УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ТЕСТИРОВАНИЯ СОДЕРЖИМОГО РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО ШКАФА ПОСЛЕ ПЛАНОВОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2022 года по МПК H02B3/00 G01R31/55 

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству и способу тестирования содержимого распределительного шкафа после плановой сборки технических узлов и их подключения через предусмотренные для этого выводы посредством маркированных электрических линий. Кроме того, настоящее изобретение относится к компьютерному программному продукту, реализующему этот способ.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

Область настоящего изобретения относится к распределительным шкафам. Распределительные шкафы используются, главным образом, в контексте их применения в промышленных целях. Распределительный шкаф того типа, который рассматривается в настоящем документе, вмещает в себя технические узлы, которые обычно спроектированы в виде стандартизованных электрических или электронных встроенных модулей. Эти технические узлы используются, главным образом, для управления автоматизированной системой производства, системой технологического проектирования, станочной системой и тому подобным. Встроенные модули, локализованные в распределительном шкафу, обычно представляют собой технические узлы, которые не располагаются так же, как полевые устройства, т.е. непосредственно на станке. Например, в контексте настоящего изобретения в качестве компонентов контрольно-измерительной аппаратуры используются программируемые логические контроллеры, универсальные вычислительные блоки, преобразователи частоты для регулирования скорости, модули связи для подключения шин к различным системам шин, цифровые модули ввода/вывода или аналоговые модули ввода/вывода. Помимо этих электронных блоков распределительный шкаф обычно также содержит исключительно электрические элементы, например, электрические клеммные колодки для подключения электрических кабелей в месте использования, вследствие чего устанавливается соединение с источником питания и управляемым станком. Распределительный шкаф с содержимым специализированного применения создается на основе принципиальной электрической схемы, в соответствии с которой на стадии планирования выводится макет-план, к которому, помимо информации о расположении отдельных узлов оборудования и их проводки, привязывается информация о списке комплектующих узлов.

В настоящее время такое планирование и проектирование содержимого корпуса осуществляется с использованием программного обеспечения, такого как, например, EPLAN Pro Panel®, которое, помимо прочего, также предоставляет трехмерный макет-план. В добавление к компонентам контрольно-измерительной аппаратуры макет-план также содержит их разводку через предусмотренные для этого выводы на компонентах, а также информацию о типе и трассировке используемых электрических кабелей. Кроме того, макет-план также включает в себя конфигурацию медных шин и прочих элементов подобного рода для гибкой системы энергораспределения, соответствующей техническим узлам. Если технические узлы спроектированы в виде электрических или электронных встроенных модулей, то они могут быть установлены на монтажной панели распределительного шкафа с использованием, например, П-образных монтажных реек. Для завершения устройства распределительного шкафа могут быть также спроектированы и отображены в макете-плане другие необязательные компоненты, такие как вентиляторы, воздухонагнетатели, фильтры, теплообменники, блоки кондиционирования воздуха, системы внутреннего освещения, кабельные вводы и прочие компоненты подобного рода.

По завершении планирования, результатом которого является, помимо прочего, получение макета-плана целевого состояния содержимого корпуса, осуществляется переход к стадии производства, которая предусматривает монтаж технических узлов на монтажной панели корпуса в соответствии со списком комплектующих узлов и их подключение с помощью электрических кабелей в соответствии с макетом-планом. Обычно это делается в оснащенном соответствующим образом цехе электрооборудования. По окончании сборки содержимое распределительного шкафа обычно инспектируется квалифицированным персоналом и тестируется на предмет проверки, по меньшей мере, некоторых функциональных возможностей, например, кабельных трасс. Такая ручная проверка содержимого распределительного шкафа после сборки требует подготовки верифицируемых протоколов проверки, и во время ее проведения могут совершаться ошибки, что зависит от сложности взаимосвязанных технических узлов.

Сущность настоящего изобретения

Следовательно, цель настоящего изобретения заключается в создании устройства и способа тестирования содержимого распределительного шкафа после плановой сборки, которые обеспечивали бы надежное и быстрое качественное тестирование распределительного шкафа даже со сложным содержимым.

В части устройства эта цель достигается пунктом 1 формулы изобретения, а в части способа указанная задача решается соответствующим пунктом 8 формулы изобретения. В отношении компьютерного программного продукта, реализующего предложенный способ, дана отсылка к пункту 15 формулы изобретения. Соответствующие зависимые пункты формулы представляют дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения, обеспечивающие преимущества.

Настоящее изобретение предлагает техническую идею, в соответствии с которой устройство для проверки содержимого распределительного шкафа после плановой сборки технических узлов оборудования и их подключения содержит: блок камеры для получения, по меньшей мере, двухмерного изображения узлов, полностью собранных и подключенных на монтажной панели распределительного шкафа; блок оценки для сравнения между собой макета изображения фактического состояния, основанного на полученном изображении, и предоставленного макета-плана целевого состояния; и блок вывода для предоставления результатов тестирования, по меньшей мере, конструктивной согласованности (соответствия) распределительного шкафа для оценки в отношении, выпустка ли его поставку (отгрузку) или устранять неисправности. При этом блок оценки проводит указанное сравнение, по меньшей мере, в отношении следующих основных критериев:

a) комплектность и положение установленных узлов;

b) локализация клеммных соединений;

c) трассировка электрических линий;

при этом в необязательном варианте блок оценки может также выполнять углубленное тестирование в отношении следующих дополнительных критериев проверки:

d) размеры и тип выбранного шкафа электрооборудования; и/или

e) правильность подбора типов проводов, используемых в электрических линиях.

Преимущество решения согласно настоящему изобретению состоит, в частности, в том, что в большинстве случаев можно обойтись без ручной проверки результатов сборки распределительного шкафа, а автоматическая проверка, проводимая путем сравнения макетов согласно настоящему изобретению, требует гораздо меньше времени. Решение согласно настоящему изобретению основано на знании того, что макет-план, описывающий целевое состояние, которое является результатом предшествующего планирования конструкции, также подходит после внесения незначительных изменений для использования в качестве эталона сравнения на стадии проверки качества после завершения процесса сборки. Это обеспечивает надежную проверку запланированного целевого состояния относительно реализованного в действительности фактического состояния; при этом воздействие факторов, влияющих на возникновение ошибок, сводится к минимуму.

Проверка в отношении комплектности и положения установленных узлов должна пониматься в том смысле, что проверяется не только наличие встроенных электрических или электронных модулей или иных компонентов подобного рода, но также и их тип, который может быть определен с помощью графической информации и информации о списке комплектующих узлов, привязанной к макету-плану. Кроме того, проверяется, все ли узлы установлены в предназначенных для них местах, и соблюдены ли заданные расстояния. Кроме того, проверка в отношении локализации клеммных соединений включает в себя определение того, действительно ли подключены клеммные соединения узлов, предусмотренные согласно макету-плану, при этом в ходе углубленного обследования также отслеживается прокладка электрических кабелей. Если они частично недоступны для визуального осмотра из-за их перекрытия коробами для прокладки кабелей или перекручивания при связывании в пучки, то, например, на основании оптически детектируемых отрезков начала и окончания электрической линии и/или их идентификаторов блок оценки определяет наиболее вероятный маршрут прохождения кабелей, который - если это не противоречит другим маршрутам прохождения - и считается установленным маршрутом прохождения. Для индивидуальной идентификации отдельных электрических линий может быть также предусмотрена возможность их снабжения символьной кодировкой, например, машиночитаемыми метками, которые доступны для визуальной технической оценки. Кроме того, захват изображения с помощью блока камеры может быть также использован для проверки того, соответствуют ли типы проводов, используемые в электрических линиях, планировочным нормативам в отношении материала, диаметра и изоляции проводника. Более того, может быть также предусмотрена возможность сравнения размеров и типа выбранного распределительного шкафа с планировочными нормативами и его проверки в этом отношении.

Согласно одному из аспектов, улучшающего решение согласно настоящему изобретению, предполагается, что блок оценки, предназначенный для обработки изображения, использует средство оптической фильтрации, с помощью которого обеспечивается возможность графического абстрагирования изображения макета, захваченного блоком камеры. Такое графическое абстрагирование должно идти в направлении представления макета-плана для достижения высокой степени достоверности результатов за счет получения аналогичной или подобной степени абстракции двух объектов сравнения. Такое графическое абстрагирование может быть реализовано, например, путем преобразования указанного изображения в резко-контрастное черно-белое изображение с четкой линейной структурой, содержащей только те компоненты изображения, которые относятся к сравнению. Любые информационные пробелы могут быть восполнены с использованием хорошо известных алгоритмов улучшения изображения.

В предпочтительном варианте должен быть установлен блок камеры для создания трехмерного, а не просто двухмерного изображения макета. Это дает преимущество, состоящее в том, что может быть также записано и сверено с макетом-планом, который также является трехмерным, положение узлов по высоте и точки их фиксации. Таким образом, решение согласно настоящему изобретению обеспечивает более высокую плотность информации о деталях проверки, благодаря чему дополнительно повышается качество проверки.

Помимо чисто визуального сравнения решение согласно настоящему изобретению также обеспечивает возможность проведения сравнения между фактическим и целевым состояниями путем маркирования узлов. Это обусловлено тем, что каждый узел снабжен визуально идентифицируемой меткой, предусмотренной действующими стандартами.

Согласно одному из аспектов, который дополнительно улучшает настоящее изобретение, предполагается, что блок оценки, помимо проверки конструктивной согласованности распределительного шкафа, также проверяет его функциональную согласованность путем сравнения функциональных возможностей, обеспечиваемых узлами и их проводкой с использованием электрических линий, с принципиальной электрической схемой, привязанной к макету-плану. Эта функциональная проверка основывается на знании того, что помимо макета-плана, который в предпочтительном варианте предоставляет информацию о схеме расположения узлов и их проводке, также известна и принципиальная электрическая схема, которая обычно представляет собой вводную информацию для планирования макета. С другой стороны, из анализа конструктивной согласованности известно, какие конкретные узлы и каким образом соединены друг с другом, вследствие чего из этого можно вывести заключение для принципиальной электрической схемы с учетом фактического состояния. Таким образом, можно также проверить функциональную согласованность содержимого распределительного шкафа.

Исходя из этого, можно также преобразовать содержимое распределительного шкафа в имитационную функциональную модель на основании информации, полученной по результатам испытания конструкции и функционального теста. Для этого предусмотрен необязательный блок моделирования, который может выполнять моделирование различных рабочих состояний распределительного шкафа в течение заданного периода времени на основании положительных результатов испытания конструкции и функционального теста. В данном случае также моделируется конфигурация соединений функциональной модели, т.е. подключенных датчиков, устройств, станков и тому подобного. Моделирование может быть использовано для получения результатов тестирования, например, в отношении изменения температуры в распределительном шкафу при разных сценариях нагрузки. Результат моделирования обеспечивает возможность проведения более тщательной проверки качества с учетом планировочных нормативов.

Моделирование не обязательно должно проводиться одновременно с визуальным осмотром содержимого корпуса. Как правило, программируемые логические контроллеры снабжаются соответствующим программным обеспечением только после завершения сборки распределительного шкафа, и обычно оно становится доступным и, таким образом, известным в более позднее время. Следовательно, алгоритмы, которые содержатся в программном обеспечении, также могут стать доступными для имитационной модели в соответственно более позднее время для проведения полного тестирования распределительного шкафа, включая управляющее программное обеспечение, в отношении всех его функциональных возможностей. В то же время, по меньшей мере, частичное тестирование в отношении конструктивной и функциональной согласованности распределительного шкафа может быть выполнено непосредственно по окончании сборки.

Кроме того, решение согласно настоящему изобретению может быть также дополнено тем, что сравнение фактического состояния с целевым состоянием проводится с учетом допустимых диапазонов допусков в отношении установленных узлов, используемых электрических линий и/или их положения для монтажа или трассировки. С учетом допустимых отклонений может быть получен хороший/плохой результат сравнения. Таким образом, может быть также проведена проверка в отношении минимального расстояния между соседними узлами, значения которого должны лежать в диапазоне, например, 2-3 см. В данном случае могут быть также отображены планировочные нормативы в отношении предельного состояния конструкции в соответствии с требованиями конкретного заказчика. Кроме того, предполагается, что результаты тестирования в отношении, по меньшей мере, конструктивной согласованности распределительного шкафа сохраняются в архивной базе данных для предпочтительного хранения виртуальной папки со сведениями о распределительном шкафе, который был протестирован после сборки. Таким образом, можно обойтись без стандартной регистрации результатов тестирования, например, с целью сертификации.

В предпочтительном варианте способ согласно настоящему изобретению, предназначенный для тестирования содержимого распределительного шкафа после предшествующей плановой сборки узлов и их подключения, реализуется в качестве компьютерного программного продукта, средства программного кода которого выполняют отдельные стадии этого способа в указанном блоке оценки. Этот компьютерный программный продукт, который может храниться в машиночитаемом запоминающем устройстве для хранения данных, может устанавливаться, например, на различных универсальных локальных компьютерах или предоставляться пользователям в качестве серверного решения.

Краткое описание фигур

Дополнительные признаки, улучшающие заявленное изобретение, подробнее описаны ниже вместе с описанием одного из предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения в привязке к чертежам, где:

На фиг. 1 представлена блок-схема, иллюстрирующая устройство для тестирования содержимого распределительного шкафа; а

на фиг. 2 представлена блок-схема, иллюстрирующая отдельные стадии процедуры тестирования, выполняемые с помощью указанного устройства.

Подробное описание настоящего изобретения

Как показано на фиг. 1, после сборки, выполненной в ходе производственного процесса, должно быть проведено тестирование распределительного шкафа 1, содержание которого включает в себя различные технические узлы 2а-2е, установленные на монтажной панели 4 распределительного шкафа 1 с использованием П-образных монтажных реек 3 и подключенные друг к другу посредством различных электрических линий 5, изображение которых носит иллюстративный характер. Для этого каждый узел 2а-2е имеет соответствующие клеммные соединения 6, изображение которых носит иллюстративный характер, которые выполнены в виде винтовых зажимов или штыревых выводов (как пример).

Для проверки содержимого распределительного шкафа 1 этот шкаф снабжен блоком 7 камеры, который располагается на определенном расстоянии от распределительного шкафа 1 и совмещен с монтажной панелью 4, и который формирует трехмерное изображение узлов 2а-2е, полностью смонтированных и подключенных на монтажной панели 4. Блок 8 оценки, подключенный за блоком 7 камеры, проводит сравнение, сопровождающееся обработкой изображения, макета 100 изображения фактического состояния содержимого корпуса, записанного блоком 7 камеры, с макетом-планом 200 целевого состояния, созданным автоматизированным инструментом планирования.

Это сравнение проводится с использованием алгоритма анализа изображения, который считывает не только макет-план 200 из базы 9 данных планирования, но также и информацию о списке комплектующих узлов. На этой основе проводится проверка в отношении комплектности и положении установленных узлов 2а-2е, локализации клеммных соединений 6 и трассировки электрических кабелей 5, а также в отношении правильности подбора типов используемых для этого проводов на основании характеристик электрических линий 5, которые доступны для визуальной технической оценки. Алгоритм анализа изображения основан на нейронной системе, которая использует так называемый метод наилучшего отображения. Поскольку все устанавливаемые узлы известны по предыдущему планированию, нейронная система может определить, например, по геометрическим критериям, действительно ли установлен требуемый узел.

Результат тестирования, сгенерированный блоком 8 оценки, передается в последующий блок 11 вывода, который представляет собой информационный интерфейс пользователя, выполненный в виде экранного дисплея. Этот результат говорит пользователю о том, может ли протестированный распределительный шкаф быть передан на отгрузку, или же требуется устранение неисправностей.

Помимо конструктивной согласованности распределительного шкафа 1 блок 8 оценки также проверяет его функциональную согласованность, сравнивая функциональные возможности, создаваемые узлами 2а-2е и их проводкой, с принципиальной электрической схемой 300, привязанной к макету-плану 200. После получения положительных результатов испытания конструкции и функционального теста блок 12 моделирования, соединенный с блоком 8 оценки, может также моделировать различные рабочие состояния распределительного шкафа 1 в течение заданного периода времени, например, для проверки характера изменения температуры относительно соответствующих планировочных нормативов, используя для этого технологию моделирования.

На фиг. 2 проиллюстрирован алгоритм проведения процедуры тестирования распределительного шкафа с помощью описанного выше устройства, в рамках которой по окончании плановой сборки сначала выполняется захват изображения содержимого распределительного шкафа, что осуществляется на первой стадии А. На второй стадии В макет 100 изображения фактического состояния содержимого собранного распределительного шкафа сравнивается с предоставленным макетом-планом 200 целевого состояния. На следующей третьей стадии С, помимо конструктивной согласованности содержимого распределительного шкафа, также проверяется его функциональная согласованность путем обращения к принципиальной электрической схеме 300, привязанной к макету-плану 200. Если фактическое состояние содержимого распределительного шкафа, в которое входят технические узлы и их проводка, также соответствует техническим данным электрической схемы, то можно считать, что функциональная согласованность распределительного шкафа 1 обеспечена. На четвертой стадии D на этом основании и вдобавок к этому проводится тестирование различных рабочих состояний, что осуществляется в рамках моделирования в течение заданного периода времени, например, 24 часов. Таким образом, можно определить, например, соответствует ли содержимое распределительного шкафа предельным тепловым характеристикам или нормам энергопотребления в условиях изменения температуры или потребления электроэнергии.

Таким образом, решение согласно настоящему изобретению обеспечивает многоуровневую углубленную автоматизированную проверку качества собранного распределительного шкафа, которая не ограничена исключительно аспектами, представленными выше в качестве примера, но также допускает и другие модификации, входящие в объем последующей формулы изобретения. Например, может быть также проверена правильность выбора типа шкафа в качестве корпуса для сборки узлов на монтажной пластине.

Ссылочные позиции

1 распределительный шкаф

2 узел

3 П-образная монтажная рейка

5 электрический кабель

6 клеммное соединение

7 блок камеры

8 блок оценки

9 база данных планирования

10 архивная база данных

11 блок вывода

12 блок моделирования

100 макет изображения

200 макет-план

300 принципиальная электрическая схема.

Использование: в области электротехники. Технический результат – повышение надежности и быстродействия тестирования распределительного шкафа со сложным содержимым. Тестирования содержимого распределительного шкафа после установки узлов (2а-2е) оборудования на монтажной панели (4) распределительного шкафа (1) согласно плану и их подключения производится через предусмотренные для этого клеммы (6) посредством выделенных электрических кабелей (5). Устройство содержит: блок (7) камеры для получения двухмерного изображения узлов (2а-2е), блок (8) оценки для сравнения макета (100) изображения фактического состояния с предоставленным макетом-планом (200) целевого состояния в отношении: комплектности и положения установленных узлов (2а-2е); локализации клемм (6); и трассировки электрических кабелей (5). Блок (8) оценки также сравнивает функциональные возможности, создаваемые узлами (2а-2е) и их соединениями с принципиальной электрической схемой (300), привязанной к макету-плану (200). Устройство также содержит блок (12) моделирования, который выполняет моделирование различных рабочих состояний распределительного шкафа (1) в течение заданного периода времени. Блок (11) вывода предусмотрен для предоставления результатов тестирования конструктивной согласованности распределительного шкафа (1) для оценки в отношении того, выпускать ли его поставку или устранять неисправности. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для тестирования содержимого распределительного шкафа после плановой сборки технических узлов (2а-2е) и их подключения через предусмотренные для этого клеммные соединения (6) посредством маркированных электрических линий (5), содержащее:

- блок (7) камеры для получения, по меньшей мере, двухмерного изображения узлов (2а-2е), полностью смонтированных и подключенных на монтажной панели (4) распределительного шкафа (1);

- блок (8) оценки для сравнения макета (100) изображения фактического состояния, основанного на полученном изображении, с предоставленным макетом-планом (200) целевого состояния, по меньшей мере, в отношении:

a) комплектности и положения установленных узлов (2а-2е);

b) локализации клеммных соединений (6);

c) трассировки электрических кабелей (5);

- блок (11) вывода для предоставления результатов тестирования конструктивной согласованности распределительного шкафа (1) для оценки в отношении того, выпускать ли его поставку или устранять неисправности;

причем помимо конструктивной согласованности распределительного шкафа (1) блок (8) оценки также проверяет его функциональную согласованность, сравнивая функциональные возможности, создаваемые узлами (2а-2е) и их соединениями посредством электрических линий (5), с принципиальной электрической схемой (300), привязанной к макету-плану (200);

причем в устройстве предусмотрен блок (12) моделирования, который на основании положительных результатов конструктивного и функционального тестирования выполняет моделирование различных рабочих состояний распределительного шкафа (1) в течение заданного периода времени.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок (8) оценки дополнительно сравнивает фактическое состояние с целевым состоянием в отношении:

d) размеров и типа выбранного распределительного шкафа (1); и/или

e) правильности выбора типов проводов, используемых в электрических линиях (5).

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок (8) оценки содержит средство оптической фильтрации для графического абстрагирования изображения макета, зафиксированного блоком (7) камеры, для генерирования макета (100) изображения, соответствующего степени абстракции макета-плана (200) с целью последующего сравнения.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок (7) камеры создает трехмерное изображение для определения положения узлов (2а-2е) и клеммных соединений (6) по высоте и его учета при сверке с трехмерным макетом-планом.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что узлы (2а-2е) оборудования спроектированы в виде электрических и/или электронных встроенных модулей.

6. Машинный способ тестирования содержимого распределительного шкафа после предшествующей плановой сборки технических узлов (2а-2е) и их подключения через предусмотренные для этого клеммные соединения (6) посредством маркированных электрических линий (5), предусматривающий следующие стадии:

- получение изображения узлов (2а-2е), полностью смонтированных и подключенных на монтажной панели (4) распределительного шкафа (1), с помощью блока (7) камеры;

- проведение сравнения макета (100) изображения фактического состояния, основанного на полученном изображении, с предоставленным макетом-планом (200) целевого состояния с помощью блока (8) оценки, по меньшей мере, в отношении:

a) комплектности установленных узлов (2а-2е);

b) локализации клеммных соединений (6);

c) трассировки электрических кабелей (5);

- предоставление результатов тестирования конструктивной согласованности распределительного шкафа (1) с помощью блока (11) вывода для оценки в отношении того, выпускать ли его поставку или устранять неисправности;

причем помимо конструктивной согласованности распределительного шкафа (1) также проверяется его функциональная согласованность путем сравнения функциональных возможностей, создаваемых узлами (2а-2е) и их соединениями посредством электрических линий (5), с принципиальной электрической схемой (300), привязанной к макету-плану (200);

причем на основании положительных результатов конструктивного и функционального тестирования блок (12) моделирования моделирует различные рабочие состояния распределительного шкафа (1) в течение заданного периода времени.

7. Машинный способ по п. 6, отличающийся тем, что сравнение фактического состояния с целевым состоянием дополнительно проводится в отношении:

d) размеров и типа выбранного распределительного шкафа (1); и/или

e) правильности выбора типов проводов, используемых в электрических линиях (5).

8. Машинный способ по п. 6, отличающийся тем, что макет-план (200) создается с помощью программно-управляемого инструмента проектирования в виде файла макета, отображаемого в двухмерном или трехмерном формате.

9. Машинный способ по п. 6, отличающийся тем, что сравнение фактического состояния с целевым состоянием проводится с учетом допустимых диапазонов допусков в отношении установленных узлов (2а-2е), используемых электрических линий (5) и/или их положения для монтажа или трассировки.

10. Машинный способ по п. 6, отличающийся тем, что результаты тестирования, по меньшей мере, в отношении конструктивной согласованности распределительного шкафа (1) передаются в архивную базу данных (10) для хранения электронной папки со сведениями о распределительном шкафе (1), протестированном после сборки.

11. Машиночитаемое запоминающее устройство для хранения данных, содержащее компьютерный программный продукт со средствами программного кода для реализации способа по одному из пп. 6-10.