Prijava - Elektronski fakultet Nis

ZAHTEV ZA PRIZNAVANJE TEHNIČKOG REŠENJAAUTONOMNI SISTEM ZA PRAĆENJE RADA REZERVOARA KOJISU BEZ NAPAJANJA ELEKTRIČNOM ENERGIJOM(M85 – PROTOTIP)Niš, april 2010. godine

SadržajOsnovni podaci o tehničkom rešenju ................................................................. 3Prednosti sistema .................................................................................................. 3Opis komponenti sistema ..................................................................................... 5Solarni kontroler punjač .......................................................................................................................... 5Akumulator .............................................................................................................................................. 5Komandno-kontrolni modul CCM 16/10 ................................................................................................ 66-kanalni detektor nivoa u rezervoaru ..................................................................................................... 6Detektor stanja akumulatora (napona) i rada foto-naponskog panela ..................................................... 6Watchdog tajmer - kontroler uključenja CCM-16/10 .............................................................................. 6WiFi Acess Point ..................................................................................................................................... 7Električna šema ormara ...................................................................................... 8Opis funkcionisanja sistema u objektu rezervoara ........................................... 9Slike realizovanog rešenja ................................................................................. 102

Osnovni podaci o tehničkom rešenjuElektronski fakultet NišIstraživačko-razvojni centar „ALFATEC“ NišNaziv: AUTONOMNI SISTEM ZA PRAĆENJE RADAREZERVOARA KOJI SU BEZ NAPAJANJAELEKTRIČNOM ENERGIJOMKratak opis: Autonomni sistem za praćenje rada rezervoara koji su bez napajanja električnom energijomrazvijen je za potrebe JKP „Naissus“ Niš, za potrebe prenosa informacija o radu rezervoara, kako bi seomogućilo optimalno upravljanje radom pumpne stanice (PS) koja je povezana s njim. Ovakve situacije seobično rešavaju polaganjem signalnih kablova, ali nije redak slučaj da u toku eksploatacije dolazi donjihovih čestih kidanja, kao što je bio slučaj na primeru PS i rezervoara „Knez Selo“ u JKP „Naissus“ Niš.Prototip je razvijen u IRC „Alfatec“ Niš.Autori: prof. dr Zoran Stajić, dipl. el. inž, Predrag Pejić, dipl. el. inž, Miodrag Stoilković, Biserka Mijucić,dipl. el. inž, prof. dr Miomir StankovićNaslov i evidencioni broj projektaRukovodilacOrganizacija nosilacOrganizacije učesniciKorisniciTehničko rešenjeAutoriOblast na koju se tehničko i rešenje odnosiOpisPrimenaUnapređenje performansi merno-informacionih sistema(MIS) dodavanjem funkcija nadzora kontrole i upravljanjana daljinu (ev. br. 951-01-00065/2008-1/120)Prof. dr Zoran StajićIstraživačko-razvojni centar „ALFATEC“ NišElektronski fakultet NišElektrotehnički institut Nikola Tesla BeogradJKP “Naissus” NišAUTONOMNI SISTEM ZA PRAĆENJE RADAREZERVOARA KOJI SU BEZ NAPAJANJAELEKTRIČNOM ENERGIJOMProf. dr Zoran Stajić, dipl. el. inž.Predrag Pejić, dipl. el. inž.Miodrag Stoilković, el. teh.Biserka Mijucić, dipl. el. inž.Prof. dr Miomir Stanković, dipl. el. inž.Upravljanje vodovodnim sistemimaAutonomni sistem za praćenje rada rezervoara koji su beznapajanja električnom energijom omogućava prikupljanjepodataka o radu rezervoara i njihovo prosleđivanje uodgovarajući centar iz kojeg se vrši komandovanje radomodgovarajuće PS. Autonomija sistema je omogućenapostavljanjem solarnih panela i odgovarajućihakumulatora, a sva elektronika koja se nalazi unutarsistema projektovana je tako da bude izuzetno energetskiefikasna i da ima malu potrošnju.Sistem za praćenje rada rezervoara koji su bez napajanjaelektričnom energijom može se primenjivati u vodovodnimsistemima i u izvornom obliku služi za praćenje radarezervoara koji su bez napajanja električnom energijom.Delovi ovog sistema mogu se na tržištu naći i kao posebnielementi (komandno-kontrolni moduli, nivometri, itd.).Ovo rešenje, uz određene modifikacije, može efikasno naćiprimenu i u situacijama kada na rezervoarima postojinapajanje električnom energijom.3

NapomenaOdgovomo lice za tehnicko reSenjeOdgovomo J ice za IRC "ALFATEC" NisPrilogPrikazani sitemje u funkciji od 25.05.2009. godine napoligonu PS i rezrervoara "Knez Selo" JKP "Naissus" Nisi u dosadasnjem radu nije bilo otkaza ovog sistema. UprkosreJativno maloj snazi fotonaponskih panela i relativnomalom kapacitetu akumulatora sistem se pokazao izuzetnopouzdanim, cak i u usJovima rada u izuzetno hladnim isneznim zimskim mesecima.Prof. dr Zoran Stajic, dip!. e!. inz.DirektorProf. dr Zoran Stajic, dip!. e!. inz.MisJjenje korisnika projekta - JKP "Naissus" NisKlasifikacija tehnickog resenjaM85 PROTO TIPZa Podnosioce zahteva za priznavanje tehnickog resenja. Odgovomo lice 1 )~\O~ ~G\V;~Prof. dr Zoran Stajic, dip!. e!. inz. '- ~4

Prednosti sistemaVisoka pouzdanost u radu1. Detekcija prisustva fotonaponskog panela2. Detekcija napunjenosti akumulatoraMala ukupna potrošnja sa velikom autonomijom u zimskim uslovimaNiska cenaDetekcija 6 nivoa vode u rezervoaru omogućuje optimizaciju algoritma punjenja rezervoara idetekciju otkaza nekih od sondiDetekcija ulaska u objekat rezervoaraSavremeni (WiFi) komunikacioni kanal prema pumpnoj staniciMogućnost primene i drugih vidova komunikacije sa pumpnom stanicomLaka nadogradnja sistemaOpis komponenti sistemaKako na poziciji rezervoara ne postoji priključak na električnu mrežu, upotrebljen je solarni panelkao izvor električne energije. U okviru razvodnog ormara ugrađene su sledeće komponente:1. Solarni kontroler-punjač, fotonaponski solarni panel2. Akumulator3. Komandno-kontrolni modul CCM-16/104. 6 kanalni detektor nivoa u rezervoaru5. Detektor stanja akumulatora (napona) i rada foto-naponskog panela6. Watchdog tajmer-kontroler uključenja EDIO7. WiFi Acess Point (AP)Solarni kontroler punjačNamena ove komponente je da puni akumulator po U-I karakteristici iz solarnog fotonaponskogpanela, kao da kontroliše napon akumulatora pri pražnjenju, sa zaštitom od dubokog pražnjenja.AkumulatorIma funkciju skladištenja električne energije, nominalnog napona 12V i projektovanog kapaciteta18Ah, koji može da u slučaju kvara solarnog panela, odnosno u najgorim zimskim uslovima bez sunca,snabdeva elektroniku u ormaru električnom energijom u trajanju od 7 dana.5

Komandno-kontrolni modul CCM-16/10Ima funkciju pihvatanja digitalnih signala sa ulaza i upravljanje digitalnim izlazima. Putem ethernetkomunikacionog kanala preko WiFi AP-a komunicira sa industrijskim računarom u pumpnoj stanici iprosleđuje izmereni nivo vode rezervoara, stanje akumulatora i ulaznih vrata na objektu rezervoara.Mapiranje signala na digialnim ulazima dato je sledećom tabelom: DI-2 nivo napona akumulatora, DI-2 =1 ako Vaku>11.3V DI-3 nivo napona akumulatora, DI-3=1 ako Vaku>11.8V DI-4 nivo napona akumulatora, DI-4=1 ako Vaku>12.4V DI-5 prisutnost foto naponskog panela, DI-5=1ako Vfp>8V DI-6 vrata objekta DI-6=1 ako su vrata zatvorena DI-9 nivo vode 1, (minimalni) DI-9=1 ako je nivo postignut DI-10 nivo vode 2, DI-10=1 ako je nivo vode postignut DI-11 nivo vode 3, DI-11=1 ako je nivo vode postignut DI-12 nivo vode 4, DI-12=1 ako je nivo vode postignut DI-13 nivo vode 5, DI-13=1 ako je nivo vode postignut DI-14 nivo vode 6, DI-14=1 ako je novo vode postignutMapiranje signala na izlazima komandno-kontrolnog modulaDO-8=1 auto-isključenje po završenoj komunikaciji sa pumpnom stanicomDO-9=1 uključivanje WiFi APDO-10=1 uključenje detektora nivoa u rezervoaru i detektora stanja akumulatora (napona) irada foto-naponskog panela6-kanalni detektor nivoa u rezervoaruNa osnovu sondi potopljenih u rezervoar detektuje diskretne novoe vode. Postoje 6 sondi za merenjei 1 referentna sonda koja se postavlja na samo dno rezervoara. Na referentnu sondu je doveden jednosmerninapon. Kada je neka od mernih sondi potopljena, kroz vodu protekne struja ~1-5mA, koju detektujeelektronika nivometra i tada se odgovarajući izlaz nivometra aktivira. Aktivno stanje izlaza je definisano kaonapon od 12V. Neaktivno stanje detektora je definisano kao napon 0V. Svi izlazi detektora su opto izolovaniu odnosu na ulaze CCM-16/10.Detektor stanja akumulatora (napona) i rada foto-naponskog panelaUloga ove komponente je da detektuje napon akumulatora u 3 diskretna novoa. Kada je naponakumulatora veći od praga detektovanja, odgovarajući izlaz detektora je aktiviran. Postavljeni pragovi su11.3V, 11.8V, 12.4V. Pored detekcije stanja akumulatora, ima ulogu i da detektuje postojanje fotonaponskogpanela. Ukoliko postoji foto-naponski panel i ukoliko je osvetljen dnevnom svetlošću,odgovarajuću izlaz detektora je aktiviran. Aktivno stanje izlaza je definisano kao napon od 12V. Neaktivnostanje detektora je definisano kao napon 0V.Watchdog tajmer - kontroler uključenja CCM-16/10Kako je potrošnja sistema na poziciji rezervoara kritična zbog nemogućnosti napajanja iz gradskeniskonaponske mreže i ograničenog napajanja iz fotopanela u toku zimskog perioda, bilo je potrebno6

optimizovati rad i potrošnju sistema. Ovu ulogu ima kontroler uključenja CCM-a. Sopstvena potrošnja ovekomponente u sleep režimu je manja od 200uA. Tokom sleep režima tajmer kontrolera odbrojava 15min,nakon čega kontroler prelazi u aktivni režim i svojim rele kontaktom aktivira napajanje komandnokontrolnogmodula CCM-16/10. Kada CCM-16/10 završi predviđeni ciklus izlazom DO-8 signalizirakontroleru da ponovo pređe u sleep režim. Ukoliko CCM-16/10 ne signalizira DO-8 izlazom da je završio saradom, posle 3 min kontroler automatski prelazi u sleep mod.Ovaj kontroler ima i ulogu detektovanja asinhronog događaja otvaranja vrata objekta rezerovara.Ukoliko se vrata otvore, kontroler automatski izlazi iz sleep režima, sa načinom rada opisanim iznad.WiFi Acess PointUloga ove komponente je da ostvari link sa AP-om u pumpnoj stanici. Po ostvarivanju linka CCM-16/10, na upit od industrijskog računara u pumpnoj stanici, prosledi podatke o stanjima na svojim ulazima iizlazima.7

Električna šema ormara8

Opis funkcionisanja sistema u objektu rezervoaraPretpostavimo da je kontroler uključenja CCM-16/10 u sleep režimu. Po isteku 15 min aktiviraće se iuključiti napajanje CCM-16/10 modulu koji će DO-10 izlazom aktivirati rad detektora nivoa tečnosti urezervoaru i detektora stanja akumulatora i fotonaponskog panela. Aktivirani detektori će svojim izlazimapobuditi odgovarajuće ulaze CCM-16/10 modula preslikavajući stanje nivoa tečnosti u rezervoaru i stanjenapunjenosti akumulatora. CCM-16/10 modul po očitavanju stanja na svojim ulazima, aktivira izlazom DO-9 napajanje WiFI AP-a. AP po ostvarivanju linka sa AP u pumpnoj stanici, podatke iz CCM-16/10 prebaci uindustrijski računar u pumpnoj stanici. Po zavrsetku prebacivanja podataka CCM-16/10 će izlazom DO-8signalizirati kontroleru da pređe u sleep mod. Ovim je ciklus završen.Drugi mogući scenario je detekcija otvaranja vrata objekta. Kada se vrata objekta otvore, kontroleruključenja CCM-16/10 modula, automatski izlazi iz sleep režima i počinje prethodno opisani aktivni ciklus.Važno je napomenuti da će CCM-16/10 aktivirati AP samo u slučaju da se stanje njegovih ulazarazlikuje u odnosu na prethodni ciklus. Ovim se štedi na potrošnji sistema i povećava pouzdanost.Principijelna šema sistema:9

Slike realizovanog rešenja10