RU213607U1 - Multifunctional IoT controller - Google Patents

Multifunctional IoT controller Download PDF

Info

Publication number
RU213607U1
RU213607U1 RU2022109395U RU2022109395U RU213607U1 RU 213607 U1 RU213607 U1 RU 213607U1 RU 2022109395 U RU2022109395 U RU 2022109395U RU 2022109395 U RU2022109395 U RU 2022109395U RU 213607 U1 RU213607 U1 RU 213607U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
controller
iot
multifunctional
objects
iot controller
Prior art date
Application number
RU2022109395U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Владимирович Михелёв
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ПРОЭНЕРДЖИ"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ПРОЭНЕРДЖИ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ПРОЭНЕРДЖИ"
Application granted granted Critical
Publication of RU213607U1 publication Critical patent/RU213607U1/en

Links

Images

Abstract

Полезная модель относится к многофункциональным IoT-контроллерам, в том числе к программируемым беспроводным логическим контроллерам, предназначенным для мониторинга и управления электрооборудованием. В частности, многофункциональный IoT-контроллер может быть применим на производственных предприятиях для удаленного контроля состояния работы технологического оборудования, производственных машин, станков, агрегатов, а также для управления указанными объектами. Кроме того, многофункциональный IoT-контроллер может внедряться в системы освещения, что позволяет осуществлять удаленный мониторинг состояния работы осветительных приборов, осуществлять удаленное включение/выключение осветительных приборов, осуществлять сбор данных с приборов учета электроэнергии. При помощи нескольких многофункциональных IoT-контроллеров могут формироваться интерактивные карты объектов, за которыми осуществляется удаленный мониторинг и управление. Многофункциональный IoT-контроллер состоит из микропроцессора 1 с программной реализацией часов реального времени 2, энергонезависимой памяти 3, модема 4 с антенной 5, держателя SIM 6, не менее двух интерфейсов RS-485 7 с клеммами 8, светодиодной индикации 9, не менее двенадцати дискретных входов 10, не менее четырех выходов управления внешними объектами 11, GNSS-антенны 12, разъема питания 13, литий-железо-фосфатной АКБ 14, контроллера заряда 15, стабилизатора питания 16, импульсного блока питания 17, реле управления внешними объектами 18, защитного реле 19, преобразователя 20, разъема питания дискретных входов 21, корпуса 22.

Figure 00000001
The utility model relates to multifunctional IoT controllers, including programmable wireless logic controllers, designed to monitor and control electrical equipment. In particular, a multifunctional IoT controller can be used at manufacturing enterprises for remote monitoring of the operation status of technological equipment, production machines, machine tools, assemblies, as well as for managing these objects. In addition, the multifunctional IoT controller can be integrated into lighting systems, which allows remote monitoring of the operation status of lighting devices, remote switching on / off of lighting devices, and collecting data from electricity meters. With the help of several multifunctional IoT controllers, interactive maps of objects can be formed, which are monitored and controlled remotely. The multifunctional IoT controller consists of a microprocessor 1 with a software implementation of a real time clock 2, non-volatile memory 3, a modem 4 with an antenna 5, a SIM holder 6, at least two RS-485 interfaces 7 with terminals 8, LED indication 9, at least twelve discrete inputs 10, at least four outputs for controlling external objects 11, GNSS antenna 12, power connector 13, lithium-iron-phosphate battery 14, charge controller 15, power stabilizer 16, switching power supply 17, relay for controlling external objects 18, protective relay 19, transducer 20, discrete input power connector 21, case 22.
Figure 00000001

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к многофункциональным IoT-контроллерам, в том числе к программируемым беспроводным логическим контроллерам предназначенным для мониторинга и управления электрооборудованием. В частности, многофункциональный IoT-контроллер может быть применим на производственных предприятиях для удаленного контроля состояния работы технологического оборудования, производственных машин, станков, агрегатов, а также для управления указанными объектами. Кроме того, многофункциональный IoT-контроллер может внедряться в системы освещения, что позволяет осуществлять удаленный мониторинг состояния работы осветительных приборов, осуществлять удаленное включение/выключение осветительных приборов, осуществлять сбор данных с приборов учета электроэнергии. При помощи нескольких многофункциональных IoT-контроллеров могут формироваться интерактивные карты объектов, за которыми осуществляется удаленный мониторинг и управление.The utility model relates to multifunctional IoT controllers, including programmable wireless logic controllers designed to monitor and control electrical equipment. In particular, a multifunctional IoT controller can be used at manufacturing enterprises for remote monitoring of the operation status of technological equipment, production machines, machine tools, assemblies, as well as for managing these objects. In addition, the multifunctional IoT controller can be integrated into lighting systems, which allows remote monitoring of the operation status of lighting devices, remote switching on / off of lighting devices, and collecting data from electricity meters. With the help of several multifunctional IoT controllers, interactive maps of objects can be formed, which are monitored and controlled remotely.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известен многофункциональный беспроводной контроллер по патенту на изобретение № RU 2678157 C1 от 20.03.2018 года. Изобретение предназначено для сбора данных от территориально удаленных объектов и дистанционного управления этими объектами. Изобретение представляет собой контроллер, содержащий микропроцессор с программной реализацией часов реального времени, энергонезависимую память для четырех независимых архивов, интерфейс USB, интерфейс RS-485, GSM/GPRS-модуль с антенной, четыре узла управления внешними объектами, гальванически развязанный шестиканальный узел согласования входных дискретных сигналов, четырехканальный узел преобразования тока в напряжение, резервное питание и датчик температуры.A multifunctional wireless controller is known from the prior art according to the patent for invention No. RU 2678157 C1 dated March 20, 2018. The invention is intended for collecting data from geographically remote objects and remote control of these objects. The invention is a controller containing a microprocessor with a software implementation of a real-time clock, a non-volatile memory for four independent archives, a USB interface, an RS-485 interface, a GSM/GPRS module with an antenna, four nodes for controlling external objects, a galvanically isolated six-channel node for matching input discrete signals, a four-channel current-to-voltage conversion unit, backup power and a temperature sensor.

Данное устройство имеет следующие недостатки.This device has the following disadvantages.

Во-первых, определение местоположения контроллера происходит при помощи системы GPRS. Система GPRS - это надстройка над технологией мобильной связи GSM. Определение местонахождения контроллера при помощи GPRS не является надежным, так как точность определения местоположения контроллера сильно зависит от количества и расположения базовых станций GSM-сети. Известно, что данный способ определения местоположения обеспечивает низкую точность позиционирования, в частности, координаты объекта могут отличаться от реального местоположения на 50-500 метров. Стоит учесть, что заявленный многофункциональный IoT-контроллер допускает возможную погрешность определения истинного местоположения в пределах 2-6 метров.Firstly, the location of the controller occurs using the GPRS system. The GPRS system is an add-on to the GSM mobile communication technology. Determining the location of the controller using GPRS is not reliable, since the accuracy of determining the location of the controller is highly dependent on the number and location of base stations in the GSM network. It is known that this method of determining the location provides a low positioning accuracy, in particular, the coordinates of the object may differ from the real location by 50-500 meters. It is worth considering that the claimed multifunctional IoT controller allows a possible error in determining the true location within 2-6 meters.

Во-вторых, в указанном контроллере в качестве резервного питания использован литий-ионная АКБ. Известно, что данный тип аккумуляторов характеризуется ограниченным диапазоном рабочих температур. В частности, литий-ионный АКБ подвержен значительному снижению ёмкости и токоотдачи при низких климатических температурах. Так при отсутствии основного питания литий-ионный АКБ как резервный источник питания не позволяет обеспечить требуемое время работы контроллера в аварийном состоянии.Secondly, in the specified controller, a lithium-ion battery is used as a backup power supply. It is known that this type of battery is characterized by a limited operating temperature range. In particular, a lithium-ion battery is subject to a significant decrease in capacity and current output at low climatic temperatures. So, in the absence of the main power supply, the lithium-ion battery as a backup power source does not provide the required operating time of the controller in an emergency state.

В-третьих, указанный контроллер не имеет защиты от негативных условий окружающей среды.Thirdly, the specified controller does not have protection against negative environmental conditions.

Вышеупомянутый многофункциональный беспроводной контроллер по патенту на изобретение № RU 2678157 C1 от 20.03.2018 года имеет целый ряд общих решений в конструктивном построении, однако не выбран в качестве наиболее близкого аналога, так как модем не имеет поддержки IoT- технологии связи, на основе которой в современном мире строится подавляющее большинство IoT-систем.The aforementioned multifunctional wireless controller according to the patent for invention No. RU 2678157 C1 dated March 20, 2018 has a number of general solutions in the design, but is not selected as the closest analogue, since the modem does not support IoT communication technology, on the basis of which In the modern world, the vast majority of IoT systems are being built.

Наиболее близким аналогом является универсальный модульный IoT-контроллер для системы глобального мониторинга и управления энергопотреблением по патенту на полезную модель № RU 192192 U1 от 19.02.2019 года. Полезная модель представляет 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. В частных случаях, IoT-контроллер для системы глобального мониторинга и управления энергопотреблением может включать такие части как микропроцессор, энергонезависимую память, несколько интерфейсов RS485, GSM/GPRS-модуль для связи контроллера с IoT- центром, твердотельное реле для включения и выключения внешних приборов по командам центрального процессора, дискретные входы для контроля состояния внешних приборов,The closest analogue is the universal modular IoT controller for the system of global monitoring and energy consumption management under the utility model patent No. RU 192192 U1 dated February 19, 2019. The utility model is a connection of storage devices, input-output devices, central processor devices, information transfer devices or other signals between these devices, and intended for use in systems for global monitoring and management of energy resources based on IoT technology. In particular cases, an IoT controller for a global energy monitoring and management system may include such parts as a microprocessor, non-volatile memory, several RS485 interfaces, a GSM / GPRS module for connecting the controller with an IoT center, a solid state relay for turning on and off external devices by commands of the central processor, discrete inputs for monitoring the status of external devices,

аккумуляторную батарею.rechargeable battery.

Недостатком данного IoT-контроллера является также недостаточная надежность определения местоположения контроллера, так как используется определение местоположения по системе GPRS. Кроме того, при выходе из строя системы GPRS отсутствует резервный модуль, позволяющий определять местоположение контроллера. Данный IoT-контроллер также не имеет защиты от негативного воздействия окружающей среды.The disadvantage of this IoT controller is also the insufficient reliability of the location of the controller, since location is used by the GPRS system. In addition, when the GPRS system fails, there is no backup module that allows you to determine the location of the controller. This IoT controller is also not protected from the negative effects of the environment.

Раскрытие сущности полезной моделиDisclosure of the essence of the utility model

Технической задачей является создание надежного многофункционального IoT-контроллера, способного определять местоположение с требуемой точностью, сравнительно долго поддерживать работу в условиях низких климатических температур и негативных условиях окружающей среды.The technical task is to create a reliable multifunctional IoT controller capable of determining the location with the required accuracy, maintaining operation for a relatively long time in conditions of low climatic temperatures and negative environmental conditions.

Технический результат заключается в повышении точности позиционирования IoT-контроллера.The technical result is to improve the positioning accuracy of the IoT controller.

Технический результат достигается тем, что многофункциональный IoT-контроллер содержит встроенные в корпус и электрически связанные между собой микропроцессор с программной реализацией часов реального времени, энергонезависимую память, модем c антенной, интерфейс RS-485 с клеммами, дискретные входы, реле управления внешними объектами, выходы управления внешними объектами, светодиодную индикацию, контроллер заряда, аккумуляторную батарею, стабилизатор питания, разъем питания, GNSS-антенну.The technical result is achieved by the fact that the multifunctional IoT controller contains a microprocessor with a software implementation of a real-time clock, a non-volatile memory, a modem with an antenna, an RS-485 interface with terminals, discrete inputs, relays for controlling external objects, and outputs built into the housing and electrically interconnected. control of external objects, LED indication, charge controller, rechargeable battery, power stabilizer, power connector, GNSS antenna.

Надежность - это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, хранения и транспортирования. (ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения)Reliability is the property of an object to keep in time within the established limits the values of all parameters that characterize the ability to perform the required functions in given modes and conditions of use, maintenance, storage and transportation. (GOST 27.002-89 Reliability in engineering. Basic concepts. Terms and definitions)

В отличие от аналогов многофункциональный IoT-контроллер имеет сразу два варианта определения местоположения: GNSS-антенну 12 и модем 4 с поддержкой стандарта сотовой связи GPRS. GNSS-антенна 12 используется как основной канал определения местоположения контроллера, а модем 4 с поддержкой стандарта сотовой связи GPRS - в качестве резервного, таким образом местоположение многофункционального IoT-контроллера всегда будет отображаться на диспетчерском пункте даже при выходе из строя одной из систем определения местоположения.Unlike analogues, the multifunctional IoT controller has two options for determining the location at once: a GNSS antenna 12 and a modem 4 supporting the GPRS cellular standard. The GNSS antenna 12 is used as the main channel for determining the location of the controller, and modem 4 with support for the GPRS cellular standard is used as a backup, so the location of the multifunctional IoT controller will always be displayed at the control room even if one of the location systems fails.

Надёжность работы устройства определяется точностью определения местоположения контроллера. Как отмечалось выше, надежность - это “способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения”. Заявленный многофункциональный IoT-контроллер может быть установлен, например, в промышленных цехах. Зачастую удалённо с диспетчерского пункта необходимо контролировать и управлять сразу группой энергопотребителей, например, освещением и производственными станками. Не всегда имеется техническая возможность подключить, например, и станки и освещение к одному IoT-контроллеру и в одном месте. Таким образом, появляется ситуация, при которой в одном цеху в разном местоположении установлено несколько многофункциональных IoT-контроллеров, и каждый из них отвечает за мониторинг и управление определёнными энергопотребителями. Заявленный многофункциональный IoT-контроллер за счет внедрения GNSS-антенны 12 позволяет сравнительно точно определить местоположение контроллера в сравнении с определением местоположения по GPRS. Если говорить точнее, то заявленный многофункциональный IoT-контроллер способен с учетом погрешности относительно точно указывать на свое местоположение оператору диспетчерского пункта, а значит выполнить требуемую от него функцию в заданных условиях применения.The reliability of the device is determined by the accuracy of determining the location of the controller. As noted above, reliability is “the ability to perform the required functions in given modes and conditions of use”. The claimed multifunctional IoT controller can be installed, for example, in industrial workshops. Often, remotely from the control room, it is necessary to control and manage a group of energy consumers at once, for example, lighting and production machines. It is not always technically possible to connect, for example, machines and lighting to one IoT controller and in one place. Thus, a situation arises in which several multifunctional IoT controllers are installed in one workshop in a different location, and each of them is responsible for monitoring and managing certain energy consumers. The claimed multifunctional IoT controller, due to the introduction of a GNSS antenna 12, makes it possible to relatively accurately determine the location of the controller in comparison with GPRS positioning. To be more precise, the claimed multifunctional IoT controller is able, taking into account the error, to relatively accurately indicate its location to the operator of the control room, and therefore perform the function required from it in the given application conditions.

Многофункциональный IoT-контроллер следует считать надёжным, если он обеспечивает достаточное время работы в аварийном состоянии. Аварийным считается состояние, при котором отсутствует основное питание, а питание IoT-контроллера осуществляется от резервного источника питания аккумуляторной батареи. Использование именно литий-железо-фосфатной АКБ 14 позволяет даже при низких климатический условиях поддерживать работу устройства до 60 минут с возможностью передачи на диспетчерский пункт информации о местоположении IoT-контроллера.A multifunctional IoT controller should be considered reliable if it provides sufficient failover time. An emergency is a condition in which there is no main power supply, and the IoT controller is powered from a backup battery power source. The use of lithium-iron-phosphate battery 14 allows even under low climatic conditions to maintain the operation of the device for up to 60 minutes with the possibility of transmitting information about the location of the IoT controller to the control room.

Надежность контроллера в том числе достигается и за счет исполнения корпуса с защитой IP65, что исключает попадание пыли и брызг внутрь на составные части кросс-платы.The reliability of the controller, among other things, is achieved due to the execution of the case with IP65 protection, which prevents dust and splashes from entering the components of the backplane.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг. 1 изображена структурная схема многофункционального беспроводного контроллера.In FIG. 1 is a block diagram of a multifunctional wireless controller.

На фиг. 1 указаны следующие позиции:In FIG. 1 shows the following positions:

1 - микропроцессор,1 - microprocessor,

2 - часы реального времени,2 - real time clock,

3 - энергонезависимая память,3 - non-volatile memory,

4 - модем,4 - modem,

5 - антенна,5 - antenna,

6 - держатель SIM,6 - SIM holder,

7 - интерфейс RS-485,7 - RS-485 interface,

8 - клеммы,8 - terminals,

9 - светодиодная индикация,9 - LED indication,

10 - дискретные входы,10 - discrete inputs,

11 - выходы управления внешними объектами,11 - outputs for controlling external objects,

12 - GNSS-антенна,12 - GNSS antenna,

13 - разъем питания,13 - power connector,

14 - литий-железо-фосфатная АКБ,14 - lithium iron phosphate battery,

15 - контроллер заряда,15 - charge controller,

16 - стабилизатор питания,16 - power stabilizer,

17 - импульсный блок питания,17 - switching power supply,

18 - реле управления внешними объектами,18 - relay control of external objects,

19 - защитное реле,19 - protective relay,

20 - преобразователь,20 - converter,

21 - разъем питания дискретных входов,21 - discrete input power connector,

22 - корпус.22 - building.

Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model

Далее подробно описаны все составляющие настоящей полезной модели со ссылкой на чертежи и указанные на них ссылочные позиции для более полного понимания объема и всех технических аспектов заявленного технического решения специалистом в уровне техники.The following describes in detail all the components of this utility model with reference to the drawings and the reference positions indicated on them for a more complete understanding of the scope and all technical aspects of the claimed technical solution by a person skilled in the art.

На фиг. 1 изображена структурная схема многофункционального IoT-контроллера. Все части контроллера 1-21, указанные на фиг. 1 размещены на кросс-плате, которая встроена в общий корпус 22.In FIG. 1 shows a block diagram of a multifunctional IoT controller. All parts of the controller 1-21 indicated in Figs. 1 are placed on a cross-board, which is built into a common housing 22.

Многофункциональный IoT-контроллер состоит из микропроцессора 1 с программной реализацией часов реального времени 2, энергонезависимой памяти 3, модема 4 с антенной 5, держателя SIM 6, не менее двух интерфейсов RS-485 7 с клеммами 8, светодиодной индикации 9, не менее двенадцати дискретных входов 10, не менее четырех выходов управления внешними объектами 11, GNSS-антенны 12, разъема питания 13, литий-железо-фосфатной АКБ 14, контроллера заряда 15, стабилизатора питания 16, импульсного блока питания 17, реле управления внешними объектами 18, защитного реле 19, преобразователя 20, разъема питания дискретных входов 21.The multifunctional IoT controller consists of a microprocessor 1 with a software implementation of a real time clock 2, non-volatile memory 3, a modem 4 with an antenna 5, a SIM holder 6, at least two RS-485 interfaces 7 with terminals 8, LED indication 9, at least twelve discrete inputs 10, at least four outputs for controlling external objects 11, GNSS antenna 12, power connector 13, lithium-iron-phosphate battery 14, charge controller 15, power stabilizer 16, switching power supply 17, relay for controlling external objects 18, protective relay 19, transducer 20, discrete input power connector 21.

Микропроцессор 1 обеспечивает обработку полученной информации от других частей IoT-контроллера, а также ход программно реализованных часов реального времени 2.The microprocessor 1 provides processing of the information received from other parts of the IoT controller, as well as the running of the software-implemented real-time clock 2.

Часы реального времени 2 имеют программную реализация и необходимы для работы IoT-контроллера по заданному временному графику.Real time clock 2 is implemented in software and is required for the IoT controller to work according to a given time schedule.

Энергонезависимая память 3 выступает хранилищем за записи информации о работе IoT-контроллера в периоды, когда модем 4 теряет связь с диспетчерским пунктом.Non-volatile memory 3 acts as a storage for recording information about the operation of the IoT controller during periods when the modem 4 loses contact with the control room.

Модем 4 с антенной 5 служит для обеспечения непрерывной двусторонней беспроводной связи контроллера с диспетчерским пунктом. В держатель SIM 6 устанавливаются SIM-карты любого оператора сотовой связи. Модем 4 поддерживает передачу информации по таким стандартам сотовой связи как GPRS, GSM, LTE и NB-IoT. Преимущественно передача данных между IoT-контроллером и диспетчерским пунктом осуществляется именно по стандарту сотовой связи NB-IoT так как данный стандарт связи позволяет существенно снизить энергозатраты IoT-контроллера на передачу данных в диспетчерский пункт за счет передачи данных малого объема. В случае если по разъему питания 13 прерывается подача электроэнергии, IoT-контроллер переходит в резервный режим питания от литий-железо-фосфатной АКБ 14. Обмен данными по стандарту сотовой связи NB-IoT позволяет IoT-контроллеру значительно дольше осуществлять связь с диспетчерским пунктом чем, например, при обмене данными по стандарту сотовой связи LTE. Данный факт несомненно влияет на надежность и работоспособность работы IoT-контроллера.Modem 4 with antenna 5 serves to provide continuous two-way wireless communication between the controller and the control room. SIM-cards of any mobile operator are installed in the SIM 6 holder. Modem 4 supports the transmission of information using such cellular communication standards as GPRS, GSM, LTE and NB-IoT. Mostly, data transfer between the IoT controller and the control room is carried out exactly according to the NB-IoT cellular communication standard, since this communication standard can significantly reduce the power consumption of the IoT controller for data transmission to the control room due to small data transmission. In the event that the power supply is interrupted through the power connector 13, the IoT controller switches to the backup power mode from the lithium-iron-phosphate battery 14. Data exchange according to the NB-IoT cellular standard allows the IoT controller to communicate with the control room much longer than, for example, when exchanging data using the LTE cellular standard. This fact undoubtedly affects the reliability and performance of the IoT controller.

Интерфейс RS-485 7 с клеммами 8 предназначен для подключения внешних устройств с таким же аналогичным интерфейсом, что позволяет подключать к Iot-контроллеру, например, приборы учета показаний электроэнергии и удалённо получать информацию о количестве потребленной электроэнергии прямо с диспетчерского пункта.The RS-485 interface 7 with terminals 8 is designed to connect external devices with the same analogous interface, which allows you to connect, for example, electricity meters to the Iot controller and remotely receive information about the amount of electricity consumed directly from the control room.

Светодиодная индикация 9 служит для визуальной информированности работы Iot-контроллера. Светодиодная индикация 9 оповещает о наличии питания на разъеме питания 13, о работе выходов управления внешними объектами 11, об обмене данными по интерфейсу RS-485 7, о степени заряда литий-железо-фосфатной АКБ 14.LED indication 9 serves for visual awareness of the operation of the Iot controller. LED indication 9 informs about the presence of power at the power connector 13, about the operation of outputs for controlling external objects 11, about data exchange via the RS-485 interface 7, about the degree of charge of the lithium-iron-phosphate battery 14.

Дискретные входы 10 имеют гальваническую развязку от внешних объектов и принимают дискретные сигналы типа «включен/выключен». Дискретные входы 10 могут применяться для мониторинга состояния различных датчиков и электропотребителей, например, состояние открытой/закрытой двери, состояние света включен/выключен, состояние работы станка включен/выключен. Преимуществом заявленного многофункционального Iot-контроллера является возможность подключения до 12 датчиков в дискретные входы 10. Разъем питания дискретных входов 21 служит для электроснабжения дискретных входов 10, при этом электрический ток проходит через преобразователь 20 для создания напряжения требуемой величины.Discrete inputs 10 are galvanically isolated from external objects and receive discrete signals of the "on/off" type. Discrete inputs 10 can be used to monitor the state of various sensors and electrical consumers, for example, the state of an open / closed door, the state of the light on / off, the state of the machine on / off. The advantage of the claimed multifunctional Iot controller is the ability to connect up to 12 sensors to discrete inputs 10. The power connector for discrete inputs 21 is used to power the discrete inputs 10, while the electric current passes through the converter 20 to create a voltage of the required value.

К выходам управления внешними объектами 11 подключается до четырех объектов, например, таких как осветительные приборы и/или технологическое оборудование.Up to four objects are connected to the control outputs of external objects 11, for example, such as lighting devices and/or technological equipment.

GNSS-антенна 12 позволяет сравнительно точно определять местоположение Iot-контроллера. При этом местоположение определяется именно с помощью спутниковых систем, в том числе, таких как GPS/ ГЛОНАСС. Известно, что современные спутниковые системы связи позволяют установить позицию объекта довольно точно. Так погрешность системы спутниковой связи ГЛОНАСС составляет 2 - 6 метров, а у GPS - 2 - 4 м, усредненные значения можно считать от 2 до 6 метров. Далее для раскрытия особенностей определения местоположения с помощью GNSS-антенны 12 намеренно в основу взята система GPS, но сказанное в равной степени может применяться и для системы ГЛОНАСС. Как уже отмечалось выше, многофункциональные Iot-контроллеры применяются для мониторинга состояния объектов. Многофункциональный Iot-контроллер следует считать надежным, если он позволяет с требуемой точность указать свое местоположение, т.е. Iot-контроллер выполняет требуемую функцию в заданном режиме и условиях применения. Указание местоположения с погрешностью от 2 до 6 метров следует считать надежной и сравнительно точной. Важность точного определения местоположения заключается в следующем. Выше уже приводился пример, в котором указывалось, что несколько многофункциональных Iot-контроллеров могут быть установлены в пределах одного производственного помещения, например, производственного помещения площадью около 200 кв.м. Состояние работы Iot-контроллера отслеживают в диспетчерском пункте. При пропадании основного питания на разъеме питания 13 многофункциональный Iot-контроллер переходит в аварийный режим работы для потребления питания от резервного источника - литий-железо-фосфатной АКБ 14. Оператору диспетчерского пункта необходимо точно определить, какой из Iot-контроллеров не может работать с полным функционалом и куда направить ремонтную группу. GNSS-антенна 12 с определением местоположения по GPS сможет указать на местоположение Iot-контроллера. У рассматриваемых аналогов определение местоположения происходит по системе GPRS с погрешностью от 50 до 500 метров, несомненно данная система не позволит установить оператору диспетчерского пункта какой из нескольких Iot-контроллеров в одном производственном помещении не работает с полным функционалом. Еще ярче необходимость точного определения местоположения раскрывается при установке Iot-контроллера на опоры электроосвещения. Оператор диспетчерского пункта может точно определять местоположение Iot-контроллера находящегося в неисправном состоянии.The GNSS antenna 12 allows relatively accurate location of the Iot controller. At the same time, the location is determined precisely with the help of satellite systems, including such as GPS / GLONASS. It is known that modern satellite communication systems make it possible to establish the position of an object quite accurately. So the error of the GLONASS satellite communication system is 2 - 6 meters, and for GPS - 2 - 4 m, the average values can be considered from 2 to 6 meters. Further, to disclose the features of determining the position using the GNSS antenna 12, the GPS system is deliberately taken as the basis, but what has been said can equally be applied to the GLONASS system. As noted above, multifunctional Iot controllers are used to monitor the state of objects. A multifunctional Iot controller should be considered reliable if it allows you to indicate your location with the required accuracy, i.e. The Iot controller performs the required function in the specified mode and application conditions. Position indication with an error of 2 to 6 meters should be considered reliable and relatively accurate. The importance of accurate positioning is as follows. An example has already been given above, which indicated that several multifunctional Iot controllers can be installed within the same production room, for example, a production room with an area of about 200 sq.m. The operation status of the Iot controller is monitored at the control room. In the event of a power failure at power connector 13, the multifunctional Iot controller switches to emergency operation to consume power from a backup source - lithium iron phosphate battery 14. The control room operator needs to determine exactly which of the Iot controllers cannot work with full functionality and where to send the repair team. The GNSS antenna 12 with GPS positioning will be able to indicate the location of the Iot controller. For the analogs under consideration, location is determined using the GPRS system with an error of 50 to 500 meters, undoubtedly this system will not allow the operator of the control room to determine which of the several Iot controllers in one production room does not work with full functionality. The need for accurate positioning is even more pronounced when installing the Iot controller on electric lighting poles. The control room operator can pinpoint the location of an Iot controller that is out of order.

Кроме того, надёжность Iot-контроллера достигается за счет одновременного существования двух систем определения местоположения - по GPS и по GPRS. В случае неисправности GNSS-антенны 12, у модема 4 не пропадает функционал по определению местоположения по GPRS, и, наоборот, при слабом сигнале сотовой сети GPRS или полном отключении связи от модема 4 с диспетчерским пунктом сохраняется возможность определения местоположения по GPS. Дополнительным преимуществом наличия GNSS-антенны 12 является возможность программной реализации на диспетчерском пункте карты местоположения установленных многофункциональных Iot-контроллеров. Реализация GNSS-антенны 12 также позволяет синхронизировать время на Iot-контроллере со спутниками.In addition, the reliability of the Iot-controller is achieved due to the simultaneous existence of two positioning systems - by GPS and by GPRS. In the event of a malfunction of the GNSS antenna 12, the modem 4 does not lose the functionality of determining the location using GPRS, and, conversely, if the GPRS cellular network signal is weak or the connection from the modem 4 with the control room is completely disconnected, the possibility of determining the location using GPS remains. An additional advantage of having a GNSS antenna 12 is the possibility of software implementation at the control room of the location map of the installed multifunctional Iot controllers. The implementation of the GNSS antenna 12 also allows the time on the Iot controller to be synchronized with the satellites.

Разъем питания 13 служит для подключения питания многофункционального Iot-контроллера от сети 220В.The power connector 13 is used to connect the power supply of the multifunctional Iot controller from the 220V network.

Литий-железо-фосфатная АКБ 14 является резервным источником питания Iot-контроллера, и осуществляет питание в аварийном состоянии при отключении питания от основного источника питания по разъему питания 13. В качестве аккумуляторной батареи выбрана именно литий-железо-фосфатная АКБ 14 (LiFePO4). Наиболее важным в отношении надежности работы Iot-контроллера преимуществом литий-железо-фосфатной АКБ 14 в сравнении с литий-ионными аккумуляторными батареями является работа в условиях низких климатических температур. Под низкими климатическими температурами понимается температура от 0 до -30°С. Многофункциональный Iot-контроллер признаётся надёжным при его способности поддерживать связь с диспетчерским пунктом не менее 60 минут в условиях низких климатических температур. Литий-железо-фосфатная АКБ 14 способна долговечно работать в диапазоне от -30 до +50°С без снижения её характеристик. Литий-ионные аккумуляторные батареи способны работать в диапазоне от -20 до +60°С, но характеристики значительно снижаются. Рекомендуемый диапазон работы литий-ионной АКБ составляет от +15 до +25°С без снижения характеристик. Опытным путём было установлено, что при -30°С многофункциональный Iot-контроллер с литий-железо-фосфатной АКБ 14 способен поддерживать работу в аварийном состояние не менее 60 минут, в то время как тот же самый многофункциональный Iot-контроллер с литий-ионной АКБ менее 30 минут. Кроме того, литий-ионные АКБ при отрицательных температурах воздуха мало способны к приему заряда. Литий-железо-фосфатная АКБ 14 без ущерба для ресурса переносит пиковый тока нагрузки и заряда, менее склонны к естественной деградации, имеют минимальный саморазряд и более 2000 циклов заряд-разряд до потери емкости на 20%. Поэтому в плане надежности, безотказности и долговечности литий-железо-фосфатные АКБ выигрывают у остальных литий-ионных АКБ. Таким образом, встраивание в многофункциональный Iot-контроллер именно литий-железо-фосфатной АКБ 14 позволяет значительно повысить надёжность и безотказность всего устройства в целом. Контроллер заряда 15 служит для управления процессом заряда литий-железо-фосфатной АКБ 14 и не допускает критических отклонений рабочих параметров и преждевременного выхода из строя АКБ.Lithium-iron-phosphate battery 14 is a backup power source for the Iot-controller, and supplies power in an emergency state when the power is turned off from the main power source via power connector 13. Lithium-iron-phosphate battery 14 (LiFePO4) was chosen as the battery. The most important advantage of the lithium-iron-phosphate battery 14 in relation to the reliability of the Iot-controller in comparison with lithium-ion batteries is operation at low climatic temperatures. Low climatic temperatures are understood as temperatures from 0 to -30°C. The multifunctional Iot-controller is recognized as reliable if it is able to maintain communication with the control room for at least 60 minutes in conditions of low climatic temperatures. Lithium-iron-phosphate battery 14 is capable of long-term operation in the range from -30 to +50°C without reducing its performance. Lithium-ion batteries are capable of operating in the range from -20 to +60°C, but the performance is significantly reduced. The recommended operating range of a lithium-ion battery is from +15 to +25°C without performance degradation. It has been experimentally established that at -30°C a multifunctional Iot controller with a lithium-iron phosphate battery 14 is able to maintain operation in an emergency state for at least 60 minutes, while the same multifunctional Iot controller with a lithium-ion battery less than 30 minutes. In addition, lithium-ion batteries at negative air temperatures are not very capable of receiving a charge. Lithium-iron-phosphate battery 14 without damage to the resource endures the peak current of the load and charge, is less prone to natural degradation, has a minimum self-discharge and more than 2000 charge-discharge cycles up to a loss of capacity by 20%. Therefore, in terms of reliability, reliability and durability, lithium-iron-phosphate batteries outperform other lithium-ion batteries. Thus, embedding a lithium-iron-phosphate battery 14 into a multifunctional Iot controller can significantly increase the reliability and reliability of the entire device as a whole. The charge controller 15 serves to control the charging process of the lithium-iron-phosphate battery 14 and does not allow critical deviations in operating parameters and premature failure of the battery.

Стабилизатор питания 16 позволяет изменять постоянное напряжение. Стабилизатор питания 16 применяется по типу DC/DC. Импульсный блок питания 17 служит для преобразования входного напряжения от разъема питания 13 до величины, необходимой составным частям многофункционального Iot-контроллера.Power stabilizer 16 allows you to change the DC voltage. The power stabilizer 16 is applied as DC/DC. The switching power supply 17 is used to convert the input voltage from the power connector 13 to the value required by the components of the multifunctional Iot controller.

Реле управления внешними объектами 18 предназначено для приёма и передачи команд, поступающий от микропроцессора 1, по управлению объектами, подключенными к выходам управления внешними объектами 11. Защитное реле 19 служит для недопущения выхода из строя многофункционального Iot-контроллера по причине ненормальных режимов работы объектов, подключенных к выходам управления внешними объектами 11. К ненормальным режимам работы объектов можно отнести короткое замыкание, скачки напряжения. Выходы управления внешними объектами 11 служат для подключения к ним различных внешних электропотребителей - объектов, их предполагается не менее четырех.The relay for controlling external objects 18 is designed to receive and transmit commands coming from the microprocessor 1 to control objects connected to the control outputs of external objects 11. The protective relay 19 serves to prevent the failure of the multifunctional Iot controller due to abnormal operating modes of objects connected to control outputs of external objects 11. Abnormal operating modes of objects include short circuit, power surges. The control outputs of external objects 11 are used to connect to them various external electrical consumers - objects, there are supposed to be at least four of them.

Корпус 22 имеет степень защиты оболочки IP65. Корпус 22 полностью защищает внутренние части контроллера от пыли. Также корпус 22 защищает внутренние части контроллера от негативных условий окружающей среды, в том числе, от попадания на них струй воды, падающих под любым углом. Это позволяет эксплуатировать контроллер как внутри помещений, так и снаружи в условиях низких температур. Корпус 22 защищает внутренние части контроллера от возможных перепадов температурного режима. Исполнение корпуса 22 со степенью защиты оболочки IP65 непременно влияет на надёжность и безотказность работы. Пыле- и брызгозащищенность контроллера исключает попадание влаги на электрические соединения контроллера, исключает ухудшение контакта между элементами.Enclosure 22 has a degree of protection of the shell IP65. Housing 22 completely protects the internal parts of the controller from dust. Also, the body 22 protects the internal parts of the controller from negative environmental conditions, including from hitting them with water jets falling at any angle. This allows the controller to be operated both indoors and outdoors at low temperatures. Housing 22 protects the internal parts of the controller from possible temperature fluctuations. The execution of the housing 22 with a degree of protection of the shell IP65 certainly affects the reliability and non-failure operation. Dust and splash protection of the controller prevents moisture from entering the electrical connections of the controller, eliminates the deterioration of contact between the elements.

Работа устройства осуществляется следующим образомThe operation of the device is as follows

Первично производится настройка и подключениеInitial setup and connection

многофункционального Iot-контроллера. В держатель SIM 6 устанавливает SIM-карта любого доступного оператора сотовой связи. К дискретным входам 10 производится подключение датчиков, за которым в дальнейшем будет осуществляться удаленный мониторинг. К выходам управления внешними объектами 11 подключается объекты, которыми в последующем можно управлять как по команде из диспетчерского пункта, так и настроив включение/выключение по заданному расписанию. К клеммам 8 интерфейса RS-485 7 подключаются устройства с интерфейсом RS-485, например, такие как счетчики электроэнергии. В разъем питания 13 подключается сеть 220В. Осуществляется запуск Iot-контроллера, сопровождающийся: свечениемmultifunctional Iot controller. A SIM card of any available mobile operator is installed in the SIM 6 holder. Sensors are connected to discrete inputs 10, which will be further monitored remotely. Objects are connected to the control outputs of external objects 11, which can later be controlled either by command from the control room or by setting the on / off according to a given schedule. Devices with RS-485 interface, such as electricity meters, are connected to terminals 8 of the RS-485 interface 7. A 220V network is connected to the power connector 13. The Iot controller is launched, accompanied by: glow

светодиодов на светодиодной индикации 9, установлением связи между модемом 4 и диспетчерским пунктом, установлением сигнала GNSS - антенны 12 и диспетчерским пунктом. На диспетчерском пункте расположен компьютер, подключенный к сети Интернет. После того, как связь контроллера по модему 4 с диспетчерским пунктом установлена, на диспетчерском пункте проверяется отображение местоположения контроллера по системам GPS/ГЛОНАСС. Контроллер готов к работе.LEDs on the LED indication 9, establishing a connection between the modem 4 and the control room, establishing a GNSS signal - antenna 12 and the control room. The control room has a computer connected to the Internet. After the connection of the controller via modem 4 with the control room is established, the control room checks the display of the controller's location using the GPS/GLONASS systems. The controller is ready to go.

Примером работы контроллера может служить установка его в производственном помещении для управления технологическим оборудованием и световым оборудованием. К одному контроллеру может быть подключено до четырёх единиц технологического оборудования. К дискретным входам 10 подключается до двенадцати дискретных датчиков, определяющих состояние по типу включен/выключен. Оператор диспетчерского пункта с помощью Интернет связи по модему 4 передаёт команду на контроллер. Через модем 4 команда поступает в контроллер и осуществляется включение/выключение электропотребителей, подключенных к выходам управления внешними объектами 11. Возможна полная автономная работа контроллера без вмешательства оператора диспетчерского пункта по программе, записанной в микропроцессор 1. Зачастую к одному контроллеру из-за особенностей технологических линий не получается подключить все необходимые внешние объекты. В таком случае в одном помещении производится монтаж нескольких контроллеров с разным местоположением. Именно в случае использования нескольких IoT-контроллеров выражена необходимость определения их точного местоположения с помощью GNSS-антенны 12. Заявленный многофункциональный IoT-контроллер позволяет в виде интерактивной карты отображать на диспетчерском пункте текущее состояние каждого из IoT-контроллеров и их местоположение для оперативного реагирования диспетчера на нештатные аварийные режимы. В случае отключения питания от разъема 13 IoT-контроллер переходит в аварийное состояние работы. Питание в данном случае осуществляется от литий-железо-фосфатной АКБ 14. При этом управление выходами управления внешними объектами 11 является недоступным. В данной ситуации критически важно иметь на диспетчерском пункте информацию о том, где и какой IoT-контроллер не имеет полной работоспособности, чтобы управлять объектами, подключенными к выходам управления внешними объектами 11. Рассматриваемый IoT-контроллер может продолжать передавать информацию о своем местоположении в условиях низких климатических температур и негативных условий окружающей среды до прибытия ремонтной группы. По прибытии ремонтной группы контроллер приводится в исправное состоянии и переходит в штатный режим работы.An example of the operation of a controller is its installation in a production room to control technological equipment and lighting equipment. Up to four units of process equipment can be connected to one controller. Up to twelve discrete sensors are connected to discrete inputs 10, which determine the state by type on/off. The operator of the control room, using the Internet connection via modem 4, sends a command to the controller. Through modem 4, the command enters the controller and turns on / off the electrical consumers connected to the control outputs of external objects 11. Full autonomous operation of the controller is possible without the intervention of the operator of the control room according to the program recorded in the microprocessor 1. Often to one controller due to the peculiarities of production lines it is not possible to connect all the necessary external objects. In this case, several controllers with different locations are installed in one room. It is in the case of using several IoT controllers that the need to determine their exact location using the GNSS antenna 12 is expressed. emergency emergency conditions. In the event of a power failure from connector 13, the IoT controller enters the emergency operation state. In this case, power is supplied from a lithium-iron-phosphate battery 14. In this case, the control of the outputs for controlling external objects 11 is unavailable. In this situation, it is critically important to have information at the control room about where and which IoT controller is not fully operational in order to manage objects connected to the control outputs of external objects 11. The IoT controller in question can continue to transmit information about its location in conditions of low climatic temperatures and negative environmental conditions before the arrival of the repair team. Upon the arrival of the repair team, the controller is brought into good condition and goes into normal operation.

Claims (1)

Многофункциональный IoT-контроллер, содержащий встроенные в корпус и электрически связанные между собой микропроцессор с программной реализацией часов реального времени, энергонезависимую память, модем c антенной, интерфейс RS-485 с клеммами, дискретные входы, реле управления внешними объектами, выходы управления внешними объектами, светодиодную индикацию, контроллер заряда, аккумуляторную батарею, стабилизатор питания, разъем питания, отличающийся тем, что в схему контроллера внедрена GNSS-антенна.Multifunctional IoT controller containing a microprocessor with a software implementation of a real-time clock built into the housing and electrically interconnected, non-volatile memory, a modem with an antenna, an RS-485 interface with terminals, discrete inputs, relays for controlling external objects, outputs for controlling external objects, LED indication, charge controller, battery, power stabilizer, power connector, characterized in that a GNSS antenna is embedded in the controller circuit.
RU2022109395U 2022-04-08 Multifunctional IoT controller RU213607U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU213607U1 true RU213607U1 (en) 2022-09-19

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9948349B2 (en) * 2015-07-17 2018-04-17 Corning Optical Communications Wireless Ltd IOT automation and data collection system
CN109391903A (en) * 2018-10-08 2019-02-26 西安兆格电子信息技术有限公司 A kind of electric vehicle tracker and method for tracking and positioning based on NB-IOT technology
RU2712111C1 (en) * 2019-02-19 2020-01-24 Общество с ограниченной ответственностью "ИНСАЙТ - Менеджмент" Universal modular iot-controller for system of global monitoring and control of power consumption
US10834482B2 (en) * 2017-12-05 2020-11-10 The Government of the United States of America, as represented by the Secretary of Homeland Security Systems and methods for integrating first responder technologies
US20220182793A1 (en) * 2018-12-27 2022-06-09 Intel Corporation Sensor network enhancement mechanisms

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9948349B2 (en) * 2015-07-17 2018-04-17 Corning Optical Communications Wireless Ltd IOT automation and data collection system
US10834482B2 (en) * 2017-12-05 2020-11-10 The Government of the United States of America, as represented by the Secretary of Homeland Security Systems and methods for integrating first responder technologies
CN109391903A (en) * 2018-10-08 2019-02-26 西安兆格电子信息技术有限公司 A kind of electric vehicle tracker and method for tracking and positioning based on NB-IOT technology
US20220182793A1 (en) * 2018-12-27 2022-06-09 Intel Corporation Sensor network enhancement mechanisms
RU2712111C1 (en) * 2019-02-19 2020-01-24 Общество с ограниченной ответственностью "ИНСАЙТ - Менеджмент" Universal modular iot-controller for system of global monitoring and control of power consumption

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8706448B2 (en) Wireless field device with removable power source
CN105676759A (en) Power management system and method for online monitoring device of power distribution line
CN106230122B (en) A kind of power equipment safety monitoring system based on wireless network
CN102931731A (en) Integrated intelligent monitoring system applicable to substation direct-current power supply
CN205453782U (en) Network equipment state remote monitoring device
CN113438599A (en) Electronic monument positioning sensing terminal for Beidou short messages and Internet of things
CN108922151B (en) Compound intelligent monitoring device
CN203366080U (en) Zigbee network-based intelligent household gateway
CN103760838A (en) Environmental parameter-based server cluster automatic protection system
RU213607U1 (en) Multifunctional IoT controller
CN109638369A (en) Battery pack, control panel arrangement and working method with integrated BMS control panel
CN201994715U (en) Power supply system for wireless sensor node based on multiple power supply mechanisms
CN203909603U (en) Communication manager used for monitoring temperature and humidity of transformer station terminal box
CN210742538U (en) Low-power-consumption wireless rainfall acquisition instrument supporting Beidou positioning
CN105303799A (en) Wireless data collector
CN202394103U (en) Intelligent logistics transportation monitoring system with vibration wakening function
CN104111637A (en) Outdoor data acquisition and control equipment
CN212008948U (en) Internet of things tower deformation monitoring device integrating Beidou and inertial navigation positioning technology
CN211528696U (en) Box positioning monitoring device based on NB-IoT
CN108124247A (en) A kind of South Pole ice body motion monitoring system
CN211086541U (en) NB-IoT-based integrated power supply monitoring equipment
CN210202093U (en) Wireless communication module for live-action stage and live-action stage system
CN105245272A (en) Intelligent monitoring system integrated in markstone and working method thereof
CN217085562U (en) Transmission line solar energy power integration edge thing allies oneself with agent device
CN217010862U (en) Self-powered repeater and network system of photovoltaic power station