ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЧЕТА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ, ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИИ И АВТОМАТИЗАЦИИ «УМНАЯ АНТЕННА»

Полезная модель относится к средствам электронной техники для учета электроэнергии, тепловой энергии, воды, газа и других энергоносителей, диспетчеризации различных процессов в жилищно-коммунальном хозяйстве, на производстве, объектах связи, энергетики и транспорте.
Из уровня техники известен мультимедийный измеритель-коммуникатор (Патент РФ на полезную модель №118067, МПК G01R 11/00, опубл. 10.07.2012 г.), содержащий корпус с основанием и съемной крышкой, снабженной крепежно-пломбировочным узлом, в котором размещены измерительный сегмент и коммутационный сегмент, при этом измерительный сегмент содержит плату измерителя с оптическим портом, модемом, модулем интерфейса, вычислительным модулем и цифровым индикатором, при этом корпус дополнительно содержит интерфейсный сегмент, в котором размещены от одного до четырех модемов с модулями интерфейса, со съемной крышкой интерфейсного сегмента, снабженной пломбировочным узлом, и интерактивный сегмент, оснащенный съемной прозрачной крышкой с крейтами для съемного информационного модуля, при этом пломбировочный узел измерительного сегмента фиксирует корпус и основание, пломбировочный узел интерфейсного сегмента фиксирует корпус и съемную крышку, а в коммутационном сегменте размещен коммутационный блок.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является мультимедийный измеритель-коммуникатор (Патент РФ на полезную модель №127938, МПК G01R 11/00, опубл. 10.05.2013 г.), содержащий корпус, в котором размещены измерительный сегмент, коммутационный сегмент, интерфейсный сегмент и интерактивный сегмент, причем измерительный сегмент содержит плату измерителя, интерфейсный сегмент включает от одного до трех интерфейсных модулей и съемную крышку интерфейсного сегмента с крепежно-пломбировочным узлом, в коммутационном сегменте со съемной крышкой коммутационного сегмента с крепежно-пломбировочным узлом размещен коммутационный блок, а интерактивный сегмент оснащен разъемным соединением для подключения съемного информационного модуля с цифровым индикатором и съемной прозрачной крышкой интерактивного сегмента, при этом съемная крышка интерфейсного сегмента, съемная крышка коммутационного сегмента и съемная прозрачная крышка интерактивного сегмента выполнены полупрозрачными, интерфейсный сегмент содержит печатную плату, на которой размещены интерфейсные модули, специализированный блок питания и устройство сбора-передачи данных и управления, в коммутационном сегменте размещен фиксатор корпуса на DIN-рейке, модуль коммутации нагрузки выполнен съемным, а съемная полупрозрачная крышка коммутационного сегмента оснащена электронной пломбой, линзой для визуального контроля пломбы госповерителя и прозрачным окном со схемой подключения, в измерительный сегмент введена защитная крышка измерительного сегмента, верхняя часть которой выполнена с перфорированным по периметру участком для обеспечения возможности его удаления, с крепежно-пломбировочным устройством для пломбы госповерителя, при этом в интерактивном сегменте съемный информационный модуль с цифровым индикатором содержит светодиодный индикатор и излучатель-приемник акустических сигналов, наружная поверхность съемного информационного модуля с цифровым индикатором покрыта люминофором, а съемная полупрозрачная крышка интерактивного сегмента оснащена электронной пломбой, крепежными винтами с установочными пазами для крепления снабженного USB-кабелем адаптера интеллектуального блока ввода-вывода и оснащена прозрачным окном, размеры которого соответствуют размерам информационного модуля с цифровым индикатором, причем съемная полупрозрачная крышка интерфейсного сегмента снабжена электронной пломбой, а корпус имеет в интерфейсном сегменте оснащенные заглушками отверстия для ввода шлейфа адаптера интеллектуального блока ввода-вывода
Общими недостатками известных технических решений являются:
- использование для соединения основных деталей устройства (корпуса, крышек, печатных плат, блока питания) многочисленных винтов, что усложняет конструкцию, а также технологию изготовления и сборки;
- сложность закрепления устройства на установочной поверхности, обусловленная конструктивным выполнением корпуса (прямоугольная поверхность закрепления);
- сложность производства корпуса устройства, связанная с необходимостью в длительной и дорогостоящей разработке и изготовлении литьевых форм для многосекционного корпуса под печатные платы электронных модулей;
- сложность обслуживания внутреннего электронного оборудования;
- отсутствие герметичности устройства, в связи с чем для установки устройства на улице необходим защищенный шкаф, что в целом усложняет всю конструкцию, процесс монтажа и обслуживания.
В основу полезной модели поставлена задача создания устройства, в котором за счет отличий, связанных конструкцией корпуса, и печатных плат с электронными компонентами, устраняются недостатки прототипа.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в упрощении конструкции устройства, которое позволяет упростить технологию изготовления, сборки, монтажа, а также обслуживание устройства в процессе эксплуатации, что в целом обеспечивает улучшенные эксплуатационные свойства устройства.
Заявленный технический результат достигается электронным устройством для учета энергоресурсов и диспетчеризации, содержащим радиопропрозрачный корпус, выполненный с возможностью крепления к установочной поверхности, внутри которого размещена печатная плата с функциональными электронными компонентами, которые включают блок питания и по меньшей мере модуль передачи данных с коммуникационным интерфейсом для соединения с цифровыми приборами учета энергоресурсов, при этом согласно полезной модели, основа корпуса выполнена в форме кругового цилиндра с прямоугольным осевым сечением, с одного торца которого закреплена крышка, а с другого торца съемное основание, выполненное с возможностью вывода через него проводников электронных компонентов, при этом точки крепления к установочной поверхности выполнены на наружной боковой поверхности цилиндрической основы корпуса.
Выполнение основы корпуса в форме кругового цилиндра с прямоугольным осевым сечением, с одного торца которого закреплена крышка, а с другого торца съемное основание с возможностью вывода через него проводников электронных компонентов, позволяет упростить конструкцию устройства за счет отсутствия множества крепежных элементов, а также благодаря конструктивному выполнению основания, что позволяет облегчить доступ к электронным компонентам, упрощая тем самым процесс обслуживания устройства.
При этом крышка корпуса может выполняться в виде торцевой заглушки с резьбой или без резьбы, либо приваренной, припаянной, приклеенной или запресованной, а основание - в виде кабельного ввода или приваренной, припаянной, приклеенной или запресованной торцевой заглушки по меньшей мере с одним загерметизированным герметиком отверстием для вывода проводников питания и/или коммуникационных интерфейсов, либо термоусадочной трубки (или перчатки). Такое выполнение крышки и основания обеспечивает в целом герметичность корпуса.
Благодаря предложенной конструкции корпуса при разработке новых и доработке существующих устройств с измененным или расширенным составом функциональных элементов, размещаемых на плате, отсутствует необходимость в длительной дорогостоящей разработке и изготовлении литьевых пресс-форм для корпуса, поскольку цилиндрическая основа корпуса проста в изготовлении (применяется метод непрерывной экструзии) и возможна быстрая переналадка линии производства под любые размеры цилиндрического корпуса в зависимости от используемой печатной платы. В частных вариантах цилиндрическая основа корпуса может быть выполнена из полипропилена, пластика, поликарбоната, либо из любого другого радиопрозрачного материала/композита.
При этом значительно упрощается процесс монтажа/демонтажа устройства, поскольку цилиндрическая форма основы корпуса в отличие от других форм обеспечивает прямой доступ к наружным точкам крепления. Причем, в частных случаях элементы крепления к установочной поверхности могут быть выполнены как в виде резьбовых крепежных элементов, так и в виде клипс, обеспечивающих упругий охват цилиндрической поверхности корпуса (или части поверхности), либо в виде хомутов, стяжек, кронштейнов или клеевого соединения.
При этом электронные компоненты печатной платы могут быть выполнены как на единой, так и на составной печатной плате, соседние модули которой могут образовывать между собой неразъемное межплатное соединение входными контактными площадками посредством пайки или разъемное соединение посредством контактных штырей и/или межплатных разъемов. При этом по меньшей мере часть контактных площадок и/или контактных штырей и/или межплатных разъемов может выполняться на концевой части печатной платы со стороны крышки, что обеспечивает возможность наращивания модульной сборки из составных печатных плат в продольном направлении корпуса, улучшая таким образом эксплуатационные свойства устройства.
При этом установленные на печатной плате электронные компоненты могут включать блок питания, выполненный с возможностью работы от внешнего постоянного или переменного напряжения и/или от встроенной перезаряжаемой или неперезаряжаемой батареи, и по меньшей мере один модуль передачи данных с проводным и/или беспроводным коммуникационным интерфейсом, а также, предпочтительно, процессорный модуль, который может быть выполнен по меньшей мере на одном микропроцессоре и содержать по меньшей мере один проводной интерфейс Ethernet (например, выполненный с возможностью приема питания по технологии РоЕ) и/или RS-485, и/или RS-232 и/или CAN и/или LIN и/или KNX и/или M-Bus. Причем, процессорный модуль может содержать по меньшей мере один вход для подключения датчиков различных типов и по меньшей мере один выход для подключения исполнительных устройств различных типов.
Модуль передачи данных может быть выполнен в виде радиомодема, причем антенна радиомодема может быть выполнена как на одной печатной плате с радиомодемом, так и в виде самостоятельного модуля.
При этом цилиндрическая основа корпуса может быть снабжена элементами внутренней фиксации печатной платы, например, в виде продольных пазов во внутренней боковой поверхности корпуса или рельсовых направляющих, смонтированных на внутренней боковой поверхности корпуса. Такое выполнение упомянутых элементов фиксации позволяет в целом обеспечить надежность фиксации печатной платы внутри корпуса и, в частности, зафиксировать на стадии монтажа положение антенны с целью достижения максимальных приемо-передающих свойств радиомодема.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
- на Фиг. 1 показано схематичное изображение корпуса электронного устройства, вид спереди;
- на Фиг. 2 - то же самое, с размещенной внутри платой;
- на Фиг. 3 - составная печатная плата, вид спереди;
- на Фиг. 4 - то же самое, вид сзади;
- на Фиг. 5 - корпус с установленной внутри печатной платой, вид снизу.
Предложенное электронное устройство содержит цилиндрический корпус 1 (Фиг. 1) с крышкой 2 и основанием в виде кабельного ввода 3. На наружной боковой поверхности имеются точки крепления 11. Внутри корпуса (в предпочтительном варианте) размещена составная печатная плата 4 (Фиг. 2), которая состоит из последовательно соединенных между собой модулей 5, 6, 7 (фиг.3, 4). На модуле 5 размещен источник питания с разъемом 8 для подключения к питающей сети (Фиг. 3, 5), на модуле 6 - процессорный модуль и радиомодем с разъемами 9 (Фиг. 4). На модуле 7 размещена приемопередающая антенна модема.
Подготовка к работе электронного устройства осуществляется следующим образом.
Из модулей 5, 6, 7 собирается составная печатная плата 4 (рассматривается частный случай, поскольку модулей, входящих в сборку составной платы, может быть и больше). Модули 5, 6, 7 соединяются последовательно параллельными плоскостями, например, пайкой. Такие надежные соединения обеспечивают необходимую прочность всей сборки. Затем провода для подключения к питающей сети и соединения, например, с цифровыми приборами учета энергоресурсов, продеваются через отверстия кабельного ввода и подсоединяются к разъемам 8, 9. Далее производится установка печатной платы 4 в цилиндрический корпус 1, после чего в корпус вкручивается своей резьбовой частью кабельный ввод 3. Для обеспечения герметичности корпуса резьбовое соединение кабельного ввода может быть герметизировано герметиком или термоусадкой. Собранная конструкция устройства крепится на несущей поверхности, например, с помощью двух клипс 10 (Фиг. 1).
Устройство работает следующим образом.
В режиме «модем» устройство размещается между сетью общего пользования, например, GSM, и оконечным интеллектуальным устройством (одним или несколькими). Таким устройством может быть, например, прибор учета электроэнергии с цифровым проводным интерфейсом RS485 (далее - ПУ). Устройство обеспечивает «прозрачный» канал передачи данных «сервер - gsm-сеть - ПУ», передавая команды от сервера в одну сторону и ответы от ПУ - в другую.
В режиме «УСПД» подключение производится аналогично, но в отличие от предыдущего примера, устройство по собственной программе опрашивает ПУ, формирует встроенную нормализованную базу данных и передает полученные данные на сервер по одному или нескольким протоколам (обычно стандартным, а не проприетарным протоколам ПУ, например OPC-UA, МЭК-104, SNMP и т.п.). Одной из функций УСПД является «прозрачная» передача команд от сервера (как в предыдущем примере).
Указанные режимы работы устройства приведены в качестве примеров и не ограничивают способы реализации устройства.