УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ДАННЫХ ПО ЛИНИЯМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 6-10-20-35 кВ Российский патент 2021 года по МПК H04B3/54 

Настоящее изобретение относится к устройствам передачи информации, использующим в качестве линии связи провода электросети, в частности к устройствам передачи данных, предназначенным для работы в распределительных электрических сетях 6-35 кВ на основе PLC-технологии.

Из уровня техники известно устройство передачи и приема информации по электросетям (см. патент РФ №2216853, опубликованный 20.11.2003, МПК H04B3/54), содержащее на передающей стороне управляющий блок передатчика, который регулирует полосу генерации и центральную частоту хаотических радиоимпульсов, и модулятор, а на приемной стороне - управляющий блок приемника, который осуществляет синхронизацию в соответствии с частотой следования хаотических радиоимпульсов, фильтр и решающий блок приемника. Устройство снабжено фильтром присоединения к электросети передающей стороны и приемной стороны, генератором хаотического сигнала, который генерирует в диапазоне 0,009-30 МГц, кодером канала, выход которого подключен к первому входу модулятора, усилителем и интегратором, при этом выход фильтра подключен к входу усилителя, выход которого подключен к входу интегратора, управляющий блок приемника подключен одним выходом к интегратору, другим выходом к решающему блоку приемника, вход которого подключен к интегратору, при этом решающий блок приемника выполнен с возможностью выделения полезной информации из хаотического радиоимпульса путем предварительного интегрирования мощности хаотического радиоимпульса в интеграторе в пределах его длины, а выход управляющего блока передатчика подключен к входу генератора хаотического сигнала, выход которого подключен к второму входу модулятора.

Данное устройство имеет сложную структуру, состоящую из большого числа конструктивных элементов. Одним из недостатков является низкая ремонтопригодность, т.к. в случае выхода из строя возникает необходимость замены устройства полностью.

Из уровня техники известно устройство передачи и приема информации по электросетям (см. патент РФ №2423788, опубликованный 10.07.2011, МПК H04B3/54 H05K9/00), содержащее электронные компоненты на печатной плате и металлический корпус, в котором присутствуют две камеры, разделенные стенкой, причем каждая из камер окружает один из электронных компонентов. Одна камера окружает аналоговые передающие и приемные компоненты, вторая камера окружает аналого-цифровые и цифроаналоговые компоненты.

Данное устройство также имеет многоэлементную структуру и обладает низкой ремонтопригодностью, т.к. в случае выхода из строя возникает необходимость замены устройства полностью.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение является повышение надёжности и удобства эксплуатации устройства передачи и приема данных по электросети.

Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, заключается в повышении простоты обслуживания, ремонтопригодности и обновления устройства передачи и приема данных по электросети, с одновременным повышением помехоустойчивости как принимаемого, так и передаваемого сигналов, а также в расширении ассортимента устройств передачи и приема данных по электросети.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что устройство передачи и приема данных по линиям электрических сетей 6-10-20-35кВ включает в себя интерфейсный модуль и связной модуль. Интерфейсный модуль выполнен с возможностью управления связным модулем и обмена данными с внешними устройствами, включая прием команд управления и передачу полученных данных во вне. Связной модуль выполнен с возможностью питания интерфейсного модуля и передачи и приема данных посредством технологии PLC из электросетей. Связной модуль содержит USB контроллер для обеспечения обмена данными с интерфейсным модулем посредством интерфейса USB, подсоединенную к USB контроллеру программируемую логическую интегральную микросхему, к которой подсоединены приемная часть и передающая часть. Приемная часть включает последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, входные усилитель и фильтр, причём приёмная часть выполнена с возможностью подключения дополнительного внешнего фильтра параллельно имеющемуся фильтру. Передающая часть включает последовательно соединенные цифро-аналоговый преобразователь, выходные фильтр и усилитель, причём передающая часть после фильтра снабжена линейным выходом с возможностью подключения внешнего усилителя, а программируемая логическая интегральная микросхема выполнена с возможностью управления внешним усилителем. Приемная и передающая части подсоединены к развязывающему высокочастотному трансформатору, снабженному двумя идентичными выходами, выполненными с возможностью подключения к линии электропередач.

За счет модульного исполнения устройства передачи и приема данных по электросети обеспечивается независимость функционирования узлов устройства и их программного обеспечения. При необходимости каждый из модулей устройства можно заменить, чем обеспечивается высокая ремонтопригодность устройства и простота эксплуатации. Независимость программного обеспечения интерфейсного модуля и связного модуля друг от друга, достигаемая за счет их модульного разделения и соединения по универсальному каналу связи (USB), позволяет быстро и своевременно обновлять любой из модулей независимо от другого. Таким образом обеспечивается простота обслуживания, ремонтопригодности и обновления каждого из модулей устройства передачи и приема данных по электросети, а, следовательно, повышается его надежность и удобство эксплуатации.

Выполнение приёмной части с возможностью подключения дополнительного внешнего фильтра параллельно имеющемуся фильтру позволяет изменять рабочий диапазон и обеспечить защиту от сосредоточенных помех без дополнительной перенастройки аппаратуры. Это сказывается как на упрощении обслуживания устройства, так и на повышении помехоустойчивости принимаемого сигнала, что, в свою очередь, повышает надежность и удобство эксплуатации заявленного устройства.

Снабжение передающей части линейным выходом с возможностью подключения внешнего усилителя, а выполнение программируемой логической интегральной микросхемы с возможностью управления этим внешним усилителем позволяет инжектировать более мощный сигнал, что также обеспечивает повышение помехоустойчивости передаваемого сигнала, а, следовательно, повышает надежность и удобство эксплуатации заявленного устройства. Кроме того, обеспечивается возможность работы на высокоомную нагрузку, что расширяет спектр применения устройства.

Снабжение устройства двумя идентичными выходами, выполненными с возможностью подключения к линии электропередач позволяет исключить необходимость использования устройств, на аппаратном уровне объединяющих два выходных кабеля в один, т.е. исключить дополнительные потери мощности передаваемого сигнала. Кроме того, при работе устройства в различных сетях, но единой информационной сети исключается необходимость использования двух отдельных устройств передачи и приема данных, поскольку заявленное устройство за счёт наличия двух выходов будет само являться связующим звеном. Таким образом обеспечивается простота обслуживания, ремонтопригодности и обновления устройства передачи и приема данных по электросети, а, следовательно, повышается его надежность и удобство эксплуатации.

Далее настоящая полезная модель поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 изображена блок схема, иллюстрирующая общий вид устройства передачи и приема данных по электросети.

На фиг. 2 изображена подробная блок схема, иллюстрирующая устройство передачи и приема данных по электросети.

В соответствии с настоящей полезной моделью устройство (1) передачи и приема данных по электросети (см. фиг. 1) выполнено модульным и включает интерфейсный модуль (2) и связной модуль (3). Интерфейсный модуль (2) выполнен с возможностью управления связным модулем (3) и обмена данными с внешними устройствами, включая прием команд управления и передачу полученных данных во вне. Связной модуль (3) выполнен с возможностью питания интерфейсного модуля (2) и передачи и приема данных посредством технологии PLC из электросетей.

На фиг.2 более подробно показана структурная схема устройства (1) передачи и приема данных по электросети. Связной модуль (3) содержит USB контроллер (4) для обеспечения обмена данными с интерфейсным модулем (2) посредством интерфейса USB. К USB контроллеру (4) подсоединена программируемая логическая интегральная микросхема (5) (далее ПЛИС), к которой в свою очередь подсоединены приемная часть и передающая часть. Приемная часть, включает последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь (6), входные усилитель (7) и фильтр (8). Входной усилитель (7) может быть выполнен с возможностью автоматической регулировки усиления на основании обратной связи с ПЛИС (5). Приёмная часть выполнена с возможностью подключения дополнительного внешнего фильтра (13) параллельно имеющемуся фильтру (8). Передающая часть включает последовательно соединенные цифро-аналоговый преобразователь (9), выходные фильтр (10) и усилитель (11). Причём передающая часть после фильтра (10) снабжена линейным выходом с возможностью подключения внешнего усилителя (14), а ПЛИС (5) выполнена с возможностью управления этим внешним усилителем (14). Приемная и передающая части подсоединены к развязывающему высокочастотному трансформатору (12), выполненному с возможностью подключения к линии электропередач посредством двух идентичных выходов (15) и (16).

Питание интерфейсного модуля (2) осуществляется от связного модуля (3). Информационный обмен между модулями (2) и (3) осуществляется по USB каналу. Плата связного модуля (3) содержит все аппаратные элементы, необходимые для реализации функционала PLC-модема. Связь интерфейсного модуля (2) с внешним миром осуществляется посредством, например, Ethernet интерфейса. Связь программного обеспечения интерфейсного модуля (2) с программным обеспечением связного модуля (3) осуществляется посредством канала USB.

Интерфейсный модуль (2) выполняет функции: общего управления устройством (1), диагностики и контроля состояния, информационного обмена с внешним миром, посредством, например, Ethernet, фильтрации внешнего трафика, приема из внешнего мира команд для связного модуля (3) и передачи их в программное обеспечение связного модуля (3), передачи во внешний мир ответов на команды и данных, полученных от связного модуля (3).

Связной модуль (3) выполняет функции: информационного обмена с интерфейсным модулем (2), в частности, приема команд, передачи ответов на команды и передачи данных, поддержки работы узла PLC сети, передачи и приема информационных пакетов от PLC сети.

USB контроллер (4) выполняет функции: поддержки информационного обмена по USB каналу, управления ПЛИС (5), поддержки информационного обмена с ПЛИС (5) по аппаратным каналам.

ПЛИС (5) выполняет функции: управления ЦАП (9), управления АЦП (6), передачи в USB котроллер (4) показаний ЦАП (9), управления усилителями и другими узлами приемной и передающей частей.

Дополнительный внешний фильтр (13) приёмной части подсоединенный параллельно имеющемуся фильтру (8) позволяет изменять рабочий диапазон и обеспечивать защиту от сосредоточенных помех без дополнительной перенастройки аппаратуры.

Внешний усилитель (14), подсоединенный к передающей части через линейный вход после фильтра (10), и ПЛИС (5), выполненная с возможностью управления этим внешним усилителем (14), позволяют инжектировать более мощный сигнал, и работать также на высокоомную нагрузку.

Два идентичных выхода (15) и (16), выполненных с возможностью подключения к линии электропередач позволяют исключить необходимость использования устройств, на аппаратном уровне объединяющих два выходных кабеля в один, т.е. исключить дополнительные потери мощности передаваемого сигнала. Кроме того, при работе устройства в различных сетях, но единой информационной сети исключается необходимость использования двух отдельных устройств передачи и приема данных, поскольку заявленное устройство за счёт наличия двух выходов будет само являться связующим звеном.

Вышеприведенные конструктивные особенности устройства позволяют упростить обслуживание устройства, обеспечивают повышении помехоустойчивости принимаемого и передаваемого сигналов, а также расширяют спектр применения устройства.

Разделение на функциональные обеспечивает независимость функционирования узлов устройства и их программного обеспечения. При необходимости каждый из модулей устройства можно заменить, что обеспечивает высокую ремонтопригодность устройства в целом и простоту его эксплуатации. Независимость программного обеспечения интерфейсного и связного модулей друг от друга достигаемая за счет их модульного разделения и соединения по универсальному каналу связи (USB) позволяет быстро и своевременно обновлять любой из модулей независимо от другого. Таким образом, предложенное устройство обладает простотой обслуживания, ремонтопригодностью, а, следовательно, обладает повышенной надежностью и удобством эксплуатации. Также предложенное устройство расширяет ассортимент устройств передачи и приема данных по электросети.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение помехоустойчивости принимаемого и передаваемого сигналов, простоты обслуживания и ремонтопригодности. Устройство включает в себя интерфейсный модуль и связной модуль. Интерфейсный модуль выполнен с возможностью управления связным модулем и обмена данными с внешними устройствами. Связной модуль выполнен с возможностью питания интерфейсного модуля и передачи и приема данных посредством технологии PLC из электросетей. Связной модуль содержит USB контроллер для обмена данными с интерфейсным модулем через интерфейс USB. К USB контроллеру подсоединена программируемая логическая интегральная микросхема, к которой подсоединены приемная часть и передающая часть. Приемная часть включает последовательно соединенные АЦП, входные усилитель и фильтр, причём приёмная часть выполнена с возможностью подключения дополнительного внешнего фильтра параллельно имеющемуся фильтру. Передающая часть включает последовательно соединенные ЦАП, выходные фильтр и усилитель. Передающая часть после фильтра снабжена линейным выходом с возможностью подключения внешнего усилителя, а программируемая логическая интегральная микросхема выполнена с возможностью управления внешним усилителем. Приемная и передающая части подсоединены к развязывающему высокочастотному трансформатору, выходы которого выполнены с возможностью подключения к линии электропередач. 2 ил.

Устройство передачи и приема данных по линиям электрических сетей 6-10-20-35 кВ включает в себя интерфейсный модуль и связной модуль, интерфейсный модуль выполнен с возможностью управления связным модулем и обмена данными с внешними устройствами, включая прием команд управления и передачу полученных данных вовне, связной модуль выполнен с возможностью питания интерфейсного модуля и передачи и приема данных посредством технологии PLC из электросетей, при этом связной модуль содержит USB контроллер для обеспечения обмена данными с интерфейсным модулем посредством интерфейса USB, подсоединенную к USB контроллеру программируемую логическую интегральную микросхему, к которой подсоединены приемная часть и передающая часть, приемная часть включает последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, входные усилитель и фильтр, причем приемная часть выполнена с возможностью подключения дополнительного внешнего фильтра параллельно имеющемуся фильтру, передающая часть включает последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь, выходные фильтр и усилитель, причем передающая часть после фильтра снабжена линейным выходом с возможностью подключения внешнего усилителя, а программируемая логическая интегральная микросхема выполнена с возможностью управления внешним усилителем, приемная и передающая части подсоединены к развязывающему высокочастотному трансформатору, снабженному двумя идентичными выходами, выполненными с возможностью подключения к линии электропередач.