Система учета ресурсов с помощью умных счетчиков
SYSTEM FOR MANAGING RESOURCES USING SMART METERS

Изобретение относится к системе автоматизированного сбора и учета данных ресурсов (в частности, со счетчиков газа, воды, тепла, электроэнергии), хранения, последующего анализа, а также представления полученной информации и использования для построения системы потребления ресурсов и реагирования на них.
Изобретение может быть использовано в сфере жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ), и автоматизированных системах контроля и учета потребляемых ресурсов.
Существуют и постоянно разрабатываются различные системы учета ресурсов в жилищно-коммунальном хозяйстве, которые включают в себя индивидуальные и общедомовые счетчики учета тепла, количества газа, холодной и горячей воды, электричества и пр.
Известна автоматизированная система сбора данных о потреблении энергоресурсов и счетчик электрической энергии (RU 2595939С2, МПК G06Q 50/06, опубликовано 27.08.2016). Система содержит счетчики электрической энергии, концентраторы данных, сервер и клиентские устройства. Обмен данными происходит по принципу запрос-ответ на основе пакетного протокола. Пакет содержит стартовые и стоповые элементы, поле параметров и длины поля данных, адреса отправителя и получателя, код команды, пароль, поле данных и контрольную сумму. Поле параметров содержит бит защитного кодирования данных. Поле пароля при ответе используется для размещения уведомлений. Короткий пакет имеет длину поля данных до 31 байта и дополнительно содержит поля ретрансляции и пути ретрансляции. Длинный пакет имеет длину поля данных до 8191 байта и дополнительно содержит поле байта старшего порядка.
Недостатком данной системы являются ее ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные узким спектром опрашиваемых приборов (только счетчики электроэнергии), что затрудняет учет ресурсов на других типах приборов (вода, тепло, газ), тем самым абоненту приходится использовать другие решения, чтобы покрыть весь объем используемых устройств для учета ресурсов. Так же недостатком являются высокие капитальные затраты, связанные с необходимостью установки дорогостоящего оборудования в каждую квартиру.
Известна аналитическая система оценки потребления воды абонентами (RU2620041C2, МПК G06Q 50/06, опубликовано 22.05.2017), которая содержит абонентский комплект, установленный в водомерном узле абонента. Абонентский комплект включает в себя контроллер, счетчик учета потребления воды и приемно-передающее устройство абонента, выполненное в виде GSM-модема, для передачи информации по беспроводной сети в сервер обработки и хранения данных, связанный с сервером управления расчетами, которые установлены в централизованной диспетчерской поставщика воды. Абонентский комплект снабжен энергонезависимой памятью, хранящей индивидуальный номер абонента и соединенной со счетчиком учета потребления воды и с контроллером, выполненной с возможностью накопления показаний счетчика учета потребления воды с дискретностью за период. Сервер управления расчетами выполнен с возможностью определения типа абонентов и числа жителей у абонентов жилого типа по индивидуальному номеру абонента. Система снабжена модулем индивидуальной выборки данных по типам абонентов, вход которого соединен с выходами сервера обработки и хранения данных и сервера управления расчетами, аналитическим модулем, выполненным с возможностью получения зависимостей неравномерности потребления воды абонентами жилого типа от числа жителей, вход которого соединен с выходами модуля индивидуальной выборки данных по типам абонентов и сервера управления расчетами.
Недостатком данной системы является ограничение одним каналом связи по GSM, что может повлечь за собой возможные сбои связи, т. к. SIM- карты требуют постоянного обслуживания.
Известна, система для дистанционного считывания показаний датчиков (RU 2628331, МПК G08C 17/02, опубликовано 16.08.2017), которая содержит сеть устройств передачи данных, каждое из которых состоит из последовательно включенных датчика, процессора и первого радиомодуля, устройство приема данных, состоящее из последовательно включенного второго радиомодуля, второго процессора и компьютера, при этом устройства передачи данных разбиты на m групп по n устройств передачи данных, первый радиомодуль содержит приемник шумоподобных сигналов с расширением спектра и узкополосный передатчик, второй радиомодуль содержит передатчик шумоподобных сигналов с расширением спектра и первый узкополосный приемник, во второй радиомодуль введены n-1, или больше узкополосных приемников, входы которых соединены с входом первого узкополосного приемника, а выходы - со вторым процессором, причем коэффициент расширения спектра передатчика с шумоподобным сигналом выбирается больше 10, а скорость передачи данных узкополосного передатчика выбирается меньше 480 бит/с.
Известная система не позволяет пользователю, находящемуся не за АРМ диспетчера (с установленным специализированным программным обеспечением) получить доступ к просмотру данных, а также производить опрос всех устройств одновременно, только лишь группами по очереди. Также известная система не позволяет расширить спектр опрашиваемых устройств за счет смены канала связи.
Известна, наиболее близкая к заявляемой, автоматизированная информационно-измерительная система (RU 2679965C1, МПК G06Q 50/06, опубликовано 14.02.2019), которая содержит четыре уровня иерархической структуры. Первый уровень состоит из первичных измерительных средств, осуществляющих измерение параметров теплоносителя, газа, воды, электрического тока. Второй уровень состоит из средств связи, предназначенных для организации связи и обмена данными между первичными средствами измерения и серверами службы опроса третьего уровня. Третий уровень включает основной сервер, вычислительные средства которого сообщены с вычислительными серверами службы опроса, на сервере установлено программное обеспечение с возможностью контроля прав доступа пользователей. Измерительная информация хранится и обрабатывается на основном сервере и передается через средства связи на четвертый уровень системы. Четвертый уровень обеспечивает взаимодействия пользователей с системой автоматизированных рабочих мест операторов с программным интерфейсом приложений.
Недостатком данной системы является возможность получения показаний только с предустановленным программным обеспечением (далее ПО) на компьютер.
Проведенный патентный поиск показал, что в уровне техники не обнаружены идентичные решения, что свидетельствует о наличии новизны заявляемого изобретения.
Настоящее изобретение направлено на разработку системы автоматизированного сбора и учета данных ресурсов с разных типов счетчиков и датчиков с расширенным спектром каналов связи, хранения, последующего анализа, а также представления полученной информации и использования для построения системы потребления ресурсов и реагирования на них в облачной платформе.
Технический результат достигается тем, что система учета ресурсов с помощью умных счетчиков содержит счетчики учета потребления ресурсов абонента, к которым в зависимости от типа счетчика подключен конвертер, выполненный в виде GSM-модема или радиомодуля LoRaWAN, или в виде преобразователя последовательного интерфейса RS232/RS485 в Ethernet, причем к конвертеру с исполнением в виде GSM-модема подключена система сбора данных посредством SIM-карты с выходом в сеть Интернет, к конвертеру с исполнение в виде радиомодуля LoRaWAN подключена базовая станция  LoRaWAN, к конвертеру исполнения преобразователя последовательного интерфейса RS232/RS485 в Ethernet подключена система сбора данных по линии Ethernet, каждая система сбора данных через радиоканалы, каналы сотовой связи, линии связи промышленной сети, сети Ethernet подключена к облачному серверу обработки и хранения данных, на облачном сервере установлено программное обеспечение с возможностью автоматического одновременного опроса приборов учета и возможностью хранения и обработки измерительной информации, к облачному серверу посредством локальной сети подключена облачная платформа, которая через сеть Интернет удаленно соединена с программным интерфейсом, предустановленным на вычислительных средствах абонента.
Система содержит сеть приборов (счетчики газа, тепла, воды, электроэнергии) состоящую из большого количества устройств (n-устройств), каждый из которых, либо группа устройств подключается к конвертеру интерфейсов. Счетчик может быть любым, и канал связи, который подается к данному прибору, будет зависеть только от того,  входит ли в конфигурацию этого прибора цифровой интерфейс RS-232/RS-485, либо импульсный выход, а так же зависит от покрытия сотовой сети, покрытия сети LoRaWAN, либо наличия доступа к интернету в месте расположения счетчик.Подключение прибора счетчика (например, счетчик тепла), в функционал которого входит цифровой интерфейс RS-232/RS-485, который измеряет параметры теплоносителя (температура, давление, объем/масса, вычисляет тепловую энергию, расход и сохраняет эти данные во встроенной памяти), осуществляется к  конвертеру интерфейсов, который включает в себя цифровой интерфейс RS-232/RS-485, а так же проводной интерфейс Ethernet. Данные условия необходимы для обмена информацией между счетчиком тепла и сервером. Конвертер интерфейсов подключается к сети Ethernet и при опросе с сервера по протоколу обмена тепловычислителя передает показания ресурсов, полученных от счетчика тепла,  на сервер. Подобная схема используется так же при подключении прибора счетчика газа, электроэнергии, воды, в состав которого входит цифровой интерфейс RS-232/RS-485, которые измеряют параметры предусмотренные назначением ПО прибора.
При подключении прибора, в функционал которого входит импульсный выход (например, счетчика холодной воды), используется конвертер интерфейсов с типом радиомодуль LoRaWAN. Конвертер интерфейсов с типом радиомодуль LoRaWAN включает в свой функционал импульсные входы, а так же беспроводной модуль LoRaWAN для передачи импульсных показаний счетчика воды на сервер, путем связи по беспроводной сети LoRaWAN, через базовую станцию LoRaWAN. Базовая станция LoRaWAN включает в себя модуль LoRAWAN и антенну для связи с конвертером интерфейсов, а так же проводной интерфейс Ethernet для связи по сети интернет с облачным сервером обработки данных. Аналогичным образом могут подключаться приборы счетчики газа, тепла, электроэнергии, если у них предусмотрены импульсные выходы. Базовая станция LoRaWAN устанавливается по требованию, если необходимо расширить радиус покрытия территории опроса приборов.
При подключении приборов возможно использование конвертеров интерфейсов с типом GSM- модем, который обладает цифровым интерфейсом RS-232/RS-485 для получения данных со счетчиков, либо импульсными входами. В случае подключения счетчика  к конвертеру интерфейсов GSM- модему, требуется предусмотреть покрытие сотовой сети в месте, где установлен счетчик.
Подключаемые счетчики могут быть оснащены проводным интерфейсом Ethernet, что отменяет дополнительную установку конвертеров интерфейсов, и опрос счетчиков с сервера происходит напрямую по сети интернет, посредством протокола обмена опрашиваемого устройства.
Таким образом, спектр подключаемых приборов достаточно обширный, т.к. большинство устройств оснащено тем или иным средством связи, а так же, при наличии, или отсутствии, какого-либо варианта подключения, можно выбрать альтернативу.
Функционирование предлагаемой системы поясняется блок-схемой (фиг.). Система учета ресурсов с помощью умных счетчиков содержит счетчики учета 1 потребления ресурсов абонента, к которым в зависимости от типа счетчика подключен конвертер интерфейсов 4, 5, 6, выполненный в виде GSM-модема или радиомодуля LoRaWAN, или в виде преобразователя последовательного интерфейса RS232/RS485 в Ethernet. К конвертеру 4 с исполнением в виде GSM-модема подключена система сбора 9 данных посредством SIM-карты с выходом в сеть Интернет, к конвертеру 5 с исполнение в виде радиомодуля LoRaWAN подключена базовая станция 7 LoRaWAN, к конвертеру 6 исполнения преобразователя последовательного интерфейса RS232/RS485 в Ethernet подключена система сбора данных по линии Ethernet 8. Каждая система сбора данных через радиоканалы, каналы сотовой связи, линии связи промышленной сети, сети Ethernet подключена к облачному серверу обработки 2 и хранения данных 3, на облачном сервере 2 и 3 установлено программное обеспечение с возможностью автоматического одновременного опроса приборов учета и возможностью хранения и обработки измерительной информации, к серверу 2-3 посредством локальной сети подключена облачная платформа 10, которая через сеть Интернет удаленно соединена с программным интерфейсом, предустановленным на вычислительных средствах абонента 11.
Данные учета ресурсов, получаемые с приборов 1 при опросе, загружаются по одному из каналов связи 7, 8, 9  на облачный сервер 2-3 обработки и хранения данных. Сервер 2 -3 обработки и хранения данных не устанавливаются у абонента, и доступ напрямую к серверу абонент тоже не имеет. Опрос приборов 1 происходит автоматически, ручного запуска опроса приборов не требуется, возможно, получение пользователем оперативных показаний с прибора по нажатию кнопки. Опрашиваются все приборы одновременно, подключенные к системе учета ресурсов, очередь  отсутствует.
Представление учета ресурсов производится в облачной платформе 10, например облачная платформа «Умный город» компании Интерсвязь. Доступ на платформу 10 осуществляется через Интернет, путем входа на страницу сайта платформы 10. Пользователь учета ресурсов может в платформе 10 непосредственно просматривать, анализировать, формировать и скачивать отчеты, фильтровать данные, настраивать систему реагирования на изменение показаний. Установка и запуск отдельного ПО на компьютере не требуется, пользователю необходим только выход в интернет и web- обозреватель. В платформе 10 происходит идентификация пользователя, и если доступ есть,  то отображаются все подключенные приборы и данные по ним. Учет ресурсов является достоверным, данные приходят непосредственно с приборов, изменение метрологических характеристик и показаний не производится.   Предоставляется возможность просмотра на экране монитора, скачивание и отчетных документов по каждому из приборов, анализ показаний в виде графиков, журнал аварийных событий, передача данных в сторонние информационные системы и базы данных абонентов.
Заявляемая система позволяет осуществлять автоматический сбор данных, получение оперативных показаний по запросу пользователя, хранение результатов измерений и вычислений в специализированной базе данных на сервере, который отвечает требованиям высокой защищенности от несанкционированного доступа.
При внедрении в учет ресурсов новых моделей счетчиков производится написание протокола опроса индивидуально по каждой модели, что обуславливает отсутствие сбоев при автоматическом опросе и ошибок в получаемых показаниях.
В системе учета ресурсов происходит контроль линий связи, и оперативное устранение неисправностей связанных с ними, без участия абонента.
Предложенное изобретение позволяет системе непрерывно развиваться и масштабироваться под запросы конечных пользователей. Техническим преимуществом предложенного решения является постоянное расширение спектра опрашиваемых приборов, использования различных каналов связи, индивидуально разработанные под каждый счетчик  протоколы обмена опрашиваемого устройства, удаленный доступ пользователя, из любой точки с доступом в интернет, к полученным данным с ресурсов тепла, газа, электричества, воды, в отличие от наиболее близкого аналога, описанного выше.