RU192192U1 - Universal Modular IoT Controller for Global Energy Monitoring and Management System - Google Patents
Universal Modular IoT Controller for Global Energy Monitoring and Management System Download PDFInfo
- Publication number
- RU192192U1 RU192192U1 RU2019104764U RU2019104764U RU192192U1 RU 192192 U1 RU192192 U1 RU 192192U1 RU 2019104764 U RU2019104764 U RU 2019104764U RU 2019104764 U RU2019104764 U RU 2019104764U RU 192192 U1 RU192192 U1 RU 192192U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- module
- input
- controller
- board
- iot
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
- G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
- G05F1/66—Regulating electric power
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F13/00—Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
- G06F13/10—Program control for peripheral devices
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L65/00—Network arrangements, protocols or services for supporting real-time applications in data packet communication
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к обработке цифровых данных с помощью электрических устройств, представляющих собой соединение запоминающих устройств, устройств ввода-вывода, устройств центрального процессора, устройств передачи информации или других сигналов между этими устройствами, и предназначенных для использования в системах глобального мониторинга и управления энергоресурсами на основе IoT-технологии. Технический результат заключается в реализации указанного назначения: расширение арсенала контроллеров путем создания универсального модульного IoT-контроллера, характеризующегося возможностью контроля энергоданных, управления потреблением энергоресурсов как в автономном режиме, так и, преимущественно, в рамках центра глобального управления потреблением энергоресурсов на базе технологии IoT-управления. Контроллер содержит встроенные в общий корпус модуль ввода-вывода 1, являющийся одновременно кросс-платой, стационарно установленный на кросс-плате системный модуль 2, а также установленный на кросс-плате разъем, предназначенный для установки на кросс-плате модуля связи 3. При этом модуль ввода-вывода 1, системный модуль 2 и модуль связи 3 (если установлен) электрически связаны между собой через кросс-плату, так что модуль ввода-вывода 1 и модуль связи 3 (если установлен) работают под непосредственным управлением системного модуля 2. Модуль ввода-вывода 1 выполнен с возможностью измерений параметров, связанных с энергопотреблением (энергоданных), и управления объектами энергопотребления. Системный модуль 2 содержит центральный процессор 15, с которым соединены два блока оперативной памяти 16, блок постоянной памяти 17, SD карта памяти 18, разъем программатора 19, разъем USB 20 через диодную защиту 21, разъем Ethernet 22 через LAN адаптер 23, блок светодиодных индикаторов 24, а также дополнительную цепь электропитания, включающую дополнительный стабилизатор 25, соединенный с выходом стабилизатора 11, аккумуляторную батарею 26, контроллер 27 заряда аккумуляторной батареи и регулятор напряжения 28, соединенный своим выходом с входом питания центрального процессора 15 и соответствующим контактом разъема для установки модуля связи 3. Модуль связи 3 предназначен для установления радиосвязи контроллера с IoT-центром, альтернативной проводной связи через разъем Ethernet 22. Данный модуль не является обязательным. 1 н.п. ф-лы 1 ил.The utility model relates to the processing of digital data using electrical devices, which are a combination of storage devices, input-output devices, central processing units, information transfer devices or other signals between these devices, and intended for use in global monitoring and energy management systems based on IoT technology. The technical result consists in the implementation of this purpose: expanding the arsenal of controllers by creating a universal modular IoT controller, characterized by the ability to control energy data, manage energy consumption both offline, and mainly within the framework of the global energy consumption management center based on IoT management technology . The controller contains an input-output module 1 integrated in the common housing, which is also a cross-board, system module 2 permanently mounted on the cross-board, as well as a connector installed on the cross-board, designed to be installed on the cross-board of communication module 3. At the same time I / O module 1, system module 2 and communication module 3 (if installed) are electrically connected to each other through a cross-board, so that I / O module 1 and communication module 3 (if installed) operate under the direct control of system module 2. Module vvo and O 1 is configured to measure parameters related to the power consumption (energodannyh), and power management objects. System module 2 contains a central processor 15, to which two blocks of random access memory 16 are connected, a read-only memory block 17, an SD memory card 18, a programmer socket 19, a USB connector 20 through diode protection 21, an Ethernet connector 22 through a LAN adapter 23, a block of LED indicators 24, as well as an additional power supply circuit, including an additional stabilizer 25 connected to the output of the stabilizer 11, a battery 26, a battery charge controller 27 and a voltage regulator 28 connected to its output with a central power input processor 15 and the corresponding pin of the connector for installing the communication module 3. Communication module 3 is designed to establish the radio communication of the controller with the IoT center, an alternative to wired communication via the Ethernet connector 22. This module is not required. 1 n.p. f-ly 1 ill.
Description
Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.
Полезная модель относится к обработке цифровых данных с помощью электрических устройств, представляющих собой соединение запоминающих устройств, устройств ввода-вывода, устройств центрального процессора, устройств передачи информации или других сигналов между этими устройствами, и предназначенных для использования в системах глобального мониторинга и управления энергоресурсами на основе IoT-технологии.The utility model relates to the processing of digital data using electrical devices, which are a combination of storage devices, input-output devices, central processing units, information transfer devices or other signals between these devices, and intended for use in global monitoring and energy management systems based on IoT technology.
Далее в настоящем описании и формуле, основанной на описании, используются следующие термины:Further in the present description and the formula based on the description, the following terms are used:
«IoT» - Интернет вещей (Internet of Things),“IoT” - Internet of Things,
«I-вещь» - интернет-вещь,“I-thing” is an Internet thing,
«энергоданные» - числовые значения, характеризующие количественные и качественные показатели потребления, выработки, транспортировки и хранения различных видов энергетических ресурсов,“Energy data” - numerical values characterizing quantitative and qualitative indicators of consumption, generation, transportation and storage of various types of energy resources,
«IoT-управление» - управление посредством технологий Интернета вещей; "IoT-management" - management through the technology of the Internet of things;
(см., например: Росляков А.В. Интернет вещей: учеб. пособие / А.В. Росляков, С.В. Ваняшин, А.Ю. Гребешков. - Самара: ПГУТИ, 2015. - 200 с., которое опубликовано на http://eclib.psuti.ru).(see, for example: Roslyakov A.V. Internet of things: study guide / A.V. Roslyakov, S.V. Vanyashin, A.Yu. Grebeshkov. - Samara: PSUTI, 2015. - 200 p., which was published at http://eclib.psuti.ru).
Уровень техникиState of the art
Известен контроллер, содержащий брызгозащищенный корпус с кросс-платой, которая является объединяющим узлом, посредством которого обеспечивается электрическая коммутация сигнальных и питающих цепей в котроллере и подключение внешних цепей от соединителей, модуль источника вторичного электропитания, вырабатывающий вторичные напряжения, необходимые для питания установленных в контроллер модулей, системный модуль, содержащий вычислительное ядро системы и необходимые устройства для выполнения основных функций изделия, дополнительные модули, работающие под управлением системного модуля, включающие модуль унифицированных сигналов, содержащий цифровой последовательный интерфейс для связи с системным модулем, модуль телеизмерений и телесигнализации, содержащий цифровой параллельный интерфейс для связи с системным модулем, модуль GSM-модема, содержащий цифровой последовательный интерфейс для связи с системным модулем, контроллер снабжен набором до 4--- дополнительных модулей с функциями модулей, оптимально подобранными для всех типоисполнений станций катодной защиты в пределах ограниченного ряда, а также встроенными в основной модуль цифровыми интерфейсами, необходимыми для всех исполнений станций катодной защиты и интерфейсом Ethernet (Патент RU № 64403, МПК G06F 17/00, опубликовано 27.06.2007 Бюл. № 18). A known controller containing a splashproof housing with a cross-board, which is a uniting node, through which the electrical switching of the signal and power circuits in the controller and the connection of external circuits from the connectors, a secondary power source module that generates the secondary voltage necessary to power the modules installed in the controller , a system module containing the computing core of the system and the necessary devices to perform the basic functions of the product are optional e modules operating under the control of the system module, including a unified signal module containing a digital serial interface for communicating with the system module, a telemetry and tele-signaling module containing a digital parallel interface for communicating with the system module, a GSM modem module containing a digital serial interface for communicating with a system module, the controller is equipped with a set of up to 4 --- additional modules with module functions optimally selected for all types of cathodic protection stations within a limited number, as well as digital interfaces built into the main module, necessary for all versions of cathodic protection stations and an Ethernet interface (Patent RU No. 64403, IPC G06F 17/00, published June 27, 2007 Bull. No. 18).
Признаки известного технического решения, являющиеся общими с заявленным, заключаются в наличии корпуса, кросс-платы, сигнальных и питающих цепей, источника вторичного питания, системного модуля с интерфейсом Ethernet, модуль GSM-модема. Signs of a well-known technical solution, which are common with the declared one, are the presence of a housing, a cross-board, signal and supply circuits, a secondary power source, a system module with an Ethernet interface, and a GSM modem module.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении требуемого технического результата, заключается в том, что контроллер имеет ограниченные функциональные возможности, что не дает возможности использовать его в системах глобального мониторинга и управления энергоресурсами на основе IoT-технологии. The reason that prevents obtaining the required technical result in a known technical solution is that the controller has limited functionality, which makes it impossible to use it in global monitoring and energy management systems based on IoT technology.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является контроллер телемеханики, содержащий встроенные в общий корпус системный модуль, модуль питания, модули ввода-вывода, модуль связи, работающие под управлением системного модуля и объединяемые посредством кросс-платы, обеспечивающей электрическую коммутацию сигнальных и питающих цепей, а также подключение внешних цепей от первой группы соединителей, при этом контроллер также дополнительно содержит внешние модули ввода-вывода, подключенные к системному модулю по цифровому последовательному интерфейсу через вторую и третью группу соединителей, и соединенные с датчиками и исполнительными устройствами через четвертую группу соединителей. (Патент RU № 110198 U1, МПК G06F13/00, опубликовано 10.11.2011 Бюл. № 31).The closest analogue (prototype) is a telemechanics controller, which contains a system module, a power module, input-output modules, a communication module operating under the control of the system module and integrated by means of a cross-board that provides electrical switching of the signal and power circuits, and also connecting external circuits from the first group of connectors, while the controller also additionally contains external input-output modules connected to the system module digitally in series interface through the second and third group of connectors, and connected to sensors and actuators through the fourth group of connectors. (Patent RU No. 110198 U1, IPC G06F13 / 00, published November 10, 2011 Bull. No. 31).
Признаки известного технического решения, являющиеся общими с заявленным, заключаются в том, что он содержит встроенные в общий корпус системный модуль, модули ввода-вывода, модуль связи, работающие под управлением системного модуля и объединяемые посредством кросс-платы, обеспечивающей электрическую коммутацию сигнальных и питающих цепей, а также подключение внешних цепей.Signs of a well-known technical solution, which are common with the claimed one, are that it contains a system module integrated in a common housing, input / output modules, a communication module operating under the control of the system module and combined by means of a cross-board that provides electrical switching of signal and power circuits, as well as connecting external circuits.
Причина, препятствующая получению в известном техническом решении требуемого технического результата, заключается в том, что контроллер имеет сложную конструкцию и ограниченные функциональные возможности, что не дает возможности использовать его в системах глобального мониторинга и управления энергоресурсами на основе IoT-технологии. The reason that prevents obtaining the required technical result in a known technical solution is that the controller has a complex structure and limited functionality, which makes it impossible to use it in global monitoring and energy management systems based on IoT technology.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в необходимости расширения арсенала контроллеров за счет создания универсального модульного IoT-контроллера для систем глобального мониторинга и управления энергопотреблением на базе технологии IoT.The technical problem to which the claimed utility model is directed is the need to expand the arsenal of controllers by creating a universal modular IoT controller for global monitoring and energy management systems based on IoT technology.
Раскрытие сущности полезной моделиUtility Model Disclosure
Технический результат заключается в реализации указанного назначения: расширение арсенала контроллеров путем создания универсального модульного IoT-контроллера, характеризующегося возможностью контроля энергоданных, управления потреблением энергоресурсов как в автономном режиме, так и, преимущественно, в рамках центра глобального управления потреблением энергоресурсов на базе технологии IoT-управления. При этом заявленный контроллер относительно прототипа характеризуется более простой модульной конструкцией за счет, во-первых, выполнения модулем ввода-вывода функции кросс-платы контроллера, за счет, во-вторых, отсутствия в конструкции контроллера отдельного модуля его электропитания благодаря размещению элементов цепей электропитания как непосредственно на кросс-плате, так и на плате системного модуля, так что трансформатор этой цепи своим входом соединен с входной электросетью первого измерительного канала контроллера. Что касается универсальности контроллера, то она, с одной стороны, обеспечивается уже упомянутой возможностью работы контроллера автономно и в системе глобального IoT-управления, а с другой стороны, возможностью использования разных каналов взаимодействия контроллера с центром IoT-управления (прежде всего Ethernet, но также исходя из возможностей заказчика и на выбор заказчика: Wi-Fi, GSM/GPRS или LORA).The technical result consists in the implementation of this purpose: expanding the arsenal of controllers by creating a universal modular IoT controller, characterized by the ability to control energy data, manage energy consumption both offline, and mainly within the center of global energy consumption management based on IoT management technology . Moreover, the claimed controller relative to the prototype is characterized by a simpler modular design due to, firstly, the I / O module performing the function of the controller cross-board, due to, secondly, the absence of a separate power supply module in the controller design due to the location of the power supply circuit elements as directly on the cross-circuit board, and on the system module circuit board, so that the transformer of this circuit is connected by its input to the input mains of the first measuring channel of the controller. As for the controller’s universality, on the one hand, it is provided by the already mentioned possibility of the controller working autonomously and in the global IoT control system, and on the other hand, by the possibility of using different channels of the controller’s interaction with the IoT control center (primarily Ethernet, but also based on customer capabilities and customer choice: Wi-Fi, GSM / GPRS or LORA).
Достигается технический результат тем, что универсальный модульный IoT-контроллер для системы глобального мониторинга и управления энергопотреблением содержит встроенные в общий корпус и электрически связанные между собой системный модуль (2) и модуль ввода-вывода (1), работающий под управлением системного модуля (2), при этом модуль ввода-вывода (1) выполнен с возможностью измерений энергоданных и управления объектами энергопотребления и представляет собой кросс-плату, объединяющую системный модуль (2), снабженный разъемом Ethernet (22) и LAN адаптером (23) для связи контроллера с IoT-центром, упомянутый модуль ввода-вывода (1) и разъем для установки модуля связи (3), предназначенного для установления под управлением системного модуля (2) альтернативного канала радиосвязи контроллера с IoT-центром при помощи радиомодема Wi-Fi (29), GSM/GPRS (30) или LORA (31), при этом модуль ввода-вывода (1) содержит измерительные каналы для измерения параметров энергопотребления подключенных к этим каналам объектов энергопотребления, причем измерительные каналы включают блок согласования (4), подключенный к измерительной микросхеме (5), которая через блок гальванической развязки (6) подключена к информационным входам-выходам центрального процессора (15), входящего в состав системного модуля (2), твердотельное реле (7) для включения и выключения внешних приборов по командам центрального процессора (15), с которым указанные реле соединены посредством расширителя входов-выходов (14), дискретные входы (8), соединенные с информационными входами-выходами центрального процессора (15) через расширитель входов-выходов (14), для контроля состояния внешних приборов путем измерения входных дискретных сигналов, а также цепь электропитания контроллера, состоящую из последовательно соединенных трансформатора (9), выпрямителя (10) и стабилизатора напряжения (11), соединенного с входом питания расширителя входов-выходов (14).The technical result is achieved by the fact that the universal modular IoT controller for the global monitoring and energy management system contains a system module (2) and an input-output module (1) integrated in the common case and electrically interconnected, which is controlled by the system module (2) Moreover, the input-output module (1) is configured to measure energy data and manage energy consumption objects and is a cross-board combining a system module (2) equipped with an Ethernet connector (22) and a LAN adapter ter (23) for communication between the controller and the IoT center, the aforementioned I / O module (1) and a connector for installing a communication module (3) designed to establish, under the control of the system module (2), an alternative radio channel of the controller with the IoT center using Wi-Fi radio modem (29), GSM / GPRS (30) or LORA (31), while the input-output module (1) contains measuring channels for measuring energy parameters of energy consumption objects connected to these channels, and the measuring channels include a matching unit ( 4) connected to the meter microcircuit (5), which is connected through the galvanic isolation unit (6) to the information inputs-outputs of the central processor (15), which is part of the system module (2), a solid-state relay (7) for turning on and off external devices according to the commands of the central processor (15), to which these relays are connected by means of an I / O expander (14), discrete inputs (8) connected to the information inputs / outputs of a central processor (15) through an I / O expander (14), for monitoring the status of external devices by and measuring input discrete signals, as well as the power supply circuit of the controller, consisting of a series-connected transformer (9), a rectifier (10) and a voltage regulator (11) connected to the power input of the input-output expander (14).
Достигается технический результат также тем, что контроллер содержит модуль связи, установленный на кросс-плате в предназначенный для него разъем на этой плате, при этом модуль связи содержит разъемы для установки радиомодемов Wi-Fi, GSM/GPRS и LORA, а также блок идентификации радиомодема, при помощи которого с системным модулем соединен только один радиомодем, установленный на плате связи в предназначенный для него на этой плате разъем.The technical result is also achieved by the fact that the controller contains a communication module installed on the cross-circuit board in a slot for it on the board, the communication module contains connectors for installing Wi-Fi, GSM / GPRS and LORA radio modems, as well as a radio modem identification unit by means of which only one radio modem connected to the system module is installed on the communication board in the connector intended for it on this board.
Новые признаки заявленного технического решения заключаются в выполнении модуля ввода-вывода. Новые признаки также заключаются в наличии и выполнении модуля связи.New features of the claimed technical solution are in the implementation of the input-output module. New features also lie in the availability and implementation of the communication module.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На прилагаемой фигуре показана функциональная схема универсального модульного IoT-контроллера для системы глобального IoT-управления и мониторинга энергопотребления (далее, - контроллер).The attached figure shows a functional diagram of a universal modular IoT controller for a global IoT control system and energy consumption monitoring (hereinafter, the controller).
Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation
Контроллер содержит встроенные в общий корпус модуль ввода-вывода 1, являющийся одновременно кросс-платой, стационарно установленный на кросс-плате системный модуль 2, а также установленный на кросс-плате разъем, предназначенный для установки на кросс-плате модуля связи 3 (корпус, кросс-плата как таковая и какие-либо разъемы на фигуре не показаны). При этом модуль ввода-вывода 1, системный модуль 2 и модуль связи 3 (если установлен) электрически связаны между собой через кросс-плату, так чтомодуль ввода-вывода 1 и модуль связи 3 (если установлен) работают под непосредственным управлением системного модуля 2. The controller contains I /
Модуль ввода-вывода 1 выполнен с возможностью измерений параметров, связанных с энергопотреблением (энергоданных), и управления объектами энергопотребления. На прилагаемой фигуре показана (в том числе) функциональная схема возможного варианта выполнения этого модуля, а именно варианта, связанного с измерением параметров 3 фазных электрических линий питания различных I-вещей (объектов энергопотребления, т.е. энергопотребляющего оборудования технологических линий, подключенного к контроллеру, например, двигателей, насосов, компрессоров и др.).The input-
Модуль 1 в данном конкретном варианте его выполнения содержит четыре измерительных канала (на фигуре показано два), каждый из которых включает последовательно включенные блок согласования 4, измерительную микросхему 5 и блок гальванической развязки 6. Каждый измерительный канал предназначен для измерения шести электрических параметров электропотребления одной определенной I-вещи (три напряжения и три тока в соответствие с тремя фазами сети электропитания I-вещи). При этом напряжение заводится непосредственно на кросс-плату, а ток - через трансформаторы тока. Блок согласования 4 предназначен для перевода высокого напряжения (220 В) в низкое, которое подается на измерительную микросхему 5, и перевода (при помощи шунтирующего резистора) большого тока в малый до 10 мА, который также подается на измерительную микросхему 5. В качестве измерительной микросхемы 5 используется выпускаемая промышленностью большая интегральная микросхема V9203 (производство Китая), предназначенная для измерения параметров трехфазных цепей. Она включает блоки для калибровки, измерения последовательности фаз, мгновенных и среднедействующих значений напряжений и токов, мощности (активной, реактивной, полной), блока расчета коэффициента мощности, память, цифровой интерфейс и другие. В качестве блока гальванической развязки 6 используется выпускаемая промышленностью интегральная микросхема ADUM 1401 BRW.
Модуль ввода-вывода 1 содержит, кроме того, расширитель входов-выходов 14, обеспечивающий передачу информации с множества его входов на один его выход и с одного его входа на множество его выходов (функция мультиплексирования и демультиплексирования). В качестве расширителя 14 используется выпускаемая промышленностью интегральная микросхема PCA 9555 PW. The input-
Модуль ввода-вывода 1 содержит, кроме того, четыре твердотельных реле 7 (показаны два), каждое из которых представляет собой полупроводниковый ключ, предназначенный для включения и выключения внешних приборов по командам центрального процессора 15, с которым указанные твердотельные реле соединены посредством расширителя 14.The input-
Модуль ввода-вывода 1 содержит, кроме того, четыре дискретных входа 8 (показаны два), каждый из которых представляет собой электрическую цепь согласования сигнала и измерительную интегральную логическую схему и предназначен для внешних подключенных устройств и датчиков с типом выхода «сухой контакт» или транзисторные ключи, а также контроля состояния внешних приборов и оборудования, в том числе выключателей, кнопок, концевых выключателей, контактов реле и т.д. путем измерения входных дискретных сигналов.The input-
Модуль ввода-вывода 1 содержит интегрированную в модуль цепь электропитания контроллера (последовательно соединенные трансформатор 9, выпрямитель 10 и стабилизатор напряжения 11), а также интегрированный в модуль интерфейс RS-485 12, предназначенный для проводного подключения (до 1 км) внешних устройств с цифровым интерфейсом, блок гальванической развязки 13, посредством которого интерфейс 12 соединен с центральным процессором 15. При этом один из выходов стабилизатора 11 указанной цепи электропитания соединен с входом питания расширителя 14, а трансформатор 9 этой цепи соединен с одним из входов блока согласования 4 первого измерительного канала (данное соединение на фигуре не показано), что позволяет исключить из конструкции контроллера модуль питания как конструктивно обособленный модуль, что в свою очередь упрощает конструкцию контроллера и его эксплуатацию.I /
Каждое твердотельное реле 7 и каждый дискретный вход 8 через расширитель 14 соединены с соответствующими информационными входами-выходами центрального процессора 15. С информационными входами-выходами центрального процессора 15 также соединены через соответствующие блоки гальванической развязки 6 выходы измерительных микросхем 5 измерительных каналов, а также через блок гальванической развязки 13 входы-выходы интерфейса RS-485 12. Each solid-
Конкретные варианты выполнения (модификации) модуля ввода-вывода 1 могут отличаться количеством измерительных каналов, функцией этих каналов исходя из видов контролируемой энергии потребления, наличием разного количества реле 7 и дискретных входов 8, разным их конструктивным выполнением или их отсутствием. Однако все возможные варианты выполнения (модификации) модуля ввода-вывода 1 содержат измерительные каналы, цепь электропитания (позиции 9,10,11), включая упомянутые соединения входящих в ее состав блоков 9 и 11, интерфейс RS-485 12 с блоком гальванической развязки 13 и расширитель 14.Specific options for the implementation (modification) of the input-
Системный модуль 2 содержит центральный процессор 15 (32-х разрядная интегральная микросхема STM32), с которым соединены два блока оперативной памяти 16, блок постоянной памяти 17, SD карта памяти 18, разъем программатора 19, разъем USB 20 через диодную защиту 21, разъем Ethernet 22 через LAN адаптер 23, блок светодиодных индикаторов 24, а также дополнительная цепь электропитания, включающая дополнительный стабилизатор 25, соединенный с выходом стабилизатора 11, аккумуляторную батарею 26, контроллер 27 заряда аккумуляторной батареи и регулятор напряжения 28, соединенный своим выходом с входом питания центрального процессора 15 и соответствующим контактом разъема для установки модуля связи 3. Блоки оперативной памяти 16 являются энергозависимыми, они предназначены для временного хранения переменных, массивов. Блок постоянной памяти 17 является энергонезависимым, он предназначен для хранения программы работы котроллера. SD-карта 18 предназначена для хранения архива; она является съемной. Разъем программатора 19 предназначен для подключения внешнего устройства для загрузки и отладки программы в процессе изготовления контроллера. Разъем 19 расположен на плате системного модуля 3 и недоступен пользователю; он предназначен для специалиста, осуществляющего загрузку и отладку программы. Разъем USB 20 через диодную защиту 21 соединен с центральным процессором 15. Разъем 20 предназначен для подключения внешнего компьютера с целью отладки и обновления программного обеспечения для центрального процессора, настройки и конфигурирования параметров работы устройства. Диодная защита 21 предназначена для предотвращения передачи возможных высоких напряжений и токов на внешний компьютер. Разъем Ethernet 22, соединенный с процессором 15 через LAN адаптер 23, предназначен для установления информационной (проводной) связи контроллера с IoT-центром. Блок 24 содержит множество соединенных с процессором 15 светодиодов, через которые осуществляется визуальная индикация работы котроллера. Дополнительная цепь электропитания (позиции 25-28) обеспечивает работу системного модуля 2 и модуля связи 3 (если установлен) в период временного отключения внешнего источника электроэнергии.
Модуль связи 3 предназначен для установления радиосвязи контроллера с IoT-центром, альтернативной проводной связи через разъем Ethernet 22. Данный модуль не является обязательным, так как в конструкции системного модуля 2 содержится упомянутый канал связи Ethernet. По этой причине в конструкции контроллера на кросс-плате установлен лишь разъем для установки модуля связи 3. При этом сам модуль связи 3 содержит три разъема для установки на модуль связи радиомодемов Wi-Fi, GSM/GPRS и LORA (позиции 29, 30, 31). Кроме того, модуль связи содержит постоянно установленный на этом модуле блок идентификации 32, предназначенный для идентификации радиомодема (одного из трех), предназначенного для установления радиосвязи контроллера с IoT-центром. При этом указанный блок 32 в его наиболее простом варианте исполнения представляет собой электрические перемычки, соединяющие только один радиомодем с процессором 15. В этом случае в корпусе контроллера на кросс-плате, одновременно являющейся модулем ввода-вывода, в соответствующий разъем установлен модуль связи 3 с тем радиомодемом (либо 29, либо 30, либо 31), который задан на блоке идентификации 32. Таким образом, потребителю могут быть поставлены контроллеры в трех вариантах комплектации: 1) без модуля связи 3, когда связь контроллера с IoT-центром может осуществляться только посредством Ethernet (позиции 22, 23); 2) с модулем связи 3, содержащим один радиомодем из возможных трех, так что поставщиком на блоке идентификации 32 предварительно задан фактически установленный радиомодем; 3) с модулем связи 3, содержащим все радиомодемы (позиции 29, 30, 32), с тем чтобы сам потребитель определил при помощи блока идентификации 32 тот радиомодем, который будет им фактически использоваться для связи с IoT-центром.
Использование контроллера заключается в следующем.Using a controller is as follows.
Юридическое лицо, являющееся собственником IoT-центра, заключает договора с клиентами центра на возмездное оказание услуг автоматизированного IoT контроля и управления потреблением энергоресурсов. При этом клиент может находиться в любом месте земного шара при условии доступа к сети Интернет посредством Ethernet или по одному из радиоканалов (Wi-Fi, GSM/GPRS, LORA). С этой целью каждый клиент приобретает в свою собственность и устанавливает на своих объектах, энергоданные которых подлежат контролю и управлению, множество контроллеров для формирования и соответствующих I-вещей. Каждая I-вещь представляет собой одно или множество потребляющего электроэнергию объектов, подключенного к контроллеру. Все эти объекты делят на группы, каждая из которых подключается к одному контроллеру. При этом к первому измерительному каналу (позиции 4, 5, 6) подключают общую линию трехфазного питания группы объектов, к которой также подключен трансформатор 9 цепи питания контроллера. К другим измерительным каналам (они на фиг. под теми же позициями 4, 5, 6) подключают трехфазные линии питания отдельных объектов энергопотребления, входящих в рассматриваемую группу. При необходимости в рамках рассматриваемой группы объектов также делают подключения к твердотельным реле 7 и дискретным входам 8 рассматриваемого контроллера. The legal entity that owns the IoT center concludes agreements with the center’s clients for the provision of services of automated IoT control and management of energy consumption. At the same time, the client can be located anywhere in the world subject to access to the Internet via Ethernet or one of the radio channels (Wi-Fi, GSM / GPRS, LORA). For this purpose, each client acquires in their ownership and installs at their facilities, the energy data of which are subject to control and management, many controllers for the formation and the corresponding I-things. Each I-thing is one or many power-consuming objects connected to a controller. All these objects are divided into groups, each of which is connected to one controller. At the same time, a common three-phase power line of a group of objects is connected to the first measuring channel (
Сформированные таким образом I-вещи оказываются включенными в систему глобального IoT контроля и управления, в рамках которой рассматриваемое множество образует нижний (клиентский) уровень системы, осуществляющей функцию глобального контроля и управления.The I-things thus formed appear to be included in the global IoT control and management system, within which the set under consideration forms the lower (client) level of the system that performs the global control and management function.
В зависимости от задач клиента ему могут быть предложены разные модификации контроллера для формирования разных наборов I-вещей в пределах заявленных патентных притязания. Ниже приведен типовой набор I-вещей, формируемых при помощи заявленного контроллера.Depending on the client’s tasks, different controller modifications may be offered to him for the formation of different sets of I-things within the claimed patent claims. Below is a typical set of I-things formed using the claimed controller.
п/пNn
p / p
IoT-контроллераType of
IoT controller
I: ТТ1..3U: L1..3, N
I: TT1..3
- аналоговый вход для измерения напряжения между каждой фазой (L) и нейтралью (N);
- аналоговый вход для измерения тока (с помощью трансформатора тока - TT) по каждой фазе;
- 1 дискретный выход, реализованный на базе твердотельного реле
Измерения:
действующие значения тока и напряжения; полная, активная и реактивная мощности; коэффициент мощности; суммарная энергия; частота сети; коэффициент гармонических составляющих; коэффициент искажений по току; несимметрия токаOn each channel:
- an analog input for measuring the voltage between each phase (L) and neutral (N);
- an analog input for measuring current (using a current transformer - TT) for each phase;
- 1 discrete output implemented on the basis of a solid state relay
Measurements:
current values of current and voltage; full, active and reactive power; Power factor; total energy; network frequency; coefficient of harmonic components; current distortion factor;
4 I: ТТ1..34 U: L1..3, N
4 I: TT1..3
4 I: ТТ4 U: L, N
4 I:
4 I: ТТ4 U: L, N
4 I:
8 I: ТТ8 U: L, N
8 I:
- 2 аналоговых входа (0-10в / 0-20 мА / 4-20 мА);
- 1 выход для управления нагрузкой от 0 до 2 кВт;
Измерения:
действующие значения тока и напряжения; полная, активная и реак9тивная мощности; суммарная энергияOn each channel:
- 2 analog inputs (0-10v / 0-20 mA / 4-20 mA);
- 1 output to control the load from 0 to 2 kW;
Measurements:
current values of current and voltage; full, active and reactive power;
- 2 дискретных входа (12-24В);
- 1 выход для управления нагрузкой до 2 кВт, реализованный на базе твердотельного реле
Измерения:
действующие значения тока и напряжения; полная, активная и реактивная мощности; суммарная энергияOn each channel:
- 2 discrete inputs (12-24V);
- 1 output for load control up to 2 kW, implemented on the basis of a solid-state relay
Measurements:
current values of current and voltage; full, active and reactive power; total energy
4 дискретных выхода, реализованных на базе твердотельного релеIR transceiver (vertical / horizontal command angle - 900)
4 discrete outputs based on a
2 DI1 AI
2
2 DO1 AO
2 DO
- 1 аналоговый вход (0-10в / 0-20 мА / 4-20 мА);
- 2 дискретных входа (12-24В) со счетным режимом;
- 1 аналог выхода (0-10в / 0-20 мА / 4-20 мА);
- 2 выхода для управления нагрузкой до 2 кВт, реализованный на базе твердотельного релеOn each channel:
- 1 analog input (0-10v / 0-20 mA / 4-20 mA);
- 2 discrete inputs (12-24V) with counting mode;
- 1 analog output (0-10V / 0-20 mA / 4-20 mA);
- 2 outputs for load control up to 2 kW, implemented on the basis of a solid-
8 DI4 AI
8
8 DO4 AO
8 DO
16 DI8 AI
16
16 DO8 AO
16 DO
температура, влажность, освещенность, угарный газMeasurements:
temperature, humidity, light,
Ethernet
Wi-FiRS-485
Ethernet
Wifi
Ethernet
Wi-FiRS-485
Ethernet
Wifi
Максимальная измеряемая частота по входу 5000 Гц
Диапазоны: 0...10 Гц; 0...100 Гц; 0...1000 Гц; 0...5000 ГцMinimum Signal Duration 100 μs
Maximum measured input frequency 5000 Hz
Ranges: 0 ... 10 Hz; 0 ... 100 Hz; 0 ... 1000 Hz; 0 ... 5000 Hz
Самый простым IoT-контроллером в этом наборе является регистратор, который представляет собой устройство, подключаемое либо в однофазную сеть, либо в трехфазную сеть (однофазный или трехфазный регистратор). Он производит измерение мгновенных и среднедействующих токов по фазам, напряжений, активной, реактивной и полной мощности, энергии, частоты, гармоник, несимметрии тока, несинусоидальности и ряда других параметров, характеризующих количество и качество проходящей электрической энергии. Такой регистратор устанавливает, как поставщик электроэнергии (на своем выходе), так и потребитель (на своем входе). Если нет потерь, нет несанкционированных подключений, то оба контрагента фиксируют одинаковое количество электроэнергии. Но, поскольку существует кпд, перепады, обрыв, короткое замыкание, утечки, то очевидно, что потребитель получит фактически меньше энергии, чем отдал поставщик. При этом каждый регистратор рассматриваемой пары накапливает в своей памяти информацию, где эта информация сохраняется до полугода. Но, поскольку у регистратора есть интерфейс подключения к Интернету, то каждый заинтересованный контрагент эту информацию может получить через Интернет. Регистраторы могут быть одноканальные или многоканальные. Одноканальный регистратор - это устройство, которое можно подключить только к одной линии электропередач. Многоканальный регистратор имеет несколько каналов, каждый из которых может подключаться на свою линию электропередач. Кроме того, для управления на нижнем уровне системы используется диммер, который также является одноканальным или многоканальным. Он может управлять нагрузкой до 2 киловатт, в том числе мощным коммутационным оборудованием, автоматическими выключателями или контакторами. На нижнем (клиентском) уровне также используется универсальный контроллер, который представляет собой обычное устройство ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов, куда можно завести сигналы 4-20 мА (стандарт), либо 0-10 В. На нижнем уровне есть также климатический модуль (4-20 мА, 0-10 В) для ввода сигналов от датчиков температуры, влажности, давления, а также инфракрасный модуль для дистанционного включения и выключения потребителей электроэнергии. К нижнему (клиентскому) уровню системы относятся, кроме того, шлюзы (преобразователи протоколов): с одной стороны, интернет, а с другой промышленная сеть с протоколами Modbus RTU, ASCII, Profibus, CAN, HART, 1-wire, MBus и др. Шлюз позволяет преобразовывать сигналы и отправлять данные в Интернет. The simplest IoT controller in this set is a registrar, which is a device connected either to a single-phase network or to a three-phase network (single-phase or three-phase registrar). It measures instantaneous and average operating currents by phase, voltage, active, reactive and apparent power, energy, frequency, harmonics, current asymmetry, non-sinusoidality and a number of other parameters characterizing the quantity and quality of transmitted electric energy. Such a registrar establishes both the electricity supplier (at its output) and the consumer (at its input). If there are no losses, there are no unauthorized connections, then both counterparties record the same amount of electricity. But, since there is efficiency, differences, open circuit, short circuit, leakage, it is obvious that the consumer will receive actually less energy than the supplier gave. At the same time, each registrar of the pair in question accumulates information in its memory where this information is stored for up to six months. But, since the registrar has an Internet connection interface, each interested counterparty can receive this information via the Internet. Registrars can be single-channel or multi-channel. A single-channel recorder is a device that can be connected to only one power line. A multi-channel recorder has several channels, each of which can be connected to its own power line. In addition, for control at the lower level of the system, a dimmer is used, which is also single-channel or multi-channel. It can control loads up to 2 kilowatts, including powerful switching equipment, circuit breakers or contactors. At the lower (client) level, a universal controller is also used, which is a usual input / output device for analog and discrete signals, where 4-20 mA (standard), or 0-10 V signals can be inserted. At the lower level there is also a climate module ( 4-20 mA, 0-10 V) for inputting signals from temperature, humidity, pressure sensors, as well as an infrared module for remote switching on and off of electricity consumers. The lower (client) level of the system also includes gateways (protocol converters): on the one hand, the Internet, and on the other, an industrial network with Modbus RTU, ASCII, Profibus, CAN, HART, 1-wire, MBus, etc. protocols. The gateway allows you to convert signals and send data to the Internet.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019104764U RU192192U1 (en) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | Universal Modular IoT Controller for Global Energy Monitoring and Management System |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019104764U RU192192U1 (en) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | Universal Modular IoT Controller for Global Energy Monitoring and Management System |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU192192U1 true RU192192U1 (en) | 2019-09-06 |
Family
ID=67852216
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019104764U RU192192U1 (en) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | Universal Modular IoT Controller for Global Energy Monitoring and Management System |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU192192U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2732316C1 (en) * | 2020-02-12 | 2020-09-15 | Общество с ограниченной ответственностью «НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КОМПАНИЯ СИНЕРДЖИ ТИАМ» | System for transmitting power, data and establishing communication over ethernet network |
RU218397U1 (en) * | 2023-02-13 | 2023-05-24 | Акционерное общество "Системный оператор Единой энергетической системы" | DEVICE FOR DETERMINING STATIC VOLTAGE LOAD CHARACTERISTICS TAKING INTO ACCOUNT THE INFLUENCE OF THE EXTERNAL ELECTRIC NETWORK |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU64403U1 (en) * | 2006-10-16 | 2007-06-27 | "Закрытое Акционерное Общество "Корпоративный институт электротехнического приборостроения "Энергомера" | CONTROLLER |
RU110198U1 (en) * | 2011-06-16 | 2011-11-10 | Юрий Андреевич Костенко | TELEMECHANICS CONTROLLER |
US20180076662A1 (en) * | 2016-09-15 | 2018-03-15 | Qualcomm Incorporated | MANAGING INTERNET OF THINGS (IoT) DEVICES BASED ON ELECTRICAL POWER RELIABILITY |
RU180206U1 (en) * | 2017-12-29 | 2018-06-06 | Василий Васильевич Егоров | Telemetry device for collecting information and monitoring a remote object |
WO2018125989A2 (en) * | 2016-12-30 | 2018-07-05 | Intel Corporation | The internet of things |
-
2019
- 2019-02-19 RU RU2019104764U patent/RU192192U1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU64403U1 (en) * | 2006-10-16 | 2007-06-27 | "Закрытое Акционерное Общество "Корпоративный институт электротехнического приборостроения "Энергомера" | CONTROLLER |
RU110198U1 (en) * | 2011-06-16 | 2011-11-10 | Юрий Андреевич Костенко | TELEMECHANICS CONTROLLER |
US20180076662A1 (en) * | 2016-09-15 | 2018-03-15 | Qualcomm Incorporated | MANAGING INTERNET OF THINGS (IoT) DEVICES BASED ON ELECTRICAL POWER RELIABILITY |
WO2018125989A2 (en) * | 2016-12-30 | 2018-07-05 | Intel Corporation | The internet of things |
RU180206U1 (en) * | 2017-12-29 | 2018-06-06 | Василий Васильевич Егоров | Telemetry device for collecting information and monitoring a remote object |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2732316C1 (en) * | 2020-02-12 | 2020-09-15 | Общество с ограниченной ответственностью «НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КОМПАНИЯ СИНЕРДЖИ ТИАМ» | System for transmitting power, data and establishing communication over ethernet network |
RU218397U1 (en) * | 2023-02-13 | 2023-05-24 | Акционерное общество "Системный оператор Единой энергетической системы" | DEVICE FOR DETERMINING STATIC VOLTAGE LOAD CHARACTERISTICS TAKING INTO ACCOUNT THE INFLUENCE OF THE EXTERNAL ELECTRIC NETWORK |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2238786C (en) | Panelboard for controlling and monitoring power or energy | |
CN111699105B (en) | Charging station and method for charging an electric vehicle using distributed energy measurement | |
CN201464628U (en) | Ground power supply and distribution test system supporting constellation test | |
KR101016770B1 (en) | A modular system for integrating sensors and meters using the parallel data bus | |
RU192192U1 (en) | Universal Modular IoT Controller for Global Energy Monitoring and Management System | |
RU2712111C1 (en) | Universal modular iot-controller for system of global monitoring and control of power consumption | |
CN104020372A (en) | Acquisition terminal equipment communication interface load capacity tester with communication module | |
CN112365700A (en) | Low-voltage centralized meter reading method and device | |
JP2020038064A (en) | Wiring check system, wiring check method, slave unit, and master unit | |
CN111327016B (en) | Circuit breaker, topology network, topology networking method and device | |
CN113506710A (en) | Intelligent circuit breaker body and intelligent circuit breaker device | |
CN112346990A (en) | Automatic testing method and system for stability control device | |
CN115426546B (en) | Full-automatic power distribution network intelligent terminal testing arrangement | |
CN118140467A (en) | Offset brackets and associated stackable communication hubs; a distributed communication and control system using a concurrent multichannel master unit; on-line signal processing apparatus and method for producing the same | |
CN114282279A (en) | Automatic generation method and device for power supply diagram of industrial personal computer cabinet | |
KR102127731B1 (en) | Intelligent switchboard and power control method using it | |
de Souza et al. | Residential smart plug with bluetooth communication | |
JP2023539422A (en) | Systems and methods for generating and measuring electrical signals | |
CN207354287U (en) | Bandwidth carrier automatization test system | |
Gorai et al. | Substation Monitoring & Control System | |
CN112365701A (en) | Ammeter data acquisition method, device, equipment and storage medium | |
CN112367250A (en) | Internet of things multi-protocol gateway | |
CN109089177A (en) | A kind of fast connection module of modularity Almightiness type IO and gateway | |
CN218514150U (en) | Distribution automation terminal who possesses line loss function | |
CN103683299A (en) | Branch load monitoring device for distribution transformer |