Контроллер АКБ-мини от «Технотроникс» для удаленного мониторинга систем электропитания

Разработка нового контроллера

К нам часто обращались заказчики, у которых в эксплуатации находились небольшие системы электропитания, состоящие из двух 12-В аккумуляторов. Для них существующая аппаратная часть системы удаленного мониторинга аккумуляторных батарей от «Технотроникс» была избыточна и по функциональным возможностям (одним контроллером АКБ-12/485 и модулем МКА4+ можно контролировать пять аккумуляторов), и по бюджету (необходимо приобретать и контроллер АКБ-12/485, и модуль МКА4+, так как работают они совместно).

Применение АКБ-Мини

Первый успешный проект — это закупка АКБ-Мини (рис. 1) в качестве системы мониторинга шкафов энергетической инфраструктуры компании.

Рис. 1. Контроллер АКБ-Мини

Еще один крупный проект пришел к нам из сферы телекоммуникаций. Мы начали сотрудничество с региональным операторам связи, в инфраструктуре которого около 200 распределенных узлов связи. Объекты все стандартные, на каждом находятся коммутатор и источник бесперебойного питания, к которому подключены внешние аккумуляторы — один-два и более.

Частый отказ систем гарантированного электропитания на объектах специалисты компании связали с тем, что возможно нарушается алгоритм заряда аккумуляторов или условия эксплуатации, особенно температурный режим. Конечно, встал вопрос: как можно отслеживать работу аккумуляторов, когда имеется 200 объектов и они распределены на большой территории? Тут и пригодился наш контроллер АКБ-Мини.

Интерес к АКБ-Мини выразили и компании из сферы альтернативной энергетики. Как известно, там аккумуляторы используются в качестве накопления полученной энергии с последующей отдачей, поэтому системы удаленного мониторинга там тоже востребованы.

Одним из последних проектов стала работа с компанией, которая занимается установкой шкафов систем уличного видеонаблюдения. В таких шкафах, как правило, используется один-два аккумулятора для питания видеокамеры и коммутатора, в случае отключения основного питания на объекте.

Технические особенности контроллера АКБ-Мини

У АКБ-Мини есть несколько функциональных и конструктивных особенностей, которые позволяют его успешно применять в проектах, где необходима система удаленного мониторинга для небольших систем гарантированного электропитания:

• Можно подключить к АКБ-Мини аккумуляторы с разными типами клемм: под болт или с ножевыми.
• Контроллер имеет два выхода управления, к которым можно подключить различное оборудование и настроить определенную логику управления: регулирование климатики, запуск контрольного цикла разряда по команде, отключение неприоритетной нагрузки и пр.
• Контроллер имеет встроенный датчик температуры помещения.
• Датчики температуры аккумулятора встроены в специальную клемму-переходник КПRJ, которая была разработана для удобного подключения контроллера к аккумуляторам.
• Корпус оснащен креплением на DIN-рейку.
• Датчики температуры и напряжения можно подключить к контроллеру как на стандартные разъемы RJ (4Р4С), так и через клеммы под винт.
• Контроллер имеет два физических канала связи: Ethernet и RS-485. Контроллер может отправлять данные через Ethernet, используя протоколы Modbus TCP или SNMP в программное обеспечение заказчика, или через RS-485 по протоколу Modbus RTU в сторонний контроллер управления, а уже потом в программное обеспечение заказчика. Это позволяет использовать его в различных системах управления и мониторинга.
• Встроенный веб-интерфейс (рис. 2) дает возможность отслеживать базовые параметры аккумуляторов и настраивать контроллер АКБ-Мини через браузер без необходимости устанавливать дополнительное программное обеспечение.

Рис. 2. Главная страница веб-интерфейса контроллера АКБ-Мини

Подключение АКБ-Мини к аккумуляторам с различными типами клемм

В зависимости от модели аккумулятора, подключение осуществляется либо через ножевые клеммы, либо с использованием соединения «под болт».

Чтобы клиентам было удобно использовать нашу систему мониторинга с разными типами аккумуляторов, мы создали специальные кабельные сборки, состоящие из:

• переходников клемм под болт — устанавливаются непосредственно под болт в борн аккумулятора и подключают кабельные сборки к аккумулятору;
• перемычек с ножевыми разъемами — необходимы для последовательного соединения аккумуляторов, подключения аккумуляторов к ИБП и дальнейшего удобного подключения датчиков;
• клемм-переходников КПRJ со встроенным датчиком температуры — подключается к переходнику клеммы под болт или в перемычки для непосредственного контроля температуры и напряжения на аккумуляторах;
• кабеля П1 («общий минус» — с предохранителем) — используется для подключения к общему минусу системы, относительно которого измеряется общее напряжение аккумуляторов;
• кабелей И2 — кабель с 4-контактными коннекторами 4Р4С, связывающий контроллер АКБ-Мини с клеммой-переходником КПRJ со встроенным датчиком температуры.

На рис. 3 и 4 представлены основные варианты подключения АКБ-Мини к аккумуляторам.

Рис. 3. Подключение контроллера АКБ-Мини к аккумуляторам с ножевыми клеммами

Рис. 4. Подключение контроллера АКБ-Мини к аккумуляторам под болт

Важность поэлементного контроля аккумуляторов

Для бизнеса и производственных предприятий убытки от аварий в системах гарантированного электропитания могут доходить до нескольких миллионов. Такие потери связаны с тем, что некорректная работа аккумуляторов может привести не только к остановке предприятия, но и к поломкам дорогостоящего оборудования, потере данных, нарушению логистических цепочек и пр.

Кроме этого, важно отслеживать работу аккумуляторов, чтобы:

• вовремя обнаружить неисправности. Мониторинг параметров аккумулятора, таких как температура, напряжение и ток позволяет выявить возможные отклонения в работе аккумуляторов. Это позволяет оперативно устранить проблему и предотвратить аварийное отключение всей системы;
• планировать замену аккумуляторов. Постоянный удаленный мониторинг позволяет оценить текущее состояние аккумуляторов и определить, когда требуется их замена. Это помогает избежать неожиданных отказов и обеспечить непрерывность работы всей системы.

Постоянный мониторинг аккумуляторов является ключевым фактором для обеспечения надежности и безопасности систем электроснабжения, а также для продления срока службы аккумуляторов и оптимизации их использования.

АКБ-Мини как часть системы мониторинга и предиктивной аналитики

Система мониторинга и предиктивной аналитики промышленных аккумуляторов от «Технотроникс» (рис. 5) предназначена для поэлементного контроля параметров аккумуляторов в системах бесперебойного электропитания. Можно в режиме онлайн отслеживать:

• температуру и напряжение каждого аккумулятора;
• ток разряда/заряда в группе аккумуляторов;
• температуру на объекте;
• общее напряжение группы аккумуляторов;
• среднюю температуру и среднее напряжение по группе аккумуляторов;
• отклонения температуры и напряжения каждого аккумулятора от средних значений данных параметров в группе аккумуляторов;
• остаточную емкость каждого аккумулятора;
• уровень заряда аккумулятора;
• прогноз времени работы объекта от аккумуляторов.

Рис. 5. Система мониторинга промышленных аккумуляторов на базе контроллера АКБ-Мини

Система удаленного мониторинга и предиктивной аналитики состоит из аппаратной и программной части. Аппаратная часть может быть представлена контроллером АКБ-Мини.

Программная часть состоит из программного обеспечения «АКБ-Мониторинг» и подсистемы «АКБ-Предиктивная аналитика».

Специализированное ПО «АКБ-Мониторинг» И «АКБ-Предиктивная аналитика»

С помощью программного обеспечения «АКБ-Мониторинг» (далее — ПО) можно в удобном формате просматривать данные о работе аккумуляторных батарей.

На главной странице ПО (рис. 6) есть:

• карта, где можно расположить объекты, на которых установлены аккумуляторы. Используется для быстрого перехода к аварийным объектам;
• поле с сообщениями об авариях;
• список объектов;
• кнопки для перехода в различные режимы отображения информации об аккумуляторах.

Рис. 6. Главная страница ПО «АКБ-Мониторинг»

На карте каждый объект подсвечен определенным цветом: зеленый цвет — объект работает в штатном режиме; красный цвет — на объекте произошла авария.

В ПО реализовано два вида интерфейса для того, чтобы было удобнее просматривать параметры промышленных аккумуляторов.

Интерфейс для работы с большим количеством аккумуляторов в группах

В данном интерфейсе ПО «АКБ-Мониторинг» используется формат виртуальных стеллажей с ярусами и рядами для отображения информации о большом количестве аккумуляторов в группах (рис. 7). Это позволяет быстро определить местоположение каждого аккумулятора относительно рядов и ячеек.

Рис. 7. Интерфейс ПО «АКБ-Мониторинг» для большого количества аккумуляторов

В каждой ячейке можно найти все основные характеристики: напряжение аккумулятора, отклонение от среднего показателя напряжения и средней температуры группы аккумуляторов, температуру самого аккумулятора.

При подключении подсистемы «АКБ-Предиктивная аналитика» будут доступны дополнительные параметры аккумуляторов — уровень заряда и остаточная емкость аккумулятора, время работы объекта от аккумуляторов. Без подключенной подсистемы на месте дополнительных отображаемых параметров будет прочерк.

Интерфейс для работы с небольшими группами аккумуляторов

В это интерфейсе каждый параметр аккумулятора представлен в виде отдельной шкалы (рис. 8 и 9). Разные цвета шкалы — это заданные пользователем пороги значений параметров аккумуляторов. Наведя курсор на шкалу, можно узнать конкретное значение параметра по каждому аккумулятору.

Рис. 8. Отображение напряжения по группе аккумуляторов в режиме «Заряд»

Рис. 9. Отображение напряжения по группе аккумуляторов в режиме «Разряд»

Если горизонтальная полоса на шкале находится в зеленом поле, то параметр аккумулятора находится в оптимальной зоне, при этом цвет горизонтальной полосы зависит от поля, в котором она находится. Желтая полоса сигнализирует о выходе значений параметра за допустимые пределы, но еще не критические, так называемый предупредительный уровень. Красный цвет полосы указывает на критическое значение параметра аккумулятора. Можно настроить до девяти различных уровней значения параметров. В данном случае на рисунке цветом изображено только три уровня: нормальный, предупредительный, аварийный. Пользователь сам может настроить пороги для каждого параметра аккумулятора.

В верхней части окна со шкалами отображаются общие значения для всей группы: общее напряжение, ток, время до разряда и режим «заряд» или «разряд».

Сбоку имеется окно переключения отображаемых параметров аккумуляторов. Включая или выключая тумблер рядом с каждым параметром, можно менять отображение параметров на шкалах. Есть возможность посмотреть данные о напряжении аккумуляторов, их температуре, среднем напряжении и средней температуре, емкости и уровне заряда, а также о времени до их разряда.

Конфигурацию с порогами можно сохранить в отдельный.json-файл и в будущем использовать для вновь вводимых объектов для мониторинга. Если у клиента несколько объектов одного типа и с одинаковыми порогами, можно создать единый шаблон. Затем при настройке следует применить этот шаблон к каждому параметру измерения.

Подсистема «АКБ-Предиктивная аналитика»

Подсистема «АКБ-Предиктивная аналитика», с помощью математической модели с использованием ИИ (искусственного интеллекта), накопленной предыстории и постоянно измеряемых характеристик аккумуляторов, дает пользователю возможность просматривать дополнительные параметры: уровень заряда и остаточная емкость аккумулятора, время работы объекта от аккумуляторов(рис. 10).

Рис. 10. Параметры, которые доступны при работе с подсистемой «АКБ-Предиктивная аналитика»

Без подключенной подсистемы на месте дополнительных отображаемых параметров будет прочерк.

Команда «Технотроникс» разработала эту подсистему в рамках гранта «Развитие-НТИ» (конкурс проводится Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере).

Система мониторинга и предиктивной аналитики — важный инструмент для мониторинга и оптимизации работы аккумуляторов. Она способствует повышению эффективности, продлению срока службы и снижению операционных расходов, а также повышает надежность и безопасность энергетических систем.

Преимущества системы мониторинга и предиктивной аналитики аккумуляторов

Предотвращение простоев производства

Обнаружив проблемы с аккумуляторами заранее, можно обеспечить стабильное функционирование системы гарантированного электропитания, предотвратив простои оборудования на производстве и поломки оборудования в случае некорректного завершения работы на объекте при отключении основного питания.

Сокращение времени на обнаружение и исправление проблем

Система мониторинга дает возможность оперативно обнаружить и исправить проблему в работе системы гарантированного электропитания. В особенности это важно, если на объекте часто пропадает основное питание или аккумуляторы стоят на критически важных инфраструктурных объектах: серверных, узлах связи, базовых станциях и пр. Стабильная работа телекоммуникационного оборудования на подобных объектах связана с финансовыми и репутационными рисками для компании, если вдруг внешние пользователи не получат качественные услуги.

Увеличение срока службы аккумуляторов

Удаленный мониторинг параметров аккумуляторов позволяет выявить потенциальные проблемы на ранней стадии и принять меры для их устранения, что продлевает срок службы батарей.

Дополнительно на основе данных о прошлых циклах и внешних факторах (температура, нагрузка и т. д.) подсистема «АКБ-Предиктивная аналитика» позволяет специалисту отрегулировать параметры заряда и разряда системы, продлить срок службы батарей и повысить их эффективность.

Повышение безопасности

По выставленным порогам в системе можно заметить отклонения, что позволяет на ранней стадии заметить отрицательную динамику состояния аккумуляторов и предотвратить более серьезные проблемы (такие как взрыв аккумулятора при некорректной работе режима «Заряд»).

Прогнозирование времени работы объекта от аккумуляторов

С помощью подсистемы «АКБ-Предиктивная аналитика» можно спрогнозировать время работы объекта от аккумуляторных батарей. Это позволит вовремя подменить аккумуляторы или исправить ситуацию с основным питанием, если это необходимо.

Александр Старцев, технический директор компании «Технотроникс»

Идея разработки контроллера АКБ-Мини появилась после общения с нашим постоянным заказчиком. Компания искала решение по мониторингу аккумуляторов в небольших шкафах объектов энергетики. Мы предложили организовать систему мониторинга на основе нашего контроллера КУБ-Нано/48. Решение было рабочим, но не совсем подходило для заказчика из-за особенностей монтажа и конструкции. Пообщавшись, в итоге договорились сделать монолитное изделие в корпусе, которое будет поддерживать мониторинг двух 12-В аккумуляторов.

Самое основное из функциональных возможностей контроллера — это мониторинг параметров двух 12-В (последовательно соединенных в цепочку 24 В) аккумуляторов: температура, напряжение и ток заряда/разряда. Кроме того, мы добавили два выхода управления (оптореле), которые можно настраивать на определенную логику. Например, можно отключать неприоритетную нагрузку при достижении аккумулятором определенного порога напряжения, заданным пользователем, или управление климатическим оборудованием.

Конструктивно в АКБ-Мини были проработаны различные способы подключения к разным типам аккумуляторов на готовых кабельных сборках. При этом в АКБ-Мини есть дополнительные клеммы под винт для подключения собственными кабельными решениями.