способ контроля состояния и учета времени наработки электроэнергетического оборудования и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ контроля состояния и учета времени наработки электроэнергетического оборудования, включающий в себя учет суммарного времени работы электроэнергетического оборудования на основе регистрации моментов его включения/выключения, даты и времени их включения/отключения и учета числа их включений/отключений, обработку этих данных и их индикацию, в том числе и на дисплее дистанционного пульта управления GSM канала связи, при этом фиксацию моментов включения/выключения электроэнергетического оборудования производят по величинам измеряемых токов, потребляемых электроэнергетическим оборудованием, а рассчитываемое суммарное время работы электроэнергетического оборудования сравнивают с вводимой средней наработкой на отказ, гарантируемой производителем электроэнергетического оборудования, и при достижении суммарным временем работы электроэнергетического оборудования средней наработки на отказ, включают предупредительный сигнал об отработке электроэнергетическим оборудованием своего рабочего ресурса, при этом о нормальном рабочем состоянии электроэнергетического оборудования судят по величинам потребляемых электроэнергетическим оборудованием токов по каждой из его фаз, причем величины потребляемых токов сравнивают с вводимыми паспортными значениями тока потребления электроэнергетического оборудования в том или ином режиме его работы, с отклонениями в рамках допустимых норм, выход за которые фиксируют как отказ электроэнергетического оборудования, и включают аварийную сигнализацию, отличающийся тем, что дополнительно измеряют входные напряжения, в том числе на каждой фазе, и измеряют температуру электроэнергетического оборудования, сравнивают текущие величины измеряемых напряжений и температуры с вводимыми предельно-допустимыми значениями, выход за пределы которых фиксируют как аварийную ситуацию, и включают аварийную сигнализацию.

2. Способ по п.1, в котором передача данных о суммарном времени работы электроэнергетического оборудования и ввод данных о средней наработке на отказ и паспортных значений токов потребления электроэнергетического оборудования производят через радио модем по GSM каналу, а в качестве дистанционного пульта управления используют сотовый телефон, отличающийся тем, что опрос контролируемых параметров электроэнергетической установки производят по запросу с помощью CMC сообщений и в случае аварийной ситуации, при этом одновременно с передачей данных о температуре, величинах входных напряжений, потребляемых токах и времени работы электрооборудования, по GSM каналу одновременно сохраняют эти данные в извлекаемой флеш-памяти.

3. Устройство контроля состояния и учета времени наработки электроэнергетического оборудования, включающее микроконтроллер, блок управления, блок индикации и сигнализации, схему часов реального времени, блок питания, датчики тока со схемами интерфейса, радиомодем с блоком сопряжения, при этом выход блока питания, выход блока управления, выход схемы часов реального времени и датчики тока через схемы интерфейса непосредственно подключены ко входам микроконтроллера, выходы которого подключены ко входу блока индикации и сигнализации, и через блок сопряжения с радиомодемом, причем входы датчиков тока подключены к трем входам устройства, к двум из которых подключены входы блока питания, а три выхода датчиков тока соединены с соответствующими выходами устройства, отличающееся тем, что дополнительно введены три датчика напряжения, датчик температуры и флеш-память, при этом входы трех датчиков напряжения подключены к трем входам устройства, выходы датчиков напряжения и датчика температуры подключены непосредственно ко входам микроконтроллера, а флеш-память подключена к выходу микроконтроллера.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемый способ относится к электроэнергетике, в частности к электроэнергетическому оборудованию. В практике эксплуатации электроэнергетического оборудования для оценки его ресурса применяют различные способы контроля их рабочего состояния и учета времени наработки.

Близким по технической сущности и выполняемой функции к заявляемому способу и устройству для его реализации является электронный способ учета времени наработки электроэнергетического оборудования и регистрации даты и времени их включения или отключения и учета числа их включений или отключений [1]. Данный способ включает в себя получение информации о включенном или выключенном состоянии электроэнергетического оборудования с помощью контроля напряжения на катушке управления контактора электроэнергетического оборудования, при этом, если там присутствует переменное напряжение сети, производят инкремент счетчика наработки с интервалом времени 1 мин, если контролируемое электроэнергетическое оборудование отключено, то на катушке контактора переменное напряжение сети отсутствует, и инкремент счетчика не производят. Индикацию о суммарном времени работы электроэнергетического оборудования в этом способе производят в том числе на выносном пульте управления, используя инфракрасный канал обмена данными. Хотя данный электронный способ характеризуется высокой надежностью и возможностью дистанционного управления, однако использование в этом способе признака работоспособности электроэнергетического оборудования только по наличию напряжения на катушке контактора явно не достаточно. Более того, при трехфазном подключении к сети состояние двух других катушек контактора не рассматривается. И наконец, инфракрасный канал дистанционного управления работает на незначительном расстоянии и его надежной работе могут мешать препятствия.

Наиболее близким по технической сущности и выполняемой функции к заявляемому способу и устройству для его реализации является электронный способ контроля работоспособности электроэнергетического оборудования и учета его рабочего ресурса [2], который включает в себя получение информации о рабочем состоянии электроэнергетического оборудования, ее обработку и выдачу управляющих команд на включение или выключение инкремента счетчика времени наработки, при этом в качестве информации, характеризующей рабочее состояние электроэнергетического оборудования, используют измеряемые токи потребления каждой фазой электроэнергетического оборудования, при этом выдачу управляющих команд на включение инкремента счетчика времени наработки производят только при условии соответствия потребляемых рабочих токов электроэнергетического оборудования паспортным их значениям для каждого конкретного режима его работы с отклонениями в рамках допустимых норм. В противном случае фиксируют отказ электроэнергетического оборудования и включают аварийную сигнализацию. Кроме того, показания инкрементируемого счетчика суммарного времени безотказной наработки сравнивают с его паспортным значением средней наработки на отказ электроэнергетического оборудования и при ее превышении сигнализируют о выработке электроэнергетическим оборудованием своего рабочего ресурса. Данный способ отличается тем, что передачу данных о суммарном времени наработки электроэнергетического оборудования, ввод данных о средней наработке на отказ и паспортных значений тока потребления электроэнергетического оборудования производят через радиомодем по GSM каналу, а в качестве дистанционного пульта управления используют сотовый телефон.

Однако контроль только измеряемых токов не всегда является причиной отказов и аварийных ситуаций в электроэнергетических установках. Участившиеся в последнее время случаи скачков и нестабильности напряжения в сети, перекосы фаз питающих напряжений, аномальная жара зачастую приводят к выходу из строя дорогостоящих электроэнергетических установкок. Важно знать не только наработку на отказ применяемого оборудования, но и контролировать условия, в которых это оборудование эксплуатируется. При этом важно подчеркнуть, что главная опасность состоит даже не в отказе аппаратуры, а в возможности возникновения пожара. Таким образом, требуется непрерывный мониторинг с контролем состояния подводимых напряжений электросети и температуры самой электроэнергетической установки. Требуется своего рода «черный ящик», который бы в случае аварийной ситуации мог дать ответ, из-за чего данная авария произошла. Пока же МЧС в таких случаях отделывается традиционной фразой, объясняя причину пожара неосторожным обращением с огнем.

Для реализации способа более полного контроля состояния и учета времени наработки электроэнергетического оборудования, включающего в себя учет суммарного времени работы электроэнергетического оборудования на основе регистрации моментов его включения/выключения, даты и времени их включения/отключения и учета числа их включений/отключений, обработку этих данных и их индикацию, в том числе и на дисплее дистанционного пульта управления GSM канала связи, при этом фиксацию моментов включения/выключения электроэнергетического оборудования производят по величинам измеряемых токов, потребляемых электроэнергетическим оборудованием, а рассчитываемое суммарное время работы электроэнергетического оборудования сравнивают с вводимой средней наработкой на отказ, гарантируемой производителем электроэнергетического оборудования, и при достижении суммарным временем работы электроэнергетического оборудования средней наработки на отказ включают предупредительный сигнал об отработке электроэнергетическим оборудованием своего рабочего ресурса, при этом о нормальном рабочем состоянии электроэнергетического оборудования судят по величинам потребляемых электроэнергетическим оборудованием токов по каждой из его фаз, причем величины потребляемых токов сравнивают с вводимыми паспортными значениями тока потребления электроэнергетического оборудования в том или ином режиме его работы, с отклонениями в рамках допустимых норм, выход за которые фиксируют как отказ электроэнергетического оборудования, и включают аварийную сигнализацию, отличающегося тем, что дополнительно измеряют входные сетевые напряжения в том числе на каждой фазе и осуществляют измерение температуры электроэнергетического оборудования, сравнивают текущие величины измеряемых напряжений и температуры с вводимыми предельно-допустимыми значениями, выход за пределы которых фиксируют как аварийную ситуацию и включают аварийную сигнализацию. Кроме того, в отличие от известного способа, в котором передача данных о суммарном времени работы электроэнергетического оборудования и ввод данных о средней наработке на отказ и паспортных значений токов потребления электроэнергетического оборудования производят через радиомодем по GSM каналу, а в качестве дистанционного пульта управления используют сотовый телефон, в предлагаемом способе по GSM каналу производят передачу контролируемых параметров как по запросу, так и в случае аварийной ситуации, и одновременно сохраняют эти данные во флеш-памяти.

Таким образом, предлагаемый способ раскрывает новые функциональные возможности контроля состояния и работоспособности

электроэнергетического оборудования, в том числе и учета его ресурса, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения критерию "существенные отличия".

Также поставленная цель достигается тем, что в известное устройство, включающее микроконтроллер, блок управления, блок индикации, схему часов реального времени, блок питания, датчики тока со схемами интерфейса и радиомодем с блоком сопряжения, при этом блок питания, выход блока управления, выход схемы часов реального времени, датчики тока через схемы интерфейса непосредственно подключены ко входам микроконтроллера, выходы которого подключены к во входу блока индикации и через блок сопряжения с радиомодемом, причем входы датчиков тока подключены к трем входам устройства, к двум из которых подключены входы блока питания, а три выхода датчиков тока соединены с соответствующими выходами устройства, для реализации предлагаемого способа в качестве отличительных признаков введены датчики входных напряжений, датчик температуры и флеш-память, при этом входы датчиков напряжения подключены к трем входам устройства, а выходы - со входами микроконтроллера. Выход датчика температуры подключен со входу микроконтроллера, выход которого подключен к флеш-памяти.

Такое устройство позволяет полностью реализовать предложенный способ контроля состояния и учета времени наработки электроэнергетического оборудования.

Введение датчиков напряжения позволяет измерять входные напряжения сети, подаваемые на электроэнергетическое оборудование по каждой из фаз, преобразовывать измеряемое напряжение в цифровые коды и передавать в микроконтроллер для обработки и тем самым использовать реальный критерий оценки условий эксплуатации электроэнергетического оборудования для предотвращения отклонений сетевого напряженгия от нормы.

Введение датчика температуры повышает объективность контроля состояния электроэнергетического оборудования. Применение отдельной флеш-памяти в виде съемной карты, например SD, позволяет протоколировать все контролируемые параметры как по дистанционному запросу, так и в аварийных ситуациях.

Все указанные признаки позволяют реализовать объективный контроль за рабочим состоянием электроэнергетического оборудования, обеспечивая эффективное использование его гарантированного рабочего ресурса.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит (см. фиг.1) микроконтроллер 1 с блоком питания 13, датчики тока 2, 3, 4 и схемы интерфейса 5, 6, 7, блок индикации и сигнализации 8, блок управления 9, часы реального времени 10, радиомодем 11 и блок сопряжения 12. Датчик температуры 14, датчики напряжения 15, 16, 17 и флеш-память 18. Реализация данного устройства выполняется по известным схемам с использованием сигнального микроконтроллера 1 типа dsPIC30F411 фирмы Microchip или подобной. В качестве датчиков тока 2, 3, 4 используются токовые трансформаторы. Каждая схема интерфейса 5,6,7 - это АЦП, выполненные на микросхемах с последовательным интерфейсом AD7893 фирмы Analog Devices. Часы реального времени 10 используют микросхему, например DS1302 с автономным источником питания. Блок индикации и сигнализации 8 содержит семисегментный светодиодный индикатор на несколько знакомест фирмы King Bright и пьезоизлучатель ЗП-18, блок управления 9 выполнен на кнопках типа ПКН 150. В качестве радиомодема 11 можно использовать GSM модем SIM900 фирмы SIMCOM, выполнив блок сопряжения 12 на микросхеме МАХ232 фирмы MAXIM. Датчики напряжения - это фактически делители напряжения, выход которых подключается ко входам встроенного мультиплексора с АЦП, встроенных в сигнальный микроконтроллер. В качества цифрового датчика температуры удобно использовать цифровой датчик DS18S20 фирмы MAXIM. В качестве флеш памяти подойдет любой тип карт: MicroDrive Smart Media, MultiMediaCard, Secure Digital, Memory Stick.

Работа устройства начинается одновременно с включением электроэнергетического оборудования, когда подается напряжение на блок питания 13 устройства. Микроконтроллер 1 начинает работу, происходит выполнение управляющей программы, запуск АЦП схем интерфейса 5, 6, 7, считывание параметров, заданных в энергонезависимой памяти микроконтроллера 1. Затем опрашиваются датчики тока 2, 3, 4, датчики напряжения 16, 17, 18, датчики температуры и сравниваются измеренные значения тока, напряжения и температуры с соответствующими температурной, токовыми и уставками напряжения, введенными или с помощью кнопок блока управления 9, или с помощью дистанционного пульта - сотового телефона в виде CMC сообщений. Если значения измеренных токов всех трех фаз равны нулю, то это означает выключенное состояние электроэнергетического оборудования, если измеряемые токи больше токовых уставок, но не выходят за пределы допустимых норм, кроме того, если в норме питающие напряжения и температура электроэнергетического оборудования, то включается счетчик времени наработки электроэнергетического оборудования, реализованный программно в микроконтроллере. Во всех других случаях сигнализируется отказ в работе электроэнергетического оборудования как визуально, так и звуковым сигналом с помощью блока индикации и сигнализации 8. Кроме того, передается соответствующее CMC сообщение по GSM каналу на номер сотового телефона, который используется в качестве дистанционного пульта управления. При превышении суммарного времени безотказной наработки электроэнергетического оборудования паспортного значения средней наработки на отказ, введенного или с помощью блока управления 9, или с помощью сотового телефона в виде CMC сообщения, сигнализируется выработка ресурса электроэнергетическим оборудованием как визуально, так и звуковым сигналом с помощью блока индикации и сигнализации, а также передачей соответствующего CMC сообщения по GSM каналу на номер сотового телефона, используемого в качестве пульта дистанционного управления. Одновременно происходит запись всех контролируемых параметров в данной ситуации во флеш-память. Данный способ был использован при экспериментальной проверке опытного образца радиотехнической системы, в которой в качестве контролируемого электроэнергетического оборудования рассматривалась группа мощных источников питания. Эксплуатация этих источников питания подтвердила высокую эффективность выявления не только самих отказов, но и причин отказов с помощью предлагаемого способа.

ИСТОЧНИКИ

1. Описание принципа работы счетчиков регистраторов, предназначенных для учета времени наработки электродвигателей и других электроагрегатов, регистрации даты/времени их включения или отключения, учета числа включений или отключений. ЗАО «СИБАВТО», 660021, г.Красноярск, Красная площадь, 5. Телефон:+7 (3912) 23-55-92, на сайте www.sibavtokrk.ru.

2. Бартенев B.Г. Патент «Способ контроля и учета времени наработки электроэнергетического оборудования и устройство для его реализации», № 2338210, опубликован 10.11.2008, Бюл. № 31.