Способ и система автоматизированного ввода в эксплуатацию электротехнического оборудования
METHOD AND SYSTEM FOR AUTOMATED COMMISSIONING OF ELECTRICAL EQUIPMENT

Изобретение относится к области систем автоматизированного управления электротехническим оборудованием, в частности, к способам и системам автоматической настройки и управления преобразователя частоты.
Пусконаладочные работы являются одним из важнейших этапов в работе сложного электротехнического оборудования, в частности, систем включающих преобразователь частоты (частотно-регулируемый привод ЧРП) с управляемым электродвигателем и являющихся частью сложных технологических процессов. Допущенные при вводе в эксплуатацию ошибки, приводят к снижению эффективности электротехнического оборудования, выходу его из строя, что в итоге приводит к нарушению технологического процесса и связанными с эти нежелательными последствиями.
Широкий выбор ЧРП разных производителей требует от пользователя наличие высокой квалификации, соответствующих знаний и навыков, что в определенной мере ограничивает возможности применение ЧРП. Наличие специализированных программных инструментов  настройки существенно снижает риск допущения ошибок и повышает качество выполнения пусконаладочных работ.
Из патента на изобретение США US8185846B2 известен  Блок обучения  для настройки и систем промышленного робота. Настоящее изобретение раскрывает блок настройки, сконфигурированный таким образом, что оператор может по желанию изменять настройки текста, отображаемого в области меню. Блок обучения включает в себя область главного меню, область раскрывающегося меню, область состояния, область общего назначения и область сообщений, для мониторинга и управления работой промышленного робота, который работает во множестве режимов, включая обучение и режим настройки работы. Известный способ и система требует использования специализированного контроллера.
Блок обучения, также сконфигурирован с возможностью загрузки рабочих параметров, таких как рабочая скорость и другие рабочие параметры, соответствующие условиям работы робота. Контроллер робота через интерфейс связи и получает данные о состоянии робота. Таким образом, обучающий блок и контроллер робота взаимодействуют друг с другом, так что можно установить рабочую последовательность действий робота и легко отслеживать состояние робота.
К недостаткам описанной системы можно отнести использование специализированного блока управления, работа с которым требует специальных навыков оператора, также в изобретении описана, возможность, управления параметрами, при этом описанная система не использует опыт более ранней настройки параметров, что снижает ее эффективность.
Из уровня техники известны инструменты настройки, предложенные одним из ведущих производителей ЧРП Yaskawa, информация о которых доступна из открытых источников (дата обращения 23.06.2020):
1. https://www.youtube.com/watch?v=1WTyMzrWuac&list=PLNAENlyEDCkxPasi-q_UbSCyqaU7Ryy0v&index=2
https://www.youtube.com/watch?v=dVwpJSHHxKA&feature=youtu.be2.
Известные варианты представляют собой аппаратно программный комплекс управления параметрами работы ЧРП, согласно которому, на персональный компьютер пользователя предварительно устанавливают программное обеспечение по управлению параметрами подключенного ЧРП. Связь с ЧРП реализуют через кабельное подключение или посредством сети Интернет. Управление реализуют в режиме реального времени путем управления параметрами.
Второй из предложенных инструментов, представлен в виде мобильного приложения. Согласно известному способу предварительно скачивают программное обеспечение на устройство пользователя  из сети Интернет, подключаются к ЧРП по каналу беспроводной связи «Bluetooth» и реализуют управление ЧРП в режиме реального времени с возможностью изменения и отображения параметров системы.
К недостаткам описанного решения можно отнести необходимость наличия специальных знаний у оператора для корректного контроля параметров системы, обязательное наличие предварительно подготовленного устройства пользователя с доступом к сети интернет для получения актуальной версии программного обеспечения. Также к недостаткам описанного инструмента настройки и управления, можно отнести отсутствие отработанного алгоритма ввода в эксплуатацию выбранного ЧРП.
Из патентной заявки США US20140309751A1 на изобретение известен контроллер, система управления устройством, компьютерная программа, машиночитаемый носитель информации. Контроллер включает в себя пользовательский интерфейс, секцию выбора и секцию отображения состояния. Пользовательский интерфейс включает в себя устройство отображения изображения и соединен с внешним устройством, включающим в себя приводной вал двигателя в качестве цели управления. Секция выбора сконфигурирована для отображения, по меньшей мере, одного изображения и сконфигурирована для передачи команды управления на внешнее устройство на основе результата выбора, соответствующего изображению опции. Секция отображения состояния сконфигурирована для отображения, по меньшей мере, одного изображения состояния, соответствующего, по меньшей мере, одному варианту изображения, и сконфигурирована для отражения состояния внешнего устройства на изображении дисплея.
К недостаткам описанного решения можно отнести необходимость наличия специальных знаний у оператора для корректного контроля параметров системы, обязательное наличие предварительно подготовленного устройства пользователя с доступом к сети интернет для получения актуальной версии программного обеспечения. Также к недостаткам описанного инструмента настройки и управления, можно отнести отсутствие отработанного алгоритма ввода в эксплуатацию выбранного ЧРП.
За ближайший аналог принята известная система и способ, предложенные производителем ЧРП Yaskawa.
Техническая задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в создании системы автоматизированного ввода в эксплуатацию электротехнического оборудования с дружественной средой настройки и управления системой.
Технический результат достигнутый от реализации изобретения, заключается в сокращении затрат времени на выполнение пусконаладочных работ, расширении функции системы автоматизированного ввода в эксплуатацию электротехнического оборудования.
Сущность заявленного изобретения заключается в том, что при реализации системы и способа ввода в эксплуатацию электротехнического оборудования, серверную часть выполняют на платформе беспроводного модуля связи, оснащенного, по меньшей мере, микропроцессором (МК), запоминающим устройством и радиопередатчиком. На запоминающем устройстве формируют пакеты данных с инструкциями для выполнения поэтапной настройки и визуализации параметров эксплуатируемого электротехнического оборудования. Выполняют поэтапную настройку электротехнического оборудования в среде Веб-обозревателя на стороне клиентского устройства. В процессе настройки, посредством клиентского устройства выполняют анализ данных, получаемых от средства управления электротехнического оборудования, формируют команды управления и запросы на получение пакетов данных, следуя инструкциям выполнения поэтапной настройки. Директории Веб-обозревателя на стороне клиентского устройства, формируют из данных, сформированных на запоминающем устройства беспроводного модуля связи.
Согласно одному из вариантов реализации изобретения пакеты данных с инструкциями выполнения поэтапной настройки, тестирования и запуска электротехнического оборудования формируют исходя из возможных вариантов состояния системы, основанных на знаниях собранных в ходе, предшествующей текущей настройке, эксплуатации данного вида электротехнического оборудования. Также в ходе настройки, сохраняют в памяти клиентского устройства оптимальный набор параметров настройки.
Возможен вариант реализации, при котором выполняют автоматический поиск блоков расширений электротехнического оборудования и привязку каналов связи средства управления и клиентского устройства.
В преимущественном варианте реализации изобретения, в ходе поэтапной настройки выполняют самотестирование электротехнического оборудования, при этом настройка включает, по меньшей мере, этапы:
-           выбора типа электротехнического оборудования,
-          задания типа настройки,
-          задания параметров внутренних систем,
-          фазировку напряжения,
-          проверку аварийных защит,
-          формирование тестовой схемы в среде Веб-обозревателя,
-          моделирование системы под заданную нагрузку,
-          формирование и архивирование отчета настройки системы.
Сущность заявленного изобретения поясняется, но не ограничивается приведенными графическими материалами:
фиг.1- блок-схема автоматизированной системы ввода в эксплуатацию электротехнического оборудования;
фиг.2 - блок-схема серверной части системы ввода в эксплуатацию электротехнического оборудования.
фиг.3 –блок-схема клиентского устройства;
фиг.4 – этапы выполнения настройки системы при вводе в эксплуатацию электротехнического оборудования;
фиг.5 – вариант директории настройки и выбора типа ЧРП;
фиг.6 – вариант директории настройки параметров;
фиг.7 – этапы самодиагностики элементов системы;
фиг.8 – вариант директории диагностики силовых ячеек звена постоянного тока;
фиг.9 – вариант директории калибровку и проверку аналоговых сигналов;
фиг.10 – вариант директории с результатами проверки фазировки напряжения;
фиг. 11 – вариант директории с результатами проверки защитных систем ЧРП;
фиг.12 – вариант директории силовой схемы коммутации;
фиг.13 – вариант директории параметров схемы тестирования;
фиг.14 - вариант директории параметров электродвигателя с нагрузкой и без нагрузки;
фиг.15 - вариант директории настройки и тестирования защит электродвигателя;
фиг.16- вариант директории настройки формирования набора данных о настройке;
Система автоматизированной настройки и ввода в эксплуатацию электротехнического оборудования, в частности ЧРП 1 (фиг.1) и ввода в эксплуатацию электротехнического оборудования, согласно предложенному варианту реализации изобретения включает,  по меньшей мере, серверную часть 2 с набором параметров,  клиентское устройство 3, канал связи 4 и средство управления 5 ЧРП, управляемый электродвигатель 6.
1
Серверная часть может быть представлена в виде беспроводного модуля связи, например WIFI модуля, который содержит печатную плату 7, с выводами под установку микропроцессора (МК) 8, запоминающего устройства 9 и радиопередатчика 10 формирующим канал связи 4 с клиентским устройством 3. Серверная часть может быть установлена на печатной плате средства управления 5 электротехнического оборудования  , такого как микропроцессорный контроллер. Также возможен вариант выполнения серверной части в виде отдельного модуля подключаемого к средству управления 5 через интерфейсы RS485/RS232.
9
Запоминающее устройство 9 содержит пакеты данных с инструкциями, в частности, логическими операторами и условиями выполнения поэтапной настройки и визуализации параметров эксплуатируемого электротехнического оборудования. Также на запоминающем устройстве   хранятся пакеты с данными и инструкциями по визуализации этапов настройки и формированию директорий интерфейса на стороне клиентского устройства 3. Клиентское устройство 3, может быть представлено в виде планшетного компьютера, мобильного электронного средства и другого схожего по назначению устройства, оснащенного, по меньшей мере, WIFI модулем. Визуализация процесса поэтапной настройки электротехнического оборудования перед вводом в эксплуатацию реализована в среде Веб-обозревателя на стороне клиентского устройства 3, при этом клиентское устройство 3 коммуникативно связано с беспроводным модулем связи серверной части 2 системы.
Клиентское устройство 3 (фиг.3), в целях реализации настоящего изобретения, оснащено набором конструктивных элементов, среди которых центральный процессор 11, встроенное или независимое запоминающее устройство 12, средство визуализации 13, средства взаимодействия с пользователем 14 (тачскрин, физические кнопки и прочее), средство 15 приема/ передачи сигнала (WIFI модуль). Центральный процессор клиентского устройства содержит по меньшей мере блоки обработки сигналов с параметрами системы ЧРП, блок формирования запросов на получение пакетов данных из серверной части, блок формирования отчетов о настройке и сохранения оптимальных параметров настройки. При этом пользователь, исходя из собственных потребностей, может сформировать содержание отчета о настройке, выполнить настройку по календарю.
Микропроцессор 8 беспроводного модуля связи серверной части 2, содержит по меньшей мере, блок обмена данными 16 с соответствующими блоками ЦП клиентского устройства 3. Где блок обмена данными обеспечивает прием сигналов с информацией о состоянии системы ЧРП от средства управления 5.
Пакеты данных с инструкциями, в частности, логическими операторами и условиями выполнения поэтапной настройки и ввода в эксплуатацию электротехнического оборудования, в частности ЧРП 1, хранящиеся на запоминающем устройстве 9, содержат знания о вариантах состояния системы, сформированные исходя из предшествующего текущей настройке опыта эксплуатации электротехнического оборудования. В одном из возможных вариантов реализации система настройки выполнена с возможностью оптимизации параметров настройки исходя из сохраненных данных и команд пользователя (клиента).
Описанная система позволяет обеспечить выполнение пусконаладочных работ, непосредственно на месте выполнения работ или удаленно (в зоне действия WIFI модуля или через модем), и не требует наличия, предустановленного на клиентском устройстве 3 программного обеспечения, а также выполнения специальных требований к конструкции такого устройства.
В ходе выполнения задач, поставленных перед описанной системой на базе запоминающего устройства 9 формируют пакеты данных с инструкциями выполнения поэтапной настройки и визуализации параметров эксплуатируемого электротехнического оборудования. Далее, согласно сформированной в серверной части логике, выполняют поэтапную настройку электротехнического оборудования в среде Веб-обозревателя на стороне клиентского устройства 3. В процессе настройки, посредством клиентского устройства выполняют анализ сигналов с данными о состоянии ЧРП 1, получаемых от средства управления 5 электротехнического оборудования через беспроводной модуль связи серверной части 2, формируют команды управления и запросы на получение пакетов данных с запоминающего устройства 9, следуя инструкций поэтапной настройки, содержащихся на запоминающем устройстве 9.
Директории Веб-обозревателя (фиг. 5 - 10) на стороне клиентского устройства 3, формируют из данных сформированных на запоминающем устройстве 9 беспроводного модуля связи серверной части 2.
Пакеты данных с инструкциями выполнения поэтапной настройки, тестирования и запуска электротехнического оборудования формируют исходя из возможных вариантов состояния системы, основанных на знаниях, собранных в ходе, предшествующей текущей настройке, эксплуатации данного вида электротехнического оборудования. Знания об опыте настройки и эксплуатации могут храниться в серверной части 2, на запоминающем устройстве 12 клиентского устройства 3 либо на удаленном сервере (в таком случае схема ЧРП может быть дополнена конструктивными элементами в виде модем для связи с удаленным сервером).
Согласно одному из возможных вариантов реализации изобретения, после завершения настройки и прохождения всех предусмотренных этапов, сохраняют в памяти клиентского устройства 3 оптимальный набор параметров и выполняют формирование отчета о настройке.
Для формирования устойчивого канала связи 4, следуя инструкциям серверной части 2, выполняют автоматический поиск блоков расширений электротехнического оборудования, в частности ЧРП 1 и привязку каналов связи средства управления 5 и клиентского устройства 3.
При поэтапной настройке выполняют самотестирование электротехнического оборудования по прохождению очередного этапа настройки, при этом настройка включает, по меньшей мере, этапы:
-  Выбор типа электротехнического оборудования (фиг.4). На данном этапе в среде Веб-обозревателя клиентского устройства формируют директорию (фиг.5) с отображением известных типов ЧРП из базы данных ЧРП, помещенной на серверной части 2 пользователь выбирает эксплуатируемый тип оборудования, также на данном этапе пользователю получает доступ к технической и прочей сопроводительной документации на выбранный тип оборудования;
- Задание типа настройки (фиг. 4). На данном этапе в директории (фиг.6) в среде Веб-обозревателя пользователь может установить (Загрузить) сохраненные ранее параметры настройки, выбрать “Продолжение настройки” в ходе которой есть возможность принять параметры предложенные системой или выбрать вариант “Новая настройка” и пройти этапы настройки самостоятельно, согласно рекомендаций технической документации приложенной к выбранному на первом этапе электротехническому оборудованию.
- Задание параметров внутренних, внешних систем (фиг. 4). На данном этапе, в директориях  в среде Веб-обозревателя, выполняют самодиагностику внутренних и внешних элементов (фиг.7) системы. Например, предзаряд силовых ячеек звена постоянного тока (фиг.8) ЧРП, проверка ШИМ, диагностика дискретных входов выходов, калибровку и проверку аналоговых сигналов (фиг.9). Также выполняют тестовое включение систем охлаждения, отвода влаги, и других важных для бесперебойного функционирования ЧРП систем. В ходе самодиагностики система формирует уведомления для пользователя о возможных неполадках “Ошибки” (фиг.9).
- Фазировка напряжения. Является частью проверки при самодиагностике системы и позволяет определить “Ошибки” в подключении оборудования к питающей сети. По завершению самодиагностики формируют директорию с результатами и рекомендациями  (фиг.10) средствами Веб-обозревателя исходя из данных полученных от серверной части 2.
- Проверка аварийных защит (фиг.4). Является ответственным этапом настройки. В ходе проверки система настройки оповещает пользователя о результатах проверки, также запрашивает подтверждение визуального осмотра оборудования пользователем. Кнопки интерфейса меняют цветовою индикацию в зависимости от состояния элементов системы (фиг.11): положительный результат - “Зеленый”, отрицательный - “Красный”. В случае отрицательного результата проверки, формируют рекомендацию, например («настройте концевой выключатель») и на экран клиентского устройства выводится визуализация настройки,   картинка (или анимация).
-  Проверка элементов силовой схемы (фиг.4). Выполняют настройку параметров напряжения силовой схемы, например звена постоянного тока (ЗПТ). Фиксируют параметры напряжения, при необходимости вносят корректировки или принимают рекомендованные, по результату замеров строят осциллограмму напряжения (фиг.8). Также проверяют силовые подключения и схему байпасирования силовых ячеек (при наличии), при этом строят силовую схему коммутации (фиг.12) с отображение нагрузки (М1...Мn), например электродвигателей 6, по завершению проверки, указывают на возможные недостатки силовой схемы, такие как “Ошибка коммутации”.
- Формирование тестовой схемы в среде Веб-обозревателя (фиг.4). Формируют набор параметров схемы тестирования (фиг.13), затем выполняют тестирование системы ЧРП без нагрузки и с нагрузкой (фиг.14), при этом, пользователю доступны рекомендуемые параметры системы, а также индивидуальная настройка. С целью повышения эффективности тестирования системы ЧРП выполняют моделирование системы под заданную нагрузку. Задают параметры аварийной защиты, также предусмотрен вариант установки заводских настроек (фиг.15), после настройки защиты двигателя, выполняют тест аварийных защит двигателя исходя из заданных параметров.
- Формирование и архивирование данных о настройках системы (фиг.4). Формируют отчет о настройке и сохраняют оптимальные параметры настройки. При этом пользователь, исходя из собственных потребностей, может сформировать содержание отчета о настройке фиг.16, выполнить настройку по календарю.
Система контролирует поочередное прохождение этапов настройки и после успешного завершения настройки всех параметров системы позволяет пользователю осуществить безопасный пуск оборудования. Описанный способ позволяет выполнить пусконаладочные работы, а также управление параметрами сложного технологического оборудования, за короткий период времени не имея достаточных знаний и навыков в определенной области техники, при этом будет учтен опыт и знания об успешной настройке подобных или идентичных систем.