RU223132U1 - Блок распределения питания с мониторингом и управлением каждой розеткой - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройствам распределения питания, и может быть использована для организации надежного энергоснабжения серверов, в том числе в шкафах корпоративных и коммерческих центров обработки данных (ЦОД). Блок содержит корпус с расположенным в нем интеллектуальным быстросъемным модулем, который содержит материнскую плату, соединенную с платой процессорного модуля и дисплейным модулем, а также порты для датчиков. Также, в нем расположен розеточный модуль, выполненный с возможностью самостоятельного управления каждой розеткой автономно, и содержит силовую плату с розетками, три аналого-цифровых преобразователя, датчики напряжения и тока, силовые реле для коммутации и микроконтроллер SТМ, кроме того, в корпусе расположен модуль фильтра электромагнитной совместимости. Предлагаемая полезная модель обеспечивает повышение скорости реагирования силовых реле на внештатные ситуации за счет выполнения розеточного модуля с мониторингом и управлением каждой розеткой автономно с помощью микроконтроллера SТМ, а именно проводить вычисления по ранее сохраненным сценариям, без обращения к интеллектуальному быстросъемному модулю.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, а именно к устройствам распределения питания, и может быть использована для организации надежного энергоснабжения серверов, в том числе в шкафах корпоративных и коммерческих центров обработки данных (ЦОД).

Блок распределения питания (PDU) - это электронный модуль, который обеспечивает электрическое питание сети электронных устройств. Для современных распределенных вычислительных сетей требуется интеллектуальный PDU, который не только обеспечивает питание всех подключенных устройств, но и отслеживает потребление тока и нагрузку на каждый узел.

В настоящее время потребности российского рынка покрываются в основном за счет увеличения объемов ввоза интеллектуальных БРП зарубежного производства. Доля импорта в различных сегментах варьировалась от 70 до 85%.

Из уровня техники известны технические решения в области интеллектуальных блоков распределения, мониторинга и управления электропитанием.

В патенте на ИЗ RU 2725023, опубл. 29.06.2020. Способ мониторинга и управления потреблением электрической энергии потребителями в доме и комплекс для его осуществления описан комплекс, реализующий способ, включает в себя электрическую сеть дома, выполненную в виде отдельных линий, средства для измерения мощностей, средства управления нагрузкой, отключающие устройства, датчики погодных условий, параметров микроклимата, открытых окон и дверей, движения, мониторинга синусоид напряжения, мониторинга параметров систем отопления, вентиляции и кондиционирования. Однако в данном техническом решении недостатком является то, что не предусмотрен мониторинг и управление каждой розеткой.

В патенте на полезную модель CN 214204273 (опубл. 14.09.2021) описан блок распределения питания, который содержит корпус, переднюю панель и заднюю крышку, передняя панель и задняя крышка закреплены на корпусе с помощью винтов, узел ИБП (источник бесперебойного питания) и блок распределения питания расположены в корпусе, хост ИБП электрически соединен с блоком распределения питания, хост ИБП дополнительно содержит экран дисплея и световой индикатор, экран дисплея и индикатор электрически соединены с хостом ИБП, и экран дисплея и световой индикатор электрически соединены с блоком распределения питания. Блок распределения питания состоит из воздушного выключателя, счетчика электроэнергии, устройства защиты от перенапряжений, миниатюрного автоматического выключателя, клеммы проводки и направляющей, воздушного выключателя, счетчика электроэнергии, устройства защиты от перенапряжения, миниатюрного автоматического выключателя и клеммы проводки закреплены на направляющей, направляющая закреплена в корпусе, а монтажные отверстия выполнены с двух сторон передней панели. Экран дисплея, вентиляционная фильтрующая сетка и индикаторная лампа расположены посередине верхней части передней панели, вентиляционная фильтрующая сетка расположена на верхней части задней крышки, а в нижних частях - отверстия середины передней панели и задней крышки. Недостатком является то, что не предусмотрен мониторинг и управление каждой розеткой.

Патент CN 217306962 (публикация 26.08.2022) раскрывает блок распределения электропитания импульсного типа, который содержит модуль источника питания, модуль распределения питания и модуль сетевой коммутации, модуль сетевой коммутации содержит сетевое коммутационное оборудование и коммуникационный порт сетевой коммутации; модуль распределения источника питания содержит множество выходных разъемов источника питания; коммуникационные порты сетевого обмена и выходные разъемы питания находятся во взаимном соответствии и выставлены на одну и ту же поверхность за пределами корпуса модуля распределения питания, а выступы коммуникационных портов сетевого обмена обращены к боковой поверхности распределения питания обменного типа блока, так что модуль распределения питания объединен с сетевым оборудованием обмена, а обмен данными и распределение питания интегрированы; а количество сетевых портов соответствует количеству розеток в режиме «один к одному», количество сетевых портов и розетки электропитания расположены в одной плоскости. Недостатком является то, что не предусмотрен мониторинг и управление каждой розеткой.

Патент CN 217009910 (опубликован 19.07.2022) описывает блок распределения мощности PDM для машинного зала центра обработки данных, который включает стандартный 19-дюймовый коробчатый корпус 1U и отличается тем, что рельс закреплен над задней боковой стороной корпуса коробки, множество автоматических выключателей, соединены с выдвижным блоком, расположенном на рельсе, множество прямоугольных выбивных отверстий, которые расположены горизонтально, расположены на верхней пластине вдоль верхней части рельса, а прямоугольные выбивные отверстия соединены со скользящим блоком. Пружинные винты расположены в четырех углах за пределами передней боковой пластины корпуса коробки; монтажные отверстия выполнены в верхней и нижней сторонах корпуса коробки и имеют закругленную форму, а по краям монтажных отверстий расположены противорежущие планки. Недостатком является то, что не предусмотрен мониторинг и управление каждой розеткой.

В патенте CN 114725906 (Опубликован 08.07.2022) описан блок распределения электроэнергии, цель которого избежать сбоев в подаче питания, вызванных неисправностями контроллера размыкания и замыкания цепи. Блок распределения электропитания содержит удлинительную розетку электропитания, которая снабжена множеством слотов; один конец контроллера размыкания и замыкания цепи электрически соединен с концом ввода источника питания розетки расширения источника питания, а другой конец контроллера размыкания и замыкания цепи электрически соединен по меньшей мере с одним слотом; а буферный резистор подключен к контроллеру размыкания и замыкания цепи параллельно. Недостатком является то, что не предусмотрен мониторинг и управление каждой розеткой.

Патент CN 216488900 (Опубликован 10.05.2022) описывает интеллектуальный блок распределения питания PDU, относящийся к технической области распределения электроэнергии и содержащий монтажную стойку, множество штекеров питания, соединенных с возможностью скольжения по верхней поверхности монтажной стойки, и две прокладки, зажатые с помощью крепления. Стойки расположены среди штепсельных вилок. Внутренняя часть задней части штепсельной вилки соединена с возможностью поворота с откидным диском через опорный стержень, один конец откидного диска соединен с возможностью поворота с гнездом, гнездо соединено с вилкой с возможностью скольжения через телескопический стержень, а интеллектуальный блок распределения питания PDU реализует удобную регулировку длины линии при перемещении вилки питания, но не предусматривает мониторинг и управление розетками.

Известен патентный документ US 2022123554 (Опубликован 21.04.2022), описывающий вставной блок распределения питания для модульных электрических систем, который легко устанавливается, снимается и заменяется квалифицированным или неквалифицированным персоналом. Устройства включают в себя одну или несколько обычных электрических вилок для подключения к обычной стенной розетке и т.п. и один или несколько патентованных электрических разъемов для подключения к совместимому разъему модульной системы электропитания. Опционально, подключаемый блок распределения питания может включать несколько цепей. Недостатком является то, что не предусмотрен мониторинг и управление каждой розеткой.

Патент CN 216774381 (Опубликован 17.06.2022) относится к интеллектуальному блоку распределения питания, который содержит модуль электропитания, модуль связи и модуль распределения питания, и отличается тем, что модуль распределения питания содержит контактный нож, расположенный на основной линии, и интегральную схему обработки. Для управления работой устройства управления двигателем и управления контактным ножом для открытия и закрытия, а интегральная схема обработки представляет собой однокристальную микрокомпьютерную систему; модуль распределения питания подает питание на модуль связи и интегральную схему обработки, интегральная схема обработки снабжена интерфейсом связи, интерфейс связи подключен к модулю связи, а напряжение, ток и остаточный ток основной линии измеряются по напряжению датчик, трансформатор тока и трансформатор дифференциального тока объединены в интегральную схему обработки. И когда напряжение, ток и остаточный ток основной линии не соответствуют норме, интегральная схема обработки выводит сигнал управления отключением на устройство управления двигателем. Недостатком является то, что не предусмотрен мониторинг и управление каждой розеткой.

Наиболее близким техническим решением является интеллектуальный блок распределения электроэнергии по патенту CN 115103534 (Опубликован 23.09.2022). Изобретение раскрывает интеллектуальный блок распределения питания, который содержит корпус, включающий нижнюю часть - основу, накладную крышку, интеллектуальный модуль, наборы розеточных модулей и печатные платы PCB в количестве 6 штук, причем каждые две печатные платы PCB образуют группу, в которой одна закреплена в основе корпуса, каждая группа печатных плат предназначена для управления и контроля одним модулем розеток, которые устанавливают на поверхности накладной крышки снабженной монтажным отверстием для установки розеточного модуля, включающего четыре независимых розетки. Интеллектуальный модуль отслеживает общие данные общей нагрузки и индивидуальные данные каждой розетки через печатную плату, причем он съемно установлен на основании блока.

Недостатком является то, что в блоке распределения питания не предусмотрена возможность мониторинга и управления каждой розеткой без участия интеллектуального быстросъемного блока.

Задача полезной модели заключается в разработке блока распределения питания с мониторингом и управлением каждой розеткой без участия интеллектуального быстросъемного блока.

Технический результат - повышение скорости реагирования силовых реле на внештатные ситуации за счет выполнения розеточного модуля с мониторингом и управлением каждой розеткой автономно с помощью микроконтроллера STM по ранее сохраненным сценариям, полученными от интеллектуального быстросъемного блока.

Технический результат достигается за счет внесения в известный блок распределения питания, содержащего корпус, с расположенными в нем розеточным модулем, интеллектуальным быстросъемным модулем, выполненным с возможностью отслеживания общих данных общей нагрузки и индивидуальных данных каждой розетки через печатную плату, следующих новых признаков:

корпус содержит розеточный модуль, интеллектуальный быстросъемный модуль, модуль фильтра электромагнитной совместимости (ЭМС);

розеточный модуль содержит силовую плату с розетками, три аналого-цифровых преобразователя (АЦП), датчики напряжения и тока, силовые реле для коммутации и микроконтроллер STM;

интеллектуальный быстросъемный модуль содержит материнскую плату, дисплейный модуль, процессорный модуль, порты для датчиков;

модуль фильтра ЭМС содержит плату с фильтром ЭМС.

Отличительными признаками полезной модели является то, что:

интеллектуальный быстросъемный модуль соединен с розеточным модулем посредством проводов по интерфейсу RS485, что обеспечивает возможность интеллектуальному быстросъемному модулю передавать команды в розеточный модуль, где команды принимаются микроконтроллером STM и отправляются на коммутацию силовых реле;

блок распределения питания включает модуль фильтра ЭМС, содержащий плату с фильтром ЭМС, что обеспечивает фильтрацию и сглаживание импульсов электромагнитных помех;

розеточный модуль, содержащий силовую плату с розетками, три аналого-цифровых преобразователя, датчики напряжения и тока, силовые реле для коммутации и микроконтроллер STM, выполнен с возможностью работы автономно по ранее сохраненным сценариям, полученным от интеллектуального быстросъемного модуля, что позволяет выполнять включение и отключение розеток по сценарию, моментально, без передачи сведений по дополнительным звеньям, т.е. без обращения к интеллектуальному быстросъемному модулю.

Все эти признаки неизвестны из уровня техники и обеспечивают достижение технического результата - повышение скорости реагирования силовых реле на внештатные ситуации за счет выполнения розеточного модуля с мониторингом и управлением каждой розеткой автономно с помощью микроконтроллера STM по ранее сохраненным сценариям, без обращения к интеллектуальному быстросъемному модулю.

Таким образом, совокупность существенных признаков заявленной полезной модели соответствует требованиям новизны для организации надежного энергоснабжения серверов, в том числе в шкафах корпоративных и коммерческих центров обработки данных (ЦОД).

Полезная модель характеризуется следующими чертежами.

Фиг. 1. Схема блока распределения питания с мониторингом и управлением каждой розеткой, где данные из розеточного модуля 3 от микроконтроллера STM 14 на процессорном модуле 6, проводит вычисления и по интерфейсу RS485 передает команды в розеточный модуль 3, где команды принимаются микроконтроллером STM 14, проводятся дополнительные вычисления и отправляются на силовые реле для коммутации 13 для осуществления включения/выключения розеток, расположенных на силовой плате 9.

Для работы розеточного модуля 3 в автономном режиме, предварительно из интеллектуального быстросъемного блока 1 записываются на микроконтроллер STM 14 розеточного модуля 3 по интерфейсу RS485, заранее сконфигурированные сценарии, с помощью которых измерение и управление каждой розеткой производится непосредственно розеточным модулем 3. На каждом розеточном модуле 3 установлено по три модуля измерения АЦП, каждый из которых проводит измерения параметров: ток, напряжение и мощность по каждой розетке. Данные передаются на микроконтроллер STM 14, который в свою очередь сравнивает показания, проводит вычисления по сохраненным сценариям, и моментально принимает решение на включение/выключение розеток по заранее сконфигурированному сценарию (например, по превышению тока) без участия интеллектуального быстросъемного модуля 1.

Конкретный пример работы заявленного блока распределения питания с мониторингом и управлением каждой розеткой.

Алгоритм управления по сценариям, следующий: интеллектуальный быстросъемный модуль 1 концентрирует в себе все опрашиваемые параметры с розеточный модуль 3 и всех датчиков (11 и 12). Далее идет процесс вычисления и формирование команды на включение или выключение конкретной розетки, и отправка команды на выполнение.

На 1 розетку подключено устройство, максимально потребляющее 5А, а на вторую розетку 7А при превышении тока может возникнуть нештатная ситуация. Для решения проблемы в интеллектуальном быстросъемном модуле 1 пользователь формирует сценарий, при котором необходимо задействовать индивидуальные параметры тока для каждой розетки. Параметры записываются на микроконтроллер STM 14 розеточного модуля 3 по интерфейсу RS485.

Далее во время работы происходит непрерывное измерение параметров тока каждой розетки и после анализа и расчетов непосредственно в микроконтроллере STM 14 розеточного модуля 3 формируется команда на катушку силового реле для коммутации 13 для включения или выключения розетки. Данный процесс происходит независимо от наличия или отсутствия интеллектуального быстросъемного модуля.

Таким образом, поставленная задача решена и технический результат достигнут.

Claims (1)

1. Блок распределения питания с мониторингом и управлением каждой розеткой, содержащий корпус с расположенным в нем розеточным модулем, интеллектуальным быстросъемным модулем, выполненным с возможностью отслеживания общих данных общей нагрузки и индивидуальных данных каждой розетки, отличающийся тем, что интеллектуальный быстросъемный модуль содержит материнскую плату, соединенную с платой процессорного модуля и дисплейным модулем, а также порты для датчиков, а розеточный модуль выполнен с возможностью самостоятельного управления каждой розеткой автономно и содержит силовую плату с розетками, три аналого-цифровых преобразователя, датчики напряжения и тока, силовые реле для коммутации и микроконтроллер STM, выполненный с возможностью работы по ранее сохраненным сценариям, кроме того, в корпусе расположен модуль фильтра электромагнитной совместимости.