Устройство для сбора информации и передачи ее по электрической сети

Полезная модель относится к области информационных технологий и может быть использована для учета электроэнергии и других ресурсов для бытовых нужд (воды, тепла, газа и т.п.), поставляемых на розничном рынке в системах ЖКХ, коттеджных комплексах, в частных домах, мелкомоторном секторе и т.п. Принципиальное отличие предлагаемого устройства заключается в том, что оно позволяет осуществлять автоматический съем информации от существующих источников - счетчиков электроэнергии, газа, воды, тепла, а также позволяет осуществлять их комбинированное, а также безопасное подключение к микропроцессорному устройству передачи, и осуществлять передачу информации на аналогичное устройство, связанное с точкой учета. В результате достигается минимизация стоимости оборудования при решении задач ЖКХ (вместо одного устройства передачи на один счетчик - несколько счетчиков на одно устройство передачи), повышается безопасность работы устройств, снижаются затраты при пуско-наладочных работах и обслуживании. Устройство реализуется на современной микроэлектронной базе.

Полезная модель относится к области информационных технологий и может быть использована для учета электроэнергии и других ресурсов для бытовых нужд (воды, тепла, газа и т.п.), поставляемых на розничном рынке в системах ЖКХ, коттеджных комплексах, в частных домах, мелкомоторном секторе и т.п.

Главными качествами устройства передачи данных по электросети для данных задач является:

- возможность осуществлять автоматический сбор данных со счетчиков и концентраторов, с подключением N счетчиков и/или концентраторов к одному устройству передачи;

- надежность передачи собранной информации на точку учета;

- простота пуско-наладочных работ и обслуживания, с низкой квалификацией обслуживающего персонала;

- массовость применения;

- минимальная стоимость.

Известно устройство [1, 2, 3], с высокой надежностью передающее информацию (пакеты данных) по бытовой электрической сети в условиях достаточно большой ее разветвленности и протяженности, высокого уровня помех в сети и низкого качества электропитания. Устройство содержит в себе модуль микропроцессорного модема PLC (PLC - от первых букв «Power Line Communication» - «связь по силовым сетям»), аналоговый блок, служащий для разветвления сигналов передачи и приема, линейный блок, разделяющий электрическую сеть и внутренние цепи модема, интерфейс передачи пакетов данных, и способно осуществлять передачу пакета данных через электрическую (силовую) сеть на аналогичное устройство по запросу последнего, в соответствии с программой обработки сигнала, находящейся в блоке энергонезависимой памяти устройства.

Основным недостатком прототипа является его невозможность работы с существующими источниками передаваемой информации - счетчиками электроэнергии, воды, газа и др., а также концентраторами, имеющих в качестве своего выхода интерфейс RS-485, способного осуществить подключение требуемого числа источников N к устройству передачи. Кроме того, для надежной и безопасной работы устройства передачи данных совместно с N источниками, необходимо наличие гальванической развязки сигналов источников от сигналов модема PLC.

Немаловажным фактором упрощения пуско-наладочных работ и облуживания устройства передачи, является возможность доступа к его программному обеспечению, которое хранится в энергонезависимой памяти, на месте его установки, а также наличие дополнительных органов сигнализации (индикации), отсутствующих в прототипе.

Таким образом, технической задачей полезной модели является улучшение потребительских характеристик устройства, таких как возможность работы с существующими источниками информации для задач учета - счетчиками электроэнергии, газа, воды, тепла, а также возможностью их комбинированного подключения к устройству передачи, с целью сокращения затрат (вместо одного устройства передачи на один счетчик - несколько счетчиков на одно устройство передачи), что крайне важно для минимизации стоимости оборудования при решении задач ЖКХ, повышения безопасности работы устройств, снижения затрат при пуско-наладочных работах и обслуживании.

Указанная задача решается тем, что в известное устройство для сбора информации и передачи ее по электрической сети, содержащее цепь питания, блок модема, имеющий аналоговый вход приема, аналоговый выход передачи, цифровой двунаправленный последовательный порт, первый, второй, третий и четвертый выходы индикации, цифровой двунаправленный порт памяти, вход питания, аналоговый блок, имеющий вход передачи, выход приема, линейный вход, вход питания, линейный блок, имеющий линейный выход и сетевой вход, блок индикации, имеющий первый, второй, третий и четвертый входы индикации, вход питания, блок энергонезависимой памяти, имеющий микропроцессорный порт, вход питания, причем аналоговый вход приема блока модема соединен с выходом приема аналогового блока, аналоговый выход передачи блока модема соединен со входом передачи аналогового блока, первый, второй, третий и четвертый выходы индикации блока модема соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами индикации блока индикации, цифровой двунаправленный последовательный порт блока модема подключен к внешнему интерфейсу сбора информации, цифровой двунаправленный порт памяти блока модема соединен с микропроцессорным портом блока энергонезависимой памяти, вход питания блока модема подключен к цепи питания, линейный вход аналогового блока соединен с линейным выходом линейного блока, вход питания аналогового блока подключен к цепи питания, сетевой вход линейного блока подключен к электрической сети, вход питания блока индикации подключен к цепи питания, вход питания блока энергонезависимой памяти подключен к цепи питания, дополнительно введены интерфейс программирования, вход программирования блока модема, пятый выход индикации блока модема, пятый вход индикации блока индикации, а также блок преобразования напряжения, имеющий сетевой вход и выход питания, блок изолированного питания, имеющий вход и выход, блок изоляции данных, имеющий информационный вход, информационный выход, вход питания, изолированный вход питания, блок интерфейса RS-485, имеющий информационный вход, информационный выход, изолированный вход питания, причем сетевой вход блока преобразования напряжения подключен к электрической сети, выход питания блока преобразования напряжения подключен к цепи питания, вход блока изолированного питания подключен к цепи питания, выход блока изолированного питания соединен с изолированным входом питания блока изоляции данных и с изолированным входом питания блока интерфейса RS-485, информационный вход блока изоляции данных соединен с цифровым двунаправленный последовательным портом блока модема, информационный выход блока изоляции данных соединен с информационным входом блока интерфейса RS-485, пятый выход индикации блока модема соединен с пятым входом индикации блока индикации, информационный выход блока интерфейса RS-485 подключен к внешнему интерфейсу сбора информации, вход программирования блока модема соединен с интерфейсом программирования.

На рис.1 показана схема заявляемой полезной модели, где устройство состоит из блока модема 1, аналогового блока 2, линейного блока 3, блока индикации 4, цепи питания 5, блока энергонезависимой памяти 6, блока преобразования напряжения 7, блока изолированного питания 8, блока изоляции данных 9, блока интерфейса RS-485 10, интерфейса программирования 11.

Устройство работает следующим образом.

Устройство, совместно с М аналогичными устройствами, подключенных к электрической сети, также подключается к электрической сети, в результате чего образуется сеть из М+1 устройств сбора и передачи информации, при этом каждому из них присваивается идентификационный номер, а одно из них назначается базовым. Базовое устройство последовательно производит опрос подключенных к сети устройств (далее модемов) путем посылки в электрическую сеть сигналов опроса - высокочастотных модулированных импульсов, представляющих собой закодированную числовую последовательность (пакет данных), содержащих в себе данные об идентификационном номере запрашиваемого модема и типе запрашиваемой информации. Сигнал опроса поступает на вход каждого из модемов одновременно. Причем этот сигнал поступает на сетевой вход линейного блока, осуществляющего гальваническую развязку внутренних аналоговых сигнальных цепей модема от электрической сети, после чего с линейного выхода этого блока поступает на линейный вход аналогового блока, осуществляющего, в свою очередь, формирование сигнала ответа (для данного модема - сигнала передачи) заданной мощности и развязку внутренних цепей передачи от цепей опроса (для данного модема - цепей приема). Далее по цепи приема сигнал опроса поступает на аналоговый вход приема блока модема, после чего производится обработка данного сигнала в соответствии с алгоритмами обработки, заложенными в программное обеспечение блока модема, которое хранится в блоке энергонезависимой памяти. С помощью алгоритмов обработки сигнал опроса демодулируется, в результате чего осуществляется прием закодированного ранее пакета данных, содержащего идентификационный номер запрашиваемого устройства и тип запрашиваемой информации (адрес первичного источника информации). В случае, если этот номер совпадает с номером данного модема, блок модема осуществляет трансляцию (пересылку) принятого пакета данных, в соответствии с типом запрашиваемой информации, на внешнее устройство сбора (первичный источник информации). Этот пакет, содержащий в себе также адрес одного из подключенных к внешнему интерфейсу сбора информации первичных источников информации (счетчиков, концентраторов и т.п.), через цифровой двунаправленный последовательный порт блока модема, в виде дискретной последовательности прямоугольных импульсов напряжения заданной величины, поступает на информационный вход блока изоляции данных, в котором производится гальваническая развязка цепей модема от цепей внешнего интерфейса сбора информации, и с информационного выхода блока изоляции данных, также в виде дискретной последовательности прямоугольных импульсов напряжения заданной величины, поступает на информационный вход блока интерфейса RS-485, где производится преобразование данной последовательности в последовательность импульсов в соответствии со стандартом RS-485; в результате на информационном выходе блока интерфейса RS-485 формируется последовательность прямоугольных импульсов по стандарту RS-485, соответствующая последовательности прямоугольных импульсов напряжения на цифровом двунаправленном последовательном порту блока модема, и представляющая собой транслируемый пакет данных к одному из источников информации, подключенных ко внешнему интерфейсу сбора информации данного модема. После ответа запрашиваемого источника информации, ответный пакет данных, содержащий информацию для задач учета, от него поступает на информационный выход блока интерфейса RS-485, после чего ответный пакет (в виде последовательности прямоугольных импульсов по стандарту RS-485) проходит обратную цепочку преобразований: в блоке интерфейса RS-485 производится его преобразование в сигнал, представляющий собой последовательность прямоугольных импульсов напряжения заданной величины, в блоке изоляции данных производится гальваническая развязка этого сигнала от внутренних цепей модема; в результате ответный пакет данных в виде последовательности прямоугольных импульсов напряжения заданной величины поступает в цифровой двунаправленный последовательный порт блока модема; в соответствии с программным обеспечением модема ответный пакет преобразуется в высокочастотный модулированный импульс, который через аналоговый выход передачи блока модема поступает на вход передачи аналогового блока, где усиливается до заданного уровня мощности, и с линейного входа аналогового блока поступает на линейный выход линейного блока, осуществляющего гальваническую развязку внутренних аналоговых сигнальных цепей модема от электрической сети (сетевого входа линейного блока)); после чего высокочастотный импульс через сетевой вход поступает в электрическую сеть, распространяясь по которой, поступает на вход базового модема, где демодулируется описанным выше способом и преобразуется в пакет данных для учета.

Цепь питания формирует питающие напряжения постоянного для работы блока модема, аналогового блока, блока индикации, блока энергонезависимой памяти, блока изолированного питания, блока изоляции данных, при этом напряжение переменного тока, поступающее из электрической сети, преобразуется в постоянное в блоке преобразования напряжения, работающего по известному принципу и содержащего трансформатор напряжения, выпрямитель и стабилизатор.

Блок изолированного питания предназначен для формирования напряжения питания, гальванически развязанного от цепи питания, для блока изоляции данных и блока интерфейса RS-485. Наличие дополнительной гальванической развязки внутренних и внешних цепей модема со стороны подключения источников информации повышает безопасность работы устройства, а также повышает стойкость работы оборудования при действии электромагнитных помех.

Интерфейс программирования предназначен для проведения операций с программным обеспечением при массовом производстве модема, при пуско-наладочных работах и дальнейшем техническом обслуживании, а также обновлении программного обеспечения. Наличие интерфейса программирования позволяет проводить операции с программным обеспечением непосредственно на месте установки модема, что значительно упрощает и ускоряет процессы пуско-наладки и обслуживания.

Блок индикации позволяет осуществлять визуальный контроль за работой устройства, он содержит 5 элементов индикации (светодиодов). Один из них, например, («ПИТ.») контролирует подачу питания на основные элементы модема (светится при подаче электропитания), другой («СЕТЬ») отображает отработку запросов от базового модема, третий («ПРМ») осуществляет контроль посылки пакета данных от цифрового двунаправленного последовательного порта блока модема к одному из источников информации, подключенных ко внешнему интерфейсу сбора информации, четвертый («ПРД») - контролирует прохождение ответного пакета от источника информации к цифровому двунаправленному последовательному порту блока модема, пятый - резервный и может использоваться, например, на подмножестве модемов {А} из М, при ретрансляции данных от базового модема к модему из подмножества {В}, не пересекающегося с {А}, в случае, если модемы множества {В} не имеют прямой установленной связи с базовым модемом.

Устройство в соответствии с вышеизложенным может быть реализовано на современной микроэлектронной базе:

- В качестве блока модема может быть применена микросхема IT700 или IT800 фирмы Yitran, Израиль, реализующая функции модема PLC и позволяющая автоматически строить сеть из N модемов, в том числе выполнять описанную выше ретрансляцию;

- В качестве усилителя сигнала, входящего в аналоговый блок может быть применены ряд аналогичных микросхем Analog Devices, TI (США) и т.п.

- блок интерфейса RS-485 может быть реализован на известных микросхемах Analog Devices, Maxim (США) и др.

- остальные блоки также могут быть выполнены на известных решениях ряда отечественных и зарубежных фирм.

Использованные источники.

http://www.eltech.spb.ru/vitran.html?id=10.

http://www.eltech.spb ru/vitran.html?id=11.

http://www.eltech.spb.ru/vitran.html?id=14.

Устройство для сбора информации и передачи ее по электрической сети, содержащее цепь питания, блок модема, имеющий аналоговый вход приема, аналоговый выход передачи, цифровой двунаправленный последовательный порт, первый, второй, третий и четвертый выходы индикации, цифровой двунаправленный порт памяти, вход питания, аналоговый блок, имеющий вход передачи, выход приема, линейный вход, вход питания, линейный блок, имеющий линейный выход и сетевой вход, блок индикации, имеющий первый, второй, третий и четвертый входы индикации, вход питания, блок энергонезависимой памяти, имеющий микропроцессорный порт, вход питания, причем аналоговый вход приема блока модема соединен с выходом приема аналогового блока, аналоговый выход передачи блока модема соединен со входом передачи аналогового блока, первый, второй, третий и четвертый выходы индикации блока модема соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами индикации блока индикации, цифровой двунаправленный последовательный порт блока модема подключен к внешнему интерфейсу сбора информации, цифровой двунаправленный порт памяти блока модема соединен с микропроцессорным портом блока энергонезависимой памяти, вход питания блока модема подключен к цепи питания, линейный вход аналогового блока соединен с линейным выходом линейного блока, вход питания аналогового блока подключен к цепи питания, сетевой вход линейного блока подключен к электрической сети, вход питания блока индикации подключен к цепи питания, вход питания блока энергонезависимой памяти подключен к цепи питания, отличающееся тем, что дополнительно содержит интерфейс программирования, вход программирования блока модема, пятый выход индикации блока модема, пятый вход индикации блока индикации, а также блок преобразования напряжения, имеющий сетевой вход и выход питания, блок изолированного питания, имеющий вход и выход, блок изоляции данных, имеющий информационный вход, информационный выход, вход питания, изолированный вход питания, блок интерфейса RS-485, имеющий информационный вход, информационный выход, изолированный вход питания, причем сетевой вход блока преобразования напряжения подключен к электрической сети, выход питания блока преобразования напряжения подключен к цепи питания, вход блока изолированного питания подключен к цепи питания, выход блока изолированного питания соединен с изолированным входом питания блока изоляции данных и с изолированным входом питания блока интерфейса RS-485, информационный вход блока изоляции данных соединен с цифровым двунаправленный последовательным портом блока модема, информационный выход блока изоляции данных соединен с информационным входом блока интерфейса RS-485, пятый выход индикации блока модема соединен с пятым входом индикации блока индикации, информационный выход блока интерфейса RS-485 подключен к внешнему интерфейсу сбора информации, вход программирования блока модема соединен с интерфейсом программирования.