АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС ЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УЧЕТА И КОНТРОЛЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ С ФУНКЦИЯМИ КОНТРОЛЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ И АНАЛИЗА КРИТИЧЕСКИХ СИТУАЦИЙ

Известен способ централизованного дистанционного управления процессом отпуска энергоносителей с возможностью регулирования интенсивности их потребления (патент №2338313 RU, 21.11.2005), который заключается в том, что потребителей энергоносителей подключают к распределительным сетям подачи энергоносителей через точки учета, каждая из которых состоит из счетчиков учета расхода энергоносителей с наличием импульсного выхода или цифрового электрического интерфейса, абонентского контролирующего устройства (АБУ) и управляемых регуляторов подачи энергоносителей. Точками учета управляют из центра с помощью команд, переданных по каналу управления. АБУ вычисляет баланс между потребленным и оплаченным количеством энергоносителей, в зависимости от этого выбирает допустимый уровень интенсивности потребления и ведет контроль, не разрешая потреблять энергоносители с интенсивностью свыше допустимого уровня.
Каждое абонентское контролирующее устройство состоит как минимум из приемника команд управления, микроконтроллера, блока питания и блока индикации, имеет свой идентификационный номер, обеспечивает хранение данных в энергонезависимой памяти, ведет журналы событий и архивов потребления энергоносителей за прошедшие периоды, имеет основную и резервную системы электропитания.
Способ также отличается тем, что применяется в условиях энергоснабжения территорий с высокой концентрацией абонентов, при этом приемник команд управления является общим для всех абонентских контролирующих устройств, входящих в подчиненную ему группу, связан с абонентскими контролирующими устройствами подчиненной ему группы проводным электрическим каналом локального управления, принимает все команды управления, переданные из центра для абонентских устройств, входящих в состав подчиненной ему группы, и затем транслирует команды по каналу локального управления соответствующим абонентским контролирующим устройствам группы, каждое абонентское контролирующее устройство группы имеет в своем составе вместо приемника команд управления интерфейс локального управления, соединенный каналом локального управления с групповым приемником команд управления.
Известно устройство контроля жилищно-коммунальной информации (патент №2141626 RU, 14.07.1997), содержащее домовые контроллеры с запоминающими устройствами, содержащими адреса домов, модемы, электронную вычислительную машину центральной диспетчерской с таймером для запоминания событий во времени и принтером для обеспечения отчетно-правового делопроизводства и распечатки счетов-квитанций, подлежащих оплате квартиросъемщиками, ПЭВМ со звуковой и световой сигнализацией, расположенные в дежурных охранных частях, датчики параметров работы лифтов с пультами вызова помощи, кабельные, почтовые, телефонные и/или радиоканалы связи, отличающееся тем, что в него дополнительно введены установленные в квартирах жилых домов унифицированные датчики электрических сигналов по температуре, давлению и объемному расходу газа, датчики электрических сигналов по температуре и объемному расходу воды, расположенные в характерных точках отопительных систем квартир, систем питьевой и горячей воды, микроконтроллеры, выполненные с возможностью запоминания номеров квартир и определения массового расхода газа и расхода питьевой воды, энергосодержания горячей воды и тепла с учетом температурной погрешности и запоминания этих величин на время отсутствия сетевого электропитания, снабженные автономными источниками электропитания, блоки электронных преобразователей с сетевыми источниками электропитания, пульты вызова охранной помощи, и также содержит блоки квартирных счетчиков фактически израсходованного газа по его массе, тепловой и электрической энергии, питьевой воды и энергосодержания горячей воды, выполненные в виде электромеханических счетчиков электрических импульсов, соответствующих заданным "единичным" размерам израсходованного энергоносителя с возможностью их размещения за пределами квартир, при этом датчики и пульты вызова охранной помощи соединены через электронные преобразователи с микроконтроллерами, которые соединены с блоками квартирных счетчиков и домовыми контроллерами, соединенными через модемы и каналы связи с электронной вычислительной машиной центральной диспетчерской и ПЭВМ дежурных частей пожарной охраны, милиции, скорой помощи, аварийной службы газа, жилищно-коммунальной службы или службы лифтового хозяйства, расположенных вблизи дома, жильцы которого нуждаются в помощи.
Известна интегрированная система индивидуального учета и регулирования потребления энергоресурсов в жилищно-коммунальном хозяйстве (патент №52504 RU, 30.08.2005), включающая установленные в квартирах жилых домов датчики температуры, количества газа, электричества и воды, расположенные в характерных точках отопительных систем квартир, систем холодной и горячей воды, локальные концентраторы, выполненные с возможностью запоминания номеров квартир и сбора данных по массовому расходу газа, электричества и воды, энергосодержания горячей воды и тепловой энергии с учетом температурной погрешности и запоминания этих величин на время отсутствия сетевого электропитания, снабженные автономными источниками электропитания, блоки электронных преобразователей с сетевыми источниками электропитания, а также домовые концентраторы с запоминающими устройствами, содержащими адреса домов, модемы, электронную вычислительную машину центральной диспетчерской с таймером для запоминания событий во времени и принтером для обеспечения распечатки справок по фактически потребленным энергоресурсам, и также содержит квартирные счетчики фактически израсходованных энергоносителей.
При этом датчики соединены с локальными концентраторами, которые соединены со счетчиками и с домовыми концентраторами, соединенными через модемы и каналы связи с ЭВМ центрального диспетчерского пункта жилищно-коммунальной службы.
Система отличается тем, что оборудование квартиры содержит дополнительно проводные или беспроводные квартирные мониторы для отображения информации, а в качестве датчиков температуры и количества воды использованы интеллектуальные сенсоры преобразования температуры и интеллектуальные сенсоры преобразования количества горячей и холодной воды, или стандартные счетчики воды с импульсным выходом в совокупности с интерфейсными модулями, предназначенные соответственно для расчета индивидуального потребления тепла и воды и учета потребления горячего и холодного водоснабжения, причем интеллектуальные сенсоры преобразования температуры и количества горячей и холодной воды подключены к локальным концентраторам непосредственно, а счетчики газа, электричества и воды подключены к ним при помощи интерфейсных модулей, служащих для преобразования импульсных сигналов в цифровые, а система также включает в себя индивидуальные термостатические вентили для поддержания оптимального теплового режима в отдельной квартире и домовой теплосчетчик, установленный в индивидуальном тепловом пункте для учета энергоресурсов, при этом локальные концентраторы служат как устройства сбора информации от интеллектуальных сенсоров, соединены посредством квартирных шин с сенсорами и интерфейсных модулей со счетчиками и связаны посредством шины или радиоканала с квартирными мониторами и с помощью домовой шины с домовым концентратором, который также представляет собой устройство сбора информации от локальных концентраторов и от домового теплосчетчика и соединен с центральным диспетчерским пунктом посредством беспроводного или проводного канала связи, при этом ЭВМ центрального диспетчерского пункта выполняет функции диспетчеризации количества потребленных услуг по каждой квартире и мониторинга неисправностей и вычислительного устройства для передачи необходимой информации.
Известна автоматизированная система учета расхода энергоресурсов в жилищно-коммунальном хозяйстве (АСУЭР в ЖКХ) (патент №51255 RU, 21.06.2004), 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.
Известна автоматическая информационно-измерительная система (патент №83829 RU, 31.12.2008), которая представляет собой многофункциональную, трехуровневую иерархическую структуру, состоящую из измерительных, связующих и вычислительных компонентов, которые образуют измерительные каналы, первый уровень состоит из первичных измерительных компонентов, осуществляющих измерение параметров теплоносителя, электроэнергии, непрерывно или дискретно, с требуемым интервалом времени, на втором уровне системы применяются измерительные преобразователи, предназначенные для приема измерительной информации от первичных измерительных компонентов с последующей передачей данных по радиоканалам, линиям связи промышленной сети и сети Ethernet, их архивации и передачи по запросу на сервер и автоматизированные рабочие места операторов, третий уровень системы представляет собой сервер и/или автоматизированное рабочее место оператора с функцией сервера архивной базы данных на базе ЭВМ со специализированным программным обеспечением.
Целью полезной модели является повышение оперативности выявления аварийных ситуаций и уменьшение временных затрат на локализацию аварии.
Предлагаемый автоматический комплекс централизованной информационно-измерительной системы включает четыре уровня формирования информационных потоков.
Элементами первого уровня являются:
- первичные преобразователи;
- устройства ограничения подачи энергоносителей;
- датчики контроля параметров энергоносителей;
- датчики пожарной и охранной сигнализаций.
Элементы первого уровня связаны информационными каналами с абонентским контроллером, образующим второй уровень и включающим следующие блоки:
- блок учета расхода энергоносителей,
- блок первичного контроля параметров энергоносителей
- блок управления подачей энергоносителей,
- блок обеспечения информационного обмена и удаленного доступа;
Абонентские контроллеры связаны информационными каналами с домовым контроллером, образующим третий и включающим следующие блоки:
- блок общедомового учета расхода энергоносителей,
- блок комплексного контроля параметров энергоносителей,
- блок общедомового анализа обрабатываемых данных,
- блок управления подачей и домовым распределением энергоносителей,
- блок обеспечения интерфейсного информационного обмена;
Четвертым уровнем является расчетно-информационный центр. Домовые контроллеры и расчетно-информационный центр связаны информационными каналами и формируют централизованную информационную сеть.
Цель достигается за счет того, что устройства учета первого уровня включают блоки самоконтроля, анализа и контроля данных, осуществляющие предварительную обработку данных о расходе конкретного энергоносителя. Второй и третий уровни включают в себя блоки самоконтроля, а также блоки анализа обрабатываемых данных. Эти блоки осуществляют контроль работоспособности и анализа критических ситуаций. В случае выявления существенных отклонений показаний датчиков от нормативных значений блок фиксирует время, величину отклонений и осуществляет передачу сигнала о критической ситуации, а также адрес датчика на вышележащий уровень. При выявлении критической ситуации на основании данных счетчиков, блок передает на верхний уровень сигнал о наступлении критической ситуации и адрес счетчика. В результате достигается высокая функциональность централизованной информационно-измерительной системы, снижается зависимость от аварий расчетно-информационного центра.
Осуществление полезной модели
Автоматический комплекс централизованной информационно-измерительной системы включает четыре уровня формирования информационных потоков.
Первым уровнем является вводный учетно-контрольный узел, через который осуществляется подача энергоносителей абоненту. Этот узел состоит из индивидуальных устройств учета, контроля параметров и ограничения подачи энергоносителей. Предусмотрена возможность организации мультиконтурного энергоснабжения с различными приоритетами контуров энергоснабжения.
Устройства учета представляют собой счетчики расхода энергоносителей с наличием импульсного выхода или цифрового электрического интерфейса. Устройства контроля параметров - первичные преобразователи, транслирующие сведения о контролируемых параметрах энергоносителей, например, датчики давления, датчик температуры. Устройства ограничения подачи - дистанционно управляемая запорная арматура.
Учетно-контрольный узел имеет блок анализа и контроля данных и блок самоконтроля, которые могут быть реализованы на основе интерфейсного микроконтроллера, например, PIC 18F458 или ATmega AT90S8515.
Данные с первичных преобразователей (счетчиков энергоносителей, датчиков) поступают на цифровые входы и АЦП микроконтроллера. Микроконтроллер осуществляет организацию приема данных с первичных преобразователей и их первичную обработку. Контроллером первого уровня выполняются следующие действия:
- анализ данных на предмет утечки - непрерывный прирост показаний в течение длительного времени, перегрузки - величина расхода выше заданного значения, искажения показаний - обратный ход счетчика, выход показаний счетчика или датчика из допустимого интервала (контроль внештатных ситуаций);
- контроль целостности линий связи (контроль внештатных ситуаций);
- контроль соответствия индивидуального номера счетчика сохраненному значению (контроль внештатных ситуаций);
- контроль наличия сигналов с источников данных (контроль работоспособности);
- формирование суммарного значения расхода энергоносителя;
- сохранение данных о расходе энергоносителя в энергонезависимой памяти;
- преобразование сигнала с датчиков контроля параметров энергоносителя;
- подготовка пакета данных для информационного обмена.
В результате контроллер первого уровня формирует пакет данных, отражающий объем расхода и параметры энергоносителя. Обработанные данные хранятся в энергонезависимой памяти и по запросу передаются на вышестоящий уровень.
При обнаружении аварийных признаков блок анализа информирует об этом вышестоящий уровень и при необходимости отключает абонента от сети энергоснабжения. Блок самоконтроля позволяет максимально оперативно выявить сбой в работе узла.
Элементы учетно-контрольного узла имеют индивидуальные идентификационные имена, вписанные в блок анализа данных, исключая возможности искажения информации путем подмены.
Учетно-контрольный узел имеет приемо-передающий блок, блок управления, основной и резервный блоки питания, блок индикации, блок энергонезависимого хранения данных.
Информационный обмен между элементами первого и второго уровней можно организовать на основе стандартного сетевого протокола RS-485.
На втором уровне собираются данные с учетно-контрольных узлов абонента по всем подводимым энергоносителям.
Блок учета расхода энергоносителей формирует массив данных об абонентском расходе. Вместе с тем в блоках предварительного анализа и первичного контроля параметров обрабатываются данные на предмет выявления критических и/или аварийных ситуаций, и фиксируется величина отклонения параметров и период поставки-недопоставки энергоносителей с несоответствующими параметрами. Устройства ограничения подачи управляются непосредственно блоком управления подачей энергоносителей.
Блок анализа данных и блок самоконтроля второго уровня (уровня квартиры) реализуются программно на основе одноплатного компьютера. Например, одноплатный компьютер стандарта РС/104 с интегрированной подсистемой УСО Helios.
По запросу блока обеспечения информационного обмена (БОИО) данные с первого уровня поступают на уровень квартиры. БОИО транслирует полученные данные в блок предварительного анализа обрабатываемых данных (БПАОД), где проходит первичный комплексный анализ. Должен быть комплексный прирост значений, если нет прироста значений по одному из энергоносителей, то возможен отказ счетчика (контроль внештатных ситуаций).
Далее данные, полученные с датчиков контроля параметров энергоносителей, поступают на блок первичного контроля параметров энергоносителей (БПКПЭ), где проходят проверку на соответствие установленным значениям. Информация о расходе энергоносителей обрабатывается в блоке учета расхода энергоносителей (БУРЭ). В случае выявления признаков ситуации, предполагающей отключение подачи энергоносителя или поступление соответствующего сигнала с вышестоящего уровня, блок управления подачей энергоносителя формирует необходимый управляющий сигнал. Подготовленный пакет данных, отражающий расход энергоносителя и соответствие установленным параметрам, записывается в энергонезависимую память и передается в БОИО для дальнейшей отправки на третий уровень. Блок самоконтроля контролирует работоспособность устройства в целом, регистрируя прохождение информационных сигналов с первичных преобразователей и между блоками.
Кроме того компьютер второго уровня осуществляет:
- контроль целостности линий связи (контроль внештатных ситуаций);
- контроль соответствия индивидуальных номеров блоков анализа и контроля данных сохраненным значениям (контроль внештатных ситуаций);
- контроль наличия сигналов с источников данных (контроль работоспособности);
- формирование суммарного значения расхода по энергоносителям;
- сохранение данных о расходе и параметрах энергоносителей в энергонезависимой памяти.
Кроме того, в систему интегрирован блок обеспечения удаленного доступа, позволяющий абоненту удаленно отслеживать процесс своего энергопотребления. Периодически система проводит самотестирование на предмет выявления сбоев в работе.
На третьем уровне (уровень дома) консолидируются и обрабатываются данные поступающие со второго уровня. Блок общедомового учета расхода энергоносителей формирует массив данных об общем расходе. Вместе с тем в блоках общедомового анализа и комплексного контроля параметров обрабатываются данные на предмет выявления критических и/или аварийных ситуаций, и фиксируется величина отклонения параметров и период поставки-недопоставки энергоносителей с несоответствующими параметрами.
Блок анализа данных и блок самоконтроля третьего уровня (уровня дома) реализуются программно при помощи программного комплекса TRACE MODE от AdAstra Research на основе PC совместимых компьютеров на базе процессоров Intel х86 с ОС Windows NT/2000/XP. Например, ПК "КЕЙ" Оптима C2D Е8400/1G/160/DVDRW/94GT.
Данные с квартирного уровня по запросу поступают на блок обеспечения интерфейсного информационного обмена (БОИИО). БОИИО транслирует полученные данные в блок общедомового анализа обрабатываемых данные (БОАОД), где проходит их комплексный анализ. Далее полученные данные поступают на блок комплексного контроля параметров энергоносителей (БККПЭ), где проходят проверку на соответствие установленным значениям. Информация о поабонентном расходе энергоносителей обрабатывается в блоке общедомового учета расхода энергоносителей (БОУРЭ). В случае выявления признаков ситуации, предполагающей отключение подачи энергоносителя или поступление соответствующего сигнала с вышестоящего уровня, блок управления подачей и домовым распределением энергоносителей формирует необходимый управляющий сигнал. Подготовленный пакет данных, отражающий расход энергоносителя и соответствие установленным параметрам, записывается в энергонезависимую память и передается в БОИИО для дальнейшей отправки на третий уровень. Блок самоконтроля контролирует работоспособность устройства в целом, регистрируя прохождение информационных сигналов между блоками.
Рассчетно-информационный центр (четвертый уровень) консолидирует данные поступающие с нижестоящих уровней, систематизирует и подготавливает информацию для передачи поставщикам.
В целях повышения надежности элементы каждого уровня обеспечены устройствами резервного электропитания и энергонезависимой памятью.