Устройство автоматического управления и контроля источника бесперебойного питания

Полезная модель относится к гарантированному электроснабжению потребителей, промышленных предприятий, требующих непрерывного цикла электроснабжения.
Для обеспечения бесперебойного питания всех компонентов электрической цепочки в случае непредвиденного отключения внешнего энергоснабжения (ВЭС), применяется источник бесперебойного питания (ИБП). При отсутствии ВЭС выработка электроэнергии осуществляется в результате преобразования энергии, накопленной в аккумуляторных батареях (АК) из состава ИБП. Длительность работы ИБП от АКБ зависит от уровня заряда АКБ, текущей емкости АКБ.
Однако риск остановки работы ИБП в момент, когда нет ВЭС, является высоким. Поэтому, создание устройства, способного в автоматическом режиме контролировать состояние АКБ и режимы работы системы, управлять тестированием составных частей и обеспечивать своевременное реагирование на изменение технологических параметров ИБП, является актуальной задачей.
Известно устройство бесперебойного электропитания шкафа телемеханики линейной части магистрального газопровода. (Патент №177852, опубл. 13.02.2018 г.).
Устройство бесперебойного электропитания шкафа телемеханики линейной части магистрального нефтепровода, состоящее из соединенных источника питания, зарядно-разрядного устройства, блока аккумуляторных батарей, стойки связи с аккумуляторными батареями, группы коммутационных контактов, клеммного соединителя, содержит подключенный к стойке связи конвертер, соединенный через первое реле с источником питания, а через второе реле - с зарядно-разрядным устройством и блоком аккумуляторных батарей. При этом блок аккумуляторных батарей состоит из не менее двух батарей. Таким образом, устройство позволяет повысить надежность работы оборудования линейной части магистрального нефтепровода, повысить контроль и оперативное реагирование в случае отключения электроэнергии, как по причине внезапных обстоятельств, так и из-за вмешательства в процесс транспортировки со стороны третьих лиц.
Недостатками данного устройства являются: невозможность удаленного контроля режимов работы ИБП; отсутствие мониторинга основных технических параметров в онлайн режиме; малый срок службы ИБП в виду отсутствия возможности его периодического тестирования.
Известна система и способ бесперебойного электроснабжения постоянного тока (Патент №2740796, опубл. 21.01.2021 г.).
Технический результат заключается в повышении надежности электроснабжения потребителей и достигается тем, что система бесперебойного электроснабжения содержит блок автоматического ввода резерва, блок коммутации аккумуляторной батареи, аккумуляторные батареи, блок контроля и управления аккумуляторных батарей, блок мониторинга и автоматизации, блок секционирования, как минимум основной и резервный вводы питания, как минимум по два зарядно-выпрямительных блока, блока подключения зарядно-выпрямительного блока, блока подключения аккумуляторных батарей, а также как минимум по два блока распределения постоянного тока. При этом зарядно-выпрямительные блоки, блоки подключения зарядно-выпрямительного блока, секции распределения постоянного тока, блоки подключения аккумуляторных батарей последовательно связаны друг с другом в две цепи, а цепи параллельно подключены к блоку коммутации аккумуляторных батарей. При этом блок мониторинга и автоматизации, связан со всеми блоками и секциями линиями передачи данных, кроме блока автоматического ввода резерва, основного ввода и резервного ввода. Блок автоматического ввода резерва связан линиями передачи данных только с вводами питания основным и резервными.
Недостатками данной системы являются: отсутствие дистанционного контроля текущих параметров АБ; отсутствие ИБП, который позволяет автоматизировать всю систему; отсутствие блока управления, который позволяет проводить различные манипуляции с системой, делая ее автономной и надежной.
Известно устройство автоматического включения резервного электропитания (Патент №153581, опубл. 27.07.2015 г.), взятое нами за прототип.
Устройство автоматического включения резервного электропитания содержит ввод источника основного электропитания, соединенный со входом первого блока контроля электропитания, первый выход которого соединен со входом первого источника бесперебойного питания, выход которого соединен со входом второго блока контроля электропитания, первый выход которого соединен с первым входом блока подключения нагрузки, а второй выход соединен через блок управления нагрузками со вторым входом блока подключения нагрузки, соединенного с интерфейсом подключения нагрузки, причем ввод источника основного электропитания соединен также со входом второго источника бесперебойного питания, выход которого через третий блок контроля электропитания соединен с третьим входом блока подключения нагрузки, а вторые выходы первого и третьего, и третий выход второго блоков контроля электропитания соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока информации, выход которого подключен к Интернету.
Недостатки данного устройства заключаются: в наличии двух ИБП; в отсутствии блока управления, который позволяет контролировать работу ИБП, тем самым повышая надежность и качество его работы.
Техническая проблема, решаемая предлагаемой полезной модели - создание надежного устройства автоматического управления и контроля источника бесперебойного питания.
Техническое результат от использования полезной модели заключается в повышении надежности работы источника бесперебойного питания и электроснабжения потребителей.
Технический результат достигается тем, что устройство автоматического управления и контроля источника бесперебойного питания, включающее источник внешнего электроснабжения, источник бесперебойного питания, выход которого соединен со входом третьего блока контроля электропитания, выход которого соединен со входом блока подключения нагрузки, второй блок контроля электропитания, блок информации, выход которого подключен к Интернету, содержит блок измерительного преобразователя, датчик напряжения и датчик тока, выходы которых соединены со входом блока управления, первый выход которого соединен со входом блока информации, второй со входом блока контроля электропитания, выход которого соединен с источником бесперебойного питания, выходы которого соединены со входами датчика тока, датчика напряжения и первого блока контроля электропитания, выход которого соединен со входом блока управления, причем источник внешнего электроснабжения соединен со входами второго и третьего блоков контроля электропитания и входом блока измерительного преобразователя.
Сущность полезной модели поясняется на фиг. 1, где представлена блок-схема предлагаемого устройства управления и контроля источника бесперебойного питания.
Устройство автоматического управления и контроля источника бесперебойного питания содержит, соединенные между собой методом навесного монтажа, источник внешнего электроснабжения (1), источника бесперебойного питания (2), выход которого соединен со входом третьего блока контроля электропитания (3), выход которого соединен со входом блока подключения нагрузки (4), второй блок контроля электропитания (5), блок информации (6), выход которого подключен к Интернету, блок измерительного преобразователя (7), датчик напряжения (8) и датчик тока (9), выходы которых соединены со входом блока управления (10), первый выход которого соединен со входом блока информации (6), второй со входом второго блока контроля электропитания (5), выход которого соединен с источником бесперебойного питания (2), выходы которого соединены со входами датчика тока (9), датчика напряжения (8) и первого блока контроля электропитания (11), выход которого соединен со входом блока управления (10), причем источник внешнего электроснабжения (1) соединен со входами второго (5) и третьего блоков контроля электропитания (3) и входом блока измерительного преобразователя (7).
Предлагаемое устройство автоматического управления и контроля источника бесперебойного питания работает следующим образом.
Устройство подключают к источнику основного электропитания (1). От второго блока контроля электропитания (5) передают на блок управления (10) информацию о наличии ВЭС для анализа возможности включения режимов тестирования и осуществляют подачу ВЭС на ИБП (2). От датчика тока (9) передают информацию на блок управления
(10) о заряде/разряде АКБ источника бесперебойного питания (2) для анализа работоспособности блока заряда ИБП (2) и уровня нагрузки при работе от АКБ. От датчика напряжения (8) на блок управления (10) передают данные о напряжении на АКБ ИБП для анализа состояния и расчета емкости АКБ. От блока измерительного преобразователя (7) на блок управления (10) передают данные о уровне напряжения ВЭС для анализа возможности включения режимов тестирования. С первого блока контроля электропитания (11) передают на блок управления (10) информацию о работоспособности ИБП.
При обслуживании и в случае отказа ИБП (2), осуществляют неразрывное переключение нагрузки ИБП (2) третьим блоком контроля электропитания (3).
Полученные данные от элементов системы в автоматическом режиме передают на блок управления (10), с использованием которого производят анализ состояния составных частей ИБП (2) и формируют команды на запуск режимов тестирования при отсутствии отклонений в режимах работы. Процесс тестирования запускают блоком управления (10) путем подачи команды управления на второй блок контроля электропитания (6). В результате ИБП (2) переводят на работу от АКБ на заданное режимом тестирования время. В процессе тестирования блоком управления (10) контролируют время тестирования, ток разряда и напряжение АКБ, уровень нагрузки на ИБП (2). При успешном завершении режима тестирования (определяется по заданному времени тестирования, по скорости падения напряжения на АКБ, по превышению тока разряда и т.п.) через блок управления (10) формируют сигнал об успешном завершении теста и передают его на блок информации (6). Блок информации (6) передает данные на верхний уровень контроля (Интернет).
Если от элементов системы (1,5, 7-9) получают на блок управления (10) данные о выходе измеряемых параметров за установленные при настройке параметры, производят завершение всех режимов тестирования. Блоком информации (6) формируют сигнал аварии, соответствующий обнаруженному отклонению.
Промышленная применимость
Конструктивно устройство представляет собой шкаф настенного исполнения, который может быть выполнен из любого материала, например, стального листа. Монтаж элементов системы выполнен внутри шкафа на динрейку. На боковых поверхностях шкафа размещены розетки для внешних подключений.
В качестве первого блока контроля электропитания (11) может быть использовано реле с рабочим напряжением обмотки 220 В, имеющее 4 переключающие контактные группы, например, реле типа CR-M012DC4. В качестве третьего блока контроля электропитания (3) может быть использовано реле с рабочим напряжением обмотки 220 В имеющее 4 переключающие контактные группы, например, типа CR-M012DC4, в качестве второго блока контроля электропитания (5) может быть использовано реле с рабочим напряжением обмотки 220 В имеющее 4 переключающие контактные группы, например, типа CR-M012DC4. В качестве модуля информации (6) может быть использован любой двустрочный жидкокристаллический дисплей. Блок управления (10) и программный модуль блока управления, предназначенный для формирования сигналов, выходящих на верхний уровень контроля, в качестве блока измерительного преобразователя (7) может быть использован любой преобразователь внешнего энергоснабжения с диапазоном измерения от 0 В до 300 В и токовым выходом от 4 мА до 20 мА, например, преобразователь напряжения ПИМБ-331 ИЦФР.426442.002. В качестве датчика напряжения (8) может быть использован любой датчик напряжения АКБ с диапазоном измерения напряжения от 0 В до 100 В постоянного тока. В качестве датчика тока (9) может быть использован любой датчик тока с диапазоном измерения от минус 25 А до плюс 25 А. В качестве блока управления (10) может быть использовано любое программируемое реле, имеющее 8 дискретных входов, 6 дискретных выходов и 6 аналоговых входов, например, программируемое реле ОВЕН ПР200.
Устройство располагается в г. Нижний Новгород, Приокский район, ул. Ларина 11, Приокское линейное производственное управление магистральными газопроводами, служба автоматизации и метрологического обеспечения, аппаратная серверов телемеханики.
Таким образом, устройство автоматического управления и контроля источника бесперебойного питания позволяет повысить надежность работы источника бесперебойного питания за счет передачи результатов анализа и изменений технологических параметров на уровень с постоянным контролем работа системы, что обеспечивает возможность своевременно реагировать на изменения технологических параметров ИБП; повысить надежность электроснабжения потребителей за счет повышения надежности работы ИБП.