Способ комплексного управления электрическими системами с помощью компьютера управления электросетями - RU2719456C1

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Заявленное изобретение относится к способам и системам изготовления узла приема и распределения электропитания с автоматическим управлением, регулированием и защитой внешних подключаемых устройств, таких как промышленные и бытовые электрические приборы.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

На современном этапе, основной отрицательный момент существующих технических решений представляет собой отсутствие простого и интуитивно понятного способа объединения подключаемых устройств в единое местное пространство цифровой инфраструктуры, в которой реализованы системы автоматизированного управления электропитанием приборов, подключенных к электросети.

В общем случае, известные способы реализации систем «интеллектуальной» автоматизированной «цифровой» электрической инфраструктуры, представляют собой узлы местного значения, создаваемые в целях приема, распределения электропитания и управления. Особенностью этих узлов является система, электроустановка которая обеспечивает организацию инфраструктуры сети, состоящая из «оболочки» (щит, шкаф и т. д.) и «начинки» (готовых электрических аппаратов по назначению, номиналу и т п), при этом под каждый конкретный объект требуется индивидуальное изготовление вышеописанного электрораспределительного щита – узла электроустановки. Данный процесс лишь отчасти упрощается готовыми узконаправленными устройствами с встроенным микроконтроллером. Вместе с тем для полноценного выполнения задач, приема и распределения электропитания с полной автоматизацией процессов управления и регулирования, требуется специальное проектирование, изготовление, монтаж и программирование, с последующей наладкой и настройкой, все вышеперечисленное приводит к сложной эксплуатации электрораспределительного щита узла электрики и автоматики. Как следствие ограниченность пользовательского функционала и узкое применения электроустановки.

В связи с тем, что работы по сборке электрораспределительного щита его разводке, расключению и программированию производиться разными специалистами, то данный аспект неизбежно вносит негативный элемент человеческого фактора в процесс настройки, наладки и дальнейшей эксплуатации.

Известен патентный документ RU 2613130, опубл. 15.03.2017, из которого известно изобретение, относящееся к устройствам для измерения электрической мощности. Автоматизированное устройство мониторинга оборудования электрической подстанции содержит ЭВМ, соединенную с датчиками параметров оборудования подстанции. ЭВМ выполнена в виде микропроцессорного блока сбора и обработки данных. Чувствительные элементы вынесены из самих датчиков и соединены с ними одним или двумя волоконно-оптическими кабелями. Кабели соединены соответственно с совмещенными или с разделенными формирователем и приемником оптических сигналов. Микропроцессор и датчики размещены в одном корпусе, который снабжен блоком питания, индикацией и интерфейсным модулем. Датчики соединены с ЭВМ при помощи электрической или волоконно-оптической связи. Датчики могут быть выполнены в виде датчиков тока, напряжения и температуры. Микропроцессор содержит микроконтроллер, соединенный с модулем связи Profinet и/или Ethernet, памятью ПЗУ и ОЗУ-1, а также с контроллером данных, к которому подсоединены ОЗУ-2 с кольцевым буфером и коммутационная плата с входами сигналов датчиков. Выход микропроцессорного блока подсоединен по сети Profinet и/или Ethernet с рабочим местом оператора.

Известен патентный документ RU 2423771, опубл. 10.07.2011, в котором раскрывается устройство выполненное в виде контроллера, содержащего блок внешних датчиков замыкания, сопряженный с кнопками - эмуляторами его состояния, входы которого предназначены для подключения внешних коммутирующих элементов, а выходы соединены со входом блока сопряжения датчиков замыкания с силовыми ключами, выход которого через блок выбора режима работы датчиков замыкания соединен со входом блока коммутационных ключей, выходы которого предназначены для подключения электрических нагрузок, второй выход блока внешних датчиков замыкания соединен со входом блока интерфейсов внешнего ввода-вывода, с подключаемыми модулями интерфейсов, оборудованного адресным модулем, предназначенного для подключения к информационной шине и соединенного со входом блока коммутационных ключей.

Ближайшим аналогом заявленного изобретения является изобретение, раскрытое в публикации CN 108572562 A, опубл. 25.09.2018, которая раскрывает интеллектуальную систему управления энергией, содержащую интеллектуальное аппаратное управление и интеллектуальный терминал управления, в котором интеллектуальное аппаратное управление главным образом содержит электрический контроллер, модуль связи и модуль сбора данных; модуль сбора данных состоит из датчика и монитора и используется для сбора данных об электроэнергии в режиме реального времени; модуль связи используется для осуществления связи между терминалом и оборудованием; электрический контроллер используется для контроля поведения различных электрических приборов; интеллектуальный терминал управления в основном содержит систему управления, систему сбора информации, систему связи и систему прогнозирования и анализа; система связи обменивается данными с модулем беспроводной верности (Wi-Fi) интеллектуального аппаратного управления посредством связи через последовательный порт; система сбора информации принимает данные датчика и монитора и сохраняет полученные данные в базе данных; система управления формирует распределенное управление посредством главного блока верхнего компьютера и вспомогательных блоков верхнего компьютера; Система прогнозирования и анализа используется для проведения обработки и прогнозирования данных. Интеллектуальная система управления энергопотреблением может использоваться на разных платформах и может выполнять сложную обработку данных, что имеет важное значение для прогнозирования нагрузки и распределения ресурсов.

Недостатком известных способов является аппаратная ограниченность и сложность программирования устройства создания сети, ввиду дефицита возможностей приема и распределения электрической энергии и информации для всего спектра задач коммутации, защиты, управления и регулирования слаботочных и силовых токов, а также необходимость ручного программирования под конкретные задачи.

Таким образом, основной недостаток существующих технических решений в данной области состоит в отсутствии простого и интуитивно понятного способа объединения подключаемых устройств в единое местное пространство цифровой инфраструктуры.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической проблемой, решаемой заявленным изобретением, является создание активного узла, в котором многочисленные готовые электрические аппараты различного назначения заменены на устройство компьютер управления электросетью, в составе которого имеются гибридные силовые и слаботочные компьютеры, которые обеспеченны специальной средой человеко-машинным интерфейсом диалогового программирования, при помощи которой ускоряется и упрощается процесс организации «цифровой» инфраструктуры за счет обработки информации с помощью экспертной системы, которая автоматически формирует необходимые программные команды для устройств, подключаемых к ней.

Указанную задачу решает техническая система, выполняющая функции сбора, обработки и передачи информации, функционирование элементов которой в ее границах обеспечивается слабыми электрическими токами - слаботочной системой (система слабых токов). Под проводной системой слабых токов понимается совокупность каналов, трасс, кабелей, кроссов, элементов коммутации и технических помещений в здании или комплексе зданий на общей территории, предназначенных преимущественно для передачи информации.

Техническим результатом является упрощение процесса настройки и наладки узла приема и распределения электропитания за счет увеличения качества доступных цифровых технологий, повышения надежности защиты внешних подключаемых устройств от несанкционированных аварийных режимов работы, таких как промышленные и бытовые электрические приборы, при помощи полной автоматизации процессов управления, регулирования, измерения и сигнализации.

Также, дополнительный эффект от применения изобретения, заключается в снижении риска неправильного подключения оборудования или его поломки, поскольку процесс подключения сопровождается интерактивными подсказками, а также индикацией необходимых разъемов подключения устройств.

Изобретение осуществляется за счет способа изготовления электрораспределительного узла с помощью компьютера управления электросетью, для автоматического управления множеством устройств и их защиты от нештатных режимов работы, который содержит этапы, на которых:

- устанавливают компьютер управления электросетью;

- компьютер управления электросетью получает набор исполняемых команд, соответствующих функциям подключаемого оборудования;

- компьютер управления электросетью отображает интерактивные подсказки для подключения внешних устройств к нему;

- подключают к компьютеру управления электросетью по меньшей мере одно устройство и активируют исполнение по меньшей мере одной команды, соответствующей по меньшей мере одной функции упомянутого устройства;

- компьютер управления электросетью исполняет набор команд, соответствующих функциям подключаемого оборудования;

- устанавливают компьютер управления электросетью.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 схематичный общий вид блоков и элементов компьютера управления электросетью.

Фиг.2 представляет схему компьютера управления электросетью в сборе.

ОСУЩЕСТВВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном из вариантов реализации способа в отведенном месте электрического приема и распределения, устанавливают платформу док-станции, навесным способом посредством накладного монтажа или встраиваемым способом посредством монтажа в подготовленную нишу в конструкции стен.

В другом частном случае реализации способа платформа док-станция имеет одно- или трех- фазное подключение к внешней сети электропитания.

В другом частном случае реализации способа возможные варианты подключения двух или более платформ док-станций, имеют типовое масштабируемое решение согласно количеству подключаемых к компьютеру управления электросетью групп потребителей.

В другом частном случае реализации способа входящая в состав компьютера управления электросетью выносная клеммная колодка для подключения внешних приборов и оборудования, устанавливается навесным/встраиваемым способом в зависимости от способа прокладки кабелей скрытая/открытая проводка.

В другом частном случае реализации способа входящая в состав выносную клеммную колодку для подключения внешних приборов и оборудования подключают к док-станции кабелем с разъемным электрическим соединением.

В другом частном случае реализации способа к платформе док-станции подключают через разъемное комбинированное информационно слаботочное соединение центральный компьютер управления гибридными ключ-компьютерами.

В другом частном случае реализации способа к платформе док-станции подключают через разъемные комбинированные информационно электрические соединения требуемое количество силовых гибридных ключ-компьютеров питания электроприборов.

В другом частном случае реализации способа к платформе док-станции подключают через, разъемное комбинированное информационно-слаботочное соединение гибридные ключ-компьютеры управления слаботочными устройствами.

В другом частном случае реализации способа к платформе док-станции подключают через разъемное комбинированное информационно-слаботочное соединение гибридные ключ-компьютеры мультимедиа сигналов.

Центральный компьютер гибридного аппарата получает набор исполняемых команд, соответствующих функциям подключаемого оборудования, при этом платформа док-станция содержит слот чтения/записи с переносных накопителей типа USB, порты для проводного подключения по Ethernet к внешнему роутеру. Пользователь при необходимости загружает в систему центрального компьютера исполняемые команды, соответствующие функциям подключаемого оборудования.

В другом частном случае реализации способа порт 8P8C используется для информационного обмена двух или более компьютеров управления электросетью, объединенных в общую сеть управления.

В другом частном случае реализации способа центральный компьютер содержит в себе операционную систему содержащую информацию об оборудовании компьютера управления электросетью, информацию о типовых решениях, возможные настройки и варианты подключения оборудования, сведения об аппаратной части платформы док-станции.

Компьютер управления электросетью отображает интерактивные подсказки для подключения внешних устройств.

В другом частном случае реализации способа интерактивные подсказки отображают на дисплее центрального компьютера и/или на удаленном устройстве пользователя.

В другом частном случае реализации способа устройство пользователя представляет собой стационарную панель управления, телефон, смартфон, планшет, ноутбук или персональный компьютер.

В другом частном случае реализации способа интерактивные подсказки для подключения устройств дополнительно содержать индикацию клеммной колодки для подключения внешних устройств.

В другом частном случае реализации способа индикация представляет собой световую индикацию.

В другом частном случае реализации способа цветовая индикация дублируется в подсказках графического интерфейса пользователя для соответствующих устройств.

В другом частном случае реализации способа дополнительно присутствует проектная документация для подключаемого оборудования.

Подключают к компьютеру управления электросетью по меньшей мере одно устройство и активируют исполнение по меньшей мере одной команды, соответствующей по меньшей мере одной функции упомянутого устройства.

В другом частном случае реализации способа при подключении по меньшей мере одного устройства к компьютеру управления электросетью автоматически выполняют диагностику корректности подключения.

В другом частном случае реализации способа после подключения по меньшей мере одной группы электропитания устройства к компьютеру управления электросетью автоматически выполняют диагностику электропроводки включая подключенное электроустановочное изделие.

В другом частном случае реализации способа после подключения по меньшей мере одного устройства к компьютеру управления электросетью автоматически выполняется его диагностика.

Компьютер управления электросетью исполняет набор команд, соответствующих функциям подключаемого оборудования.

В другом частном случае реализации способа после подключения по меньшей мере одного устройства к компьютеру управления электросетью автоматически выполняют набор команд, соответствующих функциям подключаемого оборудования, обеспечивающий штатный режим работы устройства.

В другом частном случае реализации способа после подключения по меньшей мере одного устройства к компьютеру управления электросетью автоматически выполняют функциональную команду контроля и защиты, устройства и электропроводки от нештатных режимов работы.

Заявленное изобретение также осуществляется с помощью системы изготовления электрораспределительного узла с помощью компьютера управления электросетью, для автоматического управления множеством устройств и их защиты от нештатных режимов работы, которая содержит:

- по меньшей мере одну платформу док-станцию и центральный компьютер содержащий по меньшей мере одну память с машиночитаемыми инструкциями, которые побуждают по меньшей мере один процессор:

- получать набор информации для входящих в состав системы ключ-компьютеров;

- определять номер в системе и набор индивидуальных функций для каждого подключаемого ключ-компьютера;

- подключать по меньшей мере одно устройство и активировать исполнение по меньшей мере одной команды, соответствующей по меньшей мере одной функции упомянутого устройства;

- проверять полноту выполнения набора команд;

- выполнять полученный набор команд;

- передавать сформированные данные на экран, устройство пользователя, сервер;

- генерировать с помощью набора информации о подключаемом устройстве интерактивные подсказки для подключения устройств как системных, так и подключаемых к системе;

- генерировать с помощью набора информации отчет по требованию пользователя о состоянии системы;

- по меньшей мере один ключ-компьютер, содержащий по меньшей мере одну память с машиночитаемыми инструкциями, которые побуждают по меньшей мере один процессор:

- получать с помощью информационного обмена с центральным компьютером набор информации о подключаемом к ключ-компьютеру оборудованию;

- определять набор функций для каждого подключаемого типа оборудования;

- подключать по меньшей мере одно устройство и активировать исполнение по меньшей мере одной команды, соответствующей по меньшей мере одной функции упомянутого устройства;

- проверять с помощью диагностики полученный набор информации о состоянии канала, электропроводки, подключенного оборудования;

- выполнять набор команд, соответствующих функциям подключаемого оборудования;

- передавать сформированные данные на центральный компьютер;

- по меньшей мере одну выносную клеммную колодку для подключения внешних потребителей.

В одном из частных вариантов реализации системы компьютер управления электросетью состоит из одной платформы док-станции с одним центральным компьютером управления и по меньшей мере с одним силовым ключ-компьютером и одной группой потребителей подключенной кабелем к клеммной колодке внешних подключений.

В другом частном варианте реализации системы компьютер управления электросетью состоит из двух или более платформ док-станций, имеет один центральный компьютер и типовое масштабируемое количество ключ-компьютеров согласно, количеству подключаемых к компьютеру управления электросетью групп потребителей.

В одном из частных вариантов реализации системы ключ-компьютер представляет собой гибридную вычислительную машину базового преобразования силовых токов, предназначенную для защиты от нештатных режимов работы и автоматического управления электропитанием подключенного прибора.

В другом частном варианте реализации системы ключ-компьютер представляет собой гибридную вычислительную машину базового преобразования слабых токов, предназначенная для автоматизации управления подключенным прибором.

В другом частном варианте реализации системы ключ-компьютер представляет собой гибридную вычислительную машину базового преобразования мультимедиа сигналов, которая выполняет функцию аудио/видео ресивера.

В другом частном варианте реализации системы набор оборудования компьютера управления электросетью соответствует запросу пользователя согласно количеству групп силового электрического питания и количеству подключаемых слаботочных устройств.

В другом частном варианте реализации системы выбор информации об оборудовании и подбор осуществляется с помощью интерфейса конфигуратора системы.

В другом частном варианте реализации системы при активации центрального компьютера системы отображают описание системы, включающее по меньшей мере: тип оборудования и модель.

На Фиг.1 представлен компьютер управления электросетью, который реализуется за счет системы состоящей из, платформы которая организованна в виде гибридной док-станции 1, и содержит в себе единый сильноточный вводный узел 9 (одно- или трех- фазного исполнения) для электрического подключения устройства в целом, единый сильноточный транзитный узел 6 для подключения двух и более платформ док-станций и масштабирования системы в целом, узел для подключения внешних информационных интерфейсов 5, узел для подключения внешних активных слаботочных интерфейсов 8, центральный узел распределения электропитания 10, узел подключения гибридного силового ключ-компьютера 14, узел подключения центрального компьютера 15, узел подключения для LAN порта и узел интерфейсный USB порта 16. Узел 4 необходим для подключения внешних активных силовых интерфейсов к док-станции 1.

Устройства узлов (5,6,8,9) могут представлять собой, но не ограничиваясь: разъемные электрические соединения, унифицированные соединения типа 8P8C, не разъемные соединения, клеммные колодки, клеммные соединения. Узел 4 предназначен для присоединения, датчиков (сенсоры), выключателей, актуаторы, реле, роутеры, осветительное оборудование, рольставни, розетки, элементы интернета вещей (IoT), бытовую технику, аудио/видео оборудование и т.п. любой тип устройств, который необходимо обеспечить электропитанием, и он может использоваться в заявленной системе.

В общем случае при помощи разъемных электрических соединений к док-станции подключаются центральный компьютер 7, по меньшей мере одна гибридная вычислительная машина 2 (силовой ключ-компьютер) базового преобразования силовых токов и с помощью узла 10 подключается клеммная колодка 4 необходимая для подключения внешней кабельной продукции силовых групп пользователя. К гибридной док-станции 1 посредством центрального узла 10 для подключения внешних потребителей. Количество модулей гибридной вычислительной машины 2 (силовой ключ-компьютер) базового преобразования силовых токов определяется моделью платформы док-станции 1, но не менее 4 шт. При этом каждый модуль гибридной вычислительной машины 2 (силовой ключ-компьютер) базового преобразования силовых токов может выполнять функцию силового ключа 2 (двух) независимых каналов.

Также, способ содержит вариант подключения слаботочных устройств к системе. Например, гибридную вычислительную машину базового преобразования слабых токов 3, подключенную к гибридной док-станции 1 посредством узла для подключения внешних активных слаботочных интерфейсов 8, гибридную вычислительную машину базового преобразования мультимедиа сигналов 11, подключенную к гибридной док-станции 1 посредством узла для подключения внешних физических сетевых информационных интерфейсов 5.

Модуль центрального компьютера 7 поддерживает «горячую замену» вышедшей из строя Гибридной вычислительной машины 2 (силовой ключ-компьютеры) базового преобразования силовых токов без отключения вводного электропитания, ограничиваясь лишь обесточиванием узла к которому присоединен вышедший из строя модуль Гибридной вычислительной машины 2, которые в свою очередь являются цифровыми устройствами коммутации и обработки электрических сигналов, поскольку с их помощью происходит коммутация, прием-передача и обработка как электрических, так и информационных сигналов в электроустановке.

Клеммная колодка - это устройство, управляемое от компьютера базового преобразования, и необходима для подключения внешней нагрузки к системе.

Модуль гибридной вычислительной машины 2 базового преобразования силовых токов оборудован внутренними гибридными силовыми ключами, которые включают в себя внутреннюю релейную защиту. При этом каждая гибридная вычислительная машина 2 (силовой ключ-компьютер) базового преобразования силовых токов оборудована блоком внешней релейной защиты 12, которая работает по тому же принципу и дублирует внутреннюю релейную защиту.

Поскольку компьютер управления электросетью также содержит программу для управление питанием как мобильного, так и стационарного исполнения, пользователь может использовать эти решения для удаленного управления работой электроустановки, путем выбора на экране смартфона или монитора необходимых функций из списка. При этом Интерфейс пользователя включает в себя: Графические пользовательские интерфейсы для различных категорий пользователей. Имеет структурированный естественно-языковый интерфейс с управлением по меню и автоматической проверкой синтаксиса, графический включающий график, диаграммы, шкалы, кнопки, редактор многослойных пиктограмм, интерфейсы с источниками данных, обеспечивающие эффективную связь с внешними системами и базами данных, и т.п. Для взаимодействия с пользователем, способ содержит средства управления, например, сенсорный дисплей, клавиатуру, или же он может выполняться без таковых средств и управляться с помощью подключения к удаленному устройству управления пользователя, например, стационарная панель управления, телефон, смартфон, планшет, ноутбук или персональный компьютер. Протокол связи с удаленным устройством выбирается из известных протоколов обеспечения процесса обмена и передачи информации.

Узлы сетевого интерфейса 5 и 8, предназначены для работы, например, с USB накопителем, и могут содержать разъёмы типа 8P8C для сетевого взаимодействия, являются одновременно устройством и ввода, и вывода. С них загружаются необходимые программы и с их же помощью обеспечивается питание для гибридных вычислительных машин (компьютеров) базового преобразования слабых токов 3, и мультимедиа сигналов 11.

Также существует ряд периферийных устройств, входящих в состав электроустановок сети, например, сетевой фильтр, который подавляет помехи, или внешний модуль блок питания слаботочных устройств, а также другое аппаратное обеспечение для выполнения функциональных задач электросети.

Модули гибридной вычислительной машины базового преобразования слабых токов 3, гибридной вычислительной машины базового преобразования мультимедиа сигналов 11 и узла для подключения внешних активных силовых интерфейсов 4 соединены с гибридной док-станцией 1 с помощью кабелей 13.

Гибридная вычислительная машина базового преобразования слабых токов 3 подключена гибридной док-станции 1 с помощью кабеля 13 через узел для подключения внешних активных слаботочных интерфейсов 8. Гибридная вычислительная машина базового преобразования мультимедиа сигналов 11 подключена гибридной док-станции 1 с помощью кабеля 13 через узел для подключения внешних физических сетевых информационных интерфейсов 5. Узел для подключения внешних активных силовых интерфейсов 4 подключен гибридной док-станции 1 с помощью кабеля 13 через центральный узел 10 для подключения внешних потребителей.

Компьютерные программы как неотъемлемая часть цифровых устройств хранятся и выполняются в гибридных вычислительных машинах (компьютерах) базового преобразования силовых токов 2, слаботочных токов 3, мультимедиа сигналов 11, и в центральном компьютере управления 7.

Интерфейс центрального компьютера управления 7 содержит алгоритмы, которые необходимы для определения всех подключенных по общей шине устройств. Они же позволяют загрузить специальные функциональные программы для гибридных вычислительных машин, при этом объединяя их в общую сеть обмена данными, тем самым обеспечивая всю систему общей операционной системой с обратной связью.

Заявленное решение представляет собой программно-аппаратный комплекс, который может быть реализован с помощью компьютера управления электросетью, в частности, за счет реализации такого способа повышается качество работы устройств и приобретается сущность в виде цифровой электроустановки с обратной связью, характеризующее автоматизированное устройство приема и распределения электропитания, с автоматическим управлением, регулированием и защитой внешних подключаемых устройств, таких как, промышленные и бытовые электрические и приборы.

Реферат

Изобретение относится к области управления электрическими схемами. Технический результат заключается в расширении арсенала средств. Представлена система изготовления электрораспределительного узла с помощью компьютера управления электросетью для автоматического управления множеством устройств и их защиты от нештатных режимов работы, которая содержит док-станцию и центральный компьютер, которые побуждают процессор получать набор информации для входящих в состав системы ключ-компьютеров, определять номер в системе и набор индивидуальных функций для каждого подключаемого ключ-компьютера, подключать устройство и активировать исполнение команды, соответствующей функции упомянутого устройства, выполнять полученный набор команд, передавать сформированные данные на экран устройства пользователя, сервер, генерировать с помощью набора информации о подключаемом устройстве интерактивные подсказки для подключения устройств как системных, так и подключаемых к системе, генерировать отчет по требованию пользователя о состоянии системы, проверять с помощью диагностики полученный набор информации о состоянии канала, электропроводки, подключенного оборудования. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула