УСТРОЙСТВО БЕЗОПАСНОСТИ И УЧЕТА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ
SAFETY AND UTILITY METERING APPARATUS

Заявленное изобретение относится к области автоматизации предотвращения чрезвычайных ситуаций, связанных с утечками и учетом энергоносителей в сфере жилищно-коммунального хозяйства и промышленных объектов.
Известен беспроводной газовый клапан КГДЭУ в составе газоанализатора СГГ10-Б-РК от ФГУП «СПО «АНАЛИТПРИБОР». Радиоканальный бытовой сигнализатор горючих газов СГГ-10-Б-РК предназначен для выдачи сигнализации о превышении установленных пороговых значений до взрывоопасных концентраций горючих газов в воздухе с возможностью перекрытия подачи газа при помощи электромагнитного клапана. Электропитание сигнализатора осуществляется от сети переменного тока 220 В, потребляемая мощность не более 6 Вт.
Известен беспроводной газовый клапан электромагнитный КГДЭУ от Троицкой инновационной компании «Перспективные магнитные технологии и консультации» (ПМТиК), входящей в группу АМТ&С.Бытовой КГДЭУ имеет автономное батарейное питание, встроенный радиоканал 433 МГц, возможность подключения внешних сигнализаторов утечки газа, клапан с электронным управлением.
Известна система комплексной автоматизации и диспетчеризации зданий. Патент RU 162232 U1, опубликован 27.02.2015. Эта система производит постоянный контроль над срабатыванием датчиков протечки воды, утечки газа, датчиков дыма, превышения концентрации углекислого газа и передает информацию об аварии в ситуационный центр МЧС. Система имеет встроенный GSM радиоканал и работает как охранная сигнализация. Электропитание осуществляется от сети переменного тока 220 В.
Известна интеллектуальная гибридная модульная система управления зданием (Умный дом) "INSYTE". Патент RU 2628289 С1, опубликован 15.08.2017. Изобретение относится к системам автоматизации зданий. Интеллектуальная гибридная модульная система содержит контроллер и периферийные исполнительные устройства, предназначенные для подключения датчиков и исполнительных устройств систем умный дом. Для передачи данных используются как проводные (RS-485), так и радиоканальные приемопередатчики ZigBee. Электропитание осуществляется от сети переменного тока 220 В.
Наиболее близким к заявленному устройству является счетчик газовый бытовой, катастрофоупреждающий RU 2718624, опубликован 10.04.2020, включающее корпус, в котором установлены стандартный блок измерения и индикации, а также отсекающее газ устройство, выполненное в виде электромагнитного клапана и установленное на входе стандартного блока измерения и индикации, и устройство управления, в состав которого входит микроконтроллер, встроенный датчик газа и беспроводные внешние датчики газа и дыма для контроля помещения, транзисторные ключи, один из которых предназначен для подключения встроенного датчика газа к микроконтроллеру, модуль светозвукового оповещения, модуль GSM, модуль радиоприема с частотой 433 МГц, предназначенный для приема сигналов от беспроводных датчиков газа и дыма и передачи связанному с ним микроконтроллеру. Недостатками счетчика газового бытового катастрофоупреждающего является то, что в составе устройства отсутствует автономный источник питания, в нем применяется электромагнитный клапан с высоким потреблением тока. Еще одним недостатком является то, что в устройстве используется радиоканал GSM, который имеет наличие слепых зон, вследствие чего имеется большая вероятность потери передаваемой информации, возможность отключения провайдером в случае неоплаты счета за услуги связи.
Поставлена задача создать устройство безопасности и учета энергоресурсов с длительным автономным функционированием от встроенных элементов питания, предназначенной для отдельного абонента, посредством одного из протоколов передачи данных по радиоканалу: Wi-Fi, Ethernet, GSM(GPRS), LoraWAN, LPWAN, ZigBee, RF433 к единому центру сбора информации и управления. А также позволяющей легкое масштабирование устройства (многоквартирный дом, микрорайон) используя стандартные радиоканалы и инфраструктуру Ethernet.
Технический результат на достижение, которого направлено создание устройства безопасности и учета энергоресурсов, это снижение энергопотребления устройства, увеличение продолжительности срока службы автономного элемента питания и повышение надежности работы оборудования.
Технический результат достигается за счет следующих особенностей:
- в качестве привода газового клапана применен миниатюрный низковольтный шаговый двигатель, позволяющий закрыть/открыть газовый клапан от автономного элемента питания без потерь на преобразование напряжения, что позволяет понизить энергопотребление устройства, увеличить продолжительность срока службы автономного элемента питания
- осуществляется автоматическая регулярная передача информации с внешних модулей, совместно с информацией о состоянии газового клапана на сервер сбора данных, что позволяет повысить надежность работы оборудования.
Устройство имеет функциональную гибкость, что позволяет интегрировать его в АСКУЭ (автоматизированная система коммерческого учета энергоресурсов) сторонних производителей без особых затрат и включать его как компонент «Умного дома». Использование в устройстве электронного коммутатора позволяет оптимизировать энергопотребление, доводя его до минимума достаточного для длительной автономной работы от встроенных батарей.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена структурная схема построения устройства безопасности и учета энергоресурсов.
Устройство безопасности и учета энергоресурсов состоит из следующих функциональных модулей (см. фиг. 1):
- процессорный модуль (1) имеет линии связи и управления со следующими узлами устройства:
а) радиомодуль (2);
б) драйвер шагового двигателя с отсечным газовым клапаном (далее драйвер) (3);
в) коммутатор питания (4);
г) модуль гальванической развязки (5);
- шаговый двигатель с отсечным газовым клапаном (6) соединен линией связи с драйвером (3);
- модуль батарейного питания (7) соединен с коммутатором питания (4).
Устройство имеет входы/выходы типа "сухой контакт" для подключения к его разъемам следующих внешних модулей:
- счетчики с импульсными выходами (8) подключаются к модулю гальванической развязки (5);
- сигнализатор утечки газа (9) подключается к модулю гальванической развязки (5);
- датчик протечки воды (10) подключается к модулю гальванической развязки (5);
- вентиляция (11) подключается к модулю гальванической развязки (5);
Устройство безопасности и учета энергоресурсов может иметь до пяти каналов сбора информации с счетчиков с импульсными входами.
Устройство с шаговым двигателем с отсечным газовым клапаном (6), встроенным процессорным модулем (1) и радиомодулем (2) имеет отдельный конструктив и используется автономно.
Устройство безопасности и учета энергоресурсов выполнено на одной печатной плате, и включающее в себя: процессорный модуль (1), радиомодуль
(2), отправляющий информацию на сервер сбора данных, драйвер (3), коммутатор питания (4), модуль гальванической развязки (5), шаговый двигатель с отсечным газовым клапаном (6) и модуль батарейного питания (7); причем процессорный модуль (1) своим входом-выходом соединен с модулем гальванической развязки (5), а своими выходами соединен с радиомодулем (2), драйвером (3), коммутатором питания, который своим входом соединен с модулем батарейного питания (7), а своими выходами соединен с драйвером
(3) и радиомодулем (2), отправляющим информацию с внешних модулей, совместно с информацией о состоянии газового клапана на сервер сбора данных; драйвер (3) своим выходом соединен с шаговым двигателем с отсечным газовым клапаном (6); модуль гальванической развязки (5) подключен своими входами к внешним модулям в виде счетчиков с импульсными выходами (8), сигнализатора утечки газа (9) и датчика протечки воды (10), а своим выходом к внешнему модулю в виде вентиляции (11).
Устройство безопасности и учета энергоресурсов работает следующим образом. Счетчики с импульсными выходами (8), выдает импульс при достижении фиксированного объема израсходованных энергоресурсов. В штатном режиме по расписанию, один раз в сутки по внутренним часам, процессорный модуль (1) устройства активирует радиомодуль (2) и осуществляет:
- подключение к серверу сбора данных;
- синхронизацию внутренних часов процессорного модуля (2) с часами TCP/IP сервера сбора данных;
- передачу через радиомодуль (2) на сервер сбора данных информации о текущем состоянии газового клапана - открыт/закрыт, сообщаемую процессорным модулем (1) по шине данных подключенной к радиомодулю (2);
- прием команды от сервера сбора данных закрытия/открытия газового клапана;
- передачу на сервер сбора данных информации о разряде модуля батарейного питания (7) устройства;
- при появлении импульса на входе «сухой» контакт от счетчика с импульсным выходом (8) производится фиксация импульса;
- приращение к ранее зафиксированному числу импульсов от счетчика с импульсным выходом (8);
- передачу на сервер сбора данных количества учтенных импульсов по счетчику с импульсным выходом (8);
- переход устройства в режим пониженного энергопотребления.
Остальное время устройство находится в режиме пониженного энергопотребления с контролем внешних входов.
В случае срабатывания сигнализатора утечки газа (9), протечки воды (10), процессорный модуль (1) устройства выходит из режима низкого энергопотребления, и осуществляет:
- закрытие клапана газа по команде от процессорного модуля (1) на драйвер (3), управляющего шаговым двигателем с отсечным газовым клапаном (6);
- подключение к серверу сбора данных через радиомодуль (2);
- передачу через радиомодуль (2) и процессорный модуль (1) тревожной информации от сигнализатора утечки газа (9), датчика протечки воды (10), на сервер сбора данных и на мобильный телефон абонента, подключенного к серверу через сеть Интернет;
- подачу команды от процессорного модуля (1) через модуль гальванической развязки (5) на включение вентиляции (11) при срабатывании сигнализатора утечки газа (9);
- переход в режим пониженного энергопотребления.
Информация о состоянии отсечного газового клапана поступает на процессорный модуль (1) от сигнализатора утечки газа (9) или через радиомодуль (2) от сервера сбора данных. При срабатывании сигнализатора утечки газа (9), соединенного с процессорным модулем (1) через модуль гальванической развязки (5), сигнал тревоги передается на процессорный модуль (1), который отправляет команду на закрытие отсечного газового клапана через драйвер (3). Оператор сервера сбора данных так же управляет состоянием отсечного газового клапана, отправляя команду «открыть/закрыть» через радиоканал на радиомодуль (2), соединенный с процессорным модулем (1), который в свою очередь отправляет команду «закрытия/открытия» отсечного газового клапана через драйвер (3).
Для устройства предусмотрено ручное открытие/закрытие отсечного клапана входящего в состав шагового двигателя (6) любого зарегистрированного устройства в базе данных сервера сбора данных, со стороны оператора сервера сбора данных.
Входящие в устройство модули, в процессе работы, выполняют следующие функции:
- процессорный модуль (1) контролирует срабатывание внешних модулей через гальваническую развязку (5): от счетчика с импульсным выходом (8), сигнализатора утечки газа (9), датчика протечки воды (10), управление вентиляцией (11); управление коммутатором питания (4), управление и передача информации через радиомодуль (2), управление драйвером (3) шагового двигателя для выполнения закрытия/открытия отсечного газового клапана входящего в состав шагового двигателя (6);
- радиомодуль (2) предназначен для приема команд от сервера сбора данных и передачи информации от процессорного модуля (1) на сервер сбора данных;
- драйвер шагового двигателя (3) осуществляет питание и управление шаговым двигателем с отсечным газовым клапаном (6) по команде процессорного модуля (1);
- коммутатор питания (4) по команде от процессорного модуля (1), в целях сбережения электрической энергии и продления долговечности работы батарейного питания, выполняет отключение от модуля батарейного питания (7) следующие модули: радиомодуль (2) и драйвер (3) в режиме пониженного энергопотребления устройства;
- модуль гальванической развязки (5) выполняет защитные функции портов процессорного модуля (1) от внешних электрических цепей;
- шаговый двигатель с отсечным газовым клапаном (6) по команде от процессорного модуля (1), через драйвер (3) выполняет перекрытие подачи газа в случае срабатывания сигнализатора утечки газа (9), а также открытие/закрытие по команде от оператора сервера поступающей через радиомодуль (2) через шину данных на процессорный модуль (1), который выдает команду открытия/закрытия драйверу (3);
- модуль батарейного питания (7) - отсек для размещения автономного элемента питания (батареи), модуль батарейного питания (7) подает напряжение в цепь питания устройства;
Внешние модули, входящие в устройство, имеют следующие функции:
- счетчики с импульсными выходами (8) представляют собой приборы учета энергоресурсов с импульсным выходом, импульс формируется по достижению определенного расхода энергоресурса и регистрируется устройством с дальнейшей передачей информации через радиомодуль (1) на сервер сбора данных. Счетчик с импульсным выходом (8) подключается к процессорному модулю (1) устройства, через модуль гальванической развязки (5) и передает в него импульс, соответствующий расходу энергоресурсов. Процессорный модуль (1) устройства через шину данных подключенную к радиомодулю (2), выполняет передачу количества зафиксированных импульсов, от счетчика с импульсным выходом (8) через радиомодуль (2) на сервер сбора данных;
- сигнализатор утечки газа (9) подключается к процессорному модулю (1) устройства, через модуль гальванической развязки (5) и выполняет контроль утечки газа в помещении абонента. При поступлении сигнала аварии с сигнализатора утечки газа (9) процессорный модуль (1) устройства подключенный через шину данных к радиомодулю (2) выполняет передачу аварийного сигнала через радиомодуль (2) на сервер сбора данных;
- датчик протечки воды (10) подключается к процессорному модулю (1) устройства, через модуль гальванической развязки (5) и выполняет контроль протечки воды в помещении абонента. При поступлении сигнала аварии с датчика протечки воды (10) процессорный модуль (1) устройства выполняет передачу аварийного сигнала через радиомодуль (2) на сервер сбора данных;
- вентиляция (11) представляет собой оконечное устройство, которое включается по команде от процессорного модуля (1) через модуль гальванической развязки (5), при возникновении утечки газа зарегистрированной сигнализатором утечки газа (9), удаляет взрывоопасную газовую концентрацию.