Структура автоматизированной системы учета расхода энергоресурсов в жилищно-коммунальном хозяйстве

Автоматизированная система учета расхода энергоресурсов в жилищно-коммунальном хозяйстве позволяет вести учет затрат электроэнергии, газа, тепла, холодной и горячей воды в местах отбора (до 256 первичных преобразователей с одного места с периодичностью 1 с.), отображать данные с помощью ЖКИ прибора, группировать и обрабатывать информацию по месту с помощью специализированного микропроцессорного счетчика- вычислителя, передавать информацию в жилищно-эксплуатационные управления по радиоканалу, где обрабатывать ее с целью контроля, анализа, документированию и архивации энергозатрат

Изобретение относится к области энергетики, а именно к энергосбережению в сфере жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ).

В настоящее время на различных технологических объектах промышленности интенсивно внедряются системы контроля и учета потребляемых энергоресурсов (газа, электричества, воды, тепла и др.).

Известны автоматизированные системы сбора и обработки данных потребления энергоресурсов в различных отраслях, отличающиеся:

-уровнем интеллектуализации используемых средств, оснащенных микропроцессорами, микроконтроллерами и т.п.

- составом выполняемых функций средствами сбора и обработки данных,

- территориальной распределенностью объектов и функций контроля и управления.

В разных отраслях создаются сложные многоуровневые распределенные автоматизированные системы учета, контроля, обработки и анализа информации.

Так известна автоматизированная информационно-измерительная система (АИИС) завода БК. ОАО «Нижнекамскнефтехим», представляющая собой комплекс программно-технических средств из двух уровней - нижнего и верхнего. Нижний уровень обеспечивает непрерывный сбор аналоговой информации с первичных измерительных преобразователей с периодом в 1 с. Здесь же производятся вычисления расхода энергии, массы и объема потоков энергии и далее передача этих данных на верхний уровень.

Верхний уровень АИИС предназначен для непосредственного использования полученной информации инженерно - техническим персоналом завода. Здесь производится сбор, накопление, обработка, отображение и хранение информации. Период обновления информации по текущим значениям расхода также равен 1 с. Система передает текущие, трехминутные, среднечасовые и суммарные значения расходов за прошлые сутки через локальную вычислительную сеть. Передача данных возможна также по запросу в АСУ объединения.

Известный комплекс технических средств (КТС) автоматизированной системы коммерческого учета электроэнергии (АСКУЭ), созданный концерном "Энергомера",, является в настоящее время универсальным и весьма перспективным в РФ /1/. В функции КТС "Энергомера" входят:

- сбор и хранение данных о потреблении электроэнергии;

- контроль и учет активной и реактивной мощности в заданные временные интервалы как по группам счетчиков, так и по предприятию;

- регистрация данных и построение графиков получасовых значений активных

мощностей (нагрузок). Отличительными особенностями системы являются следующие факторы.

- Универсальность в использовании разных датчиков и счетчиков электроэнергии.

- Возможность использования разных видов связи в сети передачи данных, а именно, по телефонной линии, в виде отдельных кабелей или радиоканалов.

- Мощное многоуровневое программное обеспечение.

- Модульность и гибкость системы, позволяющие наращивать систему по мере необходимости от 16 до 256 точек учета.

- Высокая гибкость обмена данными между устройствами с помощью информационной шины CAN.

- Применение высоких технологий при создании систем с возможной интеграцией отечественных приборов со средствами мировых лидеров Siemens, Atmel, Maxim, Phoenix- Contact.

Известна автоматизированная система 'ЭКОМ" РАО "ЕЭС России /1/, представляющая собой автоматизированную двухуровневую систему управления и учета расхода жидких и газовых сред, использует аналоговые и микропроцессорные первичные преобразователи для измерения и контроля параметров давления, расхода, температуры, перепада давлений, имеющие импульсный выход, приспособленный для телеметрии а именно: интеллектуальные электросчетчики типа СЭТ-4 (ГРПЗ) и "Альфа" (Евро-Альфа) фирмы ABB,счетчики расхода тепла типа СТ-3 с унифицированным токовым выходом завода г. Мытищи.

Анализ перечисленных систем показывает, что применение их в жилищно-коммунальном хозяйстве является нецелесообразным в основном по следующим причинам.

На нижнем уровне системы ЖКХ устанавливаются внутридомовые и внутриквартирные первичные преобразователи потребляемой энергии и оборудование, соответственно каждый квартиросъемщик должен видеть показания прибора учета того или иного вида энергии, расходуемой лично им. В рассмотренных выше системах на нижнем уровне отсутствуют приборы для отображения информации пользователю по месту установки, считывание информации можно осуществить, только подключив клавиатуру и монитор через интерфейс RS-232 контролера TREI-5-02 Multi, что для владельца жилья явно нецелесообразно. Применение импортных датчиков в ЖКХ представляется сомнительным из-за их дороговизны, так как в одном только многоэтажном доме количество перечисленных устройств будет исчисляться тысячами штук.

По этой же причине нецелесообразно применить и оборудование нижнего уровня систем с отечественными электронными счетчиками расхода энергии, так как в каждой квартире будут устанавливаться пять приборов по стоимости от 2000 до 7000 рублей, и тогда каждый узел учета на одну квартиру будет стоить более 1000 рублей.

Следовательно, все приборы нижнего уровня должны быть адаптированы к условиям потребителей ЖКХ.

Предлагаемое нами изобретение - «Структура автоматизированной системы учета расхода энергоресурсов в жилищно-коммунальном хозяйстве (АСУЭР в ЖКХ)» учитывает социально-экономические особенности пользователей, а также состояния сетей кабельной связи в городах, подземных коммуникаций (магистральные водоводы, канализационные коллекторы, трассы тепловых сетей, газопроводы высокого и среднего давления и другие факторы), где прокладка телефонной канализации для любой системы не представляется возможной. Предлагается использование радиоканала (рис.1). Передача данных по радиоканалу осуществляется кустовым способом. На нижнем уровне куста, находятся объекты потребления включающие в себя пяти, девяти и любой другой этажности жилой дом, производственное или административное помещение. Каждый куст имеет одинаковый набор устройств передачи данных (рис.1): антенна-1, радиоканалы для сбора информации-2, радиомодемы-3, которые образуют зону радиосвязи-4 или зону покрытия.

Информация посредством установленного на объекте радиомодема-3 и антенны-1 с рабочим диапазоном 360°, передается в центр обработки информации, расположенный в жилищно-эксплуатационном управлении (ЖЭУ).

Дома, находящиеся в прямой видимости (в зоне покрытия), передают данные непосредственно на антенну ЖЭУ (рис.1, п.1), а в близлежащих кварталах сигнал передается посредством узконаправленных ретрансляторов 6 через междузоновый канал радиосвязи-5.

Возможно объединение до 64-х объектов радиоканалами, оснащенными радиомодемами типаУИС.МР.02.

Радиостанции, работают в диапазоне частот 27-33 МГц, 146-174 МГц, 400-480 МГц. Дальность передачи 5-40 км. Возможна передача цифровой информации по силовой цепи 0.4 кВ при скорости передачи до 2400 бод. На рис.2 представлена структурная схема АСУЭР в ЖКХ.

В автоматизированной системе принимается 2-х уровневая структура. Все применяемые технические средства адаптированы к условиям потребителей ЖКХ с целью удобства эксплуатации для пользователей и минимальной цены. В состав оборудования нижнего уровня входят следующие устройства:

- специализированный микропроцессорный счетчик-вычислитель -9,

- адаптированные к потребителю первичные преобразователи расхода энергии 10;

- мультиплексор-7 типа УСПД-164-01 (до 8 устройств);

- локальная вычислительная сеть-8 с шиной типа CAN-BUS;

- радиомодемы-5 типа УИС. МР. 02.

Промышленная интерфейсная шина CAN выполнена в стандарте ISO 11898 фирмы BOSH, что позволяет организовать взаимодействие в пределах территории контролируемого объекта интеллектуальных модулей УСПД-164-01 или ПУ-164-01 и с их помощью осуществлять сбор, предварительную обработку, хранение и передачу информации от преобразователей расхода через радиомодемы на верхний уровень системы. Параметры цифровых каналов следующие:

- Максимальная скорость обмена по интерфейсу CAN-BUS - 1 Мбит/с.

- То же по интерфейсу RS-485 составляет 38400 бит/с.

- Максимальная длина интерфейса CAN-BUS 0-1000 м. Диапазоны рабочих температур КТС от -30 до + 55С.

Комплекс технических средств на объектах нижнего уровня выполняет следующие функции:

- сбор информации о расходе электроэнергии, тепловой энергии, расхода жидкости и газа в контролируемых точках;

- перевод в именованные величины и привязка к астрономическому времени информации о расходе энергоресурсов в точках учета;

- группирование информации по каналам учета в группах учета;

- передача информации на верхний уровень с помощью радиоканала.

На нижнем уровне АСУЭР (рис.2) осуществляется сбор и обработка параметров, поступающих от первичных приборов- преобразователей расхода (рис.2, п.10) на микропроцессорный счетчик-вычислитель-9, который производит:

автоматический опрос со всех счетчиков и преобразователей затрат энергоресурсов с периодичностью 1 с; первичную обработку сигналов; расчеты расходов за периоды - 0,5 часа,1 час, сутки, месяц; формирование отчетного документа по данным суток; вывод данных на жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ) каждого из приборов в физических единицах; архивирование информации по текущим и итоговым показателям.

- На верхнем уровне системы (в ЖЭУ) устанавливаются рабочие станции групп учета, измерений и оплаты на базе ШМ PC: АРМ администратора-1, АРМ операторов расчетной группы-2, укомплектованные принтерами-3 и кассовыми аппаратами-4, а также сервера системы с соответствующим программным обеспечением, локальная вычислительная сеть Ейете1;приемник астрономического времени - GPS.

Связь между нижним и верхним уровнем АСУЭР осуществляется по способу передачи данных с использованием радиоканала (рис.1). Основными устройствами являются радиомодемы-5, антенны-6 и мультиплексор-7, подключающий шину локальной сети-8 к каналу передачи данных.

В автоматизированном режиме на верхнем уровне управления выполняются следующие функции:

- отображение на мониторах ПЭВМ, установленных на АРМ Администратора и операторов расчетной группы оперативной и архивной информации;

- вывод отчетных документов на печать;

- формирование базы данных по отдельным группам учета, видам энергоресурсов, точкам отбора, в том числе, по квартирам, офисам, подъездам, домам, административным зданиям, кварталам, районам и т.п. На дисплеях АРМ информационной системы используется графический интерфейс в виде анимированных схем, описывающих состояние потребления энергоресурсов и оплаты за их расходование, их изображения на мнемосхемах изменяются в соответствии с динамикой, при авариях формируются текстовые сообщения и звуковые сигналы на АРМ администратора. Кроме того, могут вводиться дополнительные функции:

- создание и ведение базы данных;

- расчет параметров элементов системы;

- моделирование состояния ресурсной системы;

- анализ параметров расхода энергоресурсов на внутренних и внешних коммуникационных сетях;

- ведение изменений тарифов, учет льготных групп потребителей и др. Вся информация из ЖЭУ по радиоканалам, аналогичным рис.1, может направляться в центр обработки информации (ЦОИ), где выполняются следующие функции:

- сбор и проверка данных по потребляемой электроэнергии и мощности объектов по региону;

- обработка и формирование базы данных по потребляемым ресурсам по региону в целом;

- хранение, отображение и документирование информации для коммерческого и технического учета электроэнергии и по ремонту оборудования;

- оперативный контроль расходов ресурсов по региону;

- подготовка информации для передачи вышестоящим органам управления, персоналу оперативно-диспетчерского управления и т.д. через сеть Internet.

Автоматизированная система учета расхода энергоресурсов в жилищно-коммунальном хозяйстве (АСУЭР в ЖКХ), включающая в себя первичные преобразователи расхода газа, электроэнергии, воды и тепла, снабженные устройствами отображения информации в виде жидкокристаллического индикатора, микропроцессорным счетчиком-вычислителем, отображающим информацию с помощью жидкокристаллического индикатора, отличающаяся тем, что устанавливаемые в точках отбора информации первичные преобразователи, сигналы от которых поступают на специализированный счетчик-вычислитель, где производится сбор и обработка данных с целью учета расходования энергоресурсов по группам учета, счетчики-вычислители объединены в сеть с помощью шины-интерфейса и через устройства сбора, передачи и хранения данных информация передается по радиоканалу с использованием радиомодемов в ЦОИ ЖЭУ, где устанавливаются приборы астрономического времени и рабочие станции на базе IBM PC на каждом автоматизированном рабочем месте, объединенные в локальную вычислительную сеть, и с помощью соответствующего программного обеспечения выполняющие операции по обработке, контролю, учету, анализу, документированию и архивации информации в разрезе видов энергии, домов, улиц, кварталов, времени потребления.