori (e.g. elettrovalvole) direttamente, oppure tramite l?interposizione di un opportuno dispositivo adattatore, generalmente utilizzato in campo industriale, e.g. teleruttore. La unit? remota (1) inoltre esegue propri metodi, allo scopo di implementare localmente una prima logica di gestione dei dati acquisiti dai sensori, e/o per il controllo degli attuatori ad essa collegati; ? One or more? devices called units? remote (1), located in the immediate vicinity of the controlled systems, or in the area where the sensors/actuators they manage are located. This electronic device (1), capable of connecting with sensors of various kinds, and of controlling actuators of various types via low energy absorption interfaces, exploits the technology of telecommunications networks (terrestrial or satellite) for exchanging messages with a remote control center (2). The unit remote (1) ? capable of acquiring data both from electronic sensors typically used in the industrial field (e.g. probes for measuring pH; sensors for measuring humidity; etc.), and from mechanical type event meters (e.g. meters used for measuring domestic consumption of drinking water). The unit remote (1) ? capable of controlling actuators (e.g. solenoid valves) directly, or through the interposition of a suitable adapter device, generally used in the industrial field, e.g. contactor. The unit remote (1) also performs its own methods, for the purpose of locally implementing a first management logic of the data acquired by the sensors, and/or for the control of the actuators connected to it;
? Un centro di controllo (2), in cui risiedono il database (3) relativo alle unit? remote (1), ed il software per la gestione automatizzata dell?intero sistema, e.g. acquisizione ciclica di dati dalle unit? remote (1) e memorizzazione degli stessi nel database (3). Tale software implementa anche le funzioni necessarie a permettere ad un operatore umano di eseguire operazioni su qualsiasi unit? remota (1), mediante l?invio di comandi verso di essa, e la ricezione dei corrispondenti messaggi di risposta; ? A control center (2), where the database (3) relating to the units resides? remote (1), and the software for the automated management of the entire system, e.g. cyclical acquisition of data from the unit? remote (1) and storing them in the database (3). This software also implements the functions necessary to allow a human operator to perform operations on any unit? remote (1), by sending commands to it, and receiving the corresponding response messages;
? Un database (3), implementato nell?ambito del software del centro di controllo (2), che viene continuamente aggiornato, sia con i dati riguardanti la configurazione delle unit? remote (1), che con i dati inerenti le misure da queste eseguite. In esso viene anche tenuta traccia di tutte le attivit? svolte dal sistema nel suo complesso, mediante l?uso di file di log; ? A database (3), implemented within the software of the control center (2), which is continuously updated, both with the data regarding the configuration of the units? remote (1), and with the data relating to the measurements performed by them. It also keeps track of all activities? performed by the system as a whole, through the use of log files;
Il sistema implementa inoltre le seguenti funzionalit?: The system also implements the following features:
? Acquisizione ciclica automatizzata delle misure prodotte da tutti i sensori integrati nel sistema. Tale funzionalit? ? implementata tramite l?interazione tra il centro di controllo (2) e le unit? remote (1) appartenenti al sistema descritto in questo documento. Pi? precisamente, il centro di controllo (2), utilizzando le informazioni memorizzate nel suo database (3), ciclicamente stabilisce delle connessioni (e.g. TCP-IP) temporanee con le unit? remote (1) ed acquisisce i dati generati dai sensori ad esse connessi; ? Automated cyclic acquisition of the measurements produced by all the sensors integrated in the system. This functionality? ? implemented through the interaction between the control center (2) and the units? remote (1) belonging to the system described in this document. Pi? precisely, the control center (2), using the information stored in its database (3), cyclically establishes temporary connections (e.g. TCP-IP) with the units? remote (1) and acquires the data generated by the sensors connected to them;
? Controllo automatizzato degli attuatori integrati nel sistema, basato sulle misure prodotte dai sensori afferenti il sistema fisico che si vuole controllare. Ciascuna unit? remota (1) ? equipaggiata con una scheda elettronica a microprocessore, che esegue delle specifiche funzioni al fine di gestire la circuiteria della unit? remota (1) inclusi i sensori e gli attuatori ad essa connessi. A tale scopo l?unit? remota (1) ? dotata di una propria base dati ? come indicato in Fig 7 parti 4.5 e 4.6 - il cui scopo ? anche quello di definire le azioni da attuare sulla base delle misure che vengono acquisite, come indicato in Fig 9; ? Automated control of the actuators integrated in the system, based on the measurements produced by the sensors relating to the physical system to be controlled. Each unit? remote (1) ? equipped with a microprocessor electronic card, which performs specific functions in order to manage the circuitry of the unit? remote (1) including the sensors and actuators connected to it. To this end, the unit? remote (1) ? Does it have its own database? as indicated in Fig 7 parts 4.5 and 4.6 - whose purpose ? also that of defining the actions to be implemented on the basis of the measures that are acquired, as indicated in Fig 9;
? Flessibilit? rispetto ai tipi di sensori/attuatori che possono essere integrati nel sistema connettendoli alla unit? remota (1). Tale flessibilit? ? ottenuta grazie alla elevata configurabilit? delle interfacce di cui ? dotata l?unit? remota (1), superando uno dei limiti dei dispositivi gi? esistenti; ? Flexibility? compared to the types of sensors/actuators that can be integrated into the system by connecting them to the unit? remote (1). Such flexibility? ? obtained thanks to the high configurability? of the interfaces of which ? equipped with the unit? remote (1), exceeding one of the limits of the devices already? existing;
? Gestione della rete per la distribuzione dell?acqua potabile in funzione dello stato globale della rete stessa, deducibile dalle misure acquisite dai sensori integrati nel sistema di controllo oggetto della presente invenzione. Esempio: riconfigurazione generale della rete di distribuzione dell?acqua potabile in presenza di guasti multipli; ? Management of the network for the distribution of drinking water according to the global state of the network itself, which can be deduced from the measurements acquired by the sensors integrated in the control system object of the present invention. Example: general reconfiguration of the drinking water distribution network in the presence of multiple faults;
? Ottimizzazione dell?utilizzo della risorsa idrica in relazione alla richiesta globale della stessa, deducibile dalle misure acquisite in tempo reale; ? Optimization of the use of the water resource in relation to the global demand for it, which can be deduced from the measurements acquired in real time;
Ulteriori funzionalit? che il sistema implementa, tramite la unit? remota (1), sono: More features? that the system implements, through the unit? remote (1), are:
? Esecuzione in tempo reale di comandi inviati da un operatore umano verso le unit? remote (1); ? Real-time execution of commands sent by a human operator to the units? remote(1);
? Comunicazione tra centro di controllo (2) ed unit? remote (1) facenti parte del sistema, basata sullo scambio di messaggi che avviene secondo regole definite da un protocollo di comunicazione specifico, che include la possibile cifratura dei messaggi scambiati; ? Communication between control center (2) and unit? remote (1) forming part of the system, based on the exchange of messages which takes place according to rules defined by a specific communication protocol, which includes the possible encryption of the exchanged messages;
? Localizzazione geografica di ciascuna delle unit? remote (1) e sincronizzazione delle stesse con l?ora UTC; ? Geographic location of each of the units? remote (1) and synchronization of the same with the UTC time;
? Esecuzione, in corrispondenza di uno specifico orario, di attivit? definite in anticipo, mediante caricamento nella memoria della unit? remota (1) di una lista di comandi ad esecuzione posticipata. Ci? consente di effettuare azioni sincrone su pi? unit? remote (1), e.g. misurazioni sincrone dei flussi idrici nella rete di distribuzione, al fine di rilevare eventuali malfunzioni nel sistema monitorato e.g. perdite di acqua nella rete di distribuzione, utilizzando specifici algoritmi implementati nel centro di controllo (2), che includono il grafo della rete di distribuzione dell?acqua; ? Execution, at a specific time, of activities? defined in advance, by loading in the memory of the unit? remote (1) of a list of late-running commands. There? allows you to perform synchronous actions on pi? unit? remote (1), e.g. synchronous measurements of water flows in the distribution network, in order to detect any malfunctions in the monitored system e.g. water losses in the distribution network, using specific algorithms implemented in the control center (2), which include the graph of the water distribution network;
Questi obiettivi vengono raggiunti con la presente invenzione, che consiste in un sistema realtime idoneo a realizzare una infrastruttura in grado di monitorare e/o controllare, in modo autonomo, o su intervento di un operatore umano, il funzionamento del sistema di distribuzione dell?acqua potabile, o in generale, di un sistema fisico distribuito su una area geografica di tipo continentale. These objectives are achieved with the present invention, which consists of a real-time system suitable for realizing an infrastructure capable of monitoring and/or controlling, autonomously, or with the intervention of a human operator, the operation of the water distribution system drinking water, or in general, of a physical system distributed over a geographical area of the continental type.
Tale sistema di controllo, pensato per monitorare e controllare in real-time un sistema del tipo indicato prima, ovvero quello della distribuzione dell?acqua potabile, deve intendersi comunque di uso pi? generale, essendo in grado di acquisire e monitorare dati provenienti da qualsiasi sistema fisico, ed eventualmente di intervenire sul funzionamento di quest?ultimo tramite attuatori opportunamente connessi al sistema controllato. This control system, designed to monitor and control in real-time a system of the type indicated above, i.e. that of the distribution of drinking water, must in any case be understood to be of more use? general, being able to acquire and monitor data from any physical system, and possibly to intervene on the functioning of the latter through actuators suitably connected to the controlled system.
Altri esempi di possibili applicazioni di tale sistema sono il monitoraggio delle acque reflue, oppure dello stato delle acque dei fiumi/laghi, ma anche il monitoraggio di parametri relativi alle condizioni atmosferiche di un intero continente, tramite l?acquisizione di misure ottenibili da sensori comunemente utilizzati nel settore industriale. Other examples of possible applications of this system are the monitoring of waste water, or the state of the waters of rivers/lakes, but also the monitoring of parameters relating to the atmospheric conditions of an entire continent, through the acquisition of measurements obtainable from sensors commonly used in the industrial sector.
Aspetti Generali. General aspects.
Viene qui di seguito fornita una descrizione pi? dettagliata della invenzione in modo da permettere a coloro che lo desiderano, e che sono in possesso delle necessarie competenze, di costruire ed utilizzare tale sistema. A more detailed description is provided below. detailed description of the invention so as to allow those who desire it, and who are in possession of the necessary skills, to construct and use such a system.
Alcune modifiche appariranno immediate, alle persone che hanno competenze nel settore a cui questa invenzione appartiene, senza che ci? comporti un allontanamento dalle caratteristiche della invenzione rivendicate in questo documento. Di conseguenza la presente invenzione non deve considerarsi limitata agli scopi indicati, ma, altres?, deve considerarsi riguardante anche tutte quelle applicazioni che impieghino i criteri ed i principi definiti in essa. Some changes will appear immediate, to people who have skills in the sector to which this invention belongs, without us? involves a departure from the features of the invention claimed herein. Consequently, the present invention must not be considered limited to the purposes indicated, but, likewise, it must also be considered to concern all those applications which employ the criteria and principles defined therein.
L?invenzione riguarda un sistema distribuito di acquisizione dati e controllo di attuatori remoti in tempo reale altamente configurabile, operante su area geografica di tipo continentale. Tale sistema si compone di tre elementi, ovvero, una o pi? unit? remote (1), un centro di controllo (2), ed un database (3). Tale sistema utilizza la tecnologia delle reti per telecomunicazioni, terrestri e/o satellitari, per lo scambio di messaggi tra le unit? remote (1) ed il centro di controllo (2), ed implementa un metodo che consente di determinare eventuali anomalie nella rete di distribuzione dell?acqua, i.e. perdite di acqua dovute a guasti o frodi. The invention relates to a highly configurable distributed system for data acquisition and control of remote actuators in real time, operating on a continental geographical area. This system consists of three elements, that is, one or more? unit? remote (1), a control center (2), and a database (3). This system uses the technology of telecommunications networks, terrestrial and / or satellite, for the exchange of messages between the units. remote (1) and the control center (2), and implements a method that allows to determine any anomalies in the water distribution network, i.e. water losses due to breakdown or fraud.
Descrizione della Unit? Remota. Description of the Unit? Remote.
Al fine di agevolare la comprensione della presente invenzione, viene fornita, qui di seguito, una descrizione particolareggiata degli elementi del sistema e del loro funzionamento, iniziando dalla unit? remota (1). In order to facilitate the understanding of the present invention, a detailed description of the elements of the system and their operation is provided below, starting from the unit? remote (1).
La unit? remota (1), e di conseguenza il sistema cui essa appartiene, ? in grado di acquisire dati sia da sensori di tipo analogico (e.g. sonde per la misura del pH, sensori per la misura della umidit?, della temperatura, ecc.) che da sensori di stato (e.g. sensori on/off). La unit? remota (1) ? altres? in grado di acquisire dati anche da sensori contatori di eventi (e.g. contatori di tipo meccanico utilizzati per la misura dei consumi domestici di acqua potabile), e di comandare attuatori esterni (e.g. elettrovalvole; teleruttori; ecc.) tramite apposita interfaccia elettronica o elettromeccanica. Pi? in dettaglio essa, l?unit? remota (1), si compone dei seguenti blocchi funzionali: The unit remote (1), and consequently the system to which it belongs, ? capable of acquiring data both from analog sensors (e.g. probes for measuring pH, sensors for measuring humidity, temperature, etc.) and from status sensors (e.g. on/off sensors). The unit remote (1) ? otherwise? capable of acquiring data also from event counter sensors (e.g. mechanical counters used to measure domestic consumption of drinking water), and to control external actuators (e.g. solenoid valves; contactors; etc.) via a specific electronic or electromechanical interface. Pi? in detail it, the unit? remote (1), consists of the following functional blocks:
? Un modulo ?Communication Unit? (1.2), nel quale ? implementata la circuiteria elettronica necessaria allo scambio dati con il centro di controllo (2); ? A ?Communication Unit? (1.2), in which ? implemented the electronic circuitry required for data exchange with the control center (2);
? Un modulo elettronico detto ?Power Unit? (1.3), incaricato della regolazione, ed eventualmente anche della generazione, della energia necessaria al funzionamento della unit? remota (1); ? An electronic module called ?Power Unit? (1.3), in charge of the regulation, and possibly also of the generation, of the energy necessary for the operation of the unit? remote (1);
? Un modulo detto ?Sensors & Actuators I/F Unit? (1.4), costituito dalla circuiteria elettronica a cui sono connessi i sensori e gli attuatori che si interfacciano alla unit? remota (1); ? A module called ?Sensors & Actuators I/F Unit? (1.4), made up of the electronic circuitry to which the sensors and actuators that interface with the unit are connected? remote (1);
? Un modulo detto ?Processing Unit? (1.1), che si occupa della esecuzione del software (4) ? dettagliato in Fig 7 - e della gestione di tutte le parti elettroniche di cui ? equipaggiata la unit? remota (1); ? A module called ?Processing Unit? (1.1), which deals with the execution of the software (4) ? detailed in Fig 7 - and of the management of all the electronic parts of which ? equipped the unit? remote (1);
Ciascuno dei moduli elencati precedentemente ? suddiviso, a sua volta, in sotto-moduli, ognuno dei quali ? dedicato ad uno specifico compito, come indicato in modo pi? dettagliato qui di seguito. Each of the modules listed above ? divided, in turn, into sub-modules, each of which ? dedicated to a specific task, as indicated in a more? detailed below.
Partendo dal modulo ?Communication Unit? (1.2) abbiamo che esso ? costituito da uno di due possibili sotto-moduli: Starting from the ?Communication Unit? (1.2) we have that it ? consisting of one of two possible sub-modules:
? Il primo sotto-modulo ? rappresentato da un modem che mette a disposizione un link di comunicazione terrestre (1.2.1); ? The first sub-module ? represented by a modem which provides a terrestrial communication link (1.2.1);
? Il secondo sotto-modulo invece ? costituito da un modem che mette a disposizione un link di comunicazione satellitare (1.2.2). ? The second sub-module instead ? consisting of a modem which provides a satellite communication link (1.2.2).
Abbiamo quindi il modulo ?Power Unit? (1.3), il quale ? progettato per fornire energia elettrica alla unit? remota (1). Tale energia pu? provenire o dalla rete elettrica o, in alternativa, dal modulo convertitore da fonte rinnovabile ?Green Energy Converter? (1.3.1). All?interno della ?Power Unit? (1.3) troviamo il ?Power Adapter? (1.3.2) il cui scopo ? quello di regolare la tensione elettrica ad un valore utile a tenere in carica il modulo batteria (1.3.4), ed a fornire energia al modulo ?Power Supply? (1.3.3) il cui scopo ? quello di generare tutti i valori di tensione necessari al funzionamento della unit? remota (1). Sempre all?interno della sezione ?Power Unit? (1.3) troviamo infine il modulo ?Power Control? (1.3.5), la cui funzione ? quella di consentire al modulo ?Processing Unit? (1.1) di interfacciarsi con il modulo ?Power Unit? (1.3) al fine di monitorarne e gestirne il funzionamento. So we have the ?Power Unit? (1.3), which ? designed to supply electricity to the unit? remote (1). This energy can come either from the electricity grid or, alternatively, from the renewable source converter module ?Green Energy Converter? (1.3.1). Inside the ?Power Unit? (1.3) we find the ?Power Adapter? (1.3.2) whose purpose ? that of regulating the electric voltage to a value useful for keeping the battery module charged (1.3.4), and for supplying energy to the ?Power Supply? (1.3.3) whose purpose ? to generate all the voltage values necessary for the operation of the unit? remote (1). Still inside the ?Power Unit? (1.3) finally we find the ?Power Control? (1.3.5), whose function ? that of allowing the ?Processing Unit? (1.1) to interface with the ?Power Unit? (1.3) in order to monitor and manage its operation.
Il modulo ?Sensors & Actuators I/F Unit? (1.4) costituisce l?interfaccia verso i dispositivi esterni alla unit? remota (1), nominalmente sensori ed attuatori. Esso si compone di quattro sotto-moduli, ciascuno dedicato ad uno specifico compito. In dettaglio qui di seguito la descrizione dei sottomoduli: The ?Sensors & Actuators I/F Unit? (1.4) constitutes the interface to devices external to the unit? remote (1), nominally sensors and actuators. It consists of four sub-modules, each dedicated to a specific task. Below is a detailed description of the sub-modules:
? Il modulo ?Status Sensors I/F? (1.4.1) ? in grado di interfacciare sia sensori di stato sia sensori del tipo contatori di eventi. Nella implementazione come dispositivo di conteggio eventi esso mantiene il conteggio degli eventi in un contatore hardware, il quale viene ciclicamente acquisito dal software (4) della unit? remota (1) e trasferito nel database (3) del centro di controllo (2); ? The ?Status Sensors I/F? (1.4.1) ? capable of interfacing both state sensors and event counter type sensors. In the implementation as an event counting device, it maintains the count of events in a hardware counter, which is cyclically acquired by the software (4) of the unit? remote (1) and transferred to the database (3) of the control center (2);
? Il modulo ?Digital Sensors I/F? (1.4.2) consente invece l?acquisizione dati da sensori dotati di una interfaccia digitale e.g. I2C, SPI, RS232 oppure RS485; ? The ?Digital Sensors I/F? (1.4.2) instead allows the acquisition of data from sensors equipped with a digital interface e.g. I2C, SPI, RS232 or RS485;
? Il modulo ?Analog Sensors I/F? (1.4.3) consente l?acquisizione di segnali generati da sensori analogici (e.g. sonde misura pH; sensori per la misura della temperatura, della umidit?, ecc.), la cui uscita ? data da un segnale in tensione o in corrente con caratteristiche elettriche tipiche dei sensori ad uso industriale. Il modulo ? configurabile, e.g. permette di impostare il livello ammissibile per i segnali in ingresso, in modo da utilizzare al meglio la dinamica del convertitore analogico digitale a bordo, e per potersi adattare alle caratteristiche elettriche dei diversi sensori presenti sul mercato; ? The ?Analog Sensors I/F? (1.4.3) allows the acquisition of signals generated by analog sensors (e.g. pH measuring probes; sensors for measuring temperature, humidity, etc.), whose output is ? given by a voltage or current signal with electrical characteristics typical of sensors for industrial use. The module ? configurable, e.g. allows you to set the admissible level for the input signals, in order to make best use of the dynamics of the on-board analog-to-digital converter, and to be able to adapt to the electrical characteristics of the various sensors on the market;
? Il modulo ?Actuators I/F? (1.4.4) ? rappresentato dalla circuiteria elettronica in grado di comandare gli attuatori connessi alla unit? remota (1), con circuiti di comando che possono generare sia segnali elettrici di tipo unipolare che bipolare; ? The ?Actuators I/F? (1.4.4) ? represented by the electronic circuitry capable of controlling the actuators connected to the unit? remote (1), with control circuits that can generate both unipolar and bipolar electrical signals;
Il modulo hardware ?Processing Unit? (1.1) ? la parte della unit? remota (1) che si occupa della esecuzione di tutte le funzioni che l?unit? (1) stessa mette a disposizione. Qui di seguito la descrizione dei sotto-moduli di cui esso si compone con la indicazione delle funzioni da essi volte. The hardware module ?Processing Unit? (1.1) ? the part of the unit? remote (1) which deals with the execution of all the functions that the? unit? (1) itself makes available. Below is a description of the sub-modules of which it is made up with an indication of the functions they perform.
? Il modulo CPU (1.1.1) ? deputato alla esecuzione del software (4) ? dettagliato in Fig 7 - che implementa le funzionalit? della unit? remota (1). Tale software (4), si compone di vari moduli ciascuno dei quali interagendo con il/i corrispondenti moduli hardware contribuisce all?espletamento delle funzioni svolte dalla unit? remota (1); ? The CPU module (1.1.1) ? responsible for running the software (4) ? detailed in Fig 7 - which implements the functionality? of the unit? remote (1). This software (4), consists of various modules each of which interacting with the corresponding hardware modules contributes to the performance of the functions performed by the unit? remote (1);
? Il modulo ?Global Positioning & Time Reference? (1.1.2), utilizza dati satellitari per calcolare la posizione geografica in cui si trova l?unit? remota (1) e per fornire il riferimento temporale con elevata accuratezza. Lo stesso modulo (1.1.2) viene programmato per generare dei segnali elettrici ai quali associare l?esecuzione di specifiche attivit?. In particolare, il modulo ? programmato per generare il segnale di riferimento che determina l?inizio di un nuovo ciclo di esecuzione delle attivit? da parte della unit? remota (1). L?esecuzione di tali attivit?, da parte della unit? remota (1) avviene come riportato nel diagramma in Fig 10; ? The ?Global Positioning & Time Reference? (1.1.2), uses satellite data to calculate the geographical position in which the unit is located? remote (1) and to provide the time reference with high accuracy. The same module (1.1.2) is programmed to generate electrical signals to which to associate the execution of specific activities. In particular, the module ? programmed to generate the reference signal which determines the start of a new cycle of execution of the activities? by the unit? remote (1). The execution of these activities by the unit? remote (1) takes place as shown in the diagram in Fig 10;
? Il modulo ?Watchdog? (1.1.3), il quale provvede a monitorare lo stato di ?running? del software (4), ed eventualmente a generare un segnale di reset, verso il modulo CPU (1.1.1), e, quindi, verso la unit? remota (1) stessa, nella eventualit? si verifichi un blocco inatteso nella esecuzione del software (4); ? The ?Watchdog? (1.1.3), which monitors the state of ?running? of the software (4), and possibly to generate a reset signal, towards the CPU module (1.1.1), and, therefore, towards the unit? remote (1) itself, in the eventuality? an unexpected block occurs in the execution of the software (4);
? Il modulo ?Power Control Interface? (1.1.4), che funge da interfaccia di acquisizione dati e gestione del modulo ?Power Unit? (1.3). Tale modulo (1.1.4) interagendo con il modulo (1.3.5) fornisce al modulo ?Processing Unit? (1.1) il supporto hardware necessario a gestire il funzionamento del modulo (1.3) utilizzando le funzioni messe a disposizione dal modulo software (4.7) mostrato in Fig 7; ? The ?Power Control Interface? (1.1.4), which acts as an interface for data acquisition and management of the ?Power Unit? (1.3). This module (1.1.4) interacting with the module (1.3.5) provides the module ?Processing Unit? (1.1) the hardware support necessary to manage the operation of the module (1.3) using the functions made available by the software module (4.7) shown in Fig 7;
Descrizione del funzionamento della Unit? Remota Description of the operation of the Unit? Remote
Durante la normale attivit?, la unit? remota (1) pu? assumere differenti modalit? di funzionamento, come mostrato nel diagramma riportato in Fig. 8 (diagramma di stato della unit?). Qui di seguito vengono riportati alcuni dettagli relativi alle operazioni svolte dalla unit? remota (1), in funzione dello stato in cui essa si trova. Va precisato che lo stato della unit? remota (1) ? determinato dallo stato in cui si trova il suo modulo CPU (1.1.1); stato che ? a sua volta determinato dal software (4) che tale modulo esegue. During normal activity, the unit? remote (1) pu? take different modes? operating conditions, as shown in the diagram shown in Fig. 8 (unit status diagram). Below are some details relating to the operations carried out by the unit? remote (1), according to the state in which it is found. It should be noted that the state of the unit? remote (1) ? determined by the state its CPU module is in (1.1.1); been what? in turn determined by the software (4) that this module executes.
Qui di seguito vengono descritte le attivit? svolte dalla unit? remota (1) in relazione allo stato in cui essa si trova. The activities are described below. carried out by the unit? remote (1) in relation to the state in which it is found.
? Fase di inizializzazione: Le strutture dati necessarie al funzionamento del software (4) e dei vari moduli elettronici vengono configurate utilizzando i dati memorizzati nel database (4.6) locale alla unit? remota (1). Durante questa fase, la unit? remota (1) gestisce eventuali SMS ricevuti dal dispositivo ?Communication Unit? (1.2), e comunica al centro di controllo (2) il proprio indirizzo internet (indirizzo IP). In questo modo viene reso possibile lo scambio di messaggi tra centro di controllo (2) ed unit? remota (1) attraverso la connessione di rete, resa disponibile dal modulo ?Communication Unit? (1.2) ed accessibile tramite il modulo software (4.2) in Fig 7; ? Initialization phase: The data structures necessary for the operation of the software (4) and of the various electronic modules are configured using the data stored in the database (4.6) local to the unit? remote (1). During this phase, the unit? remote (1) manages any SMS received from the ?Communication Unit? (1.2), and communicates to the control center (2) your internet address (IP address). In this way it is possible to exchange messages between the control center (2) and the unit? remote (1) through the network connection, made available by the ?Communication Unit? (1.2) and accessible via the software module (4.2) in Fig 7;
? Fase operativa: Quando l?unit? remota (1) si trova nello stato ?operative? ? riportato nel diagramma in Fig 8 - il modulo ?Processing Unit? (1.1) esegue le attivit? indicate nella Errore. L'origine riferimento non ? stata trovata.0 in corrispondenza alla ricezione di un segnale di interrupt, generato ciclicamente dal modulo (1.1.2). L?esecuzione di un telecomando ad esecuzione posticipata (TD-TC), inviato per tempo dal centro di controllo (2), e memorizzato in una opportuna area del database (4.6) della unit? remota (1), e riportato in Fig 7, risulta prioritaria rispetto alle altre attivit?. Ci? per via della necessit? di rispettare in modo stringente il vincolo temporale relativo alla esecuzione di tali tipi di telecomandi, che, come precedentemente precisato, potrebbe avvenire contemporaneamente alla esecuzione di altri telecomandi dello stesso tipo, in altre unit? remote (1), al fine di acquisire dati da unit? remote distinte che siano correlati temporalmente; ? Operating phase: When the unit? remote (1) is in the ?operative? ? shown in the diagram in Fig 8 - the ?Processing Unit? (1.1) performs the activities? indicated in the Error. The reference source is not ? been found.0 in correspondence with the reception of an interrupt signal, generated cyclically by the module (1.1.2). The execution of a delayed execution remote control (TD-TC), sent in time by the control center (2), and stored in a suitable area of the database (4.6) of the unit? remote (1), and shown in Fig 7, has priority over the other activities. There? because of the need? to strictly respect the time constraint relating to the execution of these types of remote controls, which, as previously specified, could take place simultaneously with the execution of other remote controls of the same type, in other units? remote (1), in order to acquire data from unit? distinct remotes that are temporally related;
? Aggiornamento Database: Il software (4) della unit? remota (1) include - come riportato in Fig 7 - un database (4.6) e le funzioni (4.5) necessarie alla sua gestione. Tale database (4.6), contenente anche le informazioni necessarie al funzionamento degli algoritmi di controllo locali alla unit? (1), come schematizzato in Fig 9, pu? essere modificato tramite opportuni comandi inviati dal centro di controllo (2). Tale modalit? di funzionamento della unit? remota (1) ? come schematizzato in Fig 8 - viene opportunamente gestita tramite comandi inviati dal centro di controllo (2); ? Database update: The software (4) of the unit? remote (1) includes - as shown in Fig 7 - a database (4.6) and the functions (4.5) necessary for its management. This database (4.6), which also contains the information necessary for the operation of the control algorithms local to the unit? (1), as schematized in Fig 9, pu? be modified using appropriate commands sent from the control center (2). This modality? of operation of the unit? remote (1) ? as schematized in Fig 8 - it is suitably managed through commands sent from the control center (2);
Descrizione del Centro di Controllo Description of the Control Center
Il centro di controllo (2), composto da uno o pi? server, ? l?elemento che agisce da Front End verso le unit? remote (1) appartenenti al sistema. Esso implementa il database (3) e le funzioni necessarie ad eseguire in autonomia, o su controllo di un operatore umano, le seguenti attivit?: ? Operazioni legate alla gestione delle unit? remote (1); e.g. configurazione nel sistema di una nuova unit? remota (1); The control center (2), made up of one or more? servers, ? the element that acts as a Front End towards the units? remote (1) belonging to the system. It implements the database (3) and the functions necessary to perform the following activities autonomously or under the control of a human operator: ? Operations related to unit management? remote(1); e.g. configuration in the system of a new unit? remote (1);
? Interazione con le unit? remote (1) per la esecuzione di operazioni ordinarie; e.g. ? Interaction with units? remote (1) for the execution of ordinary operations; e.g.
acquisizione dati e conseguente aggiornamento del database (3) del centro di controllo (2); ? funzioni per la gestione del database (3) del sistema; e.g. database (3) backup; data acquisition and consequent updating of the database (3) of the control center (2); ? functions for database management (3) of the system; e.g. databases (3) backups;
? funzioni per la gestione del database della unit? remota (1), rappresentato nella Fig 7 parti (4.5) e (4.6); ? functions for the management of the database of the unit? remote (1), represented in Fig 7 parts (4.5) and (4.6);
? ricerca e localizzazione di eventuali malfunzioni nella rete di distribuzione dell?acqua, e.g. ? research and location of any malfunctions in the water distribution network, e.g.
perdite di acqua per guasti o frodi; water leaks due to breakdowns or fraud;
L?applicazione software del centro di controllo (2), ? rappresentata dallo schema riportato in Fig 2. Qui di seguito viene fornita una descrizione dettagliata delle parti principali che compongono tale applicazione e delle funzioni da esse svolte. The control center software application (2), ? represented by the diagram shown in Fig 2. Below is a detailed description of the main parts that make up this application and the functions they perform.
Il modulo (2.1) costituisce l?interfaccia utente che permette ad un operatore locale di interagire con il sistema e, quindi, di compiere operazioni sulle unit? remote (1), sia per ci? che riguarda la configurazione delle stesse nel database (3), che per quanto concerne la loro operativit?, e.g. acquisizione di dati su richiesta esplicita dell?operatore inoltrata verso una delle unit? remote (1). The module (2.1) constitutes the user interface that allows a local operator to interact with the system and, therefore, to perform operations on the units? remote (1), both for ci? which concerns the configuration of the same in the database (3), which as regards their operation?, e.g. acquisition of data on explicit request of the operator sent to one of the units? remote (1).
Il modulo (2.6), analogamente al modulo (2.1) consente ad un operatore remoto, connesso al centro di controllo (2) e.g. tramite connessione VPN o rete locale, di interagire con il sistema analogamente a quanto possibile per l?operatore locale. The module (2.6), similarly to the module (2.1) allows a remote operator, connected to the control center (2) e.g. via VPN connection or local network, to interact with the system in the same way as possible for the local operator.
Il modulo (2.2) implementa il database (3), la cui struttura ad albero ? indicata in Fig 3, e le funzioni che consentono di operare su di esso. The module (2.2) implements the database (3), whose tree structure ? shown in Fig 3, and the functions that allow you to operate on it.
Abbiamo quindi il modulo (2.3) che implementa le funzioni eseguite autonomamente dal centro di controllo (2). Esso, modulo (2.3), interagendo con il modulo (2.2) utilizza le informazioni contenute nel database (3) al fine di schedulare le attivit?, eseguite in modo automatizzato, verso le unit? remote (1) appartenenti al sistema. Tali attivit? vengono opportunamente codificate dal modulo (2.3) in messaggi, da inviare alle unit? remote (1). Tali messaggi vengono quindi inseriti nella ?OUT MSG QUEUE? dei moduli (2.4) oppure (2.5), a seconda che la unita remota (1), a cui lo specifico messaggio deve essere inviato, sia raggiungibile tramite la connessione di rete oppure tramite SMS. Il modulo (2.3) implementa anche le funzioni necessarie alla gestione dei messaggi ricevuti dalle unit? remote (1). Esso, il modulo (2.3), preleva i messaggi ricevuti dalle unit? remote (1) dalla coda ?IN MSG QUEUE?, e li processa al fine di aggiornare il contenuto del database (3) ? schematizzato in Fig 3 ? utilizzando il modulo ?DATABASE MANAGER? (2.2) e.g. al fine di registrare le misure relative al consumo idrico degli utenti della rete. Il modulo (2.3) implementa inoltre gli algoritmi necessari ad effettuare la ricerca automatica di eventuali perdite di acqua nella rete idrica. Tali algoritmi, tenendo conto della topologia della rete di distribuzione, determinano quali unit? remote (1) devono essere programmate per effettuare le misure sincrone dei flussi idrici nei rami di interesse della rete; tali algoritmi si occupano anche della raccolta dei dati dalle unit? remote (1) e del loro processamento, al fine di rilevare appunto eventuali anomalie nella rete di distribuzione. Pi? in dettaglio il modulo (2.3), al fine di rilevare eventuali anomalie nella rete di ditribuzione dell?acqua potabile, esegue la procedura descritta nei seguenti passi: We therefore have the module (2.3) which implements the functions performed autonomously by the control center (2). It, module (2.3), interacting with module (2.2) uses the information contained in the database (3) in order to schedule the activities, performed in an automated way, towards the units? remote (1) belonging to the system. Such activities? are suitably encoded by the module (2.3) in messages, to be sent to the unit? remote (1). These messages are then placed in the ?OUT MSG QUEUE? of the modules (2.4) or (2.5), depending on whether the remote unit (1), to which the specific message must be sent, can be reached via the network connection or via SMS. The module (2.3) also implements the functions necessary for the management of the messages received from the units? remote (1). It, the module (2.3), fetches the messages received from the units? remote (1) from the ?IN MSG QUEUE? queue, and processes them in order to update the database content (3) ? schematized in Fig 3 ? using the ?DATABASE MANAGER? (2.2) e.g. in order to record the measurements relating to the water consumption of network users. The module (2.3) also implements the algorithms necessary to carry out the automatic search for any water leaks in the water network. These algorithms, taking into account the topology of the distribution network, determine which units? remote (1) must be programmed to carry out synchronous measurements of water flows in the relevant branches of the network; these algorithms also deal with the collection of data from the units? remote (1) and their processing, in order to precisely detect any anomalies in the distribution network. Pi? in detail the module (2.3), in order to detect any anomalies in the drinking water distribution network, performs the procedure described in the following steps:
1. individuazione, dal grafo della rete di distribuzione dell?acqua, delle unit? remote (1) a cui richiedere di eseguire misure sincrone sui flussi idrici. Misure ottenute tramite i contatori connessi al modulo ?Status Sensors I/F? (1.4.1) delle unit? remote (1) individuate; 1. identification, from the graph of the water distribution network, of the units? remote (1) to request to perform synchronous measurements on water flows. Measurements obtained through the meters connected to the ?Status Sensors I/F? (1.4.1) of the units? remote (1) identified;
2. definizione della lista di telecomandi ad esecuzione posticipata (i.e. TD-TC) da inviare alle unit? remote (1) individuate al punto precedente; 2. definition of the list of delayed execution remote controls (i.e. TD-TC) to be sent to the units? remote (1) identified in the previous point;
3. inserimento dei telecomandi individuati al punto precedente nella coda ?OUT MSG QUEUE? del modulo (2.4) 3. insertion of the remote controls identified in the previous point in the queue ?OUT MSG QUEUE? of the module (2.4)
4. prelevamento delle risposte alle azioni al punto precedente dalle unit? remote (1); 4. withdrawal of responses to the actions in the previous point from the units? remote(1);
5. Analisi dei dati in relazione al grafo della rete di distribuzione interessata dalle misure; 5. Data analysis in relation to the graph of the distribution network involved in the measurements;
Il modulo (2.4) si occupa della gestione della comunicazione TCP-IP con le unit? remote (1), e, per ogni messaggio da gestire, effettua le seguenti operazioni: The module (2.4) deals with the management of TCP-IP communication with the units? remote (1), and, for each message to be managed, do the following:
? Prelevamento dalla coda ?OUT MSG QUEUE? del messaggio; ? Queue picking ?OUT MSG QUEUE? of the message;
? Connessione con l?unit? remota (1) destinataria del messaggio; ? Connection with the unit? remote (1) message recipient;
? Invia del messaggio alla unit? remota (1) destinataria; ? Send message to unit remote (1) recipient;
? Ricezione del messaggio di risposta dalla unit? remota (1); ? Receiving response message from unit? remote (1);
? Inserimento del messaggio nella coda dei messaggi in arrivo ?IN MSG QUEUE?; ? Inserting the message in the incoming message queue ?IN MSG QUEUE?;
Il modulo (2.5) si occupa della gestione della comunicazione, tramite SMS, con le unit? remote (1), e, per ogni messaggio da gestire, effettua le seguenti operazioni: The module (2.5) deals with the management of communication, via SMS, with the units? remote (1), and, for each message to be managed, do the following:
? Prelevamento dalla coda ?OUT MSG QUEUE? del messaggio; ? Queue picking ?OUT MSG QUEUE? of the message;
? Invia del messaggio SMS alla unit? remota (1) destinataria; ? Send SMS message to unit? remote (1) recipient;
? Ricezione del messaggio di risposta dalla unit? remota (1); ? Receiving response message from unit? remote (1);
? Inserimento del messaggio nella coda dei messaggi in arrivo ?IN MSG QUEUE?; ? Inserting the message in the incoming message queue ?IN MSG QUEUE?;
Al fine di fornire maggiori dettagli su come il centro di controllo (2) opera, alcuni degli algoritmi implementati nel software del centro di controllo (2) sono riportati nelle figure Fig 4, Fig 5, Fig 6 e Fig 11, in particolare: In order to provide more details on how the control center (2) operates, some of the algorithms implemented in the control center software (2) are shown in the figures Fig 4, Fig 5, Fig 6 and Fig 11, in particular:
? La Fig 4 mostra le operazioni che il centro di controllo (2) esegue quando individua nel database (3) una nuova unit? remota (1) inserita nel sistema; oppure quando, a seguito di qualche anomalia, deve acquisire nuovamente i parametri di contatto di una qualche unit? remota (1). Per stabilire il primo contatto con una nuova unit? remota (1), il centro di controllo (2) utilizza la comunicazione basata sullo scambio di messaggi SMS, in modo da acquisire i valori dei parametri che dinamicamente vengono assegnati dalla rete per telecomunicazioni alla unit? remota (1) e.g. indirizzo IP. Nelle successive connessioni viene invece utilizzata di preferenza la connessione di rete, che la unit? remota (1) rende disponibile. Nel caso di fallimenti ripetuti nello stabilire la connessione verso la unit? remota (1), il centro di controllo modifica opportunamente lo stato corrente della unit? remota (1) definito nel proprio database (3) in modo da aggiornare nuovamente i parametri utili a ristabilire la connessione utilizzando il collegamento internet. Come riportato in Fig 8, quando una unit? remota (1) viene attivata il suo software effettua una inizializzazione della unit? (1) al termine della quale alcuni parametri, assegnati dinamicamente alla unit? remota (1) dalla rete per telecomunicazioni, e.g. indirizzo IP, risultano essere definiti. L?unit? remota (1) risponde alle richieste del centro di controllo (2) utilizzando lo stesso tipo di messaggio utilizzato dal centro di controllo (2) per inviare la richiesta, i.e. SMS oppure TCP-IP. Nel momento in cui l?unit? remota (1) riceve un messaggio SMS dal centro di controllo (2) essa comunica a quest?ultimo le informazioni necessarie ad utilizzare, per le successive comunicazioni, la connessione di rete. La unit? remota (1) invia inoltre, in modo asincrono, al centro di controllo (2), dei messaggi SMS ogni qual volta i suoi parametri di configurazione necessari alla connessione di rete cambiano, e.g. indirizzo IP; ? Fig 4 shows the operations that the control center (2) performs when it identifies a new unit in the database (3). remote (1) entered into the system; or when, following some anomaly, it has to re-acquire the contact parameters of some unit? remote (1). To establish the first contact with a new unit? remote (1), the control center (2) uses communication based on the exchange of SMS messages, so as to acquire the values of the parameters which are dynamically assigned by the telecommunications network to the unit? remote (1) e.g. IP address. In subsequent connections is instead used preferably the network connection, which the unit? remote (1) makes available. In the case of repeated failures to establish connection to the unit? remote (1), the control center appropriately modifies the current status of the unit? remote (1) defined in its database (3) in order to update again the parameters useful for re-establishing the connection using the internet connection. As reported in Fig 8, when a unit? remote (1) is activated its software carries out an initialization of the unit? (1) at the end of which some parameters, dynamically assigned to the unit? remote (1) from the telecommunications network, e.g. IP address, are defined. The unit remote (1) responds to requests from the control center (2) using the same type of message used by the control center (2) to send the request, i.e. SMS or TCP-IP. When the unit? remote (1) receives an SMS message from the control center (2) it communicates to the latter the information necessary to use the network connection for subsequent communications. The unit remote (1) also sends, asynchronously, SMS messages to the control center (2) whenever its configuration parameters necessary for the network connection change, e.g. IP address;
? La Fig 5 illustra una delle attivit? cicliche eseguite dal centro di controllo (2), ovvero, la gestione degli SMS in arrivo dalle unit? remote (1). Tale attivit? consente di mantenere il database (3) del centro di controllo (2) aggiornato allo stato corrente, in relazione ai parametri caratterizzanti le unit? remote (1) che possono cambiare nel tempo, e.g. indirizzo IP assegnato dinamicamente alle unit? remote (1) dalla rete per telecomunicazioni. Le unit? remote (1), durante il loro funzionamento, controllano ciclicamente se qualcuno dei parametri che le caratterizzano, e che possono cambiare il loro valore nel tempo, sia effettivamente variato ed inviano in tal caso un messaggio SMS, in modo asincrono, al centro di controllo (2); ? Fig 5 illustrates one of the activities cyclical performed by the control center (2), that is, the management of SMS arriving from the unit? remote (1). This activity? allows you to keep the database (3) of the control center (2) updated to the current state, in relation to the parameters characterizing the units? remote (1) that may change over time, e.g. IP address dynamically assigned to the units? remote (1) from the telecommunications network. The units? remote (1), during their operation, cyclically check whether any of the parameters that characterize them, and which can change their value over time, has actually changed and in this case they send an SMS message, asynchronously, to the control center (2);
? La Fig 6 illustra un?altra delle attivit? cicliche eseguite dal centro di controllo (2) - modulo (2.3) - ovvero, la gestione dei messaggi in arrivo dalle unit? remote (1) in risposta alle interrogazioni che esso - centro di controllo (2) - esegue automaticamente tramite i metodi implementati nel modulo (2.3); ? Fig 6 illustrates another of the activities? cyclic performed by the control center (2) - module (2.3) - that is, the management of incoming messages from the unit? remote (1) in response to the queries that it - control center (2) - automatically executes through the methods implemented in the module (2.3);
? La Fig 11 illustra sinteticamente il processo di interazione tra la unit? remota (1) e gli altri due elementi fondamentali del sistema, ovvero, il centro di controllo (2) ed il database (3). Tale interazione viene di norma coordinata dal centro di controllo (2) che agisce da ?master? della interazione, mentre gli altri elementi ? unit? remote (1) e database (3) ? agiscono da ?slave?. ? Fig 11 briefly illustrates the interaction process between the unit? remote (1) and the other two fundamental elements of the system, namely, the control center (2) and the database (3). This interaction is normally coordinated by the control center (2) which acts as a ?master? of the interaction, while the other elements ? unit? remote (1) and database (3) ? they act as ?slaves?.
Descrizione del Database del Centro di Controllo Description of the Control Center Database
Il database (3) del centro di controllo (2) - la cui struttura ? in parte riportata nella Fig 3 - svolge un ruolo di primaria importanza nell?ambito del sistema che si sta descrivendo. Esso viene continuamente aggiornato, sia con i dati riguardanti la configurazione delle unit? remote (1), che con i dati inerenti le misure da queste eseguite. In esso viene anche tenuta traccia di tutte le attivit? svolte dal sistema nel suo complesso, mediante l?uso di file di log. Tale database (3) ? realizzato tramite una struttura ad albero di directory (come schematicamente indicato in Fig 3). Tale particolare struttura conferisce al database (3) le seguenti due propriet?: The database (3) of the control center (2) - whose structure ? partly shown in Fig 3 - plays a role of primary importance within the system being described. It is continuously updated, both with data regarding the configuration of the units? remote (1), and with the data relating to the measurements performed by them. It also keeps track of all activities? carried out by the system as a whole, through the use of log files. This database (3) ? realized through a directory tree structure (as schematically indicated in Fig 3). This particular structure gives the database (3) the following two properties:
1. partendo dalla cartella radice, il percorso per raggiungere una determinata cartella foglia, contenente i dati relativi ad una specifica unit? remota (1), riflette la dislocazione geografica della unit? remota (1) stessa; 1. starting from the root folder, the path to reach a specific leaf folder, containing the data relating to a specific unit? remote (1), reflects the geographical location of the unit? remote (1) itself;
2. ciascuna delle cartelle foglia contiene i file con i dati relativi ad una specifica unit? remota (1), mentre le cartelle intermedie - nella struttura del database (3) - contengono solo sottocartelle; 2. each of the leaf folders contains files with data relating to a specific unit? remote (1), while the intermediate folders - in the database structure (3) - contain only subfolders;
La caratteristica al primo punto viene utilizzata dagli algoritmi del centro di controllo (2) in due modi distinti, ovvero: The characteristic at the first point is used by the control center algorithms (2) in two distinct ways, namely:
? per visualizzare, in modo conprensibile all?operatore, la posizione geografica in cui si trovano le unit? remote (1); ? to display, in a way understandable to the operator, the geographical position in which the units are located? remote(1);
? per inserire il path della cartella foglia, che deve contenere i dati acquisiti da una specifica unit? remota (1), nei messaggi che da esso - centro di controllo (2) - vengono inviati verso la unit? remota (1), e nei corrispondenti messagi di risposta della unit? remota (1) destinataria dei messaggi del centro di controllo (2). ? to enter the path of the leaf folder, which must contain the data acquired from a specific unit? remote (1), in the messages that from it - control center (2) - are sent to the unit? remote (1), and in the corresponding response messages of the unit? remote (1) recipient of messages from the control center (2).
In tal modo risulta immediato, per il centro di controllo (2), individuare la cartella foglia - nel database (3) - in cui inserire i dati contenuti in un qualunque messaggio da esso ricevuto dalle unit? remote (1). In this way, it is immediate for the control center (2) to identify the leaf folder - in the database (3) - in which to enter the data contained in any message it receives from the units? remote (1).
Descrizione Sintetica dei Disegni Brief description of the Drawings
Per una migliore comprensione della presente invenzione, vengono qui di seguito descritti i disegni relativi alle parti principali costituenti l?invenzione stessa. Tali disegni vengono forniti con lo scopo di illustrare con maggiore chiarezza le caratteristiche della invenzione e, di conseguenza, non sono in scala rispetto alla realizzazione reale del sistema. Di seguito: For a better understanding of the present invention, the drawings relating to the main parts constituting the invention itself are described hereinafter. These drawings are provided for the purpose of illustrating the characteristics of the invention more clearly and, consequently, are not to scale with respect to the actual embodiment of the system. Right away:
? La Fig.1 illustra schematicamente la struttura hardware della unit? remota (1), oggetto della presente invenzione, presente nel sistema in uno o pi? elementi; ? Fig.1 schematically illustrates the hardware structure of the unit? remote (1), object of the present invention, present in the system in one or more? elements;
? La Fig.2 e la Fig.3 illustrano rispettivamente la architettura del software del centro di controllo (2), e la struttura ad albero del database (3) anch?esso implementato nel centro di controllo (2); ? Fig.2 and Fig.3 respectively illustrate the software architecture of the control center (2), and the tree structure of the database (3) also implemented in the control center (2);
? Le tre componenti (descritte nei due punti precedenti, e riportate rispettivamente nelle figure Fig.1, Fig.2 e Fig.3) costituiscono i tre elementi principali del sistema e sono sempre presenti in una qualsiasi delle applicazioni preferenziali per la presente invenzione; ? The three components (described in the previous two points, and reported respectively in the figures Fig.1, Fig.2 and Fig.3) constitute the three main elements of the system and are always present in any of the preferential applications for the present invention;
? Le figure Fig.4 e Fig.5 illustrano la sequenza delle operazioni svolte dal centro di controllo (2), al fine di mantenere il contenuto del database (3) aggiornato, in conseguenza della assegnazione dinamica degli indirizzi IP alle unit? remote (1) appartenenti al sistema, in accordo ad uno degli aspetti della presente invenzione; ? Figures Fig.4 and Fig.5 illustrate the sequence of operations carried out by the control center (2), in order to keep the contents of the database (3) updated, as a result of the dynamic assignment of the IP addresses to the units? remotes (1) belonging to the system, according to one aspect of the present invention;
? La Fig.6 illustra schematicamente la sequenza delle operazioni svolte dal centro di controllo (2), durante una acquisizione dati automatica dalla unit? remota (1), in accordo ad uno degli aspetti della presente invenzione. La ricerca dei dispositivi, da cui acquisire i dati, viene eseguita automaticamente esplorando l?albero del database (3) del centro di controllo (2) riportato in Fig.3 tramite un algoritmo di backtracking; ? Fig.6 schematically illustrates the sequence of operations carried out by the control center (2), during an automatic data acquisition from the unit? remote control (1), according to one aspect of the present invention. The search for the devices, from which to acquire the data, is performed automatically by exploring the database tree (3) of the control center (2) shown in Fig.3 through a backtracking algorithm;
? La Fig.7 e la Fig.8 illustrano rispettivamente la architettura del software e l?evoluzione dello stato della unit? remota (1) utilizzata nell?ambito di quella che costituisce una delle applicazioni preferenziali per la presente invenzione; ? Fig.7 and Fig.8 respectively illustrate the software architecture and the evolution of the state of the unit? remote (1) used in the context of what constitutes one of the preferred applications for the present invention;
? La Fig.9 illustra schematicamente un dettaglio della struttura del database locale alla unit? remota (1), utilizzata nell?ambito di quella che costituisce una delle applicazioni preferenziali per la presente invenzione; ? Fig.9 schematically illustrates a detail of the structure of the local database to the unit? remote (1), used in the context of what constitutes one of the preferred applications for the present invention;
? La Fig.10 illustra schematicamente la gestione delle attivit? come effettuata nella unit? remota (1), in una delle applicazioni preferenziali per la presente invenzione; i.e. quando il sistema viene utilizzato non solo per acquisizione dati ma anche come sistema di controllo, e quindi oltre che per acquisire dati dai sensori anche per comandare degli attuatori remoti. ? La Fig.11 illustra schematicamente la interazione tra i tre elementi principali del sistema, ovvero la unit? remota (1), il centro di controllo (2) ed il database (3), in una delle applicazioni preferenziali per la presente invenzione. ? Fig.10 schematically illustrates the management of the activities? as carried out in the unit? remote (1), in one of the preferred applications for the present invention; i.e. when the system is used not only for data acquisition but also as a control system, and therefore as well as for acquiring data from sensors also for controlling remote actuators. ? Fig.11 schematically illustrates the interaction between the three main elements of the system, i.e. the unit? remote (1), the control center (2) and the database (3), in one of the preferred applications for the present invention.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000018986A IT202100018986A1 (en) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | Real-time control system distributed over a continental geographical area, used for monitoring and automatic control of the drinking water distribution network |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102021000018986A IT202100018986A1 (en) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | Real-time control system distributed over a continental geographical area, used for monitoring and automatic control of the drinking water distribution network |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| IT202100018986A1 true IT202100018986A1 (en) | 2023-01-19 |
Family
ID=80461135
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT102021000018986A IT202100018986A1 (en) | 2021-07-19 | 2021-07-19 | Real-time control system distributed over a continental geographical area, used for monitoring and automatic control of the drinking water distribution network |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| IT (1) | IT202100018986A1 (en) |
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