Система поквартирного обеспечения энергоресурсами жилых домов и контроля их использования

Полезная модель относится к системам отопления для жилых и других зданий, в частности состоящим из автономных подогревателей, и предназначена для обеспечения квартир жилых домов теплом и горячей водой. Система поквартирного обеспечения энергоресурсами жилых домов и контроля их использования содержит в каждой квартире из М квартир каждого из N домов индивидуальный газовый котел, снабженный блоком самоконтроля, клапан-отсекатель и датчик загазованности, вводы источников энергоресурсов в виде холодной воды и электроэнергии подключены к вводам индивидуального газового котла, соответственно через счетчик холодной воды и счетчик электроэнергии, а ввод источника энергоресурса в виде газа подключен к соответствующему вводу индивидуального газового котла через клапан-отсекатель и счетчик газа, вход управления клапана-отсекателя соединен с выходом квартирного контроллера, сооветствующие входы которого соединены с телеметрическими выходами счетчиков, дополнительный вход-выход - с входом-выходом блока самоконтроля индивидуального газового котла, а дополнительный вход - с выходом датчика загазованности. Вход-выход каждого из М квартирных контроллеров соединен с входом-выходом соответствующего домового контроллера, вход-выход каждого из N домовых контроллеров через сеть передачи данных соединен со входами-выходами центра сбора и обработки информации, входы-выходы которого через сеть передачи данных соединены со входами-выходами Р диспетчерских жилищно-коммунального хозяйства микрорайона и входами-выходами районных дежурных частей оперативных служб, при этом входы-выходы центра сбора и обработки информации соединены со входами-выходами серверов баз данных поставщиков энергоресурсов и единого информационно-расчетного центра. Система обеспечивает повышение эффективности

использования энергоресурсов и повышение надежности и точности контроля их использования.

Полезная модель относится к области энергоснабжения, а именно к системам отопления для жилых и других зданий, в частности состоящим из автономных подогревателей, и предназначена для обеспечения квартир жилых домов теплом и горячей водой с контролем используемых энергоресурсов.

Известна система контроля использования энергоресурсов в жилых домах с централизованной системой отопления, содержащая в каждой квартире из М квартир каждого из N домов счетчик газа, счетчик холодной воды теплосчетчик горячей воды, теплосчетчик отопления и счетчик электроэнергии, к входам которых подключены вводы источников энергоресурсов в виде газа, холодной воды, горячей воды, отопления и электроэнергии, соответственно, телеметрические выходы счетчика газа, счетчика холодной воды и счетчика электроэнергии, теплосчетчика горячей воды и теплосчетчика отопления соединены с соответствующими входами квартирного контроллера, вход-выход каждого из М квартирных контроллеров соединен с входом-выходом соответствующего домового контроллера, вход-выход каждого из N домовых контроллеров через сеть передачи данных соединен со входами-выходами центра сбора и обработки информации, со входами-выходами Р диспетчерских жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) микрорайона и входами-выходами районных дежурных частей оперативных служб (пожарной охраны, милиции, скорой помощи, аварийной службы поставщика газа и др.). - Патент РФ №2141626, МПК G 01 F 1/00, А 62 С 2/00, G 08 B 17/00, 1999 г.

Данная система является ближайшим аналогом.

Недостатками данной системы является следующее.

1. Самым серьезным недостатком является повышенная пожаро- и

взрывоопасность, обусловленная использованием газа в квартире для кухонных плит. Обитатели квартиры, включая пенсионеров, инвалидов, детей, должны соблюдать правила безопасной эксплуатации кухонных плит и обладать определенной культуры эксплуатации. Статистика аварий в России в основном связана с неадекватным поведением людей (пренебрежение элементарными нормами в состоянии опьянения, случаи суицида и др.).

В результате утечки бытовой газ образует с воздухом взрывоопасную смесь. Известно много случаев, когда в результате небрежности жителей происходили взрывы в домах с газовыми кухонными плитами.

Поэтому, несмотря на высокую экономическую эффективность газовых плит и удобство их использования, проблема безопасности использования бытового газа, несомненно, актуальна.

2. Данная система предназначена для работы в жилых домах с централизованным теплоснабжением и должна производить квартирный учет количества теплоты, затраченной на отопление и горячее водоснабжение.

Состояние с системами централизованного теплоснабжения в России является примером затяжного системного кризиса ЖКХ, который возник в конце 80-х годов.

В первую очередь проблема этого кризиса состоит в том, что технология коммунальных систем отопления безнадежно устарела и не отвечает условиям XXI века. Эти системы бесконечно ремонтируют, но добиться их надежности практически невозможно. Недостатками систем централизованного теплоснабжения являются: большой перерасход тепла в них (суммарный КПД не превышает 50%, а во многих случаях и еще ниже), ресурсный износ магистральных и разводящих тепловых сетей (достигает 60-80%), которые не обеспечены надежными теплоизоляционным, антикоррозийным и гидроизоляционным покрытиями, высокие эксплуатационные затраты.

При этом следует отметить, что корректный учет теплоты, затраченной на отопление каждой из квартир, практически невозможен из-за существующей одностояковой структуры разводки отопления, поскольку необходимо

ставить теплосчетчик на каждый радиатор отопления в квартире. Для корректного учета теплоты горячего водоснабжения необходимо использовать два расходомера и два датчика температуры из-за потерь тепла на квартирном стояке и полотенцесушителе в ванной комнате. Стоимость теплосчетчиков подобной конфигурации очень высока (несколько тысяч долларов США на одну квартиру). Подобный уровень затрат является нереальным. В этом смысле система в конфигурации, предложенной в данном патенте, является по существу неработоспособной.

Кроме того, расходомеры отопления и горячего водоснабжения работают при температуре воды более +95°С и +65°С, соответственно. При работе в горячей воде надежность расходомеров, как минимум, в два раза ниже, чем в канале с холодной водой.

Переход на индивидуальные источники квартирного отопления позволяет избежать указанных недостатков.

Идея создания системы поквартирного обеспечения энергоресурсами жилых домов, предназначенной для обеспечения квартир жилых домов теплом и горячей водой, с использованием индивидуального газового котла, была высказана в газете «Строительный эксперт», 1999 г., №21 (64). Однако, декларируя преимущества и перспективы такой системы по сравнению с системами централизованного теплоснабжения, автор не привел конкретных данных по ее реализации, которая требует инженерной проработки, как самой системы, так и условий ее безопасности.

Поэтому задачей заявленной полезной модели является создание реальной системы поквартирного обеспечения энергоресурсами жилых домов контроля их использования, позволяющей устранить недостатки, свойственные системам централизованного теплоснабжения, связанные с потерями тепла, а именно:

- расход тепла внутри котельных;

- потери теплоты и теплоносителя в магистральных, междомовых и домовых сетях;

- потери, связанные с несоответствием режимов теплопроизводства и теплопотребления в каждой квартире.

Технический результат заявленной полезной модели состоит в повышении эффективности использования энергоресурсов, повышении надежности и точности контроля их использования.

Последнее заключается в том, что предложенная система поквартирного обеспечения энергоресурсами жилых домов и контроля их использования (далее Система) обеспечивает возможность:

- повышения уровня пожаро- и взрывобезопасности;

- мониторинга инженерного оборудования квартиры, возникающих аварийных ситуаций и предоставления диспетчеру инструмента телеуправления, в том числе возможность удаленного отключения подачи газа в случае неисправности индивидуального газового котла и несанкционированной утечки газа из потухших конфорок газовой плиты;

- удаленного сбора объективной информации с квартирных счетчиков без участия в этом процессе жильцов и линейных контролеров ресурсопоставляющих организаций;

- контроль деятельности поставщиков коммунальных услуг, в том числе контроль обоснованности затрат и тарифов коммунальных предприятий и контроль качества поставляемых услуг.

Кроме того, благодаря территориальному разнесению серверов баз данных поставщиков энергоресурсов и сервера центра сбора и обработки информации обеспечивается достоверность и конфиденциальность передаваемой и хранящейся информации коммерческого учета поквартирного потребления энергоресурсов.

При этом кардинально упрощается квартирная система учета энергоресурсов и в 5-6 раз снижается ее стоимость, поскольку теперь учитывается только расходуемый газ и холодная вода.

Заявленный технический результат достигается тем, что система поквартирного обеспечения энергоресурсами жилых домов и контроля их

использования, содержащая в каждой квартире из М квартир каждого из N домов счетчики соответствующих энергоресурсов, вводы соответствующих источников энергоресурсов, телеметрические выходы счетчиков соединены с соответствующими входами квартирного контроллера, вход-выход каждого из М квартирных контроллеров соединен с входом-выходом соответствующего домового контроллера, вход-выход каждого из N домовых контроллеров через сеть передачи данных соединен с входами-выходами центра сбора и обработки информации, входы-выходы которого через сеть передачи данных соединены с входами-выходами Р диспетчерских жилищно-коммунального хозяйства микрорайона и входами-выходами районных дежурных частей оперативных служб, дополнительно содержит в каждой квартире дома индивидуальный газовый котел, снабженный блоком самоконтроля, клапан-отсекатель и датчик загазованности, вводы источников энергоресурсов в виде холодной воды и электроэнергии подключены к вводам индивидуального газового котла, соответственно через счетчик холодной воды и счетчик электроэнергии, а ввод источника энергоресурса в виде газа подключен к соответствующему вводу индивидуального газового котла через клапан-отсекатель и счетчик газа, вход управления клапана-отсекателя соединен с выходом квартирного контроллера, дополнительный вход-выход которого соединен с входом-выходом блока самоконтроля индивидуального газового котла, а дополнительный вход - с выходом датчика загазованности, при этом входы-выходы центра сбора и обработки информации соединены с входами-выходами серверов баз данных поставщиков энергоресурсов и единого информационно-расчетного центра.

На чертеже представлена структурная электрическая схема системы поквартирного обеспечения энергоресурсами жилых домов и контроля их использования.

Система содержит клапан-отсекатель 1, счетчик 2 газа, счетчик 3 холодной воды, счетчик 4 электроэнергии, индивидуальный газовый котел 5, датчик 6 загазованности, квартирный контроллер 7, образующие все вместе

комплект 8 квартирного оборудования (комплекты 8-2 - 8-М квартирного оборудования - для остальных квартир жилого дома), домовые контроллеры 9, каждый из которых вместе с М комплектами 8 квартирного оборудования образуют N комплектов 10 домового оборудования, сеть 11 передачи данных, центр 12 сбора и обработки информации, диспетчерские 13 (количество диспетчерских в системе равно Р), серверы 14-18 баз данных поставщиков энергоресурсов (холодной воды, газа и электроэнергии) и единого информационно-расчетного центра (ЕИРЦ) соответственно, диспетчерские пульты районных дежурных частей оперативных служб: аварийной службы Горгаза, районной пожарной части и др. (на чертеже не показаны), блок самоконтроля 19, которым снабжен индивидуальный газовый котел 5.

Клапан-отсекатель 1 включен на вводе газа в квартиру и его вход управления соединен с выходом квартирного контроллера 7, входы которого соединены с телеметрическими выходами счетчика 2 газа, счетчика 3 холодной воды, счетчика 4 электроэнергии, выходами блока самоконтроля индивидуального газового котла 5 и датчиком 6 загазованности, вход-выход каждого из М квартирных контроллеров 7 соединен с входом-выходом соответствующего домового контроллера 9, вход-выход каждого из N домовых контроллеров 9 через сеть 11 передачи данных соединен с центром 12 сбора и обработки информации, который через сеть 11 передачи данных соединен с входами-выходами Р диспетчерских 13 и серверов 14-18 баз данных поставщиков энергоресурсов и единого информационно-расчетного центра. Последний имеет возможность передачи информации на экраны соответствующих мониторов диспетчерских пультов дежурных частей оперативных служб.

Система предназначена для выполнения следующих функций:

- сбор информации о текущих значениях показателей счетчиков, датчика загазованности, состояния оборудования индивидуального газового котла и клапана-отсекателя, входящих в состав комплекта квартирного оборудования Системы;

- передачу значений технических характеристик, технологических параметров и состояния инженерных систем от домовых контроллеров к серверу центра сбора и обработки информации;

- дистанционное управление клапаном-отсекателем комплекта квартирного оборудования;

- автоматизированное управление клапаном-отсекателем комплекта квартирного оборудования;

- накопление и хранение показаний счетчиков учета расхода энергоресурсов;

- обеспечение защиты передаваемой информации от возможности перехвата или искажения ее третьими лицами;

- обслуживание запросов клиентов Системы, обращенных к базе данных, хранящейся на сервере центра сбора и обработки информации;

- обеспечение защиты информационных ресурсов Системы от возможности несанкционированного доступа.

Клиентами Системы, наряду с диспетчерской 13 (уровня ГРЭП), являются диспетчерские службы:

- городских поставщиков ресурсов (горводоканал, горэнерго, гортепло, горгаз и т.д.),

- прочих вышестоящих городских структур (ДЕЗов, районных управ, префектур, Правительства города и т.д.) (на чертеже не показаны),

- структур, обеспечивающих безопасность жителей и правопорядок (районная пожарная часть, райотдел и горотдел УВД, управление ГОиМЧС и т.д.) и др. (на чертеже не показаны).

Клапан-отсекатель 1 (отсечной клапан) представляет собой электромагнитное устройство с электромагнитной катушкой (соленоидом), который с помощью электрического тока управляет перемещением задвижки, открывающей подачу газа в квартиру. В зависимости от выбираемого алгоритма работы системы газовой безопасности могут использоваться различные типы клапана-отсекателя 1: нормально закрытые, т.е. закрытые при отсутствии

сигнала управления или нормально открытые, т.е. открытые при отсутствии сигнала управления. В случае использования нормально закрытого клапана при выключении электрического тока с помощью квартирного контроллера 7 или при отключении электроэнергии в квартире задвижка клапана-отсекателя 1 с помощью пружины перекрывает подачу газа в квартиру. В качестве клапана-отсекателя 1 можно использовать устройства, аналогичные клапанам серии 15Кч843р1, КУМ-10Г и другие.

В качестве счетчика 2 загазованности может использоваться счетчик газа диафрагменный бытовой типа NP-G4, NP-G2.5, NP-G1.6 с телеметрическим выходом для автоматизированных систем учета.

В качестве счетчика 3 холодной воды может использоваться крыльчатый счетчик воды с импульсным выходом, например, типа СХИ «Алексеевский».

В качестве счетчика 4 электроэнергии может использоваться счетчик электрической энергии индукционный однофазный типа СО-505 с внешним телеметрическим устройством или счетчик электрической энергии электронный однофазный СОЭ-5/50-2-120 с импульсным выходом.

В качестве индивидуального газового котла 5 может использоваться настенный газовый котел марки Beretta фирмы Йабер С.п.А, например модели CIAO 24 CAI. Двухконтурный котел серии SUPER EXCLUSIVE для отопления и горячего водоснабжения с закрытой камерой сгорания представляет собой "мини-котельную" размером с газовую колонку. Благодаря небольшим габаритам и хорошему соотношению цена/качество, котлы CIAO широко используются в многоэтажных домах с поквартирным теплоснабжением и обладают следующими функциональными характеристиками:

- Плавная регулировка мощности (модуляционная горелка).

- Автоматический электророзжиг и ионизационный контроль пламени.

- Полная заводская готовность к эксплуатации.

- Приоритет горячего водоснабжения.

- Встроенный стабилизатор напряжения.

- Возможность подключения блока дистанционного управления и датчика

уличной температуры.

- Встроенная функция защиты от замерзания, блокировки насоса и трехходового клапана.

- Дисплей с информацией о параметрах работы котла и система самодиагностики.

- Возможность работы на сжиженном нефтяном газе.

Современный индивидуальный газовый котел 5 оборудован автоматикой безопасности, которая обеспечивает абсолютную безопасность работы с помощью встроенных систем безопасности, срабатывающих при:

- падении давления газа;

- перегреве воды;

- погасании пламени горелки;

- отсутствии тяги:

- отключении электроэнергии;

- нарушении циркуляции воды.

Кроме того, современный индивидуальный газовый котел 5 снабжен блоком 19 самоконтроля, который представляет собой систему встроенной самодиагностики. Вход-выход блока 19 самоконтроля по протоколу RS-232/485 выдает информацию о состоянии всех систем безопасности. Эта информация передается с помощью домового оборудования 10 в диспетчерскую 13.

Датчик 6 загазованности (он же датчик газа) реагирует на пропан и природный газ. При наличии в помещении газа, концентрация которого превышает допустимый уровень, датчик 6 срабатывает - переходит в режим тревоги. При снижении концентрации газа в воздухе ниже установленного стандартом уровня, датчик 6 автоматически возвращается в рабочий режим. Кроме формирования на выходе управляющего сигнала для квартирного контроллера 7, датчик 6 может сам или через квартирный контроллер 7 включать дополнительные средства сигнализации, например, сирену. В качестве датчика 6 загазованности можно использовать сигнализатор загазованности СМ-1 или аналогичный ему прибор.

Квартирный контроллер 7 выполняется на основе промышленных контроллеров, служит для сопряжения выходов счетчиков 2, 3 и 4, датчика 6 загазованности и исполнительного устройства - клапана-отсекателя 1 с домовым контроллером 9 Системы и устанавливается в квартире, исходя из соображений безопасности. В случае размещения квартирного контроллера 7 на лестничной клетке, он должен быть размещен в специальном ящике или нише для защиты от актов вандализма. Возможны варианты использования общего квартирного контроллера 7 на несколько квартир.

Квартирный контроллер 7 обеспечивает:

- циклический опрос подключенного оборудования и запоминание состояния каждого из них;

- сопряжение со счетчиками учета расхода энергоресурсов;

- определение состояния входных шлейфов (нормальное состояние, короткое замыкание, обрыв шлейфа) и регистрацию попыток отключения любых шлейфов от его входов;

- регистрацию попыток несанкционированного вскрытия по нескольким направлениям:

- крышки ниши или коробки, где он установлен;

- корпуса квартирного контроллера 7;

- пожарную сигнализацию (при необходимости) и сигнализацию о загазованности по нескольким направлениям:

- внутри квартиры, где установлен датчик 6 загазованности;

- в помещении, где установлен домовой контроллер 9 (при необходимости);

- хранение информации о состоянии оборудования и почасовых значениях расхода энергоресурсов по каждому каналу в течение требуемого интервала времени, например, 10 суток (в случае аварии домового или вышестоящего оборудования);

- передачу управляющих команд на исполнительное устройство -клапан-отсекатель 1;

- передачу и прием данных по домовой сети по запросу домового

контроллера 9.

При необходимости квартирный контроллер 7 может выполнять функции охранно-пожарного концентратора, к входам которого могу быть подключены датчики пожарной сигнализации, датчики протечки воды, датчики охранной сигнализации и т.д.

В качестве квартирного контроллера 7 может быть использован прибор, аналогичный блоку тарифицированных счетчиков импульсов БТС компании МНПП Сатурн.

Связь внутри дома между квартирными контроллерами 7 и домовым контроллером 9 осуществляется с помощью домовой локальной сети (на чертеже показана стрелками). Домовая локальная сеть представляет собой канал передачи данных, который может быть выполнен в виде медной телефонной или витой пары, на коаксиальном кабеле или на внутридомовой силовой сети 220 В / 50 Гц.

Обмен информацией на уровне домовой сети между домовым контроллером 9 и квартирным контроллером 7 осуществляется по одному из протоколов, которые объединяются общим названием «промышленные сети» (FieldBus, или «полевая» шина). Типичными представителями открытых промышленных сетей являются протоколы Profibus (Process Field Bus) интерфейс RS-485.

Протоколы этого уровня решают задачи по управлению, сбору и обработке данных на уровне промышленных контроллеров, используемых в контроллерах 7 и 9.

Информация передается в виде пакета сообщений, который включает заголовок, пакет данных и их контрольную сумму. Пример побайтно раскрытого пакета сообщений приведен ниже.

Первый байт заголовка определяет код команды (номер функции), которая задает режим передачи пакета данных.

Второй и третий байт определяют адрес квартиры, в которой размещен квартирный контроллер 7 и тип устройства квартирного оборудования.

Четвертый байт определяет тип данных, полученных от оборудования квартиры (счетчиков 2, 3, 4, датчика 6, индивидуального газового котла 5 и исполнительного устройства 1).

Пятый байт определяет число байтов данных.

После заголовка следует пакет данных, который допускает длину 256 байт.

Пакет данных замыкают один или два байта, которые определяют контрольную сумму данных, для обнаружения и исправления ошибок.

Обмен данными между домовым контроллером 9 и контроллерами 7 может осуществляться в двух режимах:

- "быстрый опрос", который включает циклический опрос данных, снимаемых с датчиков обеспечения безопасности квартиры: датчиков газа, данных о состоянии оборудования котла 5, датчиков пожарной сигнализации, датчиков протечки воды, охранной сигнализации, а также данных превысивших допустимые пределы измерения;

- "медленный опрос", который включает циклический опрос данных, снимаемых со счетчиков.

Домовой контроллер 9 представляет собой одноплатный компьютер, например, РСМ-3864/3860 фирмы Advantech, и обеспечивает:

- сбор информации от квартирных контроллеров 7;

- вычисление по измерительным каналам учета интервальных приращений расхода воды (час, сутки, месяц) с привязкой их к системному времени;

- группирования (в задаваемых сочетаниях) измеренной (вычисленной) и собранной информации о протекшем объеме и расходе горячей и холодной воды по отдельным каналам учета в группы учета;

- обработку, накопление, хранение информации по потребленному объему и расходу воды;

- ввод и хранение параметров настройки приборов комплекта 8 и служебной информации;

- передачу (по запросам) заданной информации в удаленные центры 12 сбора и обработки информации по сети 11 передачи данных;

- возможность автоматической удаленной перезагрузки;

- возможность удаленной загрузки математического обеспечения.

Домовой контроллер 9 предназначен для управления домовым оборудованием 10 и его связи с сервером базы данных центра 12 через модем или другие средства связи (на чертеже не показан и входит в состав домового контроллера 9).

В зависимости от количества квартир в доме и, соответственно, комплектов квартирного оборудования домовой контроллер 9 может быть использован на один дом или обслуживать несколько домов. Домовой контроллер 9 размещается в защищенном от несанкционированного доступа техническом помещении здания, например, в электрощитовой.

Реализация сети 11 передачи данных (транспортной сети), используемой в Системе, определяется типом телекоммуникационной структуры, которая уже существует или создается одновременно с созданием Системы. Поэтому сеть 11 может быть выполнена в виде выделенной или наложенной медной пары телефонной сети, радиотрансляционной сети, коаксиального фрагмента широкополосной сети доступа, волоконно-оптической линии связи, радиоудлинителя и т.д.

Сеть 11 передачи данных обеспечивает:

- дублирование каналов связи;

- защиту передаваемой информации от перехвата и искажений;

- защиту от возможности несанкционированного подключения;

- достаточный резерв требуемой пропускной способности для Системы.

Информационные потоки, передаваемые по линиям связи сети 11, могут быть закрыты средствами криптографии.

Центр 12 сбора и обработки информации содержит сервер, на котором хранится база данных, и предназначен для сбора, регистрации и обработки информации, поступившей со стороны домового оборудования 10, может

быть реализован на IBM-совместимом компьютере соответствующей производительности и обеспечивает выполнение следующих функций:

- сбор информации, поступающей от домового оборудования 10;

- накопление и хранение полученной информации;

- анализ поступивших данных;

- обслуживание запросов, приходящих со стороны диспетчерских 13 и других клиентов Системы;

- оповещение оперативных служб организаций клиентов Системы при возникновении аварийных ситуаций;

- аутентификацию приборов, входящих в состав домового оборудования 10

- и взаимодействующего с ним;

- регистрацию поступившей информации в базе данных;

- непрерывную архивизацию базы данных;

- обеспечение целостности и сохранности базы данных и архива Системы;

- восстановление базы данных из архива, в случае сбоев или аварий сервера базы данных;

- ведение журнала регистрации действий клиентов и изменений, происходящих в базе данных;

- отработку запросов, пришедших со стороны диспетчерских 13 и оповещение соответствующих оперативных служб при обнаружении аварийной ситуации на сервере базы данных.

В качестве операционной системы сервера базы данных центра 12 используется многозадачная многопользовательская операционная система с вытесняющей многозадачностью, например, построенная на ядре AT&T UNIX System V или Windows Server Standard 2003, которая обеспечивает выполнение следующих функций:

- предоставляет эффективный и надежный доступ к аппаратным ресурсам сервера;

- обладает возможностью подключения подсистемы безопасности с

возможностью ведения журналов соединений, действий администраторов, аутентификации пользователей и т.д.;

- обеспечивает раздельный многопотоковый характер выполнения приложений;

- имеет развитый инструментарий для разработки и отладки приложений, повышения их эффективности;

- обладает необходимым набором драйверов, поддерживающим аппаратную платформу сервера базы данных;

- обеспечивает масштабируемость Системы без необходимости перестройки всего программного комплекса;

- поддерживает средства удаленного администрирования;

- поддерживает файлы необходимого размера;

- работает с требуемыми объемами оперативной памяти;

- обеспечивает эффективную поддержку кластеризации;

- обладает высокой производительностью на задачах OLTP (On-Line Transaction Processes);

- поддерживает семейство сетевых протоколов TCP/IP.

Система управления базами данных сервера выполняет следующие функции:

- поддерживает реляционную объектную модели данных и обладает высокой производительностью;

- обеспечивает безопасность и целостность данных, которые хранятся в базе;

- восстанавливает и дублирует данные, которые хранятся в базе;

- интегрируется с операционной системой и аппаратурной платформой сервера базы данных, обеспечивая тем самым высокую производительность и надежность Системы;

- обеспечивает параллельное выполнение запросов;

- эффективно использует многопотоковость разделяемых процессов;

- использует технологии обеспечения повышенной надежности;

- поддерживает динамическое разбиение таблиц и индексов на разделы;

- поддерживает параллельные системы с переключением пользователей между узлами без потери соединения;

- обладает эффективным механизмом блокировок;

- поддерживает очереди приоритетных сообщений;

- обеспечивает оперативную архивацию и восстановление данных и транзакций;

- обеспечивает надежную систему контроля доступа к данным и блокирует любые попытки изменения в журнале регистрации действий клиентов.

Кроме того, сервер базы данных взаимодействует с комплектами 8 квартирного оборудования домового оборудования 10 и обеспечивает:

- сбор информации с домового оборудования 10;

- эффективную и безопасную регистрацию полученной информации в базе данных;

- контроль целостности полученных данных;

- возможность повторного запроса данных в случае обнаружения ошибки или принудительного запроса со стороны клиентов Системы;

- передачу управляющих сигналов;

- надежную аутентификацию домового оборудования 10;

- ожидание инициации соединения со стороны домового контроллера 9;

- возможность криптографического шифрования информации, передаваемой по сети 11 передачи данных (транспортной сети);

- защищенное и подтвержденное соединение с домовым контроллером 9.

Диспетчерская 13 представляет собой диспетчерский пульт -автоматизированное рабочее место (АРМ), размещается в диспетчерской ОДС (объединенной диспетчерской службы) уровня микрорайона, РЭП (ремонтно-эксплуатирующего предприятия) или городской (муниципальной) структуры соответствующего уровня и обеспечивает диспетчеру возможность

осуществлять мониторинг комплектов 8 квартирного оборудования. Диспетчерский пульт диспетчерской 13 содержит электронно-вычислительную машину (рабочую станцию), подключенную через модем и сеть 11 передачи данных к серверу базы данных центра 12, печатающее устройство, источник бесперебойного питания, рабочее место оператора, телефонный аппарат (на чертеже не показаны) и обеспечивает:

- оперативное отображение информации о состоянии квартирного оборудования жилых домов;

- возможность документирования сводных отчетов о состоянии квартирного оборудования жилых домов;

- отображение в приоритетном режиме информации о функционировании подсистем контроля утечки газа, а при необходимости охранной и пожарной сигнализации и несанкционированного доступа;

- взаимодействие между диспетчерской 13 и другим оборудованием Системы.

В качестве компьютера диспетчерского пульта любого уровня целесообразно использовать рабочую станцию - IBM-совместимый компьютер с сетевой платой.

Программное обеспечение диспетчерского пульта диспетчерской 13 условно делится на следующие подсистемы:

- операционная система;

- система SCADA;

- прикладное программное обеспечение.

Операционная система диспетчерского пульта диспетчерской 13 представляет собой стандартную многозадачную операционную систему, которая реализует полнофункциональный набор интерфейсов прикладного программирования. Взаимодействие между процессами будет осуществляться с помощью сервиса IPC.

Операционная система имеет развитые коммуникационные возможности и обеспечивает:

- функционирование приложений, работающих с сетями TCP/IP;

- поддержку взаимодействия с удаленными базами данных при помощи драйвера ODBC;

- возможность работы с ETHERNET;

- интерфейс между процессами с помощью сервиса IPC;

- поддержку кластерных технологий и системы авторизации.

Система SCADA диспетчерского пульта оптимально приспособлена для разработки и поддержки функционирования прикладного программного обеспечения в АРМ и соответствует следующим требованиям:

- обмен данными между модулями программного обеспечения осуществляется на основе событийного протокола, т.е. обновление объектов мониторинга происходит только тогда, когда некоторые данные о текущих событиях изменяют статус или значение;

- визуализация отображения динамических объектов осуществляется с помощью средств векторной графики;

- пространство отображения объектов визуализации превышает размеры экрана дисплея;

- объект на экране представляется в виде множества зон с возможностью быстрого переключения между зонами;

- наличие средств динамического изменения масштаба для быстрого перехода от общего к детальному плану;

- открытие в едином рабочем пространстве множества окон, содержащих графические изображения, сводки тревог, диаграммы и отчеты;

- возможность одновременного обновления информации во всех окнах;

- возможность наблюдения любой комбинации графических изображений, сводок, тревог и диаграмм;

- обеспечение максимальной гибкости при отображении различных типов данных, как реального времени, так и архивных;

- возможность отображения аварийных ситуаций, как в реальном времени,

так и в виде протокола тревожных сообщений;

- возможность гибкого определения фильтров для отображения, сортировки или классификации тревог согласно приоритету, зоне;

- возможность отметок даты и времени тревог в файле аварий;

- возможность ведения собственной базы данных;

- присутствие языка сценариев;

- возможность поддержки связи с удаленной базой данных по SQL-запросам через драйвер ODBC.

Прикладное программное обеспечение диспетчерского пульта имеет модульную структуру.

Основной управляющий модуль осуществляет координацию функционирования вспомогательных программных модулей, интерфейс с оператором (клавиатура, мышь), выдачу команд телеуправления.

Модуль тестирования и реконфигурирования проверяет и отображает на экране состояние инженерного и телекоммуникационного оборудования с возможностью гибкого (по паролю) на логическом уровне реконфигурирования схемы подключенного оборудования.

Модуль обработки аварийных ситуаций (обработка тревог) обеспечивает при необходимости вывод содержимого журнала аварий (тревог). В случае аварийной ситуации в углу экрана, например, левом верхнем, загорается мерцающий цветной транспарант, расцветка которого зависит от текущей рабочей ситуации и может принимать несколько фиксированных значений, сопровождается звуковой сигнализацией. Аварийный объект окрашивается соответствующим цветом.

Модуль контроля инициативы сервера базы данных центра 12 отслеживает в режиме обработки прерываний запрос сервера базы данных на передачу информации диспетчерскому пульту диспетчерской 13 и, в случае необходимости, устанавливает соответствующий флаг, сигнализируя о необходимости проведения сеанса связи. Основной управляющий модуль анализирует этот флаг и передает управление модулю обработки запросов

Модуль обработки запросов программно с помощью подключаемого драйвера ODBC операционной системы обеспечивает поддержку процедуры обмена информацией диспетчерского пульта диспетчерской 13 с сервером базы данных в формате SQL.

Модуль визуализации управляет процессом отображения информации на экране монитора согласно техническим требованиям, изложенным выше.

Модуль работы с архивом обеспечивает проведение поиска информации в архиве, составление, просмотр, и вывод в файл или на принтер общепринятых табличных форм отчетности или графиков.

Прикладное программное обеспечение рассчитано на работу под управлением ОС Windows NT Workstation или Windows 2000 Server и предусматривает выполнение следующих функций:

- многоуровневое представление информации (в случае необходимости):

- на картографическом уровне - топология района (здания, коммуникации, инженерного оборудования) с возможностью выбора отдельного строения и отображения его обобщенных характеристик: площади, количества подъездов, этажности, схемы подвода коммуникаций;

- на домовом уровне детализации - представление топологии установленного инженерного оборудования с возможностью отображения характеристик и приведения в действие соответствующих исполнительных механизмов;

- контроль и отображение (с возможностью допускового контроля в случае необходимости) следующих типов сигналов:

- аварийных (о внештатных ситуациях устройств);

- технологических (о включении/выключении оборудования и устройств);

- измерительных (от счетчиков);

- выдачу голосовых сообщений с регистрацией в соответствующем протоколе в случае возникновения аварийных (внештатных) ситуаций:

- утечка газа в квартире;

- неисправность оборудования индивидуального газового котла;

- авария в системе холодного водоснабжения;

- авария в системе газоснабжения;

- авария в системе электроснабжения;

- несанкционированное проникновение в охраняемые помещения;

- протечка воды в помещении о и т.д.

- возможность удаленного управления инженерным (клапаном-отсекателем 1) и коммуникационным оборудованием;

- составление необходимых отчетов за указанный временной интервал:

- сводных отчетов по объектам;

- сводных отчетов по контролируемым подсистемам;

- графиков по динамике потребления отдельных энергоресурсов;

- отображение в графической и табличной форме сводных данных по потреблению энергоресурсов и состояния контролируемых параметров;

- возможность документирования сводных отчетов о состоянии квартирного и домового оборудования и деятельности диспетчера;

- возможность автоматического отслеживания изменений конфигурации установленного оборудования;

- возможность перехода от локального (на клиентской станции) к удаленному (на сервере) режимам обработки информации.

Тестовое программное обеспечение обеспечивает контроль работоспособности домового оборудования 10.

Диспетчерская 13 обслуживает, как минимум, территорию РЭПа (не менее 2000 квартир) и может размещаться в помещении ОДС, а центр 12 сбора и обработки информации обслуживает территорию района - ДЕЗа (не менее 15000 квартир) и может размещаться в помещении районной диспетчерской службы (РДС) или может обслуживать территорию префектуры (около

300000 квартир). Количество диспетчерских 13, подключенных к центру 12, равно числу РЭПов или ОДС на обслуживаемой территории и может составлять десятки единиц.

Система работает следующим образом.

Индивидуальный газовый котел 5 нагревает холодную воду, обеспечивая отопление квартиры и снабжение ее горячей водой. Расход энергоресурсов: газа, холодной воды и электроэнергии (для квартирного потребления, а также для самого индивидуального газового котла 5 (привода водяного насоса и привода принудительной тяги в топке)) учитывается с помощью соответствующих счетчиков 2, 3 и 4. При каждом обороте колеса (турбинки) счетчика на его телеметрическом выходе возникает электрический импульс, который суммируется соответствующим счетчиком квартирного контроллера 7 и результат подсчета преобразуется в физические величины (квт-час, м3).

В случае появления утечки газа (от индивидуального газового котла 5 или газовой плиты), срабатывает датчик 6 загазованности. Сигнал от датчика 6 поступает на вход квартирного контроллера 7 и через домовой контроллер 9 и сеть 11 передается тревожное сообщение на сервер центра 12, а оттуда - в диспетчерскую 13, где отображается на экране монитора АРМа диспетчера в режиме тревожной сигнализации. Сигнал от датчика 6 одновременно запирает электромагнитный клапан-отсекатель 1 на газовом вводе в квартиру, обеспечивая автоматическое прекращение подачи газа в квартиру. При снижении концентрации газа в воздухе ниже установленного стандартом уровня, датчик 6 автоматически возвращается в рабочий режим, квартирный контроллер 7 отпирает электромагнитный клапан-отсекатель 1 на газовом вводе в квартиру и возобновляется подача газа в квартиру. Если датчик 6 срабатывает многократно, например, три раза подряд, что может обозначать горевшую и случайно погасшую (не выключенную) конфорку газовой кухонной плиты или постоянную утечку газа в квартире, то оператор сам или программа квартирного контроллера 7 автоматически отключают подачу газа в квартиру

с помощью клапана-отсекателя 1 до срочного приезда в квартиру аварийной газовой службы вместе с нарядом милиции.

Домовой контроллер 9 циклически опрашивает все М квартирных контроллеров 7 своего дома.

Обмен данными между домовым контроллером 9 и квартирными контроллерами 7 происходит следующим образом.

Домовой контроллер 9 имеет права активного (Ведущего) участника обмена и только он имеет право инициировать циклы чтения/записи на шине. Домовой контроллер 9 выбирает в качестве пассивного (Ведомого) участника обмена один из квартирных контроллеров 7 и выполняет с ним обмен данными, затем выбирает другой подчиненный квартирный контроллер 7 и обращается к нему и т.д. Алгоритм обмена данными с любым другим подчиненным квартирным контроллером 7 происходит по идентичному циклу.

Протокол обмена выглядит так.

Инициатором обмена может быть только домовой контроллер 9 и одновременно он опрашивает только один квартирный контроллер 7.

Обмен начинается с передачи домовым контроллером 9 конкретному квартирному контроллеру 7 команды, которая должна быть принята по прерыванию независимо от задачи, решаемой в данный момент.

После получения команды и ее интерпретации дальнейший обмен определяется типом команды: останов текущей задачи и запуск другой, продолжение обмена с целью приема нового значения параметра или управляющего воздействия, выдача домовому контроллеру 9 информации о состоянии квартирного контроллера 7 или о значении какой-либо переменной и т.д.

Данные передаются в обе стороны по одному байту с дополнительным битом или байтом контроля четности независимо от типа данных.

Сразу после получения байта команды (данных) квартирный контроллер 7 отвечает домовому контроллеру 9 сигналом подтверждения приема: при успешном приеме передается код «Готов», при возникновении ошибки приема - код «Ошибка».

При возникновении ошибки по приему полученный байт данных обнуляется, и квартирный контроллер 7 автоматически переходит в режим ожидания команды.

Если в течение определенного интервала времени, называемого «Время ожидания», подтверждение о приеме квартирным контроллером 7 переданного байта не поступает, домовой контроллер 9 прекращает дальнейший обмен и выдает дежурному оператору диспетчерской 13 соответствующее диагностическое сообщение о неисправности данного квартирного контроллера 7.

При передаче данных от квартирного контроллера 7 к домовому контроллеру 9 механизм подтверждения приема не используется. Если домовой контроллер 9 обнаружит ошибку паритета, то он прекращает дальнейший обмен и выдает сообщение об ошибке оператору.

Протокол обмена поддерживает следующие функции:

- запрос данных:

- всех квартирных контроллеров 7 со всех домов/с одного дома;

о конкретного прибора в комплекте 8 оборудования квартиры;

- передача команды отключение газа, индивидуального газового котла 5 (при необходимости электроэнергии и холодной воды и т.д.)

Обмен информацией между сервером базы данных центра 12 сбора и обработки информации и М домовыми контроллерами 9 и Р диспетчерскими 13 осуществляется аналогично. То есть сервер базы данных центра 12 в режиме Ведущий поочередно и непрерывно опрашивает все М ведомых домовых контроллеров 9.

Получаемую информацию о состоянии инженерного оборудования квартиры сервер базы данных центра 12 обрабатывает следующим образом: производит накопление и хранение полученной информации, анализ и регистрацию поступившей информации в базе данных. При этом сервер базы данных производит аутентификацию взаимодействующего с ним оборудования домового оборудования 10, непрерывную архивизацию базы данных,

обеспечение целостности и сохранности базы данных и архива Системы, восстановление базы данных из архива, в случае сбоев или аварий сервера базы данных, а также ведение журнала регистрации действий клиентов и изменений, происходящих в базе данных. Кроме того, сервер базы данных центра 12 осуществляет обслуживание запросов, приходящих со стороны всех диспетчерских пультов всех клиентов Системы как в штатном, так и в аварийном режимах, производит оповещение оперативных служб организаций клиентов Системы при возникновении аварийных ситуаций.

Система производит сбор и обработку информации с уровня комплекта 8 квартирного оборудования о расходе энергоносителей, об аварийных состояниях инженерных систем и многое другое, что позволяет диспетчеру принимать оперативные решения на местах и передавать на верхние уровни соответствующую информацию:

- расход энергоносителей: газа, холодной воды и электроэнергии;

- газовая опасность;

- диспетчеризация состояния оборудования индивидуального газового котла 5;

- охранная и пожарная безопасность, контроль доступа (при наличии соответствующих датчиков).

Одновременно с отображением происходящих событий на диспетчерском пульте диспетчерской 13, сервер базы данных центра 12 отправит эту информацию на экраны соответствующих мониторов диспетчерских пультов других клиентов Системы.

Например, информация об утечке газа поступит в аварийную службу горгаза и одновременно - в РОВД ГУМВД, в районную пожарную часть и горотдел чрезвычайных ситуаций (ГОЧС).

В горводоканал поступит информация о расходе холодной воды. В Энергосбыт горэнерго - информация о показаниях квартирных электросчетчиков. Кроме того, туда же может передаваться информация с домовых счетчиков, показаниях потребления тока по фазам, показаниях напряжения по

фазам, а в аварийную службу Энергосбыт горэнерго - информация о пропадании фаз (при наличии соответствующих датчиков).

Аналогично может быть построена система противопожарной безопасности квартир. Информация о возгораниях в любых местах, снабженных пожарными датчиками, поступит на мониторы диспетчерского пульта диспетчерской 13 и одновременно в районную пожарную часть и милицию.

Информация о протечке воды может оставаться на уровне диспетчерского пульта диспетчерской 13 РЭП, т.к. подобные неисправности устраняются силами РЭП. Но, при необходимости, эта информация может быть передана на верхние уровни для сбора статистики происшествий в структурах района, округа или города.

Однако, в случае необходимости, клиент центра 12 Системы в лице вышестоящей организации (Правительства города) может затребовать любую информацию нижнего уровня при наличии у него соответствующих полномочий.

Таким образом, мы видим, что сервер центра 12 является не только диспетчером сети своего уровня, но и одновременно является администратором сети - распределяет информацию в обобщенном (требуемом) виде клиентам Системы.

Заявленная система позволяет повысить КПД использования энергоносителя, в данном случае газа, практически до 100% и обеспечить безопасность жилища за счет автоматической системы постоянного централизованного контроля утечки газа в квартире.

При этом КАЖДАЯ квартира снабжается надежной системой автоматического удаленного сбора информации с приборов учета энергоресурсов. Это позволяет собирать данные о показаниях счетчиков в автоматическом режиме, и линейным сотрудникам компании-поставщика ресурса не нужно будет совершать ежемесячные обходы квартир.

Кроме того, данная Система позволяет организовать предоплату потребляемых ресурсов, (квартирный контроллер предоставляет разрешение

счетчикам на предоставление услуги, если услуга предварительно оплачена), а также возможна организация автоматического отключения злостных неплательщиков или ограничения подачи энергоресурсов до уровня социального минимума.

Создаваемая при реализации Системы сеть сбора и передачи данных от квартиры до центра сбора и обработки информации позволит на ее основе в дальнейшем предлагать жильцам другие телекоммуникационные сервисы, например:

подключение современных систем мониторинга жилища:

охраны (совместно с управлением вневедомственной охраны -УВО);

индикации затопления;

пожарной сигнализации.

Несмотря на то, что Система состоит из большого числа достаточно сложных элементов, наличие сети мониторинга всего ее оборудования позволяет обеспечить непрерывность работы Системы, быстрое восстановление после аварий и минимизацию эксплуатационных расходов за счет адресной диагностики неисправностей.

Система поквартирного обеспечения энергоресурсами жилых домов и контроля их использования, содержащая в каждой квартире из М квартир каждого из N домов счетчики соответствующих энергоресурсов, вводы соответствующих источников энергоресурсов, телеметрические выходы счетчиков соединены с соответствующими входами квартирного контроллера, вход-выход каждого из М квартирных контроллеров соединен с входом-выходом соответствующего домового контроллера, вход-выход каждого из N домовых контроллеров через сеть передачи данных соединен с входами-выходами центра сбора и обработки информации, входы-выходы которого через сеть передачи данных соединены с входами-выходами Р диспетчерских жилищно-коммунального хозяйства микрорайона и входами-выходами районных дежурных частей оперативных служб, отличающееся тем, что система дополнительно содержит в каждой квартире дома индивидуальный газовый котел, снабженный блоком самоконтроля, клапан-отсекатель и датчик загазованности, вводы источников энергоресурсов в виде холодной воды и электроэнергии подключены к вводам индивидуального газового котла, соответственно через счетчик холодной воды и счетчик электроэнергии, а ввод источника энергоресурса в виде газа подключен к соответствующему вводу индивидуального газового котла через клапан-отсекатель и счетчик газа, вход управления клапана-отсекателя соединен с выходом квартирного контроллера, дополнительный вход-выход которого соединен с входом-выходом блока самоконтроля индивидуального газового котла, а дополнительный вход - с выходом датчика загазованности, при этом входы-выходы центра сбора и обработки информации соединены с входами-выходами серверов баз данных поставщиков энергоресурсов и единого информационно-расчетного центра.