Systém a spôsob spracovania telemetrických údajov, najmä z meradiel spotreby

Číslo patentu: U 7490

Dátum: 01.07.2016

Autori: Ravas Stanislav, Tomlain Ján, Jendroľ Vladimír, Tomlain Juraj

Je ešte 2 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Úžitkový Vzor sa týka systému a spôsobu spracovania telemetrických údajov z rôznych meradiel a meracích podsystémov, a to najmä V aplikáciách s viacerými meradlami a V priemysle. Technické riešenie je použiteľné V prostredí s rôznymi typmi meradiel a s rôznymi protokolmi odlišných výrobcov, pričom výstup zo systému je používateľsky príjemný a ľahko pripojiteľný na rôzne, aj vzdialené zobrazovacie prostriedky.V priemyselných aplikáciách existuje celý rad systémov na zber údajov z meracích zariadení, ktoré merajú rôzne fyzikálne veličiny, napríklad aktuálny prietok, teplom, hmotnosť a podobne. Dodávatelia komplexných technologických celkov ponúkajú systémy, ktoré majú meradlá kompatibilné so systémom hlavnej platformy, zvyčajne pochádzajú priamo od dodávateľa alebo od osoby s ním prepojenej. To vedie k obmedzenému výberu meradiel pri návrhu technologického celku a neskôr tiež k nutnosti použiť meradlo rovnakého dodávateľa pri servisnom zásahu.Technologickí integrátori v priemysle zaručujú kompatibilitu za cenu vyšších nákladov, keďže V skutočnosti sa snažia udržať technickú nekompatibilitu jednotlivých prvkov oproti zariadeniam iných dodávateľov. Takýto postoj okrem toho blokuje použitie modernejších meradiel cudzích výrobcov V existujúcich systémoch.Riešenie podľa úžitkového vzoru SK 6854 používa oblastný koncentrátor a sloty s vyberateľnými konvertorovými jednotkami. Takéto riešenie je vhodné pre bytové domy, kde je počet pripojených meradiel relatívne malý, zvyčajne zodpovedá počtu bytov vo vchode, V priemysle by takéto riešenie narazilo na kapacitné problémy.Pre meradlá spotreby plynu a elektrickej energie existuje európsky štandard EN 13757-2 nazývaný ako M-Bus (Meter-Bus) s bezdrôtovou verziou Wireless M-Bus podľa EN 13757-4. Existencia a používanie rôznych štandardov (l-Wire, A-Bus, C-Bus, Modbus, ZigBee) a rozhraní (RS 485, RS 232, Multibus, LAN, USB,LonWorks) prispieva k vzájomnej nekompatibilite systémov rôznych dodávateľov. V priemysle sa navyše často používajú meradlá, ktoré generujú impulzný výstup pre sumámy údaj a zároveň analógový výstup pre aktuálny údaj meranej veličiny.Nie je známe a je pritom žiadané také riešenie, ktoré sa bude dať jednoducho použiť aj v systéme s vysokým počtom meradiel, bude použiteľné pre rôzne druhy meradiel, a to aj pre meradlá nefakturačné, a bude ho možné aplikovať aj na už existujúce sústavy bez nutnosti Výmeny meradiel.Uvedené nedostatky V podstatnej miere odstraňuje systém spracovania telemetrických údajov, najmä z meradiel spotreby, kde systém zahrňuje aspoň dve meradlá, meradlá majú impulzný a/alebo analógový informačný výstup o meranej veličine, a kde informačné výstupy meradiel sú prepojené so vzdialenou telemetrickou jednotkou s blokom spracovania a uchovávania údajov podľa tohto technického riešenia, ktorého podstata spočíva V tom, že systém má aspoň jeden jednoúčelový prevodník s digitálnym výstupom, ktorý je prepojený so vzdialenou telemetrickou jednotkou, jednoúčelový prevodník je pritom umiestnený v blízkosti meradla. Vzdialená telemetrická jednotka má sieťové výstupné rozhranie, výhodne ethernetové rozhranie. Je výhodné, ak jednoúčelový prevodník má sériový poloduplexný výstup alebo ethernetový výstup.Pojem v blízkosti meradla označuje takú fyzickú Vzdialenosť, na ktorú je meradlo schopné zasielať informačný signál po príslušnom výstupnom vedení. Zvyčajne bude jednoúčelový prevodník umiestnený V tesnej blízkosti, malý box s jednoúčelovým prevodníkom môže byť pripevnený pri svorkovnici meradla.Z jednoúčelového prevodníka sa údaje zasielajú do vzdialenej telemetrickej jednotky sériovou linkou,dĺžka vedenia medzi vzdialenou telemetrickou jednotkou a jednoúčelovým prevodníkom môže byť až 1200 m.V prípade dostatočnej intenzity výstupného signálu bez šumu z meradla alebo v prípade, že meradlo je umiestnené blízko vzdialenej telemetrickej jednotky (napr. v rovnakej skrini rozvádzača), môže byť jednoúčelový prevodník umiestnený aj V blízkosti vzdialenej telemetrickej jednotky. Pojem vzdialená telemetrická jednotka je v tomto opise použitý v súlade s bežnou terminológiou v tejto oblasti (remote telecontrol unit),tento pojem však nevyj adruje, že táto jednotka je nevyhnutne vzdialená od ostatných prvkov systému na určitú konkrétnu vzdialenosť. Prídavné meno vzdialená vyjadruje najmä fyzickú samostatnosť, oddelenosť vzdialenej telemetrickej jednotky.Poloduplexná sériová linka je obzvlášť výhodná, dvojvodičové vedenie síce neumožňuje súčasne obojstranný prenos dát, ale V prípade zasielania telemetrických údajov s typicky jednosmerným prenosom sa tátonevýhoda neprejaví. Jednoduchosť sériovej linky pri priemyselnom nasadení spočíva aj V tom, že postačujú dva vodiče, prípadne dva vodiče plus uzemňovací vodič. Je výhodné, ak sériová linka je typu RS 485. Ethernetový výstup z jednoúčelového prevodnika sa využije najmä v prípade, že v prostredí je rozvedená LAN sieť až do blízkostí jednoúčelových prevodníkov a inštalácia nových rozvodov RS 485 by bola komplikovaná.Medzi jednoúčelovým prevodníkom a vzdialenou telemetrickou jednotkou môže komunikácia prebiehať na rôznej platforme. Výhodné sa ukázalo usporiadanie, kedy vzdialená telemetrická jednotka je master, vysiela požiadavky na zaslanie dát, jednoúčelové prevodníky sú slave, odpovedá na požiadavky z master zariadenia. Výhodne je, ak sa pritom použije otvorený protokol, napríklad Modbus, Modbus RTU, Modbus TCP.Jednoúčelový prevodník má vlastnú adresu a rozlíšenie jednotlivých vstupných portov, aby bolo možné správne identifikovať dáta vo vzdialenej telemetrickej jednotke, kam prichádzajú údaje z viacerých meradiel. Identifikačné údaje sa priraďujú ku každému balíku dát, ktoré jednoúčelový prevodník zasiela do vzdialenej telemetrickej jednotky.Jednoúčelový prevodník plní úlohu transformácie vstupných údajov do jednotného formátu vzdialenej telemetrickej jednotky. Bude výhodné, ak jednoúčelový prevodník má viacero vstupov, môže mať napriklad tri vstupy rovnakého druhu. Ukázalo sa tiež vhodné, ak sú jednoúčelové prevodníky prispôsobené na prijímanie len jedného typu údajov, napríklad len impulzného výstupu meradla alebo len analógového výstupu s prúdovou slučkou. Takéto usporiadanie vedie k hardvérovo aj softvérovo veľmi jednoduchým jednoúčelovým prevodníkom, ktoré síce majú malú technologickú univerzálnosť, ale sú malé a lacné. Nízka technologická univerzálnosť je vyvážená tým, že pri zapáj aní prvkov do systému môžeme použiť vysoký počet jednoúčelových prevodníkov a náklady na celý systém budú pritom veľmi nízke.Jednoúčelový prevodník umožňuje, aby rôzne meradlá, aj staršie meradlá, mohli byť súčasťou systému s podstatne vyššou úrovňou spracovania telemetrických údajov. Pri existujúcej zostave rôznych meradiel nie je potrebné meniť tieto meradlá za nové s výstupom napríklad Modbus, postačuje využiť zapojenie podľa tohto technického riešenia.Z hľadiska dosiahnutia jednoduchej montáže je výhodné, ak vzdialená telemetrická jednotka má telo V tvare viacnásobného modulu ističa s pripevňovacím prvkom na DIN lištu, napriklad podľa ČSN EN 60715. To znamená, že telo vzdialenej telemetrickej jednotky môže mať šírku v násobku 17,5 mm, čo zodpovedá šírke jedného jednopólového ističa. Vďaka tomu sa môže vzdialená telemetrická jednotka jednoducho pripevniť do rozvádzačových skríň ktoréhokoľvek výrobcu. Aby sa oddelila napájacia časť systému od informačných obvodov, môže systém zahrňovať oddelený zdroj napájania, napríklad napájania 12 V. Oddelený zdroj napájania môže mať tiež vonkajšie telo v tvare modulu s pripevňovacím prvkom na DIN lištu. So zdrojom napájania je vedením prepojená vzdialená telemetrická jednotka a tiež jednotlivé jednoúčelové prevodníky.Jednoúčelový prevodník môže mať jednoduchú konštrukciu aj z dôvodu, že blok pomerov medzi impulzmi a nameranou hodnotou, resp. medzi veľkosťou výstupného analógového signálu a nameranou hodnotou,je súčasťou vzdialenej telemetrickej jednotky. To znamená, že samotný jednoúčelový prevodmk nemusí interpretovať hodnotu signálu vo vzťahu k meranej veličine, len tento signál pretransformuje na komunikačnú úroveň vzdialenej telemetrickej jednotky. Až tam sa pomocou bloku pomerov interpretuje signál. Príslušná konštanta meradla je do tohto bloku uložená pri inštalácii systému, prípadne neskôr pri výmene meradla.Sieťové výstupné rozhranie vzdialenej telemetrickej jednotky bude vo výhodnom usporiadaní pripojené k internetovej sieti a vzdialená telemetrická jednotka bude mať vlastnú IP adresu. To umožní diaľkovo komunikovať so vzdialenou telemetrickou jednotkou z akéhokoľvek miesta, ktoré ma pripojenie na internet. Používateľ po zadaní IP adresy a hesla si môže prezerať údaje o aktuálnej spotrebe, hodnotiť historické údaje a podobne. Spracované údaje má používateľ k dispozícií v grafickej aj tabuľkovej hodnote.Komfort používateľa sa zvýši, ak vzdialená telemetrická jednotka má slot na vyberateľnú pamäťovú kartu, napríklad formátu SD alebo microSD. Na vyberateľnú pamäťovú kartu sa môžu uchovávať všetky údaje alebo len vybrané údaje.Inštalácia systému sa podstatne zjednoduší, ak vzdialená telemetrická jednotka má konfiguračný blok prístupný cez sieťové výstupné rozhranie a tento konfiguračný blok je prepojený alebo zahrňuje blok pomerov. Potom sa jednoducho dá nastaviť prevodový pomer medzi počtom impulzov a jednotkou meranej veličiny. Takýto konfiguračný blok umožní tiež vytvoriť používateľsky príjemné prostredie, kde si používateľ zvolí mená jednotlivých meracích kanálov, ako napríklad voda na polievanie, voda na 3. poschodie a podľa údajov z konkrétneho meradla tiež nastaví, že napríklad 1000 impulzov príslušného meradla zodpovedá 1 m 3 vody.Výhody sieťovo prístupného systému sa ešte zvýšia, ak vzdialená telemetrická jednotka má aktualizačný blok, ktorým sa môže meniť softvér obsluhujúci činnosti vzdialenej telemetrickej jednotky. Vďaka tomu sa môže systém neskôr adaptovať na nové podmienky.Nedostatky opísané v doterajšom stave techniky rieši aj nový spôsob spracovania telemetrických údajov,najmä z meradiel spotreby, kde meradlá generujú impulzný a/alebo analógový signál o meranej veličine atento signál je určený na spracovanie vo vzdialenej telemetrickej jednotke podľa tohto technického riešenia,ktorého podstata spočíva v tom, že impulzný a/alebo analógový signál o meranej veličine sa bezprostredne spracuje v jednoúčelovom prevodníku, k údaju o meranej veličine sa v jednoúčelovom prevodníku priradí identifikácia jednoúčelového prevodníka a jeho vstupného portu, cez ktorý signál prišiel a údaje sa priebežne zasielajú do vzdialenej telemetrickej jednotky.Je výhodné, ak postup zasielania dát je nastavený tak, že vzdialená telemetrická jednotka pravidelne do jednoúčelového prevodníka vysiela požiadavky na zaslanie dát a jednoúčelový prevodník na toto vyžiadanie odpovedá zaslaním dát spracovaných zo vstupných portov.Vzdialená telemetrická jednotka má vstavaný viacročný archív odpočtov spotreby, poskytuje archívne a aktuálne odpočty v grafickej a tabuľkovej forme, dokáže komunikovať s nadriadenými systémami cez protokol IEC-60870-5-101 a IEC-60870-5-104.Predložené riešenie sa vyznačuje vysokou flexibilitou nasadenia aj v už existujúcich systémoch, pričom je schopné zjednotiť impulzné a analógové výstupy z desiatok rôznych meradiel.Prehľad obrázkov na výkresochTechnické riešenie je bližšie vysvetlené pomocou obrázkov l až 5. Pomer veľkosti jednotlivých prvkov,pomer vzdialeností, ako aj príklady meradiel majú len ilustračný charakter a nie je ich možné považovať za zužujúce rozsahy ochrany.Na obrázku l je znázornená bloková schéma zapojenia štyroch jednoúčelových prevodníkov, ku ktorým smerujú výstupy z troch meradiel.Obrázok 2 zobrazuje schému zapojenia s oddeleným zdrojom napájania a s dvojvodičovou zbernicou RS 485.Na obrázku 3 je vyobrazené telo vzdialenej telemetrickej jednotky pri prednom pohľade.Na obrázku 4 je vyobrazená zadná časť tela vzdialenej telemetrickej jednotky s pripevňovacím prvkom na lištu.Na obrázku 5 je príklad zapojenia s jedným jednoúčelovým prevodníkom, ktorý je umiestnený v elektromernej skrini spolu so vzdialenou telemetrickou jednotkou a so zdrojom napájania povedľa, elektromer v jednomodulovom vyhotovení je na pravej strane lišty. Vedenie 240 V nie je pre prehľadnosť vyobrazené.V tomto príklade podľa obrázka 1 je systém nasadený na linke spracovania priemyselného odpadu. Jedno meradlo Q meria hmotnosť materiálu na dopravmkovom páse, pričom vysiela analógový signál o nameranej hodnote jednej dávky materiálu. Druhé meradlo i je prietokomer oplachovacej vody, generuje analógový signál pre aktuálny prietok úžitkovej vody a impulzný signál pre sumárnu spotrebu. V tomto príklade jeden impulz zodpovedá 0,0 l m 3 vody.Tretie meradlo â je prietokomer odtekajúcej vody z oplachu, generuje analógový signál pre aktuálny prietok úžitkovej vody a impulzný signál pre sumárnu spotrebu. Keďže ide o prietokomer odlišného výrobcu ako pri druhom meradle à, tretie meradlo ä vydáva jeden impulz pri pretečení 0,25 m 3 vody.Výstup z prvého meradla ě (váha) je pripojený k prevodníku Q s analógovým vstupom. Prevodník Q je umiestnený v malom plastovom boxe, ktorý je pripevnený na teleso meradla. Do rovnakého prevodníka Q s analógovým vstupom je pripojený aj analógový výstup z tretieho meradla â, ktoré je na linke umiestnené V blízkosti prvého meradla Q. Druhé meradlo â je prietokomer, ktorý je pripojený k vlastným prevodníkom Q, Q s analógovým a impulzným vstupom.Vzdialená telemetrická jednotka l spracováva digitálne údaje z prevodmkov 2, údaje uchováva V pamäti a spracováva ich do tabuľkovej aj grafickej podoby, ktoré sú prístupné cez ethernetové rozhranie j.Vzdialená telemetrická jednotka l má aj slot na vyberateľnú pamäťovú kartu formátu microSD. Na karte sa uchovávajú hrubé dáta, ako aj spracované výstupy.V tomto príklade podľa obrázku 2 až 4 je systém (nazvaný ako DAVE) použitý v komplexe viacerých budov. Budovy majú odlišný charakter a rozdielny časový priebeh spotreby elektrickej energie a vody. Celý komplex je pripojený na elektrickú prípojku s jedným fakturačným elektromerom a to tak, že používateľ platí dodávateľovi elektrickej energie paušál a prípadne pokutu za prekročenie dohodnutých 15-minútových maxím spotreby. Na dosiahnutie nízkej fakturovanej sumy je pre používateľa dôležité, aby poznal a podľa toho aj riadil aktuálnu spotrebu jednotlivých budov a odberných miest v rámci celého komplexu.Systém zahrňuje vlastné, nefakturačné elektromery s impulzným výstupom, ktoré sú pripojené na jednotlivé vetvy rozvodov. Vlastný elektromer majú aj jednotlivé spotrebiče s vysokým príkonom, ako je ohrev bazéna a vykurovanie sauny. Impulzné výsmpy z elektromerov sú pripojené do vstupných portov impulzných jednoúčelových prevodníkov Ä. Všetky impulzné jednoúčelové prevodníky Ä sú prepojené cez dvojvodičovú poloduplexnú linku i do vzdialenej telemetrickej jednotky l. Tá má telo 6 s tvarom viacnásobného modulu ističa a je umiestnená na DIN lište v rozvádzači. S ohľadom na vzdialenosti medzi meradlami 3 má systém viacero oddelených zdrojov 1 napájania, jeden je umiestnený v blízkosti vzdialenej telemetrickej jednotky l, ostatné sú v blízkosti jednoúčelových prevodníkov g.Používateľ si v konfiguračnej jednotke vzdialenej telemetrickej jednotky l nastavil zobrazovanie stavu,kedy sa blíži prekročenie dohodnutého maXima spotreby. Reakcia na tento stav spočíva v odpojení veľkých spotrebičov, ako je vykurovanie bazénu alebo sauny. Zároveň používateľ má k dispozícií prehľad o spotrebách jednotlivých vetiev a môže ich rozpočítať medzi nájomcov v budovách.Cez internetové pripojenie si môže používateľ kontrolovat spotrebu v objektoch odkiaľkoľvek. Po zadaní IP adresy sa používateľovi otvorí stránka systému, v tomto príklade s názvom DAVE, a pomocou hesla môže používateľ sledovať aktuálnu spotrebu, menit konfiguráciu alebo vyhľadávať archívne dáta.Priamo v elektromernej skrini je na spoločnej lište s elektromerom umiestnená zostava podľa obrázka 5. Zdroj Z napájania dodáva 12 V napätie pre vzdialenú telemetrickú jednotku a pre jednoúčelový prevodník g. K jednoúčelovému prevodníku g je pripojený výstup z meradla 3, teda z elektromera. Dvojvodičovým vede ním je výstup z jednoúčelového prevodníka z prepojený k RS 485 na strane vzdialenej telemetrickej jednotky 1.Priemyselná využiteľnosť je zrejmá. Podľa tohto technického riešenia je možné priemyselne a opakovane zostavovať a používať systém spracovania telemetrických údajov, ktoré pochádzajú z meradiel rôznych platforiem.l. Systém spracovania telemetrických údajov, najmä z meradiel spotreby, kde systém zahrňuje aspoň dve meradlá (3), meradlá (3) majú impulzný a/alebo analógový informačný výstup o meranej veličine, a kde informačné výstupy meradiel (3) sú prepojené so vzdialenou telemetrickou jednotkou (l) s blokom spracovania a uchovávania údajov, V y z n a č u j ú c i s a t ý m , že n 1 á aspoň jeden jednoúčelový prevodník (2),ku ktorému je pripojený informačný výstup meradla, jednoúčelový prevodnñ( (2) má digitálny výstup, ktorý je prepojený so vzdialenou telemetrickou jednotkou (l), vzdialená telemetrická jednotka (l) má sieťové výstupné rozhranie.2. Systém spracovania telemetrických údajov, najmä z meradiel spotreby, podľa nároku l, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že jednoúčelový prevodník (2) má sériový poloduplexný výstup.3. Systém spracovania telemetrických údajov, najmä z meradiel spotreby, podľa nároku l, v y z n a č u j ú c i S a t ý m , že jednoúčelový prevodmk (2) má ethernetový výstup.4. Systém spracovania telemetrických údajov, najmä z meradiel spotreby, podľa ktoréhokoľvek z nárokov l až 3, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že sieťové výstupné rozhranie vzdialenej telemetrickej jednotky(l) je ethernetové rozhranie (5).5. Systém spracovania telemetrických údajov, najmä z meradiel spotreby, podľa ktoréhokoľvek z nárokov 2 až 4, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že poloduplexná linka (4) medzi jednoúčelovým prevodníkom(2) a vzdialenou telemetrickou jednotkou (l) je RS 485.6. Systém spracovania telemetrických údajov, najmä z meradiel spotreby, podľa ktoréhokoľvek z nárokov l až 5, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že vzdialená telemetrická jednotka (1) je master a jednoúčelový prevodník je sláve.7. Systém spracovania telemetrických údajov, najmä z meradiel spotreby, podľa ktoréhokoľvek z nárokov l až 6, v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že jednoúčelový prevodník (Z) má vlastný identifikátor.8. Systém spracovania telemetrických údajov, najmä z meradiel spotreby, podľa ktoréhokoľvek z nárokov l až 7, v y z n a č uj ú c i s a t ý m , žejednoučelový prevodník (2) má aspoň dva vstupné porty.9. Systém spracovania telemetrických údajov, najmä z meradiel spotreby, podľa ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 8, v y z n a č uj ú ci s a tý m , že vzdialená telemetrická jednotka (1) má telo (6) v tvare viacnásobného modulu ističa s pripevňovacím prvkom na lištu.

MPK / Značky

MPK: G06F 19/00

Značky: najmä, telemetrických, spôsob, spotřeby, spracovania, meradiel, systém, údajov

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/10-u7490-system-a-sposob-spracovania-telemetrickych-udajov-najma-z-meradiel-spotreby.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Systém a spôsob spracovania telemetrických údajov, najmä z meradiel spotreby</a>

Podobne patenty