МОДУЛЬНЫЙ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ БЛОК УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ПРОМЫШЛЕННОГО ЭЛЕКТРООБОГРЕВА С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ТЕХНИЧЕСКОГО УЧЁТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

МОДУЛЬНЫЙ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ БЛОК УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ ПРОМЫШЛЕННОГО ЭЛЕКТРООБОГРЕВА С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ТЕХНИЧЕСКОГО УЧЕТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ.
Область техники, к которой относится полезная модель
Модульный энергосберегающий блок управления системой промышленного электрообогрева с возможностью технического учета электроэнергии (далее - «Блок управления») относится к распределительным устройствам промышленного электрообогрева, обеспечивающих включение, отключение, мониторинг, управление, регулирование и контроль за средствами обогрева, поддержание и регулирование температуры объектов обогрева в заданных пределах с помощью средств обогрева, а также защиту оборудования посредством известных из уровня техники устройств защиты (например, от коротких замыканий, от тока утечки на землю).
Уровень техники
В настоящее время в различных отраслях промышленности, например, таких как нефтегазодобывающая, перерабатывающая, строительная и ряде других отраслей, широкое распространение и активное развитие получили средства, устройства и системы промышленного электрообогрева. Во многих отраслях промышленности существует необходимость поддержания определенного температурного режима для выполнения различного рода задач на всех стадиях технологической цепочки. Некоторыми из таких задач являются обеспечение и поддержание определенной постоянной температуры, обогрев различного рода технологических объектов, например, трубопроводов, резервуаров, скважин и т.п. При этом важно учитывать, что такие объекты могут находиться во взрывоопасных, агрессивных, в средах с повышенной или пониженной температурой или средах и в помещениях иного рода.
Для выполнения функций обогрева и поддержания определенной температуры используются различные средства обогрева, например, греющие кабели, подключенные к системам или устройствам распределения электроэнергии. В качестве таких устройств распределения электроэнергии широкое распространение получили различные шкафы, щиты управления электрообогревом, разрабатываемые, проектируемые, собираемые или модернизируемые по техническому заданию. Нередко задание составляется для определенного объекта или этапа (операции, стадии) технологической цепочки. Таким образом, каждое разрабатываемое, проектируемое, собираемое или модернизируемое устройство управления электрообогревом представляет собой уникальное изделие.
Описанный подход к выполнению задач обогрева и поддержанию определенной температуры имеет несколько недостатков.
С экономической точки зрения увеличивается срок поставки и ввод в эксплуатацию готового изделия. Помимо этого, при обнаружении какой-либо неисправности, то для ее устранения, при обслуживании или при необходимости усовершенствования устройства управления электрообогревом может потребоваться его полная пересборка и/или участие изготовителя в таких работах. За все время простоя устройства управления обогревом его владелец несет финансовые потери. Дополнительно, увеличивается нагрузка на проектировщиков, сборщиков, обслуживающий и прочий персонал.
С технической точки зрения описанный подход в создании устройства управления электрообогревом имеет также недостаток, заключающийся в том, что устройства управления электрообогревом представляют собой сложные уникальные изделия. Это влечет за собой увеличение вероятностей появления ошибок при монтаже, сборке, настройке, установке, соединении электротехнических изделий, что может повлечь за собой искрение и/или пожар, повреждение электрической проводки и других устройств, поражение персонала электрическим током (например, при ремонте или усовершенствовании устройства) и т.д. В итоге, снижена надежность устройства в области электробезопасности и пожаробезопасности.
Одним из путей решения перечисленных выше недостатков является создание устройства управления системой промышленного электрообогрева, состоящего из унифицированных, заранее изготовленных и протестированных модулей, обеспечивающего управление обогревом и поддержание определенной температуры различных объектов, универсальное решение. Например, такое устройство описано в патенте BY 2653 U, опубликованном 30.04.2006. Раскрытое устройство содержит корпус, в котором размещены электротехнические изделия, смонтированные в унифицированные модули: модуль управления и защиты, соединительный модуль, модуль мониторинга температурных сигналов. Соединительный модуль электрически соединен с модулем управления и защиты и содержит группу контактов для подключения внешнего источника питания и группу контактов для соединения со средством обогрева (греющими кабелями и т.п.). Модуль мониторинга температурных сигналов выполнен с возможностью соединения с датчиком температуры. Данное устройство принято в качестве ближайшего аналога.
Однако в раскрытом устройстве отсутствует возможность задавать каскадные алгоритмы управления. Помимо этого, отсутствует возможность технического учета электроэнергии и отсутствует возможность управления раскрытым устройством из верхнего уровня.
Одним из известных недостатков саморегулирующихся греющих кабелей является высокий стартовый ток, существенно превышающий номинальный рабочий ток. Этот недостаток учитывают при проектировании и сборке средства управления электрообогревом при расчете питающей сети и защитных устройств. В раскрытом устройстве управления электрообогревом используются защитные устройства, рассчитанные на более высокие стартовые токи (превышающие номинальные рабочие), что снижает общую электробезопасность и может привести, например, к выходу из строя средства управления электрообогревом, либо поражению персонала электрическим током.
В ближайшем аналоге также отсутствует возможность технического учета электроэнергии. Использование защитных устройств, рассчитанных на более высокий рабочий ток, и отсутствие возможности технического учета электроэнергии не позволяет, например, диагностировать аварию, произошедшую в по меньшей мере одном средстве обогрева, которое в результате может потреблять большой ток. Кроме того, отсутствует возможность ограничения общего электропотребления средством управления обогревом и устройствам обогрева. Таким образом, средство обогрева будет потреблять больший ток, а это снижает общее энергосбережение и общую энергоэффективность, заключающуюся в эффективном (рациональном) использовании энергетических ресурсов средством управления обогревом и подключенных к нему средств обогрева.
Раскрытие полезной модели
При разработке предлагаемой полезной модели ставилась задача создания устройства, обладающего расширенными функциональными возможностями, в котором будут устранены недостатки известных из уровня техники устройств управления электрообогревом (устройств распределения электроэнергии) и учтены недостатки средств обогрева, в качестве которых используются саморегулирующиеся греющие кабели и т.п. Помимо этого, разрабатываемое устройство должно более качественно диагностировать и оповещать о неисправностях в средствах обогрева, появление которых обусловлено различными факторами, и более эффективно и экономно управлять средствами обогрева по сравнению с известными из уровня техники устройствами. Кроме того, ставилась задача создания устройства, с возможностью упрощенного его изготовления (что уменьшит нагрузку на проектировщиков и сборщиков) и упрощенной эксплуатации (что уменьшит нагрузку на обслуживающий персонал). Дополнительно, устройство должно быть применимо для работы во взрывоопасных, агрессивных, в средах с повышенной или пониженной температурой и средах иного рода. Таким образом, задача предлагаемой полезной модели состоит в создании модульного энергосберегающего блока управления системой промышленного электрообогрева с возможностью технического учета электроэнергии и с возможностью своевременного оповещения о событиях и с возможностью обмена данными с внешними устройствами и/или системами, простого в изготовлении и использовании и работающего в различных средах.
Технический результат, который достигается при осуществлении полезной модели, заключается в повышении эффективности управления обогревом за счет расширения функциональных возможностей.
Технический результат достигается за счет того, что блок управления системой промышленного обогрева содержит корпус, модуль управления и защиты, электрически соединенный с соединительным модулем, модуль мониторинга температурных сигналов, интерфейсную шину, модуль технического учета электроэнергии, модуль связи с верхним уровнем, модуль индикации работы блока управления системой промышленного обогрева и внешнего средства обогрева (далее - модуль индикации состояния) и центральный модуль управления. При этом модуль технического учета электроэнергии содержит вычислительное устройство и выполнен с возможностью получения и передачи данных от внешнего средства измерения электрических параметров. Центральный модуль управления содержит вычислительное устройство и выполнен с возможностью обмена сигналами с модулем связи с верхним уровнем и модулем индикации работы блока управления системой промышленного обогрева и внешнего средства обогрева, а также посредством упомянутой интерфейсной шины с модулем управления и защиты, модулем мониторинга температурных сигналов, модулем технического учета электроэнергии.
В дополнительном аспекте предлагаемое устройство характеризуется тем, что интерфейсная шина выполнена с возможностью передачи данных по интерфейсу RS-485.
В дополнительном аспекте предлагаемое устройство характеризуется тем, что интерфейсная шина выполнена с возможностью передачи данных по интерфейсу CAN.
В дополнительном аспекте предлагаемое устройство характеризуется тем, что модули являются быстросъемными.
В дополнительном аспекте предлагаемое устройство характеризуется тем, что модули выполнены многоканальными.
В дополнительном аспекте предлагаемое устройство характеризуется тем, что модуль связи с верхним уровнем электрически соединен с центральным модулем управления.
В дополнительном аспекте предлагаемое устройство характеризуется тем, что модуль индикации работы блока управления системой промышленного обогрева и внешнего средства обогрева дополнительно содержит вычислительное устройство и выполнен с возможностью обмена данными с модулем мониторинга температурных сигналов, модулем технического учета электроэнергии, модулем управления и защиты, центральным модулем управления и модулем связи с верхним уровнем посредством упомянутой интерфейсной шины.
Приведенная выше краткая характеристика предлагаемой полезной модели не предназначена для определения испрашиваемого объема правовой охраны или существенных признаков предлагаемой полезной модели.
Ниже описан пример осуществления полезной модели с обращением к сопровождающим чертежам и с раскрытием примеров использованных материально-технических средств, посредством которых могут быть осуществлены признаки, испрашиваемые в формуле.
Краткое описание чертежей
На фигуре представлена принципиальная блок схема одного из вариантов выполнения предлагаемого Блока управления, выполненного с возможностью управления средством обогрева.
Осуществление полезной модели
На фигуре представлена принципиальная блок схема одного из вариантов выполнения Блока управления. Блок управления содержит электротехнические изделия, смонтированные в унифицированные модули, а именно модуль (1) управления и защиты, электрически соединенный с соединительным модулем (2), модуль (3) мониторинга температурных сигналов, модуль (4) технического учета электроэнергии, центральный модуль (5) управления, содержащий вычислительное устройство, и интерфейсную шину (6). Модуль (4) технического учета электроэнергии содержит вычислительное устройство и выполнен с возможностью получения и передачи данных от/для внешнего средства измерения электрических параметров, размещенного на средстве обогрева.
Модуль (1) управления и защиты предназначен для управления и защиты по меньшей мере одного средства обогрева и для коммутации электрических цепей с целью подачи или снятия напряжения на по меньшей мере одно средство обогрева, а также защиты упомянутого по меньшей мере одного средства обогрева в случае ненормального режима работы и/или повреждения, например, короткого замыкания, утечки на землю, повреждения изоляции и/или оболочки по меньшей мере одного средства обогрева.
Модуль (1) управления и защиты может содержать, например, монтажную панель, на которой установлены известные из уровня техники устройства релейной защиты и автоматики. Например, в качестве таких устройств может быть использован автоматический выключатель с функцией УЗО и контакторы. Дополнительно к автоматическому выключателю и контактору модуль (1) управления и защиты может содержать устройство защитного отключения и/или вычислительное устройство, например, микропроцессорный контроллер. В других реализациях в качестве устройств релейной защиты и автоматики модуль (1) управления и защиты может содержать любой известный из уровня техники модуль управления заводского исполнения (контроллер), в качестве которого может быть использован термостат Thermon Terminator ZT. При наличии микропроцессорного контроллера или модуля управления заводского исполнения модуль (1) управления и защиты может дополнительно, при необходимости, выполнен с возможностью формирования и передачи аналоговых и/или цифровых сигналов в другое средство и/или устройство, например, во внешнее средство оповещения и/или в средство передачи данных посредством интерфейсной шины (6).
Соединительный модуль (2) предназначен для подсоединения силовых и интерфейсных кабелей к Блоку управления.
Соединительный модуль (2) может содержать монтажную панель, на которую установлены клеммные блоки для подключения внешних коммуникаций: силовых кабелей, средств обогрева и других интерфейсов. Соединительный модуль (2) содержит группу контактов ввода-вывода для подключения силовых кабелей или проводов питания от источника питания (например, от распределительной и/или трансформаторной подстанции), группу контактов ввода-вывода для подключения силовых кабелей от средства обогрева и другие интерфейсы. Клеммные блоки могут быть винтового, втычного исполнения или их сочетания. Соединительный модуль (2) выполнен с возможностью подключения силовых кабелей от источника питания (220 В, 380 В) и по меньшей мере одного средства обогрева.
Модуль (3) мониторинга температурных сигналов предназначен для измерения, обработки, хранения и передачи данных, получаемых от подключенного датчика температуры, о температурах работы одного или нескольких объектов обогрева.
Модуль (3) мониторинга температурных сигналов может представлять собой DIN-рейку или монтажную панель, на которой установлено по меньшей мере одно известное из уровня техники вычислительное устройство для обработки сигналов от датчиков измерения температуры, с возможностью формирования и передачи сигналов в другие модули или внешние устройства. В качестве датчика температуры могут использоваться, например, РТ100 и/или термопара. В качестве вычислительного устройства может использоваться любой известный из уровня техники и подходящий контроллер, например, СК-FLEX CK-RMM-EXE, Raychem MONI-RMM-EXE. Кроме того, вычислительное устройство модуля (3) мониторинга температурных сигналов может быть выполнено с возможностью получения данных от датчика температуры по интерфейсу HART (4-20 мА). Модуль (3) мониторинга температурных сигналов преобразует аналоговый сигнал с по меньшей мере одного датчика температуры в цифровой вид, пригодный для передачи по интерфейсной шине (6) и использования этих сигналов в алгоритмах программируемых микропроцессорных устройств, например, расположенных в центральном модуле (5) управления. Модуль (3) мониторинга температурных сигналов, при необходимости, может дополнительно формировать и передавать аналоговые или цифровые сигналы во внешнее средство оповещения и/или в средство передачи данных посредством интерфейсной шины (6).
Модуль (4) технического учета электроэнергии предназначен для измерения, обработки, хранения данных о количестве и качестве потребленной электроэнергии средством обогрева.
Модуль (4) технического учета электроэнергии может содержать, например, DIN-рейку и/или монтажную панель, на которой установлено по меньшей мере одно известное из уровня техники вычислительное устройство для обработки сигналов от средства измерения электрических параметров, причем упомянутое вычислительное устройство выполнено с возможностью формирования, а также хранения и передачи сигналов в другие модули или внешние устройства. В качестве средства измерения электрических параметров могут использоваться, например, измерительные токовые трансформаторы, датчики Холла, измерительные шунты и т.п.и их сочетание. В качестве вычислительного устройства может использоваться любой известный из уровня техники и подходящий контроллер, например, Schneider ION7550, ABB EQ-meters. Модуль (4) технического учета электроэнергии выполнен с возможностью преобразования аналоговых сигналов, принимаемых от средств измерения электрических параметров (измерительных трансформаторов, шунтов или датчиков Холла и т.п.), в цифровой вид, пригодный для расчета мощности и других качественных и количественных показателей электрических цепей, таких как, например, ток, напряжение, косинус фи, активная и реактивная мощность и др. Модуль (4) технического учета электроэнергии выполнен с возможностью хранения этих показателей в архиве в вычислительном устройстве и передачи по интерфейсной шине (6) в центральный модуль (5) управления для участия в алгоритмах управления и в модуль (8) связи с верхним уровнем для передачи на верхний уровень. Модуль (4) технического учета электроэнергии, при необходимости, может дополнительно выполнен с возможностью формирования и передачи аналоговых и/или цифровых сигналов в другое средство и/или устройство, например, во внешнее средство оповещения и/или в средство передачи данных посредством интерфейсной шины (6). Модуль (4) технического учета электроэнергии выполнен с возможностью соединения с по меньшей мере одним средством измерения электрических параметров.
Центральный модуль (5) управления предназначен для и выполнен с возможностью получения, сбора, обработки, хранения, передачи данных от модулей и о состоянии средства обогрева, электропотреблении средства обогрева и модулей и автоматизации обогрева посредством средств (устройств, систем) обогрева. Кроме того, центральный модуль (5) управления выполнен с возможностью управления средством обогрева посредством реализации алгоритмов, оптимизации энергоэффективности и передачи обработанных и архивных данных на верхний уровень управления посредством модуля (8) связи с верхним уровнем.
Центральный модуль (5) управления может содержать, например, DIN-рейку и/или монтажную панель, на которой установлено по меньшей мере одно известное из уровня техники вычислительное устройство. В качестве такого вычислительного устройств может быть использован любой известный из уровня техники и подходящий промышленный логический контроллер (например, Schneider М340), известный из уровня техники и подходящий контроллер сбора данных и управления (например, Phoenix Contact ILC), известный из уровня техники и подходящий промышленный компьютер (промышленный компьютер типа Advantech) или любое другое средство, устройство и/или устройство промышленной автоматики.
Вычислительное устройство центрального модуля (5) управления может, например, содержать следующие алгоритмы:
- алгоритм подсчета и ограничения общего потребления электроэнергии средств обогрева Блока управления,
- алгоритм включения и отключения средства обогрева по команде, получаемой из верхнего уровня (например, при выводе технологической установки в ремонт, пожаре и т.д.),
- алгоритм предоставления статистических и агрегированных данных по средству обогрева,
- алгоритм выдачи оповещения об возникнувшей в по меньшей мере одном модуле аварии, заключающийся в передаче сигнала «Авария» в модуль (7) индикации.
Интерфейсная шина (6) может представлять собой любой известный из уровня техники тип и исполнение интерфейсной шины, например, один и более многожильных кабелей (например, плоских). Интерфейсная шина (6) выполнена с возможностью передачи данных, например, по интерфейсу CAN и/или RS-485. Использование интерфейсной шины (6) для обмена данными между модулями повышает общую гибкость системы.
Блок управления дополнительно содержит модуль (7) индикации состояния, электрически соединенный с центральным модулем (4) управления и с интерфейсной шиной (6). Модуль (7) индикации состояния выполнен с возможностью обмена данными посредством интерфейсной шины (6) с модулем (1) управления и защиты, модулем (3) мониторинга температурных сигналов, модулем (4) технического учета электроэнергии, центральным модулем (5) управления.
Модуль (7) индикации состояния предназначен для сигнализации о событиях (например, нормальной работе модулей, авариях, происходящих в модулях и в по меньшей мере одном средстве обогрева, отклонения от нормальной работы по меньшей мере одного модуля и/или по меньшей мере одного средства обогрева и т.п.). Кроме того, модуль (7) индикации состояния предназначен для сигнализации об аварийном состоянии Блока управления.
Модуль (7) индикации состояния представляет собой любое известное из уровня техники средство оповещения, например, светодиоды, лампы. В одном варианте выполнения модуль (7) содержит панель, на которую выведены лампы, соединенные с закрепленным на другой стороне клеммником. Индикация состояния осуществляется путем подачи напряжения на клеммник из центрального модуля (5) управления. В другом варианте выполнения, модуль (7) индикации состояния, может быть дополнительно оснащен любым известным из уровня техники и подходящим вычислительным устройством, выполненным с возможностью хранения и обмена данными (например, получения данных об аварии) с другими модулями или устройствами по любому известному из уровня техники интерфейсу и протоколу и с возможностью подачи напряжения на средство оповещения. В качестве вычислительного устройства может быть использован микропроцессорный контроллер. В качестве интерфейса передачи данных может быть использован, например, интерфейс RS-485 и/или CAN.
Блок управления дополнительно содержит модуль (8) связи с верхним уровнем, электрически соединенный с центральным модулем (5) управления и с интерфейсной шиной, выполненный с возможностью обмена, преобразования и передачи данных, полученных посредством интерфейсной шины (6) от модулей: модуля (1) управления и защиты, модуля (3) мониторинга температурных сигналов, модуля (4) технического учета электроэнергии, центрального модуля (5) управления, - в верхний уровень и выполненный с возможностью обмена, преобразования и передачи данных, полученных из верхнего уровня в модули: модуль (1) управления и защиты, модуль (3) мониторинга температурных сигналов, модуль (4) технического учета электроэнергии, центральный модуль (5) управления, - посредством интерфейсной шины (6).
Модуль (8) связи с верхним уровнем предназначен для и выполнен с возможностью обмена, получения сигналов с данными от модулей посредством интерфейсной шины (6), преобразования интерфейса передачи данных и/или протокола к заданному, например, в техническом задании, и для передачи данных на верхний уровень, например, посредством волоконно-оптических линии связи («ВОЛС») и/или других средств передачи данных. Кроме того, модуль (8) связи с верхним уровнем предназначен для и выполнен с возможностью обмена, получения сигналов с данными из верхнего уровня, преобразования интерфейса передачи данных и/или протокола к заданному, например, в техническом задании, и для передачи данных в по меньшей мере один модуль Блока управления посредством интерфейсной шины (6). Таким образом, модуль (8) связи с верхним уровнем обеспечивает обмена данными между модулями Блока управления и верхним уровнем, то есть взаимодействие модулей Блока управления с внешними устройствами и/или системами. Верхний уровень может представлять собой отдельное известное из уровня техники устройство управления (например, вычислительное устройство, контроллер, ЭВМ и т.п.), средство управления, группу известных из уровня техники устройств, средств и/или известную из уровня техники систему (например, автоматизированная система диспетчеризации и управления электроснабжением - АСДУЭ, АСУ ТП).
Модуль (8) связи с верхним уровнем может содержать, например, DIN-рейку и/или монтажную панель, на которой установлен известный из уровня техники контроллер, например, выполненный в виде преобразователя. В качестве такого преобразователя может использоваться, например, один из известных из уровня техники преобразователей СОМ-портов в Ethernet, например, преобразователь последовательных интерфейсов (RS-232, RS-422, RS-485) в другие последовательные интерфейсы и/или в Ethernet и совместно с ним или отдельно от него известные из уровня техники преобразователь протоколов. Кроме того, могут использоваться известные из уровня техники коммутаторы. В качестве конкретных примеров преобразователей и коммутаторов может быть МОХА TCF-142, МОХА EDS-G308. Очевидно, что нет ограничения на количество и сочетание использованных преобразователей и/или коммутаторов.
Таким образом, модуль (1) управления и защиты, модуль (3) мониторинга температурных сигналов, модуль (4) технического учета электроэнергии, центральный модуль (5) управления, модуль (7) индикации состояния, модуль (8) связи с верхним уровнем соединены посредством интерфейсной шины (6). Кроме того, обмен данными между модулем (1) управления и защиты, модулем (3) мониторинга температурных сигналов, модулем (4) технического учета электроэнергии, центральным модулем (5) управления, модулем (7) индикации состояния, модулем (8) связи с верхним уровнем выполнен посредством интерфейсной шины (6). Для подвода питания к модулю (1) управления и защиты, модулю (3) мониторинга температурных сигналов модулю (4) технического учета электроэнергии, центральному модулю (5) управления, модулю (7) индикации состояния, модулю (8) связи может быть использована группа контактов ввода-вывода для подключения внешнего источника питания соединительного модуля (2). В других реализациях, для питания каждого модуля может быть использован собственный источник питания (например, 24 В), либо один источник питания может быть использован для нескольких модулей. Упомянутый(-ые) источник(-и) питания может(могут) быть подключен(ы) к соответствующий группе контактов ввода-вывода питания от источника питания соединительного модуля (2). Источник питания модулей может представлять собой любой известный из уровня техники источник питания (источник напряжения, источник тока или их сочетание).
Блок управления может быть размещен в любом известном из уровня техники и подходящем корпусе. Корпус Блока управления может представлять собой, например, раму, шкаф, щит и т.п. с посадочными местами для модулей и проложенными кабель-каналами для прокладки соединительных кабелей между модулями (коммутация для модулей). Дополнительное крепление по меньшей мере одного модуля к корпусу может быть обеспечено за счет известных из уровня техники крепежных изделий. Модули могут крепится внутри корпуса Блока управления посредством крепежных изделий и/или других известных из уровня техники средств крепления (защелки, отверстия и т.п.).
Все модули выполнены унифицированными (универсальными, стандартизованными), то есть заранее изготовленными и протестированными. Часть модулей может быть размещена в своих отдельных корпусах. Так, например, модуль (1) управления и защиты, соединительный модуль (2), модуль (3) мониторинга температурных сигналов, модуль (4) технического учета электроэнергии, центральный модуль (5) управления, модуль (7) индикации состояния или модуль (8) связи с верхним уровнем могут быть размещены в отдельных корпусах (каждый модуль размещен в своем отдельном корпусе). Очевидно, что несколько модулей могут быть помещены в один отдельный корпус. По меньшей мере один модуль может быть дополнительно крепиться внутри корпуса посредством известного из уровня техники по меньшей мере одного крепежного изделия.
Корпус Блока управления и/или по меньшей мере одного модуля может иметь защиту Ex и может быть выполнен металлическим (например, стальным, алюминиевым и т.п.), из пластика (например, полиэфирного пластика, поликарбоната, полистирола и т.п.) или любого другого удобного и/или подходящего материала. Кроме того, корпус Блока управления и/или по меньшей мере одного модуля может быть выполнен взрывозащищенным. А дополнительно корпус Блока управления и/или по меньшей мере одного модуля может иметь защитное покрытие, для размещения корпуса Блока управления и/или по меньшей мере одного модуля на улице и/или в агрессивных средах и/или в средах с повышенной или пониженной температурой. Корпуса могут иметь полимерное, порошковое, полимерно-порошковое, антикоррозионное покрытие, эпоксидно-полиэфирного или любое известное из уровня техники покрытие. Покрытие может состоять из одного или нескольких слоев. Например, сначала может быть нанесена краска, а затем слой лака. Корпус Блока управления и/или по меньшей мере одного модуля может быть выполнен антивандального исполнения.
Под модулем понимается законченное изделие, содержащее электротехнические изделия, которое выполняет одну или несколько заданных функций, имеет заранее определенный интерфейс для подключения в Блоке управления и все компоненты которого собраны на единой основе. Каждый тип модуля имеет свой интерфейс, который может отличаться от интерфейса других типов модулей. Упомянутый интерфейс может быть выполнен искробезопасным. В данном случае под интерфейсом понимают втычной разъем в котором каждому пину соответствует свое назначение: питание, сигналы, связь и т.д. По меньшей мере для защиты и/или удобства монтажа и т.п. модуль может дополнительно содержать корпус.
В приведенных выше примерах выполнения Блока управления и модулей приведены примеры материально-технических средств, позволяющих осуществить соответствующие признаки предлагаемой полезной модели. Следует понимать, что приведенные примеры не следует рассматривать как единственно возможные. Специалист в области техники, без сомнения, может, при необходимости, изменить материально-технические средства и/или использовать любые другие доступные ему и известные из уровня техники эквивалентные замены, не выходя за рамки сущности предлагаемой полезной модели и объема испрашиваемой правовой охраны, определяемой ее формулой. Кроме того, нет ограничений на количество и типы используемых материально-технических средств, используемых для выполнения Блока управления и реализации модулей.
Так, например, очевидно, что в других вариантах выполнения Блок управления может быть выполнен с возможностью управления несколькими средствами обогрева (одним и более), образующих по меньшей мере один канал обогрева, обеспечиваться централизованное управления за средствами обогрева. В этом случае соответствующие модули Блока управления выполняются многоканальными, т.е. с возможностью раздельного управления и подключения каждой внешней цепью обогрева отдельно, каждым внешним устройством обогрева и/или внешним средством обогрева. В качестве таких многоканальных модулей могут быть выполнены модуль (1) управления и защиты, выполненный с возможностью раздельного управления и защиты средства обогрева, соединительный модуль (2), модуль (3) мониторинга температурных сигналов, модуль (4) технического учета электроэнергии, центральный модуль (5) управления, модуль (7) индикации состояния Блока управления. При необходимости, модуль (8) связи с верхним уровнем также может быть выполнен многоканальным.
Модуль (1) управления и защиты может содержать устройства релейной защиты и автоматики. Например, по меньшей мере один автоматический выключатель, по меньшей мере один контактор, по меньшей мере одно устройство защитного отключения, по меньшей мере одно вычислительное устройство, например, микропроцессорный контроллер, по меньшей мере один модуль управления заводского исполнения. Состав устройств релейной защиты и автоматики для каждого канала, каждого средства обогрева) может быть одинаков, либо различаться. По меньшей мере одно средство обогрева, соединенное с устройствами релейной защиты и автоматики, образует цепь обогрева. Например, включением или отключением по меньшей мере одним средством обогрева управляет контактор, а защита по меньшей мере одного средства обогрева обеспечивается посредством автоматического выключателя. Для подключения нескольких средств обогрева к по меньшей мере одному устройству релейной защиты и автоматики может быть использовано дополнительное средство (устройство), например, распределительная коробка, клеммник. Таким образом, один контактор и один автоматический выключатель могут обеспечивать управление по меньшей мере одним средством обогрева, что снизит общую стоимость Блока управления, а также уменьшит его размеры.
При необходимости получения данных от нескольких датчиков температуры модуль (3) мониторинга температурных сигналов может быть выполнен с возможностью получения данных от нескольких датчиков температуры. Таким образом, к многоканальному модулю (3) мониторинга температурных сигналов может быть одновременно подключено несколько датчиков температуры.
Соединительный модуль (2) может иметь дополнительные группы контактов ввода-вывода для подключения внешних устройств. Таким образом, соединение между внешними устройствами и модулями Блока управления может быть осуществлено через соединительный модуль (2). Например, внешнее средство измерения электрических параметров может быть подключено к дополнительной группе контактов ввода-вывода для подключения внешних средств измерения электрических параметров, а упомянутая дополнительная группа контактов соединена с модулем (4) учета электроэнергии. Внешний датчик температуры может быть соединен с дополнительной группой контактов ввода-вывода для подключения датчика температуры, а упомянутая дополнительная группа контактов соединена с модулем (3) мониторинга температурных сигналов. Таким образом, каждый или часть модулей Блока управления может иметь собственный клеммник (собственную группу контактов ввода-вывода) в соединительном модуле (2).
При необходимости, модуль (4) технического учета электроэнергии может быть выполнен с возможностью получения данных от нескольких средств измерения электрических параметров. Таким образом, к модулю (4) технического учета электроэнергии может быть подключено одновременно несколько средств измерения и/или устройств измерения.
Центральный модуль (5) управления может быть выполнен с возможностью раздельного управления каждым средством обогрева, каждым каналом обогрева, т.е. многоканальным, сбора, обработки, хранения, передачи данных о состоянии по меньшей мере двух средств обогрева или по меньшей мере двух каналов обогрева и содержать следующие алгоритмы:
- алгоритм управления одной или несколькими средствами обогрева (греющими кабелями) с целью поддержания заданной из верхнего уровня температуры на каждой из них,
- алгоритм подсчета и ограничения общего потребления электроэнергии средствами обогрева Блока управления,
- алгоритм массового включения и алгоритм массового отключения средств обогрева по команде, получаемой из верхнего уровня (например, при выводе технологической(-их) установки(-ок) на ремонт, при пожаре и т.д.),
- алгоритм предоставления статистических и агрегированных данных по всем средствам обогрева, которые подключены к Блоку управления,
- алгоритм ограничения общего энергопотребления путем выставления приоритетов средствам обогрева,
- алгоритм выдачи оповещения о возникнувшей в по меньшей мере одном модуле аварии, заключающийся в передаче сигнала «Авария» в модуль (7) индикации.
Очевидно, что модуль (7) индикации состояния Блока управления может быть выполнен с возможностью оповещения о событиях, например, авариях, происходящих в средствах обогрева или других модулях Блока управления.
В качестве основы для модулей были приведены DIN-рейки, монтажные панели, однако специалисту очевидно, что в качестве основы модуля может быть использована по меньшей мере одна печатная плата.
Очевидно также, что общее количество модулей может быть увеличено.
Под «внешними» понимаются средства и устройства, не входящие в состав Блока управления.
В качестве средств обогрева могут быть использованы различные типы греющих кабелей, например, саморегулирующиеся греющие кабели, греющие кабели постоянной мощности ТЭНы, один или несколько греющих кабелей, образующих канал обогрева, одно или несколько средств обогрева, образующих канал обогрева и/или другие известные из уровня техники средства обогрева.
Для соединения модулей друг с другом, а также с внешними устройствами (средствами) могут быть использованы кабели и/или провода.
Под интерфейсной шиной (6) понимаются известные из уровня техники и подходящие материально-технические средства, обеспечивающие обмен данными между модулями Блока управления, например, провода и/или кабели.
Модули могут быть выполнены с возможностью обмена данными посредством любого известного из уровня техники протокола и/или интерфейса между собой и/или с другими внешними и/или внутренними устройствами.
Блок управления изготавливают и используют следующим образом.
В соответствии с техническим заданием подбирают заранее изготовленные из определенных электротехнических изделий и проверенные, унифицированные, функциональные модули в соответствии с назначением, принципиальной электрической схемой, составом и типом электротехнических изделий. Модули соединяют вместе электрически и посредством интерфейсной шины (6). Модули соединяют с источником питания (24 В), который соединен с соответствующей группой контактов ввода-вывода для подключения силовых кабелей или проводов питания от источника питания.
Каждый модуль размещают в свой отдельный корпус. Затем модули размещают в корпусе Блока управления в свое отдельное место с подведенными коммуникациями. Модуль (7) индикации состояния может быть помещен в отверстия двери(-ей) корпуса (например, двери шкафа) Блока управления. Блок питания модулей может быть размещен в цоколе корпуса Блока управления. Модули могут быть выполнены быстросъемными. Таким образом, увеличена скорость сборки Блока управления.
Производят монтаж электротехнических соединений.
К соответствующим группам контактов ввода-вывода соединительного модуля (2) подключают силовые кабели от источника питания (например, от распределительной подстанции), и силовые кабели питания средства обогрева, в качестве которого используют греющий кабель.
К модулю (3) мониторинга температурных сигналов подключают соединительные кабели от внешнего датчика температуры.
К модулю (4) технического учета электроэнергии подключают соединительные провода от размещенного на средстве обогрева внешнего средства измерения, например, измерительного токового трансформатора, размещенного на средстве обогрева.
Подают питание (напряжение) в Блок управления. Оператор из верхнего уровня, например, системы, формирует управляющий сигнал на включение Блока управления и сигнал с данными о заданных уставках. Сигнал с данными о заданных уставках поступает в центральный модуль (5) управления посредством модуля (8) связи с верхним уровнем. Центральный модуль (5) управления посредством алгоритма включения обогрева по команде, получаемой из системы верхнего уровня, формирует управляющие сигналы на включение средства обогрева и передает их в модуль (1) управления и защиты посредством интерфейсной шины (6). Блок управления начинает поддерживать заданную температуру объекта обогрева.
Для устранения одного из известных недостатков, связанного с высоким стартовым током центральный модуль (5) управления посредством алгоритма постепенно включает средство обогрева, что предотвращает появления высоких скачков тока и позволяет использовать устройства защиты, рассчитанные на меньший рабочий ток.
При отсутствии неполадок модуль (1) управления и защиты формирует сигнал о нормальной работе средства обогрева и посредством интерфейсной шины (6) передает его в центральный модуль (5) управления. Центральный модуль (5) управления формирует сигнал о нормальной работе (и включении) Блока управления и посредством модуля (8) связи с верхним уровнем передает его на верхний уровень, а также формирует сигнал и передает его в модуль (7) индикации состояния.
В процессе работы внешний датчик температуры формирует сигналы и передает их в модуль (3) мониторинга температурных сигналов. Модуль (3) мониторинга температурных сигналов, формирует (получает аналоговые сигналы от внешнего датчика температуры, преобразует их в цифровую форму) и передает сигналы с данными посредством интерфейсной шины (6) в центральный модуль (5) управления. Центральный модуль (5) управления передает данные о температуре среды посредством модуля (8) связи с верхним уровнем в систему верхнего уровня. По данным, полученным от модуля (3) мониторинга температурных сигналов центральный модуль (5) управления на основе полученных уставок формирует управляющие сигналы на включение/отключение в модуль (1) управления и защиты и таким образом поддерживает заданную из системы верхнего уровня температуру.
Также в процессе работы средство измерения электрических параметров передает данные в модуль (4) технического учета электроэнергии. Модуль (4) технического учета электроэнергии преобразует аналоговые сигналы от средства измерения электрических параметров в цифровую форму, сохраняет и передает их в центральный модуль (5) управления посредством интерфейсной шины (6). Центральный модуль (5) управления посредством алгоритма предоставления статистических и агрегированных данных по средству обогрева и алгоритма подсчета потребления электроэнергии средством обогрева. При учете, что энергопотребление модулей Блока управления исчезающе мало по сравнению с потреблением средства обогрева, центральный модуль (5) управления формирует сигналы с данными об электропотреблении и передает их в систему верхнего уровня посредством модуля (8) связи с верхним уровнем. Кроме того, центральный модуль (5) управления формирует управляющие сигналы 24 В на включение средства оповещения в модуле (7) индикации.
При отклонении от нормального режима работы, например, при возникновении аварии (например, при утечке тока на землю, коротком замыкании, превышении или недостаточности температуры и т.п.) модуль (1) управления и защиты отключает средство обогрева и формирует сигнал об этом событии и посредством интерфейсной шины (6) передает его в центральный модуль (5) управления. Центральный модуль (5) управления посредством алгоритма выдачи сигнала об аварии формирует и передает сигнал 24 В средству оповещения, а также формирует и передает сигнал об аварии посредством модуля (8) связи с верхним уровнем в систему верхнего уровня.
На основе данных получаемых от модуля (4) технического учета электроэнергии может быть диагностировано отклонение от нормального режима работы, например, авария, связанная с высоким потреблением тока средством обогрева. Центральный модуль (5) управления посредством алгоритма выдачи сигнала об аварии формирует и передает сигнал 24 В средству оповещения, а также формирует и передает сигнал об аварии посредством модуля (8) связи с верхним уровнем в систему верхнего уровня.
Если модуль (7) индикации состояния содержит микропроцессорный контроллер, то модуль индикации состояния выполнен с возможностью обмена данными по интерфейсной шине (6) с другими модулями, подключенными к ней. Например, при возникновении какой-либо неисправности, происходящей в любом из модулей или средстве обогрева, микропроцессорный модуль модуля (7) индикации состояния получит сигнал (данные, информацию) об этом событии и сформирует управляющий сигнал для соответствующего средства оповещения.
Для завершения работы Блока управления оператор из системы верхнего уровня подает сигнал на отключение Блока управления через модуль (8) связи с верхним уровнем в центральный модуль (5) управления. Центральный модуль (5) управления посредством алгоритма отключения сформирует и передаст сигнал посредством интерфейсной шины (6) в модуль (1) управления и защиты. Модуль (1) управления и защиты отключит средство обогрева.
Выполняют проверку выключения средства обогрева: по отключению дополнительного контакта, соединенного с центральным модулем (5) управления и/или по отсутствию тока в средстве обогрева (данные об отсутствии или наличии тока получают от средства измерения электротехнических параметров, в частности от измерительного токового трансформатора).
Средство обогрева может быть также включено или отключено местным управлением Блока управления, выполненным, например, в виде по меньшей мере одного тумблера «Отключить обогрева/Включить обогрева», выполненного, например, в виде по меньшей мере одной кнопки (может быть взрывозащищенной), расположенного, например, на двери шкафа, соединенного с центральным модулем (5) управления.
Таким образом, в Блоке управления может быть реализовано как местное, так и внешнее управление Блоком управления.
Выше описано действие и пример использования Блока управления при подключении одного средства обогрева. Аналогично Блок управления действует и его используют в случае подключения нескольких средств обогрева. Отличие заключается в том, что центральный модуль (5) управления выполнен с возможностью раздельного управления каждым средством обогрева индивидуально и содержит алгоритмы, описанные ранее. Очевидно, что из верхнего уровня может быть подана команда на включение или отключение одного или нескольких средств обогрева. А местное управление Блоком управления может, например, включать или отключать все средства обогрева одновременно.
Например, алгоритм массового включения и алгоритм отключения средств обогрева по сигналу, полученному из верхнего уровня, позволяет формировать и передавать управляющий сигнал посредством интерфейсной шины (6) в модуль (1) управления и защиты для включения и отключения средств обогрева.
Кроме того, алгоритм ограничения общего энергопотребления путем выставления приоритетов позволяет формировать и передавать управляющий сигнал через интерфейсную шину (6) в соответствующий модуль (1) управления и защиты для отключения или включения того или иного канала управления и защиты средства обогрева.
Выполнение модуля (4) технического учета электроэнергии многоканальным позволяет производить учет электроэнергии и диагностировать аварии на каждом средстве обогрева отдельно. Кроме того, при необходимости модуль (4) технического учета электроэнергии может содержать алгоритмы оптимизации потребляемой средствами обогрева энергии. Очевидно, что такие алгоритмы могут содержаться и в модуле (4) технического учета электроэнергии, при подключении одного средства обогрева к Блоку управления.
Таким образом, очевидно, что Блок управления выполнен с возможностью управления по меньшей мере одним средством обогрева.
Очевидно также, что Блок управления может работать автоматическом режиме.
Решение поставленной задачи и достижение технического результата продемонстрированы выше на примерном варианте выполнения предлагаемого устройства. Например, модульность выполнения Блока управления позволяет существенно упростить конструкцию Блока управления, снизить нагрузку и затраты на проектировщиков и сборщиков, что, в свою очередь, повысит скорость сборки Блока управления, а также повысить общую электробезопасность для персонала, ввиду того, что, в частности, каждый модуль протестирован заранее, и общую надежность. Кроме того, использование модуля (4) технического учета электроэнергии и центрального модуля (5) управления позволяет значительно повысить энергоэффективность и энергосбережение и снизит электропотребление Блока управления с подключенными к нему средствами обогрева, а также позволит использовать устройства защиты, рассчитанные на меньший ток, что повысит общую электробезопасность. Дополнительно, повышается эффективность средства управления электрообогревом за счет контроля и регулирования потребляемого средствами обогрева тока посредством алгоритмизации (осуществлению алгоритмов) управления обогревом и технического учета потребляемой электроэнергии. Кроме того, использование упомянутых модулей снизит нагрузку на энергетические системы городского хозяйства и обеспечит рациональное расходование электрической энергии. Предлагаемая полезная модель обеспечивает постоянное отслеживание целостности средств обогрева, а также контроль и сигнализацию в случае отклонения от нормального режима работы (внештатной ситуации, аварийной ситуации), например, в случае достижения критической температуры (критически высокой и критически низкой), появления тока утечки, короткого замыкания. Кроме того, возможность управления Блоком управления удаленно позволит проводить удаленное обслуживание Блока управления без вскрытия самого Блока управления или вскрытия его модулей, например, в случае использования Блока управления в помещениях с агрессивной средой, в которые вход персонала нежелателен. При выходе из строя одного или нескольких модулей их сразу заменяют на такие же или эквивалентные, без необходимости пересборки модуля или какой-либо другой части или всего Блока управления (модули уже подготовлены и протестированы заранее и для них уже приготовлено место установки). Повышается функциональная надежность и точность контроля температуры.
Следует отметить, что приведенное выше описание примера выполнения Блок управления с обращением к фигурам чертежей предназначено для пояснения сущности предлагаемой полезной модели и не является единственно возможным. Признаки, характеризующие частные варианты выполнения предлагаемой полезной модели, раскрыты в различных зависимых пунктах формулы и могут быть объединены для достижения того или иного преимущества.