Система управления и мониторинга электротехнического оборудования Российский патент 2022 года по МПК G01R11/25 H02H7/00 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к защитным устройствам, и может быть использовано для защиты силового оборудования при возникновении аварийных режимов, например при перегрузке и недогрузке по току, витковых замыканиях, при обрыве любой фазы и перекосе фаз по току более заданной величины.

Известны системы управления и мониторинга электротехнического оборудования, представляющие собой совокупность функциональных блоков и модулей (см. патент на полезную модель РФ № 106997 по МПК H02H 7/08, оп. 27.07.2011. патент РФ № 2501024, МПК G01R11/25, опубл. 10.12.2013.).

Наиболее близким по технической сущности является система управления и мониторинга электротехнического оборудования, представляющая собой совокупность функциональных блоков и модулей в состав которой входят датчики тока, блок индикации, исполнительный орган, первый микроконтроллер, включающий блок энергонезависимой памяти, хранящий счетчики аварийных отключений, типы аварийных отключений, схему хранения режимных уставок, значений контролируемых токов и параметров технологического процесса, блок задержки и аналого-цифровой преобразователь, при этом входы микроконтроллера соединены с датчиками тока , а выходы - с исполнительным органом; содержащее смонтированный в отдельном корпусе пульт управления, включающий второй микроконтроллер, связанный через интерфейсы с первым микроконтроллером, кнопочную клавиатуру, подключенную к входу второго микроконтроллера, и цифровой дисплей, соединенный с выходом второго микроконтроллера, причем к первому микроконтроллеру дополнительно подключены n легкосъемных модулей, содержащие n микроконтроллеров, смонтированные в отдельных корпусах, позволяющие производить измерение унифицированных сигналов постоянного тока или напряжения,

информация между n дополнительными n микроконтроллерами и первым микроконтроллером передается в цифровом виде, первый микроконтроллер

на основе сигналов с датчиков тока , переданной информации от дополнительно подключаемых n легкосъемных модулей об измеренных унифицированных сигналов постоянного тока или напряжения, производит необходимые вычисления для сравнения с соответствующими режимными уставками и принимает решение о нормальной или аварийной работе электроустановки (см. патент на полезную модель РФ № 106997 по МПК H02H 7/08, опубл. 27.07.2011.).

Недостатком известной системы является ограниченные функциональные возможности, низкая универсальность и явная специфичность применения, относительно низкая надежность, высокие требования к обслуживающему персоналу, долгое время монтажа, настройки и ввода в эксплуатацию, повышенная стоимость.

Техническим результатом является расширение функциональных возможностей с повышенной степенью универсальности применения и степенью масштабируемости, простота модернизации и повышение эксплуатационной надежности за счет модульности предлагаемого решения.

Технический результат достигается тем, что в состав системы управления и мониторинга электротехнического оборудования, представляющей собой совокупность последовательно соединенных функциональных блоков и модулей, входят модуль датчика тока и модуль датчика напряжения, модуль датчика аналоговых сигналов и модуль датчика дискретных сигналов, блок управления и коммуникационный модуль беспроводной для интеграции модулей беспроводных датчиков, причем модуль датчика тока выполнен с измерительными трансформаторами тока в виде тороидальных катушек с подключенными первичными обмотками к контролируемой нагрузке и с выходом вторичных обмоток, присоединенных к модулю датчика тока, подключенного по проводной шине данных к блоку управления, модуль датчика напряжения подключен непосредственно к линиям питания и нагрузки с возможностью измерения напряжения до 1500В постоянного и переменного тока, а модуль датчика дискретных сигналов выполнен с возможностью подключения датчиков с дискретным выходом и управления нагрузкой с помощью встроенного релейного выхода. Система подключена к источникам бесперебойного питания. Модуль датчика аналоговых сигналов выполнен с возможностью измерения различных физических величин.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема предлагаемой системы.

Система управления и мониторинга электротехнического оборудования содержит соединенные последовательно шиной данных проводные модуль

датчика тока 1, модуль датчика напряжения 2, модуль датчика аналоговых сигналов 3, модуль датчика дискретных сигналов 4, блок управления 5, коммуникационный модуль беспроводной 6, модули беспроводных датчиков 7.

Модуль датчика тока 1 выполнен с измерительными трансформаторами тока в виде тороидальных катушек с подключенными первичными обмотками к контролируемой нагрузке и с выходом вторичных обмоток, присоединенных к модулю датчика тока 1, подключенному по проводной шине данных к блоку управления 5.

Модуль датчика напряжения 2 выполнен с возможностью подключения непосредственно к линиям питания нагрузки и с возможностью измерения напряжения до 1500 В постоянного и переменного тока.

Модуль датчика аналоговых сигналов 3 выполнен с возможностью измерения различных физических величин, а модуль датчика дискретных сигналов 4 выполнен с возможностью подключения сенсоров с дискретным выходом и управления нагрузкой.

Модули проводных датчиков соединяются с блоком управления 5 с помощью проводного соединения в виде проводного шлейфа или кабеля типа «витая» пара.

Предусмотрена возможность подключения к блоку управления 5 коммуникационного модуля беспроводного 6 для интеграции модулей беспроводных датчиков 7. Блок управления питается напряжением 24В постоянного тока от внешнего источника питания.

Измерительным элементом в модуле датчиков тока 1 являются измерительные трансформаторы тока (в количестве от 1 до 3 шт.) в виде тороидальных катушек с нормированным выходом вторичной обмотки, первичной обмоткой является токовый проводник, подключенный к контролируемой нагрузке. Вторичные обмотки катушек трансформаторов тока присоединены к модулю датчика тока 1.

Модули беспроводных датчиков 7 предназначены для измерения тока или других аналоговых сигналов в тех машинах и установках, где нет возможности проводного подключения. Питание модулей беспроводных датчиков 7 осуществляется от встроенного элемента питания.

Система работает следующим образом.

Сигналы, полученные проводными или беспроводными модулями датчиков, преобразуются в цифровой формат и передаются через проводные или беспроводные каналы на блок управления, который преобразует полученные сигналы в параметры мониторинга и управления оборудованием, транслирует их с помощью каналов передачи данных в систему мониторинга и визуализации 8.

Модуль датчика тока 1 преобразует полученный аналоговый сигнал в цифровой, передаваемый по проводной шине данных на блок управления 5.

Модуль датчика аналоговых сигналов 3 измеряет и преобразовывает различные физические величины (температуру, влажность, уровень вибрации и прочие данные), подключает как температурные датчики, так и датчики с универсальным выходом 4-20 мА или 0-10В.

Для подключения внешних датчиков используется клеммный зажим на корпусе модуля датчика аналоговых сигналов.

Модуль датчика дискретных сигналов 4 подключает датчики или сенсоры с дискретным выходом и управляет нагрузкой с помощью встроенного релейного выхода. Для подключения датчиков или сенсоров с дискретным выходом используется клеммный зажим на корпусе модуля датчика дискретных сигналов.

Коммуникационный модуль беспроводной 6 подключается к блоку управления 5 и интегрирует модули беспроводных датчиков 7. Блок управления 5 предназначен для подключения проводных модулей датчиков до 16 штук на одно проводное соединение и преобразует полученные от датчиков сигналы в выходные параметры, которые передаются в систему SCADA с помощью проводного интерфейса Ethernet.

При передаче выходных параметров могут также использоваться система IIoT, проводной интерфейс RS-485 или беспроводной интерфейс GSM стандарта.

В предлагаемой системе в отличии от существующих аналогов каждый отдельный проводной модуль датчика может быть использован как в составе системы, так и отдельно от нее в виде автономного датчика того или иного сигнала. Предлагаемая система может масштабироваться на любом этапе использования, что тоже является преимуществом данного решения.

Преимуществами предлагаемой системы также являются возможность применения системы в качестве технологического учета энергоресурсов, доступность, низкие требования к квалификации обслуживающего персонала, многофункциональность, быстрота развертывания (монтажа и пусконаладки), гибкость и адаптивность к условиям применения.

Испытания подтвердили достижение технического результата.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к защитным устройствам, и может быть использовано для защиты силового оборудования при возникновении аварийных режимов. Система содержит соединенные последовательно шиной данных проводные модуль датчика тока 1, модуль датчика напряжения 2, модуль датчика аналоговых сигналов 3, модуль датчика дискретных сигналов 4, блок управления 5, коммуникационный модуль беспроводной 6, модули беспроводных датчиков 7. Модуль датчика тока 1 выполнен с измерительными трансформаторами тока в виде тороидальных катушек с подключенными первичными обмотками к контролируемой нагрузке и с выходом вторичных обмоток, присоединенных к модулю датчика тока 1, подключенному по проводной шине данных к блоку управления 5. Модуль датчика напряжения 2 выполнен с возможностью подключения непосредственно к линиям питания нагрузки и с возможностью измерения напряжения до 1500 В постоянного и переменного тока. Модуль датчика аналоговых сигналов 3 выполнен с возможностью измерения различных физических величин, а модуль датчика дискретных сигналов 4 выполнен с возможностью подключения сенсоров с дискретным выходом и управления нагрузкой. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей с повышенной степенью универсальности применения и степенью масштабируемости, простота модернизации и повышение эксплуатационной надежности за счет модульности предлагаемого решения. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система управления и мониторинга электротехнического оборудования представляет собой совокупность последовательно соединенных функциональных блоков и модулей, в состав которой входят модуль датчика тока и модуль датчика напряжения, модуль датчика аналоговых сигналов и модуль датчика дискретных сигналов, блок управления и коммуникационный модуль беспроводной для интеграции модулей беспроводных датчиков, причем модуль датчика тока выполнен с измерительными трансформаторами тока в виде тороидальных катушек с подключенными первичными обмотками к контролируемой нагрузке и с выходом вторичных обмоток, присоединенных к модулю датчика тока, подключенного по проводной шине данных к блоку управления, модуль датчика напряжения подключен непосредственно к линиям питания и нагрузки с возможностью измерения напряжения до 1500 В постоянного и переменного тока, а модуль датчика дискретных сигналов выполнен с возможностью подключения датчиков с дискретным выходом и управления нагрузкой с помощью встроенного релейного выхода.

2. Система  по п.1, отличающаяся тем, что она подключена к источникам бесперебойного питания.

3. Система  по п.1, отличающаяся тем, что модуль датчика аналоговых сигналов выполнен с возможностью измерения различных физических величин.