УДК XXX. XXX. XX

К. т.н., доцент, ВГАВТ1
, ВГАВТ
, к. т.н., ВГАВТ
, д. т.н., профессор, ВГАВТ
, к. т.н., ВГАВТ

Автоматизированная система учета энергоресурсов.

Краткая аннотация

Существующие системы учета потребления энергоресурсов можно разделить на 2 группы – системы коммерческого учета и системы оперативного контроля и учета [например, 1,2]. Для первой группы требуется сертификация средств измерения, в связи с чем они имеют сравнительно высокую стоимость. Системы оперативного контроля и учета предназначены для получения достоверной информации о потреблении энергоресурсов, играющей важную роль при принятии обоснованных управленческих решений руководством предприятий и учреждений.

Подобная система под названием “САКУРА” (рис.1) была разработана для одного из корпусов Горьковского технического университета по заказу Нижегородского регионального центра энергосбережения (информация о системе опубликована НИЦЭ в без ссылок на разработчиков).

Рис.1 Заставка системы САКУРА.

Система предназначена для автоматизированного сбора и учета информации о потреблении энергоресурсов (электрической и тепловой энергии , тока, температуры, воды, газа и т. п.) в промышленных и административных зданиях.

В состав системы входят диспетчерский пульт (компьютер с программным комплексом), контроллер линии связи, устройства сбора и хранения информации (УСХИ), измерительные приборы (или датчики) с интерфейсом RS-485 (рис. 2). К линии RS-485 может быть подключено до 32 устройств (УСХИ и датчиков с интерфейсом RS-485, например счетчиков электрической энергии, тепловой энергии и т. п.). В свою очередь, к УСХИ может быть подключено до 64 датчиков с токовыми и импульсными выходами. Контроллер линии связи позволяет работать со вторым диспетчерским пультом через телефонный канал связи.

Рис.2. Структура системы автоматизированного сбора и учета информации о потреблении энергоресурсов.

Функциональные возможности системы.

Функции оперативного контроля:

Контроль в режиме реального времени любого из датчиков с диспетчерского пульта или с удаленного терминала по телефонной линии;

Представление в графическом виде планов здания с размещенными датчиками и их показаний.

Функции настройки:

Добавление новых датчиков или их исключение из системы;

Привязка датчиков к поэтажным планам здания;

Конфигурация УСХИ и настройка подключенных к нему датчиков.

Функции сбора и хранения информации:

Опрос всех устройств, включенных в сеть и чтение с них статистической информации за заданный промежуток времени;

Просмотр текущих показаний датчиков в режиме мониторинга с представлением их местоположения на поэтажных планах здания;

Сохранение собранной со всех датчиков информации.

Функции анализа:

Представление информации в табличном и графическом виде по любым видам потребляемых энергоресурсов за произвольный интервал времени;

Расчет обобщенных характеристик (суммарных, удельных значений параметров и т. п.).

Функции защиты информации :

Доступ возможен только при использовании пароля (два уровня – диспетчера и администратора).

Описание устройства сбора и хранения информации.

УСХИ служит для подключения датчиков не имеющих интерфейса RS-485. Это датчики с токовым выходом (датчики температуры, датчики тока и т. п.) и датчики с импульсным выходом (Счетчики воды и т. п.). К УСХИ можно подключить до 64 (функционально разбиты на 8 модулей по 8 датчиков, количество модулей импульсных и токовых датчиков – произвольное). Диапазон частот для импульсных входов – 0-200 Гц, входные сигналы токовых датчиков - 0-20 мА или 4-20 мА. Информация с датчиков хранится в блоке УСХИ с интервалом 30 мин в течении 10 последних суток.

Конструкция УСХИ – модульная (рис.3). На материнской плате размещена плата центрального процессора и восемь слотов для подключения модулей ввода информации с датчиков. Материнская плата с помощью ленточного кабеля соединена с платами клеммных соединителей для подключения кабелей датчиков. На них размещены 64 группы (по 3 штуки – корпус, +24В, сигнальный вход) клеммных соединителей.

Модули аналогового и импульсного ввода выполнены в виде отдельных плат, вставляемых в слоты. Каждый модуль имеет 8 каналов измерения. Каждая плата обслуживается собственным процессором. Программа, зашитая во внутреннюю память процессоров, обеспечивает измерение по 8 каналам и формирование массива полученных данных для передачи в центральный процессор. Связь с центральным процессором осуществляется по внутреннему последовательному каналу на скорости ________. Любой модуль (аналогового или импульсного ввода) может размещаться в произвольном слоте. Тип модуля и его адрес модуль центрального процессора определяет автоматически, никаких изменений в аппаратной части и программе УСХИ не требуется. Размер модуля ввода – 85*50 мм.

На плате центрального процессора УСХИ размещены 2 однокристальных микроЭВМ, энергонезависимая память, часы реального времени, сторожевой таймер и интерфейсы внутреннего последовательного канала и внешнего канала RS-485.

Первая ОМЭВМ обеспечивает сбор информации с модулей ввода и формирование массива данных за последние 10 суток с тридцатиминутным интервалом. Вторая ОМЭВМ обеспечивает подключение блока к каналу RS-485.

Рис.3. Устройство сбора и хранения информации

Контроллер линии связи позволяет осуществлять соединение компьютера с каналом связи RS-485 или телефонным модемом. Через канал связи RS-485 осуществляется сбор данных с контролируемых устройств и установленных датчиков. Второй канал предназначен для осуществления связи с удаленными устройствами посредством коммутируемой телефонной связи и модема. Для реализации удаленной сети (в другом здании, районе, городе) используются два контроллера связи, при этом к одному подключаются диспетчерский пульт, телефонный модем и локальные устройства сбора информации, ко второму подключается модем и устройства сбора информации.

Описание диспетчерского пульта.

Диспетчерский пульт (рис. 4) реализован с помощью программного комплекса “САКУРА” устанавливаемого на персональном компьютере. Данный программный комплекс для работы под операционной системой Windows 98 и выше. Компьютер должен иметь свободный COM порт для подключения контроллера линии связи.

Программный комплекс (ПК САКУРА) включает в свой состав систему сбора, хранения и визуализации данных и драйверы сопряжения с подключаемыми внешними устройствами. Одной из основных характеристик комплекса является его модульная структура, позволяющая легко наращивать функциональность установленной системы (подключение датчиков и устройств других фирм-производителей).

Большое внимание при разработке ПК САКУРА уделялось обеспечению гибкости системы и легкости внесения изменений в конфигурацию без необходимости модификации программы.

Рис. 4. Диспетчерский пульт системы.

Режим отображения поэтажного плана

Программа обеспечивает отображение информации об устройствах в 2-х видах – через окно дерева устройств, и через окно поэтажного плана. Дерево устройств отображает все устройства в системе (с учетом выбранной при старте организации); при этом устройства сгруппированы по типам измеряемого ресурса. Поэтажный план отображает устройства по их физическому месту расположения. Работа в режиме отображения поэтажного плана обеспечивает большую наглядность.

Рис. 5. Окно поэтажного плана.

Основным элементом данного окна (рис. 5) являются 3 закладки с планами подвала, первого этажа и второго этажа. Переключение между ними осуществляется щелчком мышью на закладке листа .

Под планом находится информация о комнате, по которой выполнен щелчок мышью: номер (или название), принадлежность организации и количество датчиков. Далее - название и тип находящихся в комнате датчиков. Область справа отведена под значения тока и температуры от датчиков в выбранной комнате (режим фонового мониторинга).

Разные типы датчиков отображены на плане цветными значками разной формы. Легенда (условные обозначения) располагается справа от плана. Основные операции над датчиками доступны через контекстное меню (щелчок правой кнопкой мыши на значке датчика). Указание мышью на значок устройства (без нажатия) отображает имя устройства (во всплывающей подсказке). Двойной щелчок по значку датчика запускает режим мониторинга.

Большая кнопка справа вверху служит для перехода в режим просмотра дерева устройств, кнопки под легендой доступны только в режиме администратора и служат для работы с комнатами (при начальной настройке системы) и включения режима перемещения устройств на карте.

Информация о комнатах (так же как и информация о датчиках) не является жестко "зашитой" в систему; она вводится на этапе конфигурирования системы и хранится в служебной базе данных программы, обеспечивая возможность изменения конфигурации.

Добавление устройств в систему

Добавление и удаление датчиков возможно только в режиме администратора; этот уровень доступа в систему защищен паролем. После ввода пароля в режиме просмотра дерева устройств появляются кнопки "Добавить устройство" и "Удалить устройство"(рис. 6)

Рис. 7. Окно добавления устройства

После заполнения формы нажатием кнопки ОК происходит добавление устройства в систему. В случае, если устройство подключается через блок УСХИ запускается программа настройки описаная далее. В системе предусмотренна возможность привязки и отображения устройств и датчиков на поэтажном плане здания.

Анализ статистики и построение графиков

Имеется возможноть просмотра данных с датчиков за выбранный период в табличной и графической форме. При этом помечаются интересующие датчики (рис. 8).

Рис. 9. Окно выбора периода.

Далее осуществляется выбор типа отображаемой информации. В зависимости от выбранного датчика (датчиков), их типа и запрошенного периода возможны варианты (выдавать показания в натуральном или денежном выражении и т. п.) При отсутствии данных за часть периода, система автоматически считает их с устройств.

Полученные результаты отоброжаются в окне запрошенных данных в табличной форме и на графике (рис.10).

Рис. 10. Окно запрошенных данных.

Анализ статистических данных.

Анализ данных производится с помощюь модуля расчета. Модуль расчета предназначен для расширения возможностей системы по обработке данных путем обеспечения расчета производных значений на основе имеющихся при обеспечении легкости модификации расчетных формул.

Встроенный вычислитель обеспечивает следующие возможности:

· вычисления по многострочным формулам.

· поддержка 4-х арифметических действий и возведения в степень ("^"), поддержка приоритетов вычисления и скобок.

· использование до 50-ти переменных и именованных констант.

· подстановка вместо имени датчика (точнее, первого слова имени) значения соответствующего показателя за выбранный период.

· подстановка вместо переменной "t" длины выбранного периода (в часах).

Формулы доступны для изменения (считываются из файла при старте программы). При работе в режиме администратора возможен режим отладки (рис. 11).

Рис. 12. Анализ: нормативная кривая энергопотребления.

Работа с датчиками имеющими токовый или импульсный выход.

Все датчики, имеющие токовый или импульсный выход, подключаются к УСХИ при этом максимальное количество, подключаемое к одному блоку, шестьдесят четыре. Количество блоков УСХИ для подключения не ограниченно. Настройка и калибровка подключенных датчиков осуществляется программным путем. Устанавливается тип датчика – аналоговый или импульсный. Далее для импульсных датчиков (рис. 13) производится калибровка. Выбирается канал к которому подключен датчик, вводится название датчика и задается цена одного импульса, дополнительный множитель, размерность измерений и если необходимо задаются пределы ограничений.

Рис. 14. Установка и калибровка аналогового датчика.

Преобразование значения осуществляются по уравнению прямой путем ввода значений в двух точках. Дополнительно предоставляется возможность ввода ограничений значений по максимуму и минимуму и по знаку. В режиме настройки предоставляется возможность просмотра значений и констант калибровки для всех подключенных датчиков.

В режиме опроса датчика подключенного к УСХИ осуществляется автоматическая установка связи с блоком и сбор информации со всех подключенных датчиков. Получаемые значения выводятся в информационном окне о комнате на общем плане здания (рис. 15), либо возможен вывод информации для одного датчика в специальном окошке (рис. 16).

Рис. 16. Просмотр значения выбранного датчика.

Работа с приборами, имеющими последовательный порт RS-485

На момент разработки комплекса заказчик определился с двумя устройствами поддерживающими канал RS-485 – электросчетчик “Микрон 3x” (рис. 17), завод Фрунзе (Н. Новгород) и теплосчетчик (рис. 18) фирмы Danfos (Швеция?). Данные устройства собирают и хранят статистические данные за сутки и месяц и имеют свои протоколы для осуществления связи. Для этих приборов были разработаны программы драйвера, которые позволяют оперативно считывать текущею информацию, настройки приборов и снимать статистические данные. При подключении новых приборов на основе предоставляемого протокола создается новый драйвер, который позволит легко интегрировать приборы в комплекс.

Рис. 18. Окно отображения текущей информации на электросчетчике.

Драйвера для приборов реализуют две основных функции. Работа в режиме мониторинга – производится постоянный опрос прибора с целью предоставления текущих даны и настроек прибора. Информация на компьютере отображается в специальных окошках на рисунке 17 представлено окно отображения текущей информации с электросчетчика, на рисунке 18 с теплосчетчика. Вторая функция – сбор статистических данных с приборов. При этом выводится информационное окно показывающее состояние чтения статистических данных.

В настоящее время система находится в опытной эксплуатации в 8 корпусе Нижегородского политехнического университета.

, “Сакура” - система мониторинга энергопотребления бюджетной организации. // Энергоэффективность: опыт, проблемы, решения, Н. Новгород, 2001. Вып.3. С.52–57.

1 ВГАВТ, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
E-mail: *****@

Название на английском языке

Аннотаця на англ языке (до 10 строк)e.

Сегодня нет той сферы деятельности человека, где бы он ни потреблял энергию в том или ином виде. А само развитие человеческой цивилизации прочно связано с использованием различных энергетических ресурсов для поступательного движения вперед. Причем общемировая тенденция увеличения объемов потребления энергоресурсов продолжает неуклонно расти, пусть с небольшим замедлением, но с постоянным повышением уровня качества потребления и значительным снижением издержек.

Что понимают под энергоресурсами

Под энергоресурсами принято понимать физическую среду, содержащую в тот или иной степени необходимые качества и свойства, используемые для обеспечения протекания энергогенерирующих процессов необходимых для выполнения различных видов работ и других полезных функций.

Энергоресурсы принято разделять:

на первичные, которые имеют непосредственно природное происхождение;
на вторичные, которые получают путем переработки и преобразования первичных видов.

К первичным энергоресурсам относятся все виды добываемого и ископаемого топлива, солнечная радиация, энергия ветра и воды. Причем последние относятся к экологическим, так называемым возобновляемым видам энергии.

К вторичным видам энергоресурсов относят в основном электрическую и тепловую энергию.

Необходимость учета энергоресурсов

Существующий на сегодняшний день управляемый и контролируемый рынок энергоресурсов требует от любой динамично развивающейся компании или организации детального контроля и учета потребления всех энергетических ресурсов. Это необходимо не только для возможности отслеживания производственной деятельности предприятия в реальном времени и организации финансовых расчетов за ее потребление, но и для планирования различных стратегических задач экономической политики предприятия в целом.

Электричество, тепловая энергия, природный газ и вода являются важнейшими составляющими необходимыми для производства любой продукции, при этом они являются и основными расходными статьями и составляют значительную часть себестоимости. Одним из условий, способствующих существенному уменьшению энергетических затрат в себестоимости продукции является организация и внедрение систем контроля и учета энергоресурсов.

Многие предприятия до сих пор имеют завышенную долю энергоемкости в себестоимости выпускаемой продукции. Согласно, последним данным удельные энергозатраты в валовом внутреннем продукте по основным отраслям промышленности на территории Российской Федерации фактически трехкратно превышают подобные показатели для ведущих стран Западной Европы и даже по передовым областям экономики в два раза выше, чем в Америке.

Энергосбережение актуально для любого развитого государства как в целом, так и должно быть применено для отдельных отраслей промышленности, в том числе реализовано при производстве сельскохозяйственной продукции, а также в сфере коммунального хозяйства.

Для каждого отдельного вида энергоресурса существуют свои особые требования по организации контроля и учета их потребления, которые, в свою очередь, четко определенны в действующей нормативно-технической документации и законодательной базе.

Так, одним из основополагающих документов для стимулирования рационального потребления энергоресурсов является Федеральный закон от 23 ноября 2009 года за № 261-ФЗ под редакцией от 03 июля 2016 года, который регламентирует все необходимые меры для обеспечения энергосбережения и повышения энергетической эффективности, в том числе путем внесения изменений в отдельные законодательные акты РФ.

Системы автоматизированного учета

Вне зависимости от того, где внедряется система автоматизированного учета энергоресурсов на промышленном предприятии, гостиничном комплексе или это небольшом ЖКХ, в любом случае, она должна включать подсистемы, а именно:

учета генерации, распределения и потребления электроэнергии;
учета тепловой энергии для нужд отопления и горячего водоснабжения;
учет потребления природного газа;
учет потребления питьевой и технической воды.

В свою очередь, комплексный учет энергоресурсов должен объединять все эти подсистемы, состоящие из отдельных независимых структур так, как только в этом случае, можно рассматривать всю систему учета и анализа потребления энергоресурсов предприятия в целом. Поэтому необходимо рассматривать работу каждой подсистемы в отдельности, как независимого элемента общего комплекса автоматизированной системы учета потребления энергоресурсов.

Если провести образную градацию по развитию и внедрению систем автоматизации, то наиболее разветвленную сеть имеет учет генерации и потребления электрической энергии, в том числе и по причине огромного числа потребителей. На следующих местах по количеству приборов учета и общей систематизации процессов контроля и учета можно расположить производство и потребление различных видов тепловой энергии. Наименее развитыми в плане автоматизации процессов учета являются потребления природного газа и водных ресурсов.

Финансовая составляющая автоматизации учета

Все системы учета энергоресурсов строятся для непосредственного их использования в экономической и финансовой деятельности предприятия любой формы собственности. Поэтому, с экономической точки зрения, принято различать два основных вида учетов энергоресурсов:

коммерческий;
технический.

Основной задачей коммерческой системы учета является процесс измерения и обработки количества потребленных энергоресурсов для обеспечения денежных расчетов между потребителями за использование этих ресурсов с их производителями.

В задачу технического учета входит обеспечение более полной и детальной информации о распределении потоков энергоресурсов внутри самого предприятия как по отдельным подразделениям, так и по технологическим цепочкам для анализа эффективности затрат, а также в целях построения политики энергосбережения.

Коммерческий учет является основным для предприятия и включает в себя, в том числе и вспомогательную систему, состоящую из приборов технического учета, которые не дублируют основную систему, а лишь её дополняют, обеспечивая, всю полноту расчетов и открывают ряд возможностей для внедрения мероприятий по энергосбережению.

В связи со значимостью коммерческого учета к нему предъявляют повышенные требования как к самим техническим характеристикам первичных приборов учета энергоресурсов в особенности к их классу точности и надежности, так и к построению схемы в целом по всему комплексу. Это продиктовано, прежде всего, необходимостью минимизации возможных рисков, связанных с занижением результатов измерений, которые, в свою очередь, могут приводить к различному роду финансовых убытков как энергоснабжающих предприятий, так и по всей цепочке транзитных посредников.

Цели автоматизированных систем

Автоматизированные системы коммерческого учета энергоресурсов позволяют объединять информацию со всех существующих систем контроля ресурсов, которые используют стандартизованные каналы передачи данных с возможностью осуществлять их просмотр, а также контролировать состояние и работу приборов учета. Любой современный производственный процесс требует значительных объемов разных видов энергоресурсов. Их использование невозможно без точного контроля над объемами потребления, а для этого необходимо внедрение систем комплексного учета энергоресурсов.

Автоматизация систем по контролю и учету потребления энергетических ресурсов позволяет:

создавать единую информационную платформу для контроля за генерацией, распределением и потреблением;
вести прозрачную систему учета, позволяющую производить расчет использования как по отдельным категориям производства, так и по видам;
повышать эффективность потребления и способствовать снижению удельных затрат путем снижения перерасхода;
выявлять основные источники потерь;
оптимизировать их распределение по отдельным производственным объектам;
повышать точность планирования, основываясь на сравнении показателей текущих данных и фактического потребления в предыдущие периоды;
реализовывать перспективные задачи по долгосрочному и оперативному прогнозированию.

Назначение

Автоматизированные системы по учету энергоресурсов могут быть построены как автономный механизм, так и в виде объединенного комплекса в едином центре по сбору технической информации и предназначаться:

для интеграции производственных данных потребления из различных территориально расположенных источников;
для автоматизации получения, обработки и анализа текущих данных потребления;
для своевременного информационного обеспечения оперативными и достоверными данными для организации управления рабочими и технологическими процессами;
для обеспечения данными предназначенными для моделирования и оптимизации энергообеспечения;
для повышения эффективности обработки текущих данных и интеграции их интеграции различные дополнительные программные продукты.

Особенности учета электрической энергии

Все возникающие при потреблении электроэнергии взаимоотношения, складывающиеся между непосредственными потребителями и энергогенерирующими предприятиями, регулируется на основании Гражданского кодекса РФ, а именно согласно 6-го параграфа 30-й главы.

Этот нормативно правовой акт рассматривает следующие аспекты взаимоотношений:

договорные отношения;
качество и количество, поставляемой энергии;
ответственность между сторонами за содержание приборов учета и их эксплуатацию;
условия оплаты и другие правила.

Существуют два вида учета электрической энергии:

коммерческий, для расчётов за потребленные киловатт-часы;
технический, для контроля внутреннего потребления.

Основным документом, которым ранее регулировали взаимоотношения потребителей и энергоснабжающих организаций были правила пользования, которые датировались 06.12. 1981 годом, но они были отменны с 01.01.2000 года и признаны недействительными. Хотя вполне могут еще использоваться в качестве так называемых «обычаев делового оборота» в деловой переписке энергетических компаний и при рассмотрении споров в судах различных инстанций.

Организация учета

Все абоненты электрических сетей должны установить коммерческие приборы по учету потребления электроэнергии. Все затраты по их приобретению и монтажу осуществляются за счет средств самих абонентов, в том числе содержание и их дальнейшая эксплуатация также является ответственностью потребителя.

Установка, тип и условия эксплуатации приборов учета электроэнергии определяются, согласно, технического проекта на электроснабжение, выполненного в строгом соответствии с действующей нормативно-технической документацией в обязательном порядке, включающей ПУЭ, ПТЭ, ПТБ и ГОСТы.

По типу подключения существуют два вида приборов учета электроэнергии, а именно:

счетчики, предназначенные для прямого включения, их подключают непосредственно в силовую цепь;
счетчики, подключаемые с помощью различных дополнительных приборов или измерительных трансформаторов тока и напряжения.

В зависимости от типа устройства электрических сетей переменного электрического тока устанавливаются либо однофазные приборы учета, либо трехфазные счетчики электрической энергии.

По внутреннему устройству, а также по способам преобразования измерений и хранения поступающих данных приборы учета переменного электрического тока выпускаются двух основных видов: индукционного с механическим счетчиком и статического с электронными компонентами.

Так, электронные приборы учета электроэнергии, в отличие от индукционных являются более современными и способны обрабатывать и запоминать показания количества потребленной электрической энергии в том числе и по дифференцированной схеме в нескольких тарифных зонах, а также за разные заранее запрограммированные периоды времени. Это достигается за счёт применения электронных компонентов в схеме прибора.

Основным условием включение приборов учета электроэнергии в автоматизированную систему является наличие сетевого обмена информацией компьютерных интерфейсов в виде цифровых шин данных типа RS-232L и RS-485. Наличие этих интерфейсов позволяет интегрировать электронные счетчики в автоматизированные системы коммерческого учета энергоресурсов, с минимальными затратами.

Автоматизация системы учета

Для осуществления сбора, обработки, документирования и хранения данных о коммерческом потреблении электроэнергии на предприятиях и современных многоквартирных домах применяют различные автоматизированные системы по коммерческому учету энергоресурсов, которые принято называть по сокращенному варианту, как АСКУЭ.

Основная цель использования АСКУЭ предполагает достижение экономии и минимизация потерь электроэнергии, снижения затрат на сбор информации и оптимизации обработки данных. Главным условием, при котором становиться возможным эффективное функционирование современной энергосистемы является использование геоинформационной системы учета электроэнергии начиная от приборов, учитывающих генерацию у производителя на электростанциях и заканчивая подключением коммерческих учетов у каждого конечного потребителя.

Обязательным условием функционирования АСКУЭ является обеспечение контроля и учета:

поступающей и отпущенной электроэнергии;
активной и реактивной части электроэнергии для каждой точки в отдельности, где установлены приборы;
количества общих потерь электроэнергии;
баланса поступающей и отпущенной электроэнергии.

Автоматизированную систему коммерческого учета электроэнергии проектируют, руководствуясь, как правило, трёхуровневым принципом построения, а именно:

На самом нижнем уровне выполняются основные измерения. Он состоит из измерительных трансформаторов тока, напряжения и непосредственно приборов учета.
На среднем уровне осуществляется сбор и передача собранной информации от каждого объекта в отдельности или обособленной группы приборов.
На третьем уровне производиться сбор и хранение полученной и переданной информации. Он представляет собой вычислительный комплекс с информационным интерфейсом.

Основными условиями, из всего объема обязательных требований, которые предъявляются к верхнему уровню, является возможность хранения оперативных данных по установленным интервалам времени и отчетным периодам. Они соответственно должны давать возможность просматривать значения приборов за промежутки времени от трех минут и получаса до суточных и месячных показаний, а также позволяли проводить анализ и составлять квартальные и годовые отчеты.

Автоматизация учета тепловой энергии

Автоматизированные системы учета тепловой энергии (АСУТЭ) также строиться по как их аналогичному многоуровневую принципу, что позволяет собирать и передавать информацию в реальном времени для выполнения функций коммерческого учета и оперативного контроля за потреблением как на уровне простых абонентов, так и включать отдельные предприятия или районные тепловые пункты. Количественный состав уровней определяется, прежде всего, техническим заданием еще на стадии основного проектирования, но также во многом может зависеть как от числа и вида существующих конечных абонентов, так и будущих потребителей.

Схема построения систем автоматизированного учета различных видов тепловой энергии должна обязательно включать:

Первичный уровень, на котором осуществляется сбор данных расходов основных теплоносителей, температуре, давлению с дальнейшей их обработкой и передачей.
Второй уровень, представляющий собой контроллеры, выполняющие функции по сбору и цифровой обработке в заданном алгоритме первичной информации в цифровые данные с дальнейшей передачей их на головной сервер.
Третий уровень, предназначенный для автоматического объедения собранных и переданных данных с первичных вычислителей. Головной сервер отвечает также за сохранность всех полученных параметров энергоносителей от каждого абонентского узла учета, производя их архивирование и занесение в базы для дальнейшего использования информации.

Автоматизация систем учета теплоэнергии предусматривает работу на стандартизированных видах связи и передаче информационных данных, в том числе как проводной Ethernet, так и радиочастотные каналы или модули GSM.

Основными функциями автоматизированных систем по учету тепловой энергии являются:

автоматизация получения информации по первичным приборам расхода основных теплоносителей, их температурных параметров и показаниям давлений как на подающих, так и обратных трубопроводах тепловых сетей, на трубопроводах горячего водоснабжения и трубопроводах подпитки холодной водой;
автоматизация сбора цифровых данных, поступающих с контроллеров, установленных у потребителей в режиме реального времени;
получение, обработка и сохранение всех данных по расходам, температурным параметрам и значению давления для каждого абонента в отдельности, осуществление статистического анализа поступившей информации;
постоянный контроль за состоянием измерительных приборов;
осуществление дистанционной автоматической диагностики как технического состояния трубопроводов, так и отдельных узлов;
аварийное оповещение в случае несанкционированного вмешательства в работу измерительных приборов;
возможность формирования отчетов различных уровней;
длительную сохранность всех поступивших данных с измерительных приборов;
формирование базы данных, которые можно использовать в дальнейшем для оперативного контроля в диспетчерских пунктах или дальнейшей передачи в планово-экономические подразделения для проведения расчетов нормативов по использованию тепловой энергии.

Структурное построение учета газа

Автоматизацию систем по учету использования природного газа (АСУКГ) строят практически на тех же принципах в виде многофункционального информационного комплекса с возможностями расширения базы и внедрения многоуровневого построения. Количественный состав уровней и архитектурная схема их построения закладывается еще на стадиях проектирования и определяется техническим заданием, местными особенностями и числом объектов.

В стандартную схему обычно включают несколько уровней:

На нижнем – располагают измерительное оборудование с датчиками, преобразователями сигналов и расходомерами. Здесь производиться первичный сбор необходимых данных и основной информации.
На следующем – располагаются объекты управления с узлами учета расхода природного газа на газораспределительных станциях. Это позволяет выполнять задачи по сбору данных, непосредственно, с измерительных приборов, включая расход, температуру и давление в контрольном газопроводе. Вся полученная информация обрабатывается, учитывая, в том числе, компонентный состав природного газа, что позволяет производить все необходимые технические расчеты по заранее заложенным алгоритмам.
На верхнем – производиться сбор и обработка всей поступившей информации с отдельных объектов, что позволяет обеспечивать работу системы автоматизации учета и контроля, как основного элемента пульта управления диспетчерской службы. Это дает возможность по подготовке баз данных для их дальнейшего использования в управлении газораспределительной системой в целом.

АСУКГ, в обязательном порядке, из-за удаленности и разобщённости точек учета должна использовать для возможности передачи данных информационные каналы связи, построенные на Ethernet, PLC, радиочастотах в 433 МГц или 2,4 ГГц или модулей GSM.

В заключение

Рассмотрев практически все аспекты построения автоматизированных систем учета и контроля энергоресурсов как в целом, так и по отдельным отраслям и видам, а также определив основные цели и задачи можно предположить, что экономическая эффективность будет завесить не только от методов внедрения и объемов финансирования, но и от специфических условий, сложившихся на каждом конкретном предприятии. А также можно однозначно констатировать, что чем выше степень энергоёмкости производства, тем более существенным будет экономический эффект от автоматизации контроля и учета основных энергоресурсов.

Благодаря однонаправленности передачи, подъездная сеть полностью изолирована от домовой сети и исключает любое вмешательство в работу системы учета ресурсов со стороны WEB-клиентов. Домовой контроллер системы является ведущим, обеспечивая обмен с ПК и выполняя диспетчерские функции.
Другая важная задача – опрос первичных приборов учета, предназначенных для измерения общего уровня потребления ресурсов всем объектом в целом. Кроме того, этот контроллер хранит всю служебную информацию, собирает файлы сведений о потреблении ресурсов и ведет журналы событий, формируемые другими контроллерами. Необходимо отметить, что наличие нескольких копий (реплик) одной и той же информации повышает устойчивость работы системы учета в нестандартных ситуациях. Вычислительные ресурсы ПК также используются для обработки нештатных ситуаций, например, отключений питания, поломок аппаратной части, случаев мошенничества, аварийных ситуаций в коммунальных системах квартир и дома.
Система учета построена как однородная сеть однотипных элементов и создана на основе технологии MicroLAN, разработанной фирмой "Dallas Semiconductor Inc". Сеть передачи данных 1-Wire® Net (еще известная как MicroLAN) – дешевая система обмена данными между промышленным контроллером и сетевыми устройствами. Разработчик сети производит широкий спектр устройств, поддерживающих протокол 1-Wire. Сюда входят: счетчики, датчики температуры, элементы памяти (типа RAM и EEPROM), электронные ключи (iButton) и т.д. Как показал анализ, этот набор компонентов позволяет построить полнофункциональную систему учета расхода энергоресурсов.
Одно из главных достоинств сети – простота управления. Никакое сетевое устройство не может передавать данные, пока к нему не поступит запрос от ведущего узла. Все узлы или устройства подключены к общей шине, образуемой витой неэкранированной парой.
Каждое устройство имеет уникальный сетевой адрес, записанный в прожигаемом при его изготовлении ПЗУ. Каждое устройство оснащено литиевой батареей со сроком службы 10 лет, что позволяет значительно сократить потребляемую мощность, увеличить устойчивость к отключению электроэнергии и максимально упростить кабельную систему, используемую для подключения приборов учета.
Датчик температуры обеспечивает измерение с точностью до 0,1°С. Для нормальной работы термодатчиков во время выполнения измерений, на них необходимо подать постоянное напряжение номиналом 5 В. Благодаря использованию литиевых батарей удалось отказаться от передачи энергии по проводам. Датчики и регистраторы импульсов опрашиваются с периодом 15 минут, а приборы, подключенные к контроллеру системы напрямую, обычно имеют период опроса, равный одному часу.
При расчете потребления ресурсов отдельно взятой квартирой применяется алгоритм, позволяющий учитывать как часть ситуаций, связанных с отказами оборудования, так и возможность объединения нескольких квартир в одну.
Связывание между областями учета (квартирами) и узлами учета производится уже на уровне управляющего компьютера, принимающего информацию от дома в целом, т.е. централизовано, в одной точке. Такое решение позволяет увеличить гибкость системы, облегчить процесс ее обслуживания и упростить программное обеспечение контроллеров. Более того, это позволяет выполнять расчеты при объединении или разделении областей учета, не дожидаясь окончания месяца.
Данные от основного контроллера поступают в персональный компьютер (ПК). На ПК устанавливается следующее прикладное программное обеспечение (ПО): система управления базами данных (СУБД) и программа загрузки формируемых контроллерами данных.
В СУБД формируется база данных (БД), содержащая три группы таблиц:
журналы состояния объектов системы и ошибок,
показания сенсоров,
результаты расчета баланса по каждому виду ресурса.
Процесс загрузки данных осуществляется каждые 15 минут.
Другая особенность алгоритма связана с особенностями учета общедомовых расходов, распределения небаланса между квартирами и отказами системы учета. Регистраторы импульсов обладают возможностью подсчитывать поступившие импульсы независимо от того, производит ли контроллер их опрос. Может сложиться ситуация, когда по какой-либо причине связь с приборами учета в ряде квартир отсутствовала, а затем была восстановлена. Так как система производит составление баланса потребления каждый час, то для таких квартир следует применить какие-либо нормативы. Однако после восстановления связи становится доступной информация о действительном количестве потребленных ресурсов, что требует внесения изменений в ранее сделанные расчеты. Для удобства таких операций контроллеры системы всегда ведут расчет потребления с начала месяца. Накопленные данные каждый час передаются домовому контроллеру.
Такой подход позволяет не только более гибко вносить изменения в итоговый баланс, но и осуществлять распределение общедомовых расходов и небаланса, обеспечивающее наиболее актуальную картину с начала месяца до момента наблюдения. Часовые показатели рассчитываются уже на уровне управляющего компьютера.
Регистраторы импульсов устанавливаются в непосредственной близости от первичных датчиков, которыми являются: приборы учета холодной и горячей воды с импульсными выходами, электронные счетчики электрической энергии и газа. Подсчет импульсов от первичных приборов ведется независимо от наличия внешнего питания и работоспособности самой системы, поскольку обладают встроенной литиевой батареей. Датчики температуры предназначены для измерения температур воздуха и отопительного прибора. Они устанавливаются попарно на каждый отопительный прибор: один на уровне пола, другой на батарее. По этим данным система определяет количество тепла, отданное каждой батареей и, как следствие, тепловой энергии, полученной каждой квартирой. В каждой квартире могут быть установлены различные типы отопительных приборов теплоотдача, у которых разная. Для учета этой разницы вводится понятие удельной теплоотдачи и коэффициента тепловой эффективности отопительного прибора. С помощью этого коэффициента на этапе заполнения таблицы конфигурации учитывается тип отопительного прибора. Использование этого коэффициента позволяет правильно учитывать количество тепла, отдаваемого каждым типом отопительного прибора.

Автоматизировать сложный учет энергоресурсов , их расход, выгодно тем предприятиям, которые предоставляют услуги энергообеспечения, чтобы дистанционно контролировать расход, обеспечивать денежный расчет с клиентами за предоставленную услугу и получать прозрачные отчеты. Услуга службы заключается в генерации и распределении энергии для пользователей.

Технический учет энергоресурсов информирует о расходе энергии на каждом предприятии, в отдельных его подразделениях и также на конкретном оборудовании, где требуется установка счетчиков. Системы автоматического учета энергоресурсов , которые синхронизированы с техническим учетом, позволяют в перспективе повышать энергоэффективность за счет энергосбережения. Постоянная экономия (от 15 до 30 процентов) повышает прибыль предприятия.

При сопоставлении и анализе полученной статистики легко обнаружить проблемные участки, где потребление существенно превышает норму. Таким образом, если параллельно автоматизировать учет потребления энергоресурсов и учет экономии энергоресурсов , то это поспособствует рациональному решению задачи последующей оптимизации потребления.

Типы систем автоматического учета энергоресурсов

Промышленность и коммунальные предприятия заинтересованы в установке учета энергоресурсов . Коммерческий учет энергоресурсов с высокой точностью измерений осуществляется с помощью специальных, организованных в системы, счетчиков автоматизированного учета энергоресурсов . Системы бывают разные, например, в зависимости от целевого рынка (розничный, оптовый рынок), что отражается уже в их названии.

Если АСКУЭ (автоматизированная система ) помогает контролировать расход энергоресурсов с учетом розничных цен, способствуя финансовым расчетам с предприятиями, занимающимися их сбытом;
то АИИС КУЭ (автоматизированная информационно-измерительная система коммерческого учета энергоресурсов ) нацелена на оптовый рынок и соответствует его требованиям. Эта система подлежит обязательной аттестации в контролирующем органе и регистрации в Госреестре.

Современные технологии не только усовершенствовали саму систему, но и ощутимо удешевили ее стоимость, расширяя круг потенциальных потребителей и, соответственно, сферы внедрения систем учета энергоресурсов .

АССД (автоматизированные системы сбора данных о потреблении энергоресурсов) предназначены как дополнительные приборы. Потребитель, у которого уже работают регистраторы или счетчики, может заказать установку такой системы. Однако в данном случае сам заказчик следит за функционированием и метрологией своего оборудования.
АСТУЭ (автоматизированные системы технического учета энергоресурсов) предназначена для внутреннего аудита и предполагает установку с заданной метрологией. Заказчик указывает нужные характеристики в техническом задании. Функционирование системы предприятия обеспечивают специальные службы, использующие современные технологии и каналы связи. Все необходимые данные автоматически собираются с приборов. В учет энергоресурсов входит объем производства, потребления и другие параметры.

Служба учета энергоресурсов оправдана простотой и доступностью регулярного получения высокоточных данных для систематического контроля расходов ресурсов с последующей их оптимизацией. Автоматизировать при грамотной организации учет энергоресурсов на энергоемком предприятии – путь к интенсивному повышению его эффективности, рентабельности и доходности. Постоянная экономия от внедрения системы обычно окупается за три квартала.

Автоматизировать учет потребления энергоресурсов стоит потому, что это минимизирует трудоемкость процесса расчетов. Электронная служба наиболее точно измеряет и фиксирует все важнейшие показатели, предоставляя без погрешностей массу дополнительной полезной информации.

Доступны фактические данные по счетчикам конкретных объектов и их группам (улица, населенный пункт, город, область, регион) за любой период, включая текущие, суточные, декадные, месячные, квартальные, годовые расходы и т.д.
Тщательно контролируется качество предоставляемых ресурсов.
Инспектируется текущее состояние приборов коммерческого учета энергоресурсов .
Осуществляется автоматический мониторинг состояния инженерных коммуникаций.
Немедленно выявляются случаи несанкционированного доступа к счетчикам.

Установка контролирующих приборов решает много задач, что служит весомым аргументом в пользу решения автоматизировать учетные процедуры.

Технические возможности автоматических систем учета энергоресурсов

Счетчики – многофункциональны, их установка упрощает сбор и хранение разнородных данных.

С заданной регулярностью результаты собранных измерений автоматически передаются на главный сервер учета энергоресурсов.
Вся собранная отчетность консервируется для продолжительного хранения в системе службы.
Полученные показатели подвергаются анализу с целью обеспечения экономии.
Несанкционированное потребление обнаруживается системой, что упреждает ущерб и локализует применение своевременных адресных мер.
Приборы быстро обнаруживают аварийные участки, что минимизирует ущерб и позволяет оперативно реагировать на утечки.
Для подключения или отключения конечных потребителей от ресурсной сети не нужно выезжать на место, поскольку автоматические процедуры технического и коммерческого учета энергоресурсов осуществляются удаленно.

Архитектура структуры учета энергоресурсов зависит от сформулированного заказчиком технического задания и количества подконтрольных объектов. Подотчетная территория предприятия оснащается автоматическими счетчиками, приборами , ведущими коммерческий учет энергоресурсов . Счетчики подключаются к многоуровневой иерархической структуре сбора, анализа и хранения информации.

Вся нужная достоверная информация автоматически упорядочивается в виде таблиц, графиков, балансовых отчетов и журналов происшествий, и через проводные и беспроводные каналы связи передается адресату.

Опыт показал, что установка счетчиков автоматического коммерческого учета потребления энергоресурсов снижает затраты службы. Экономия достигается путем комплексного учета энергоресурсов. Здесь важна оперативная реакция на факты хищения и аварийные утечки; лимитирование расхода и контроль пиковых нагрузок; расчет и установление оптимального тарифа, автоматическая выписка счетов абонентов, оптимизация оплаты труда; уменьшение количества неоплаченных счетов, рационализация потребления и минимизация технических затрат. Всего этого легче добиться, если автоматизировать коммерческий учет энергоресурсов . Суммарная экономия в год в среднем достигает 15% от объема потребления.

В чрезвычайных ситуациях , когда контролируемые показатели выходят за границы нормы, предусмотрена сигнализация. Внутри структуры поддерживается единое время для предупреждения сбоев и исключения разночтений.