Модем-коммуникатор для систем учета энергоресурсов
Полезная модель относится к средствам связи для передачи информации с приборов учета энергоресурсов и может быть использована для подключения приборов учета энергоресурсов к сетям передачи данных автоматизированных систем коммерческого учета энергоресурсов на промышленных предприятиях и предприятиях коммунального сектора экономики. Модем-коммуникатор для систем учета энергоресурсов включает микроконтроллер, управляющий всеми функциональными узлами модема-коммуникатора и осуществляющий сбор, обработку и передачу измерительной информации, часы реального времени, сообщающие микроконтроллеру точное астрономическое время, оптопорт для настройки модема-коммуникатора от внешнего компьютера, модуль Ethernet, модуль ZigBee, модуль PLC, модуль GSM с двумя SIM-картами, интерфейс RS-485 и модуль питания, причем модуль PLC имеет трехфазное подключение к силовой сети 0,4 кВ и обеспечивает связь по интерфейсу PLC с приборами учета энергоресурсов, подключенными к разным фазам трехфазной силовой сети. 1 илл.
Полезная модель относится к средствам связи для передачи информации с приборов учета энергоресурсов и может быть использована для подключения приборов учета энергоресурсов к сетям передачи данных автоматизированных систем коммерческого учета энергоресурсов на промышленных предприятиях и предприятиях коммунального сектора экономики.
Известны шлюз-концентратор многопортовый малогабаритный для счетчиков электрической энергии (Пат. RU 120828 (U1), МПК7 H04L 12/66, опубл. 20.09.12, Бюл. 
26) и многопортовый малогабаритный шлюз-концентратор для счетчиков электрической энергии (Пат. RU 115992 (U1), МПК 7 H04L 12/66, опубл. 10.05.12, Бюл. 13), содержащие блок активного оборудования, многоканальный модуль подключения последовательных интерфейсов RS-485, интерфейс проводной сети передачи данных, модем GSM и многоканальный модуль подключения последовательных интерфейсов RS-485 к которым подключаются счетчики электрической энергии или другие приборы учета энергоресурсов принимаемая информация с которых передается как через проводную сеть передачи данных, так и через резервный беспроводной канал GSM в центр обслуживания коммерческих систем учета электроэнергии.
Недостатками известных устройств является отсутствие в его составе интерфейса Ethernet не позволяющее включать его в качестве абонента в состав локальных сетей с протоколом TCP/IP и отсутствие интерфейсов беспроводных каналов связи для связи со счетчиками электрической энергии или другими приборами учета, что существенно ограничивает область его применения в системах сбора данных.
Известен контроллер (Пат. RU 99203 (U1), МПК7 G05B 19/00, опубл. 10.11.10, Бюл. 31), содержащий микроконтроллер, осуществляющий сбор, обработку и передачу измерительной информации, преобразователь сигналов интерфейса RS-485, преобразователь сигналов интерфейса CAN, модуль часов реального времени, сообщающий микроконтроллеру точное астрономическое время, энергонезависимую память, модуль интерфейса GPRS, сменный модуль (PLC, радио, Zigbee) и модуль локального интерфейса.
Ведение в контроллер сменного модуля (PLC, радио, Zigbee) для связи с приборами учета энергоресурсов расширяет область его применения в системах сбора данных с приборов учета энергоресурсов по беспроводным каналам связи, но отсутствие в его составе интерфейса Ethernet не позволяет включать его в качестве абонента в состав локальных сетей с протоколом TCP/IP, что существенно ограничивает область его применения в системах сбора данных.
Наиболее близким по технической сущности прототипом является устройство сбора, обработки и передачи телеметрической информации (Пат. RU 2449346 (C1), МПК G06F 17/00, опубл. 20.03.12, Бюл. 8), содержащее блок питания, микроконтроллер с оперативной и постоянной памятью, часы реального времени со встроенной энергонезависимой памятью и литиевой батареей резервного питания, высокоскоростной универсальный GSM модем, преобразователь сигналов интерфейса RS-485 с блоком гальванической развязки, блоки интерфейсов Ethernet, блок интерфейса USB и сменный модуль интерфейсов PLC, ZigBee, WiFi.
Наличие в известном контроллере интерфейса Ethernet устраняет отмеченные недостатки, но использование в контроллере модема PLC с однофазным подключением (силовые линии питания ~220 В) не позволяет осуществлять сбор данных с приборов учета, подключенных к разным фазам трехфазной силовой сети, поскольку потребуется установить контроллер на каждую из фаз, т.е. три контроллера. Данный недостаток существенно ограничивает использование контроллера в системах сбора данных с приборов учета энергоресурсов, что можно пояснить на следующем примере. Например, для сбора показаний со счетчиков электроэнергии в многоэтажном жилом доме (или его подъезде) потребуется установить три контроллера, т.е. на каждую фазу по контроллеру, поскольку, к дому (подъезду) подходит трехфазная силовая сеть, фазы которой равномерно распределяются между абонентами и к абонентам, где устанавливаются приборы учета энергоресурсов, подводится одна из трех фаз.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое устройство, заключается в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения связи по проводному интерфейсу PLC с приборами учета энергоресурсов, подключенными к любой из фаз трехфазной силовой сети.
Решение поставленной задачи достигается за счет того, что модем-коммуникатор для систем учета энергоресурсов включает микроконтроллер, управляющий всеми функциональными узлами модема-коммуникатора и осуществляющий сбор, обработку и передачу измерительной информации, часы реального времени, сообщающие микроконтроллеру точное астрономическое время, оптопорт для настройки модема-коммуникатора от внешнего компьютера, модуль Ethernet, модуль ZigBee, модуль PLC, модуль GSM, интерфейс RS-485 и модуль питания, отличающийся тем, что используемый модуль PLC имеет трехфазное подключение к силовой сети 0,4 кВ для обеспечения связи по интерфейсу PLC с приборами учета энергоресурсов, подключенными к разным фазам трехфазной силовой сети.
Технический результат, проявляющийся при использовании предлагаемой полезной модели, заключается в расширении функциональных возможностей заявляемого модема-коммуникатора за счет обеспечения связи с приборами учета энергоресурсов, имеющими проводной интерфейс PLC и подключенными к разным фазам трехфазной силовой сети.
На чертеже представлена структурная схема модема-коммуникатора для систем учета энергоресурсов, включающая модуль часов реального времени 1, сообщающий микроконтроллеру точное астрономическое время, микроконтроллер 2, управляющий всеми функциональными узлами модема-коммуникатора и осуществляющий сбор, обработку и передачу измерительной информации, оптопорт 3 для настройки модема-коммуникатора от портативного компьютера, модуль Zigbee 4, модуль Ethernet 5, модуль GSM 6, модуль PLC 7, интерфейс RS-485 7 и модуль питания 9 включающий выпрямитель, источник питания и преобразователи DC/DC.
Модуль Zigbee 4 включающий Zigbee процессор и усилитель мощности, соединенный с внешней антенной Zigbee предназначен для реализации связи микроконтроллера с приборами учета по беспроводному интерфейсу ZigBee. Модуль снабжен индикатором «ZIGBEE», который индицирует состояния сети ZigBee и приема/передачи данных по интерфейсу ZigBee.
Модуль Ethernet 5 предназначен для создания TCP/IP-соединений с удаленными компьютерами ЦСИ в локальной сети предприятия. Индикаторы «LINK» и «SPEED» индицируют обмен данных и скорость передачи по интерфейсу Ethernet.
Модуль GSM 6 предназначен для выполнения всех функций, связанных с работой в сети GSM для установления соединения с GSM модемом удаленного компьютера в центре сбора информации (ЦСИ). Сеть GSM, в которой регистрируется и работает модем-коммуникатор, определяется установленной SIM-картой. В модем-коммуникатор могут быть установлены две SIM-карты разных операторов сотовой связи с возможностью выбора одного из двух возможных операторов. Индикаторы «SIM1», «SIM2» индицируют состояние в сети GSM канала связи, в котором установлены SIM-карты SIM1 и SIM2, соответственно.
Модуль PLC 7 включающий PLC процессор, фильтр, гальваническую развязку и схему согласования с трехфазной силовой сетью предназначен для организации в качестве базовой станции PLC сети и реализации связи микроконтроллера с приборами учета, подключенными к любой из фаз или к трем фазам (например, трехфазный счетчик электроэнергии) трехфазной силовой сети. Модуль снабжен индикатором «PLC», который индицирует состояние PLC сети и приема/передачи данных по интерфейсу PLC. Интерфейс RS-485 8 с гальванической развязкой предназначен либо для обмена данными с ЦСИ, либо для обмена данными с приборами учета энергоресурсов. Индикатор «RS485» индицирует прием (передачу) данных по интерфейсу RS485.
Предлагаемый модем-коммуникатор для систем учета энергоресурсов работает следующим образом (на примере системы учета электроэнергии на отходящей линии электросетевой подстанции). Устанавливают модем-коммуникатор на подстанции, подключают его к отходящей трехфазной силовой сети, к которой подключены абонентские приборы учета энергоресурсов (например, однофазные и трехфазные счетчики электроэнергии в жилых домах). Устанавливают в модем-коммуникатор одну или две SIM-карты. После подачи питающего напряжения микроконтроллер подключает одну из двух SIM-карт к GSM-модулю, инициализирует его и ожидает регистрации в сети GSM. Если регистрация не удалась и разрешена работа в альтернативной сети, включая сеть по проводному каналу Ethernet, то микроконтроллер переключает модуль на альтернативную сеть. В случае удачной регистрации в сети, если конфигурационными параметрами разрешено соединение с ЦСИ по данной сети, микроконтроллер инициирует процесс активизации IP-сессии и открытие TCP/IP-соединения с диспетчерским компьютером в ЦСИ.
В состоянии соединения микроконтроллер производит анализ данных поступивших от ЦСИ (по сети GSM или Ethernet), их преобразование и передачу соответствующим модулям.
Если запрос на передачу данных от ЦСИ предназначен для приборов учета энергоресурсов с модемами PLC, то микроконтроллер направляет запрос в модуль PLC, который передает его в трехфазную силовую сеть, к фазам которой подключены приборы учета энергоресурсов. Переданные ответные сообщения от приборов учета энергоресурсов по любой из фаз принимаются модулем PLC модема-коммуникатора и передаются в микроконтроллер.
Данные, получаемые в ответ на запрос ЦСИ от приборов учета энергоресурсов, микроконтроллер модема-коммуникатора направляет в канал для передачи в ЦСИ.
Все принимаемые данные от приборов учета энергоресурсов снабжаются в микроконтроллере временными метками, по которым в ЦСИ осуществляется учет энергоресурсов за заданный период времени по отходящей линии подстанции.
Предлагаемый модем-коммуникатор для систем учета энергоресурсов позволяет без прокладки дополнительных проводных каналов связи строить системы учета энергоресурсов и может найти широкое применение на промышленных предприятиях и в системах управления городским хозяйством.
Модем-коммуникатор для систем учета энергоресурсов, включающий микроконтроллер, осуществляющий сбор, обработку и передачу измерительной информации и управляющий всеми модулями модема-коммуникатора, часы реального времени, сообщающие микроконтроллеру точное астрономическое время, оптопорт для настройки модема-коммуникатора от внешнего компьютера, модуль Ethernet, модуль ZigBee, модуль PLC, модуль GSM, интерфейс RS-485 и модуль питания, отличающийся тем, что модуль PLC имеет трехфазное подключение к силовой сети и обеспечивает связь по интерфейсу PLC с однофазными и с трехфазными приборами учета энергоресурсов.
