RU106997U1

RU106997U1 - DEVICE FOR CONTROL, PROTECTION AND MONITORING OF ELECTRICAL INSTALLATION

Info

Publication number: RU106997U1
Application number: RU2011101020/07U
Authority: RU
Inventors: Андрей Геннадьевич Каранкевич; Виталий Анатольевич Гальперин
Original assignee: Андрей Геннадьевич Каранкевич; Виталий Анатольевич Гальперин
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2011-07-27

Abstract

1. Устройство контроля, защиты и мониторинга электроустановок, содержащее датчики тока, блок индикации, исполнительный орган, первый микроконтроллер, включающий блок энергонезависимой памяти, хранящий счетчики аварийных отключений, типы аварийных отключений, схему хранения режимных уставок, значений контролируемых токов и параметров технологического процесса, блок задержки и аналого-цифровой преобразователь, при этом входы микроконтроллера соединены с датчиками тока, а выходы - с исполнительным органом; содержащее смонтированный в отдельном корпусе пульт управления, включающий второй микроконтроллер, связанный через интерфейсы с первым микроконтроллером, кнопочную клавиатуру, подключенную к входу второго микроконтроллера, и цифровой дисплей, соединенный с выходом второго микроконтроллера, отличающееся тем, что к первому микроконтроллеру дополнительно подключены n легкосъемных модулей, содержащие n микроконтроллеров, смонтированные в отдельных корпусах, позволяющие производить измерение унифицированных сигналов постоянного тока или напряжения. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что информация между n дополнительными n микроконтроллерами и первым микроконтроллером передается в цифровом виде. ! 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый микроконтроллер на основе сигналов с датчиков тока, переданной информации от дополнительно подключаемых n легкосъемных модулей об измеренных унифицированных сигналов постоянного тока или напряжения, производит необходимые вычисления для сравнения с соответствующими режимными уставками и принимает решение о нормальной или аварийной работе электроу 1. A device for monitoring, protection and monitoring of electrical installations, containing current sensors, an indication unit, an executive body, a first microcontroller including a non-volatile memory unit that stores emergency shutdown counters, types of emergency shutdowns, a storage scheme for operating settings, monitored currents and process parameters, a delay unit and an analog-to-digital converter, while the inputs of the microcontroller are connected to current sensors, and the outputs to the executive body; comprising a control panel mounted in a separate housing, including a second microcontroller connected via interfaces to the first microcontroller, a keypad connected to the input of the second microcontroller, and a digital display connected to the output of the second microcontroller, characterized in that n easily removable modules are additionally connected to the first microcontroller containing n microcontrollers mounted in separate housings, allowing the measurement of unified DC signals Does stress. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the information between n additional n microcontrollers and the first microcontroller is transmitted in digital form. ! 3. The device according to claim 1, characterized in that the first microcontroller based on signals from current sensors, transmitted information from additionally connected n easily removable modules about measured unified DC or voltage signals, makes the necessary calculations for comparison with the corresponding operating settings and makes a decision about normal or emergency operation of electric

Description

Полезная модель относится к области электротехнике, в частности к защитным устройствам, и может быть использована для защиты трехфазного силового оборудования переменного тока путем контроля тока и напряжения электроустановки, ее сопротивления изоляции, параметров технологического процесса.The utility model relates to the field of electrical engineering, in particular to protective devices, and can be used to protect three-phase power equipment of alternating current by monitoring the current and voltage of the electrical installation, its insulation resistance, process parameters.

В настоящее время в технике известны и используются устройства токовой защиты электродвигателей, состоящие, как правило, из комплекта датчиков тока, в питающей сети электроустановки, электронной схемы для обработки сигналов датчиков, обнаруживающей аварийные ситуации исполнительного устройства для отключения электроустановки.Currently, current protection devices for electric motors are known and used in technology, consisting, as a rule, of a set of current sensors in the power supply network of an electrical installation, an electronic circuit for processing sensor signals that detects emergency situations of an actuator for shutting down an electrical installation.

Известно реле токовой защиты, которое может быть использовано для контроля работы и защитного отключения электродвигателей, генераторов, трансформаторов и прочих трехфазных электроустановок переменного тока при перегрузке и недогрузке по току сверх заданной продолжительности, при обрыве любой фазы и перекосе фаз по току более заданной величины. Устройство содержит датчики тока, исполнительный орган, блок памяти, включающий счетчики аварийных отключений и схему хранения режимных уставок, блок оперативной индикации и первый микропроцессор, в состав которого входят блок задержки и компараторы. Входы микропроцессора соединены с датчиками тока и выходом блока памяти, а выходы - с исполнительным органом и входом блока памяти. Кроме этого, устройство содержит смонтированный в отдельном корпусе пульт управления диспетчера, в состав которого входит второй микропроцессор, кнопочная клавиатура, подключенная к входу второго микропроцессора, и цифровой дисплей, соединенный с выходом второго микропроцессора. Микропроцессоры связаны между собой через интерфейс и соединены посредством соединительного шлейфа с зондом для обеспечения контакта с электромагнитными считывающими головками. Длина шлейфа не ограничена. Блок памяти, первый микропроцессор, блок оперативной индикации и электромагнитное приемно-передающее устройство размещены в одном корпусе. На пульте управления диспетчера расположено устройство аварийной сигнализации (звонок или лампа), которое соединено с выходом первого микропроцессора через электронный ключ. (Патент РФ на полезную модель №57523).A current protection relay is known, which can be used to control the operation and protective shutdown of electric motors, generators, transformers and other three-phase AC electrical installations when overloading and underloading current over a specified duration, when any phase breaks and phase imbalance exceeds a predetermined current value. The device contains current sensors, an executive body, a memory unit, including emergency shutdown counters and a mode settings storage circuit, an operational display unit and a first microprocessor, which includes a delay unit and comparators. The microprocessor inputs are connected to current sensors and the output of the memory unit, and the outputs are connected to the executive body and the input of the memory unit. In addition, the device includes a dispatcher control panel mounted in a separate housing, which includes a second microprocessor, a keypad connected to the input of the second microprocessor, and a digital display connected to the output of the second microprocessor. The microprocessors are interconnected via an interface and are connected by means of a connecting loop with a probe to ensure contact with electromagnetic read heads. The length of the loop is not limited. The memory unit, the first microprocessor, the operational display unit and the electromagnetic receiving and transmitting device are located in one housing. An alarm device (bell or lamp) is located on the control panel of the dispatcher, which is connected to the output of the first microprocessor via an electronic key. (RF patent for utility model No. 57523).

Известно устройство контроля и защиты электроустановок, предназначенное для контроля работы и защитного отключения электродвигателей, генераторов, трансформаторов и прочих трехфазных электроустановок переменного тока. Оно содержит датчики тока, исполнительный орган, реле защиты и смонтированный в отдельном корпусе блок индикации с пультом управления. Реле защиты содержит блок памяти и микропроцессор. Входы микропроцессора соединены с датчиками тока, установленными в трех фазах питающей сети электроустановки, и выходом блока памяти. Выходы микропроцессора соединены с входом блока памяти и через электронный ключ с исполнительным органом. Программирование осуществляется с блока индикации. Блок индикации содержит второй микропроцессор, к входу которого подключен кнопочный пульт управления, а к выходу - цифровой дисплей. Первый и второй микропроцессоры связаны между собой через интерфейс и соединены посредством двусторонней оптической связи. (Патент РФ на полезную модель №76179).A device for monitoring and protection of electrical installations, designed to control the operation and protective shutdown of electric motors, generators, transformers and other three-phase electrical installations of alternating current. It contains current sensors, an executive body, a protection relay and a display unit mounted in a separate housing with a control panel. The protection relay contains a memory unit and a microprocessor. The microprocessor inputs are connected to current sensors installed in three phases of the power supply network of the electrical installation, and the output of the memory unit. The microprocessor outputs are connected to the input of the memory unit and through an electronic key with the executive body. Programming is carried out from the display unit. The display unit contains a second microprocessor, to the input of which a button control panel is connected, and a digital display is connected to the output. The first and second microprocessors are interconnected via an interface and are connected via two-way optical communication. (RF patent for utility model No. 76179).

Общим недостатком применяемых в этих устройствах технических решений является во-первых, невозможность подключения к персональному компьютеру или к АСУ. Во-вторых, в нем отсутствует сбор, анализ и сохранение информации о технологическом процессе, в котором работает электроустановка.A common drawback of the technical solutions used in these devices is, firstly, the inability to connect to a personal computer or to an ACS. Secondly, it lacks the collection, analysis and storage of information about the technological process in which the electrical installation works.

Наиболее близким по технической сущности и техническому результату к заявляемому устройству является устройство контроля и защиты электроустановки по патенту РФ на полезную модель №74249. Оно принято за прототип заявляемой полезной модели.The closest in technical essence and technical result to the claimed device is a device for monitoring and protection of electrical installations according to the patent of the Russian Federation for utility model No. 74249. It is taken as a prototype of the claimed utility model.

Устройство контроля и защиты электроустановки по патенту на полезную модель №74249, предназначенное для контроля тока, сопротивления изоляции электрической сети и защиты электродвигателей, генераторов, трансформаторов и других электроустановок при возникновении аварийных режимов. Во всех вариантах исполнения устройство содержит датчики тока, установленные в фазах питающей сети электроустановки, электронный контроллер тока, электромагнитный контактор, включенный в питающую сеть электроустановки, устройство пусковой сигнализации, устройство аварийной сигнализации и схемы управления соответствующей сигнализацией. Основным блоком устройства является микропроцессор. Микропроцессор соединен с датчиками тока, блоком памяти, схемой аварийной сигнализации, схемой управления пусковой сигнализацией, блоком измерения сопротивления изоляции, схемой дискретного входа, электронным блоком времени и через электронный ключ - с электромагнитным контактором. Управление работой электронного контроллера осуществляется с пульта управления диспетчера, выполненного на базе второго микропроцессора (первый и третий варианты). Связь между микропроцессорами осуществляется с помощью элементов беспроводной оптической связи. Возможно управление работой электронного контроллера с помощью персонального компьютера через интерфейс связи (второй вариант). Информация о режиме работы электроустановки, аварийных отключениях отображается на цифровом дисплее пульта управления диспетчера или на экране удаленного персонального компьютера.The control and protection device of the electrical installation according to the patent for utility model No. 74249, designed to control current, insulation resistance of the electrical network and protect electric motors, generators, transformers and other electrical installations in the event of emergency conditions. In all versions, the device contains current sensors installed in the phases of the supply network of the electrical installation, an electronic current controller, an electromagnetic contactor included in the supply network of the electrical installation, a start-up alarm device, an alarm device, and control circuits for the corresponding alarm system. The main unit of the device is a microprocessor. The microprocessor is connected to current sensors, a memory unit, an alarm circuit, a trigger alarm control circuit, an insulation resistance measurement unit, a digital input circuit, an electronic time unit and, via an electronic key, with an electromagnetic contactor. The operation of the electronic controller is controlled from the control panel of the dispatcher, made on the basis of the second microprocessor (first and third options). Communication between microprocessors is carried out using elements of wireless optical communication. It is possible to control the operation of the electronic controller using a personal computer via the communication interface (second option). Information about the operating mode of the electrical installation, emergency shutdowns is displayed on the digital display of the dispatcher's control panel or on the screen of a remote personal computer.

При коротком замыкании, холостом ходе (сухом ходе), превышении тока выше номинального, превышении тока выше максимально допустимого, пропадании одной или двух фаз, перекосе фаз по току, при обрыве любой фазы, низком сопротивлении изоляции происходит отключение электроустановки.In the event of a short circuit, idling (dry running), exceeding the current above the rated current, exceeding the current above the maximum allowable, one or two phases disappear, phase imbalance in current, when any phase breaks, low insulation resistance, the electrical installation is disconnected.

Однако устройство фиксирует только работу, аварийные режимы и текущую информацию о работе электроустановки, а не параметры технологического процесса.However, the device only records the operation, emergency conditions and current information about the operation of the electrical installation, and not the process parameters.

Целью предлагаемого технического решения является повышение надежности защиты электроустановки за счет увеличения количества контролируемых параметров.The aim of the proposed technical solution is to increase the reliability of protection of the electrical installation by increasing the number of controlled parameters.

Технический результат, который обеспечивает решение поставленной задачи, заключается в сборе, хранении и обработке информации о текущей работе электроустановки и контролируемых параметров технологического процесса, отображении контролируемых параметров на экране удаленного компьютера, отображении причины аварийного отключения и в отключении электроустановки при возникновении аварийного режима.The technical result that provides a solution to the problem lies in the collection, storage and processing of information about the current operation of the electrical installation and the monitored process parameters, the display of the monitored parameters on the remote computer screen, the display of the reasons for the emergency shutdown and the shutdown of the electrical installation in the event of an emergency.

Задача решена следующим образом.The problem is solved as follows.

Как и прототип, заявляемое в качестве полезной модели устройство контроля, защиты и мониторинга электроустановки содержит датчики тока для подключения к трехфазной сети переменного тока. Устройство содержит смонтированные в отдельном корпусе первый микроконтроллер, в состав которого входят блок задержек, аналого-цифровой преобразователь, блок алгоритмов защиты, счетчики аварийных отключений, блок энергонезависимой памяти, хранящий типы аварийных отключений, схему режимных уставок и значений контролируемых токов. Как и в прототипе, датчики тока соединены с входами первого микроконтроллера. Общим является также то, что заявляемое устройство контроля, защиты и мониторинга содержит смонтированный в отдельном корпусе пульт управления, включающий второй микропроцессор, связанный через интерфейс с первым микропроцессором, кнопочную клавиатуру, подключенную к входу второго микроконтроллера, и цифровой дисплей, соединенный с выходом второго микроконтроллера.Like the prototype, the device for monitoring, protection and monitoring of an electrical installation, declared as a utility model, contains current sensors for connecting to a three-phase AC network. The device contains a first microcontroller mounted in a separate case, which includes a delay unit, an analog-to-digital converter, a block of protection algorithms, emergency shutdown counters, a non-volatile memory block that stores types of emergency shutdowns, a circuit of operating settings and values of monitored currents. As in the prototype, current sensors are connected to the inputs of the first microcontroller. It is also common that the claimed control, protection and monitoring device comprises a control panel mounted in a separate housing, including a second microprocessor connected via an interface to the first microprocessor, a keypad connected to the input of the second microcontroller, and a digital display connected to the output of the second microcontroller .

В отличие от прототипа к заявляемому в качестве полезной модели устройству контроля, защиты и мониторинга дополнительно могут быть подключены n легкосъемных модулей, содержащие n микроконтроллеров, выполненных в отдельных корпусах, позволяющие производить измерение унифицированных сигналов постоянного тока или напряжения для контроля и мониторинга электродвигателя и технологического процесса, в котором работает электроустановка.In contrast to the prototype, the device for monitoring, protection and monitoring, declared as a utility model, can be additionally connected with n easily removable modules containing n microcontrollers made in separate cases, which allow the measurement of unified DC or voltage signals to control and monitor the electric motor and the technological process in which the electrical installation works.

В промышленности применяется огромное разнообразие первичных преобразователей физико-химических величин (датчиков), каждый из которых имеет свой выходной электрический сигнал. Чтобы избежать разнообразия вторичных измерительных и регулирующих приборов, датчики оснащаются нормирующими преобразователями, которые преобразуют различные сигналы первичных преобразователей (термопар, термопреобразователей, сопротивления, влажности, давления, веса, расхода, плотности и проч.) в унифицированные сигналы постоянного тока или напряжения. Происходит нормирование и стандартизация сигналов связи. Среди стандартных сигналов тока и напряжения самым распространенным является токовый сигнал 4-20 мА. Поэтому, дополнительно подключаемые к первому микроконтроллеру n легкосъемных модулей, позволяют принимать стандартный токовый сигнал 4-20 мА от датчиков.In industry, a huge variety of primary converters of physicochemical quantities (sensors) are used, each of which has its own electrical output signal. To avoid a variety of secondary measuring and regulating devices, the sensors are equipped with standard converters, which convert various signals of primary converters (thermocouples, thermocouples, resistance, humidity, pressure, weight, flow, density, etc.) into unified signals of direct current or voltage. There is a rationing and standardization of communication signals. Among the standard current and voltage signals, the most common is a 4-20 mA current signal. Therefore, n easily removable modules additionally connected to the first microcontroller allow receiving a standard 4-20 mA current signal from sensors.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства.Figure 1 shows the structural diagram of the proposed device.

Предлагаемое устройство контроля, защиты и мониторинга 10 (фиг.1) включает в себя следующие блоки и узлы.The proposed device control, protection and monitoring 10 (figure 1) includes the following blocks and nodes.

На электрическую линию питания электродвигателя 1 установлен комплект датчиков тока 2 - ДТ1, ДТ2, ДТ3, подключенные посредством входных цепей 3 к первому микроконтроллеру 4. Микроконтроллер 4 соединен с исполнительным органом 5. К первому микроконтроллеру 4 соединены блок индикации 6 и интерфейс обмена данными 7. С помощью дополнительно подключаемых легкосъемных модулей 8 возможно измерение унифицированных сигналов постоянного тока или напряжения. Предлагаемое устройство контроля, защиты и мониторинга посредством интерфейса обмена данными 7 может быть подключено, например, к компьютеру или к АСУ.A set of current sensors 2, DT1, DT2, DT3, is connected to the electric power supply line of electric motor 1, and are connected via input circuits 3 to the first microcontroller 4. The microcontroller 4 is connected to the executive body 5. The indication unit 6 and the data exchange interface 7 are connected to the first microcontroller 4. Using the optional plug-in easily removable modules 8, it is possible to measure unified DC or voltage signals. The proposed device control, protection and monitoring through the data exchange interface 7 can be connected, for example, to a computer or to the ACS.

Также к устройству контроля, защиты и мониторинга подключен смонтированный в отдельном корпусе пульт управления 11. Он включает второй микроконтроллер 12, к входу которого подключен кнопочный пульт управления 13, а к выходу - цифровой дисплей 14. Микроконтроллеры 4, 12 соединены между собой через интерфейсы связи 7, 15.A control panel 11 mounted in a separate housing is also connected to a control, protection and monitoring device. It includes a second microcontroller 12, to the input of which a button control panel 13 is connected, and a digital display 14 is connected to the output. Microcontrollers 4, 12 are interconnected via communication interfaces 7, 15.

Предлагаемое устройство контроля, защиты и мониторинга работает следующим образом. Токи, потребляемые электродвигателем 1, измеряются с помощью комплекта датчиков тока 2 - ДТ1, ДТ2, ДТ3 и через входные цепи 3 далее в микроконтроллере 4 переводятся в цифровой код. Затем в цифровом виде блоком алгоритмов защиты в микроконтроллере 4 контролируется нахождение значений токов в допустимых пределах по величине и длительности протекания тока данной величины. Если ток, потребляемый электродвигателем 1, выходит за допустимые пределы, то микроконтроллером 4 формируется команда на отключение электродвигателя через исполнительный орган 5, а блоком индикации 3 отображается наличие аварийной ситуации зажиганием соответствующего светодиода.The proposed device control, protection and monitoring works as follows. The currents consumed by the electric motor 1 are measured using a set of current sensors 2 - DT1, DT2, DT3 and through the input circuit 3 are then transferred to the digital code 4 in the microcontroller 4. Then, in digital form, by the block of protection algorithms in the microcontroller 4, the current values are checked within acceptable limits in terms of the magnitude and duration of the current flow of a given value. If the current consumed by the electric motor 1 is outside the permissible limits, then the microcontroller 4 generates a command to turn off the electric motor through the actuator 5, and the indication unit 3 indicates the presence of an emergency situation by lighting the corresponding LED.

Программирование и перепрограммирование устройство контроля, защиты и мониторинга может осуществляться как от пульта управления так и от персонального компьютера. При программировании от пульта требуемое значение уставки (значения режимных уставок тока, временных задержек включения защиты, времени и количества повторных пусков и др.) с помощью кнопок клавиатуры 12 устанавливается на экране дисплея 13 и передается во второй микроконтроллер 11. Эта информация через интерфейсы связи 7, 14 поступает в микропроцессор 4 и далее в его блок памяти. При программировании устройства от персонального компьютера требуемые значения уставок устанавливаются с помощью специального сервисного программного обеспечения.Programming and reprogramming the control, protection and monitoring device can be carried out both from the control panel and from a personal computer. When programming from the remote control, the required setting value (values of operating current settings, time delays of turning on the protection, time and number of repeated starts, etc.) is set on the display screen 13 using the keys of the keyboard 12 and transmitted to the second microcontroller 11. This information via communication interfaces 7 , 14 enters the microprocessor 4 and then into its memory unit. When programming the device from a personal computer, the required settings are set using special service software.

В режиме реального времени в процессе работы электроустановки через дополнительно подключаемые легкосъемные модули 8 могут контролироваться и сохраняться в памяти микроконтроллера 4, параметры датчиков технологического процесса, в котором работает электроустановка.In real time, during the operation of the electrical installation, through the optionally connected easily removable modules 8, the parameters of the sensors of the technological process in which the electrical installation operates can be monitored and stored in the memory of the microcontroller 4.

На основе сигналов с датчиков тока 2, переданной информации от дополнительно подключаемых устройств 8, в микроконтроллере 4, производятся необходимые вычисления для сравнения с соответствующими режимными уставками из блока памяти, блока задержек, счетчиков микроконтроллера и принимается решение о нормальной или аварийной работе электроустановки. В случае аварийной ситуации микроконтроллер выдает команду на отключение электромагнитного контактора 16 через исполнительный орган 5 и на включение аварийной сигнализации блока индикации 6.Based on the signals from the current sensors 2, the transmitted information from additionally connected devices 8, in the microcontroller 4, the necessary calculations are performed for comparison with the corresponding operating settings from the memory unit, delay unit, microcontroller counters, and a decision is made on the normal or emergency operation of the electrical installation. In the event of an emergency, the microcontroller issues a command to turn off the electromagnetic contactor 16 through the actuator 5 and to turn on the alarm of the display unit 6.

Информация о режиме работы электроустановки и параметрах технологического процесса, уставках и аварийных отключениях запоминается в памяти микроконтроллера 4. Данная информация может отображаться на дисплее пульта управления 10 и на экране удаленного персонального компьютера. Устройство оперативно оповещает о возникших аварийных режимах электроустановки с помощью блока индикации 6 и персонального компьютера.Information about the operating mode of the electrical installation and process parameters, settings and emergency shutdowns is stored in the memory of the microcontroller 4. This information can be displayed on the display of the control panel 10 and on the screen of the remote personal computer. The device promptly alerts you of emergency electrical installation using the display unit 6 and a personal computer.

Таким образом, предлагаемое устройство в отличие от прототипа обеспечивает повышение надежности защиты электроустановки за счет возможности измерения параметров датчиков технологического процесса путем приема от них унифицированных сигналов тока и напряжения, в полном соответствии с реальными режимами работы конкретного электродвигателя. Дополнительно появляется возможность в режиме реального времени анализировать процессы, протекающие в производственной электроустановке пользователем предлагаемого устройства.Thus, the proposed device, in contrast to the prototype, provides increased reliability of the electrical installation protection due to the possibility of measuring the parameters of the process sensors by receiving unified current and voltage signals from them, in full accordance with the actual operating conditions of a particular electric motor. Additionally, it becomes possible to analyze in real time the processes occurring in the industrial electrical installation by the user of the proposed device.

Claims

1. A device for monitoring, protection and monitoring of electrical installations, containing current sensors, an indication unit, an executive body, a first microcontroller including a non-volatile memory unit that stores emergency shutdown counters, types of emergency shutdowns, a storage scheme for operating settings, monitored currents and process parameters, a delay unit and an analog-to-digital converter, while the inputs of the microcontroller are connected to current sensors, and the outputs to the executive body; comprising a control panel mounted in a separate housing, including a second microcontroller connected via interfaces to the first microcontroller, a keypad connected to the input of the second microcontroller, and a digital display connected to the output of the second microcontroller, characterized in that n easily removable modules are additionally connected to the first microcontroller containing n microcontrollers mounted in separate housings, allowing the measurement of unified DC signals Does stress.

2. The device according to claim 1, characterized in that the information between n additional n microcontrollers and the first microcontroller is transmitted in digital form.

3. The device according to claim 1, characterized in that the first microcontroller based on signals from current sensors, transmitted information from additionally connected n easily removable modules about measured unified DC or voltage signals, makes the necessary calculations for comparison with the corresponding mode settings and makes a decision about normal or emergency operation of the electrical installation.