Устройство контроля, защиты и мониторинга электроустановки

Устройство контроля, защиты и мониторинга может найти применение для непрерывного мониторинга - наблюдения за работой электродвигателей, генераторов, трансформаторов и прочих трехфазных электроустановок переменного тока, а также мониторинга параметров технологического процесса. Устройство способно обеспечивать регистрацию режимов и событий, накопление статистических данных о работе электроустановки и технологического процесса. Устройство регистрирует информацию о запусках электроустановки, нормальных и аварийных отключениях с фиксацией даты и времени события и их параметрах, таких как значения контролируемых токов и причины аварии, сопротивление изоляции, значения пускового тока и время выхода на режим контролируемой электроустановки при ее запуске. Устройство ведет учет времени наработки (моторесурса) электроустановки, перерывов и отключений электроснабжения с фиксацией даты, времени и длительности перерыва. Устройство содержит датчики тока, установленные в фазах питающей сети электроустановки, исполнительный орган, блок индикации, первый микроконтроллер, включающий 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. К устройству 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 параметров электроустановки и технологического процесса, в котором работает электроустановка. Основным блоком устройства является первый микроконтроллер. Данный микроконтроллер соединен с датчиками тока, с фазами питающей сети электроустановки, блоком индикации и исполнительным органом. Управление работой устройства осуществляется с пульта управления, выполненного на базе второго микроконтроллера. Связь между микроконтроллерами осуществляется через цифровой интерфейс связи. Возможно управление работой устройства через цифровой интерфейс связи с помощью персонального компьютера или автоматизированной системы управления (АСУ). Информация о режиме работы электроустановки и технологического процесса и порогах защит при текущих их настройках и аварийных отключениях запоминается в энергонезависимой памяти и может одновременно отображаться на дисплее пульта управления и на экране удаленного персонального компьютера. Устройство оперативно оповещает о возникших аварийных режимах электроустановки с помощью блока индикации и персонального компьютера. При возникновении аварийной ситуации в электроустановке или в технологическом процессе устройство производит отключение электроустановки. 1 н.з и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

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.

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.

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).

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).

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.

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.

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.

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.

Однако устройство фиксирует только работу, аварийные режимы и текущую информацию о работе электроустановки, а не параметры технологического процесса.

Целью предлагаемого технического решения является повышение надежности защиты электроустановки за счет увеличения количества контролируемых параметров.

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.

Задача решена следующим образом.

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.

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.

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.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство контроля, защиты и мониторинга 10 (фиг.1) включает в себя следующие блоки и узлы.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 электроустановки.