RU2712111C1 - Universal modular iot-controller for system of global monitoring and control of power consumption - Google Patents
Universal modular iot-controller for system of global monitoring and control of power consumption Download PDFInfo
- Publication number
- RU2712111C1 RU2712111C1 RU2019104768A RU2019104768A RU2712111C1 RU 2712111 C1 RU2712111 C1 RU 2712111C1 RU 2019104768 A RU2019104768 A RU 2019104768A RU 2019104768 A RU2019104768 A RU 2019104768A RU 2712111 C1 RU2712111 C1 RU 2712111C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- module
- input
- controller
- iot
- measuring
- 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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D10/00—Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение 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 invention relates to the processing of digital data using electrical devices, which are a combination of storage devices, input-output devices, central processor devices, information transfer devices or other signals between these devices, and intended for use in global monitoring and energy management 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 Internet of things technologies;
(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-х 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 electrical switching of the signal and power circuits in the controller and the connection of external circuits from the connectors is provided, a secondary power source module that generates secondary voltages 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 claimed 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 даёт 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 functional capabilities, 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 G06F 13/00, опубликовано 10.11.2011 Бюл. № 31).The closest analogue (prototype) is a telemechanics controller containing a system module integrated in a common housing, a power module, 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 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
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 даёт 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 направлено заявленное изобретение, заключается в необходимости расширения арсенала контроллеров за счёт создания универсального модульного IoT-контроллера для систем глобального мониторинга и управления энергопотреблением на базе технологии IoT.The technical problem to which the claimed invention 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 изобретенияDisclosure of the invention
Технический результат заключается в реализации указанного назначения: расширение арсенала контроллеров путём 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 счёт, 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 the indicated 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 . Moreover, the claimed controller relative to the prototype is characterized by a simpler modular design due to, firstly, the I / O module performing the functions 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 и модуль ввода-вывода, работающий под управлением системного модуля, при этом модуль ввода-вывода выполнен с возможностью измерений энергоданных и управления объектами энергопотребления, и представляет собой кросс-плату, объединяющую системный модуль, снабженный разъемом Ethernet и LAN адаптером для связи контроллера с IoT-центром, упомянутый модуль ввода-вывода и разъем для установки модуля связи, предназначенного для установления под управлением системного модуля альтернативного канала радиосвязи контроллера с IoT-центром при помощи радиомодема Wi-Fi, GSM/GPRS или LORA, при этом модуль ввода-вывода содержит измерительные каналы для измерения параметров энергопотребления подключенных к этим каналам объектов энергопотребления, причем каждый измерительный канал включает блок согласования, подключенный к измерительной микросхеме, которая через блок гальванической развязки подключена к информационным входам-выходам центрального процессора, входящего в состав системного модуля, твердотельные реле для включения и выключения внешних приборов по командам центрального процессора, с которым указанные реле соединены посредством расширителя входов-выходов, дискретные входы, соединенные с информационными входами-выходами центрального процессора через расширитель входов-выходов, для контроля состояния внешних приборов путем измерения входных дискретных сигналов, а также цепь электропитания контроллера, состоящую из последовательно соединенных трансформатора, выпрямителя и стабилизатора напряжения, соединенного с входом питания расширителя входов-выходов, при этом трансформатор этой цепи соединен с одним из входов блока согласования первого измерительного канала.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 and an input-output module integrated in a common housing and electrically interconnected that are controlled by a system module, while the input-output module is designed with the ability to measure energy data and manage energy consumption objects, and is a cross-board combining a system module equipped with an Ethernet connector and a LAN adapter for communication a controller with an IoT center, the aforementioned input-output module and a connector for installing a communication module designed to establish, under the control of the system module, an alternative radio channel of the controller with the IoT center using a Wi-Fi, GSM / GPRS or LORA radio modem, while the module the input / output contains measuring channels for measuring energy consumption parameters of energy consumption objects connected to these channels, and each measuring channel includes a matching unit connected to a measuring microcircuit, which the galvanic isolation unit is connected to the information inputs and outputs of the central processor, which is part of the system module, solid-state relays for turning on and off external devices according to the instructions of the central processor, to which these relays are connected via an I / O expander, discrete inputs connected to information inputs - the outputs of the central processor through an I / O expander, for monitoring the status of external devices by measuring discrete input signals, as well as an electronic circuit The power supply of the controller, consisting of a series-connected transformer, a rectifier and a voltage stabilizer connected to the power input of the input-output expander, while the transformer of this circuit is connected to one of the inputs of the matching unit of the first measuring channel.
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 connector for it on the circuit board, while 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 изобретенияThe implementation of the invention
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 что модуль ввода-вывода 1 и модуль связи 3 (если установлен) работают под непосредственным управлением системного модуля 2.The controller contains an input-
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-х 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 определённой 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 подаётся на измерительную микросхему 5, и перевода (при помощи шунтирующего резистора) большого тока в малый до 10 мА, который также подаётся на измерительную микросхему 5. В качестве измерительной микросхемы 5 используется выпускаемая промышленностью большая интегральная микросхема V9203 (производство Китая), предназначенная для измерения параметров трёхфазных цепей. Она включает блоки для калибровки, измерения последовательности фаз, мгновенных и среднедействующих значений напряжений и токов, мощности (активной, реактивной, полной), блока расчёта 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 соединённые 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 соединён с центральным процессором 15. При этом один из выходов стабилизатора 11 указанной цепи электропитания соединён с входом питания расширителя 14, а трансформатор 9 этой цепи соединён 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 её 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, разъём программатора 19, разъём USB 20 через диодную защиту 21, разъём Ethernet 22 через LAN адаптер 23, блок светодиодных индикаторов 24, а также дополнительная цепь электропитания, включающая дополнительный стабилизатор 25, соединённый с выходом стабилизатора 11, аккумуляторную батарею 26, контроллер 27 заряда аккумуляторной батареи и регулятор напряжения 28, соединённый своим выходом с входом питания центрального процессора 15 и соответствующим контактом разъёма 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 съёмной. Разъём программатора 19 предназначен для подключения внешнего устройства для загрузки и отладки программы в процессе изготовления контроллера. Разъём 19 расположен на плате системного модуля 3 и недоступен пользователю; он предназначен для специалиста, осуществляющего загрузку и отладку программы. Разъём USB 20 через диодную защиту 21 соединён с центральным процессором 15. Разъём 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. Разъём Ethernet 22, соединённый с процессором 15 через LAN адаптер 23, предназначен для установления информационной (проводной) связи контроллера с IoT-центром. Блок 24 содержит множество соединённых 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 разъём 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 разъём для установки модуля связи 3. При этом сам модуль связи 3 содержит три разъёма 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 трёх), 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 разъём 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 трёх 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 трёх, 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 трёхфазного 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 трёхфазные 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 via 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 energy-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, the common three-phase power line of the 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-контроллераA type
IoT controller
I: ТТ1..3 U: L 1..3 , N
I:
- 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..3 4 U: L 1..3 , N
4 I:
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; total energy
- 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 (angle of command transmission vertically / horizontally - 90 0 )
4 discrete outputs based on a solid state relay
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-state relay
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, carbon monoxide
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 трёхфазную сеть (однофазный или трёхфазный 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 своём выходе), так и потребитель (на своём 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-х 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 recorder). 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, drops, open, 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, then 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 manage 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 conventional 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 (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019104768A RU2712111C1 (en) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | Universal modular iot-controller for system of global monitoring and control of power consumption |
PCT/RU2020/050021 WO2020171742A1 (en) | 2019-02-19 | 2020-02-17 | Universal modular iot controller for a system of global monitoring and control |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019104768A RU2712111C1 (en) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | Universal modular iot-controller for system of global monitoring and control of power consumption |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2712111C1 true RU2712111C1 (en) | 2020-01-24 |
Family
ID=69184167
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019104768A RU2712111C1 (en) | 2019-02-19 | 2019-02-19 | Universal modular iot-controller for system of global monitoring and control of power consumption |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2712111C1 (en) |
WO (1) | WO2020171742A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU213607U1 (en) * | 2022-04-08 | 2022-09-19 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОЭНЕРДЖИ" | Multifunctional IoT controller |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU209625U1 (en) * | 2021-11-12 | 2022-03-17 | Общество с ограниченной ответственностью «ВОСТОКЭНЕРГОСЕРВИС» | Software and hardware complex "Radio controller MKP-23" |
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 RU2019104768A patent/RU2712111C1/en active
-
2020
- 2020-02-17 WO PCT/RU2020/050021 patent/WO2020171742A1/en active Application Filing
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 |
---|---|---|---|---|
RU213607U1 (en) * | 2022-04-08 | 2022-09-19 | Общество с ограниченной ответственностью "ПРОЭНЕРДЖИ" | Multifunctional IoT controller |
RU2819568C1 (en) * | 2023-11-15 | 2024-05-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" | Method of detecting training data for machine learning of computer system of industrial internet of things powered by rechargeable battery |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2020171742A1 (en) | 2020-08-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2238786C (en) | Panelboard for controlling and monitoring power or energy | |
EP2699915B1 (en) | System of intelligent sensors in an electrical panelboard | |
EP3686613B1 (en) | Solar energy metering, communications, and control system | |
CN201464628U (en) | Ground power supply and distribution test system supporting constellation test | |
CN103620423A (en) | A system and method to calculate rms current and true power in a multidrop sensor network | |
KR101016770B1 (en) | A modular system for integrating sensors and meters using the parallel data bus | |
CN111699105B (en) | Charging station and method for charging an electric vehicle using distributed energy measurement | |
RU2712111C1 (en) | Universal modular iot-controller for system of global monitoring and control of power consumption | |
CA2519454C (en) | Low-voltage module | |
RU192192U1 (en) | Universal Modular IoT Controller for Global Energy Monitoring and Management System | |
Durocher et al. | Application of next-generation motor management relays improves system reliability in process industries | |
EP3746851B1 (en) | Method and apparatus for configuring i/o modules connected to a fieldbus controller | |
CN107078479B (en) | Electrical connection point for installation in a wall of a dwelling and electrical installation comprising at least one such connection point | |
JP2020038064A (en) | Wiring check system, wiring check method, slave unit, and master unit | |
CN112346990A (en) | Automatic testing method and system for stability control device | |
CN111954822B (en) | Intermediate module, receiver module, monitoring system and monitoring method | |
CN108390358B (en) | Electric integrated controller | |
JP2018018414A (en) | Electronic apparatus | |
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 | |
CN110869774A (en) | Device for measuring electrical variables in a switchboard | |
KR102127731B1 (en) | Intelligent switchboard and power control method using it | |
Trogrlić et al. | Development of a battery management system for centralized control of a battery cluster | |
Krishnan et al. | Context-aware plug-load identification towards enhanced energy efficiency in the built environment | |
Gorai et al. | Substation Monitoring & Control System | |
CN207354287U (en) | Bandwidth carrier automatization test system |