Нефте-, газо- и угледобывающая отрасли
PLC-технологию можно использовать для осуществления дистанционного мониторинга. Комплексное решение обеспечивает беспроводной доступ к точкам измерения, до которых трудно добраться.
Функции решения:
- Диагностика и управление скважинными насосами.
- Передача данных с различных датчиков.
- Удаленное управление процессами.
Рис. 2. Вариант модификации модема TL300
Предлагаемые нами системы с использованием PLC-модемов серии TL300 имеют следующие достоинства:
- Скорость модемов TL300 в 10 раз превышает скорость аналогичных PLC-модемов, радио- и GSM-модемов других компаний.
- Построенная сеть будет работоспособна уже через 5 мин после включения, а не через несколько часов или даже через сутки, как на других PLC-модемах.
- В случае изменений условий в электросети (а это происходит постоянно) и «пропадания» некоторых PLC-модемов наша сеть автоматически произведет реконфигурацию с учетом новых условий, устранив временную неработоспособность пропавшего узла. На это уйдет также не более 5 мин.
- При построении систем учета с применением многофункциональных счетчиков скорость является неоспоримым преимуществом, поскольку обработка больших объемов данных требует более высокой пропускной способности в каналах передачи. И также высокая скорость крайне важна для АСУ ТП.
На рис. 2 изображена одна из модификаций модема серии TL300.
Конфигурации AMIS-49587
Модем AMIS-49587 может работать в четырех различных конфигурациях:
- Ведущий (Master) или Клиент (Client). Ведущий — это клиент для данных, передаваемых одним или несколькими ведомыми, расположенными на силовой линии. Он собирает данные с ведомых устройств и управляет ими.
- Ведомый (Slave) или Сервер (Server). Ведомый (Slave) является сервером данных для Ведущего (Master).
- Наблюдатель (Spy) или Монитор (Monitor). Режим используется только для прослушивания данных, предающихся по силовой сети. Проверяется только наличие ошибок во фрейме физического уровня (преамбула и SSD, рисунок 10). Если фрейм не содержит ошибок, то он передается внешнему процессору.
Рис. 10. Диаграмма состояний PLC-модема
Не сконфигурирован. После сброса AMIS-49587 не принял ни одной команды конфигурации. Обмен данными по силовой сети невозможен. В этом состоянии AMIS-49587 находится после аппаратного сброса или после отработки команды сброса.
Каждый режим имеет собственные параметры конфигурации и набор команд.
Возможно, вам также будет интересно
Маршрутизатор сети DevLink-М1 позволяет решить комплекс вопросов, связанных с организацией одновременного информационного обмена между различными устройствами и системами верхнего уровня в рамках одной сети RS-485. С помощью данного устройства можно избежать коллизий при одновременном включении в сеть RS-485 двух Master-устройств, опрашивающих подключенные приборы.
В преддверии 2019 г. фармацевтический рынок замер в ожидании принятия Положения о системе мониторинга движения лекарственных препаратов (ЛП) для медицинского назначения. 14 декабря 2018 г. Постановлением Правительства РФ оно было законодательно утверждено. На наш взгляд, ключевые моменты этого документа связаны с нанесением средств идентификации (двумерных штриховых кодов Data Matrix) на упаков…
Smart Metering подразумевает установку интеллектуальных приборов учета на стороне потребителя, их регулярный опрос, обработку данных и предоставление информации о потреблении энергоресурсов.
Smart Grid – это управляемая сеть, осуществляющая сбор, обработку и распределение информации о потреблении ресурсов всеми участниками рынка с целью повысить эффективность, значимость, надежность, экономичн…
Конструкция и принцип работы
Счетчик с пультом управления и обратной связью внешне ничем не отличается от обычного устройства, этикетки также соответствуют оригиналам. Пломбы искусно подделаны. Единственное внешнее различие — в наличии пульта дистанционного управления, с помощью которого можно на время остановить подсчет потребленной электроэнергии. Об остановке подсчета владельца известит звуковой сигнал на пульте.
Конструкция «заряженного» электросчетчика не имеет механических деталей типа катушки. На их место устанавливаются электронные детали, которые реагируют на сигналы управления с пульта ДУ. Также в конструкции смарт-прибора есть:
- Узел, который преобразует напряжение в сети в нужное напряжение для работы прибора;
- Блок приема, который реагирует на команды с пульта дистанционного управления;
- Электрический узел, который распознает сигналы, исходящий с ПДУ и преобразует их в нужную последовательность рабочих импульсов;
- Модуль реле, который прерывает работу прибора по команде с пульта ДУ.
По технической рекомендации, проводить поверку заряженного прибора необходимо раз в 13 лет. При этом надо помнить, что проверяющие от управляющей компании могут прийти с проверкой в любой момент, поэтому пульт дистанционного управления надо держать всегда на видном месте, чтобы сразу переключить электросчетчик на стандартный режим фиксации показаний.
Устройство счётчика электроэнергии с удалённой передачей данных
Приборы учёта с дистанционной передачей информации представляют собой устройство, преобразующее аналоговый сигнал в импульсы, при подсчёте которых и вычисляется объём потребляемой электроэнергии. Отличия электронных электросчётчиков от индукционных состоят не только в отсутствии подвижных механических элементов. Основным отличием является расширенный функционал прибора, а именно:
- увеличенный временной интервал входного напряжения;
- удобная организация системы многотарифного учёта потреблённого электричества;
- возможность просмотра данных на предыдущие учётные периоды;
- измерение потребляемой мощности;
- возможность подключения к системам автоматического дистанционного сбора и пересылки информации поставщику.
Устройство счётчика с удалённой передачей данных
В плане конструкции современный электронный счётчик представляет собой корпус, в котором расположен измерительный трансформатор тока, клеммная колодка и печатная плата, оснащённая электронными элементами схемы.
Строение прибора учёта электроэнергии, дистанционно передающего данные
Современные модели электросчётчиков электронного типа включают в себя такие обязательные элементы, как:
- жидкокристаллический дисплей;
- таймер, отображающий фактическое время;
- трансформатор тока;
- выход для подключения телеметрии;
- элементы контроля и управления;
- источник питания для работы электронной схемы электросчётчика;
- супервизор;
- оптический порт, устанавливаемый опционно.
Жидкокристаллический дисплей представляет собой многоразрядный буквенно-цифровой индикатор для отображения рабочих режимов прибора учёта электронного типа. Кроме того, ЖК-дисплей показывает данные о потреблённой электроэнергии, фактическое время и дату.
Автоматизированную систему простому пользователю самостоятельно не создать
Независимый источник питания в счётчике предназначен для обеспечения работы электронной схемы. К нему также подключён супервизор, который создаёт сигнал сброса для микроконтроллера, возникающий при включении или отключении электропитания. Кроме того, супервизор позволяет мониторить изменения входного напряжения.
Часы, отображающие фактическую дату и время. В некоторых моделях счётчиков эту функцию выполняет микроконтроллер. Для снижения нагрузки на данную деталь, как правило, устанавливают отдельную микросхему, которая снижает расход мощности микроконтроллера, перенаправляя высвобождённую энергию на решение более важных задач.
Современные электронные электросчётчики представлены в большом ассортименте
Телеметрический выход счётчика − это разъём, предназначенный для подключения прибора к персональному компьютеру, ноутбуку или системе удалённой передачи данных. Оптический порт установлен для снятия информации непосредственно с прибора учёта электроэнергии.
Микроконтроллер
Микроконтроллер является наиболее важным элементом электросчётчика с дистанционным снятием показаний. На нём лежит выполнение основной части функций:
- преобразование входного сигнала от трансформатора тока в цифровую информацию;
- обработка данных;
- вывод полученной информации на ЖК-дисплей;
- приём команд от элементов управления;
- управление интерфейсами.
Количество и разнообразие функций непосредственно зависит от установленного ПО. В настоящее время приборы учёта совершенствуются, пополняясь новыми дополнительными функциями. К таким функциям следует отнести возможность мониторить состояние электросети и передавать полученную информацию на диспетчерский пульт поставщика электроэнергии.
Простой набор из счётчика и УЗО отходит в прошлое
Часто производители оснащают приборы учёта функцией регулировки уровня мощности электросети. В случае превышения потребляемой мощности, счётчик автоматически прерывает доступ к электропитанию. Это стало возможным благодаря внедрению в цепь контактора, который контролирует подачу напряжения в бытовую электросеть. Также прибор может отключить подачу электроэнергии, в случае превышения установленного лимита, или если закончилась предоплата за поставляемое электричество.
Самоделки с отключающим реле
Некоторые умельцы делают электрический счетчик с пультом самостоятельно. Схема, по которой осуществляется управление, делается по аналогии с радиоканалом. Особенность конструкции — в наличии передатчика, в котором расположен генератор определенной частоты. В самом устройстве находится приемник сигнала.
В конструкции отключающимся элементом чаще всего выбирают электромагнитное или электронное реле.
Пульт дистанционного управления должен обладать большой дальностью. Обусловлено это тем, что «умный» счетчик может быть установлен недалеко от дома, на столбе, например.
В многочисленных источниках в сети можно найти много вариантов передающей части «умного» электросчетчика. В большинстве случаев за основу берется принцип пульта дистанционного управления телевизора. Аналогичным образом можно выбрать приемник управляющим сигналом. В переделывании нуждается только исполнительная часть, которая дорабатывается с учетом требования по напряжению, 220 Вольт либо 380 Вольт.
Однако вся эта работа по сути бессмысленна, поскольку на таком счетчике после вмешательства будут нарушены пломбы, и контролер это обязательно обнаружит. Есть и другие способы вычислить «хитрый» электросчетчик.
Гетерогенная система
В результате анализа ситуации было принято решение делать гетерогенную систему, использующую в качестве среды передачи данных совместно, как силовую линию (PLC), так и радиоканал.
Поскольку проводка является все-таки более изолированной средой передачи данных, чем радиоканал, в качестве основного интерфейса был выбран PLC.
В 2014 году Международным Союзом Электросвязи был выпущена новая версия стандарта ITU-T G.9903, более известного под названием PLC-G3, который и лег в основу PLC части гетерогенного модема.
PLC интерфейс
Физический уровень PLC реализован программно на основе собственного ЦОС процессора 1967ВН044. Это младший брат процессора 1967ВН028, который часто используется в качестве основного вычислителя радарной продукции. ЦОС Процессор 1967ВН044 обладает вдвое меньшим объемом оперативной памяти и вдвое меньшей максимальной тактовой частой, но при этом фактически является не просто мощной числодробилкой, а оснащен широким набором периферии, что позволяет использовать его в качестве основного микроконтроллера для создания изделия. При этом наличие в его системе команд инструкций для ускорения ЦОС вычислений позволяет выполнять программный синтез и разбор сигналов, необходимых для реализации физического уровня PLC.
PLC сигнал в диапазоне CENELEC-B
Сам стандарт PLC-G3 разрабатывался с учетом ненадежности проводки, используемой в качестве передачи данных и поэтому содержит широкий диапазон средств для снижения вероятности возникновения ошибок, уменьшения их влияния на передаваемые данные и коррекции в случае повреждения.
Для передачи данных используется фазовая модуляция (BPSK/QPSK/8PSK), что накладывает меньшие требования к мощности передатчика по сравнению с решениями на основе частотной модуляции и позволяет работать при более низком соотношении сигнал/шум за счет увеличения вычислительных затрат на устройстве. Данные передаются одновременно по нескольким поднесущим посредством ортогонального мультиплексирования (OFDM).
Структура физического уровня PLC
За счет использования скремблера и перемежителя данные распределяются по поднесущим, что помогает избежать полной потери связи в случае возникновения помех, попадающих на часть поднесущих.
Стандарт использует одновременно линейное блочное и сверточное кодирование для увеличения надежности доставки данных.
Радиоканал
В качестве дополнительного интерфейса, а также для связи с устройствами, подключенными к изолированным электросетям или не подключенными к ним вообще, используется радиоканал в диапазоне 868МГц. Поскольку короткие волны диапазона 2.4ГГц хуже распространяются внутри помещений, а также еще на этапе начала разработки в нем уже было «довольно тесно» (а сейчас в городской черте там стало совсем печально) то выбор стоял в основном между 433 и 868МГц. Оба диапазона позволяли использование устройств общего назначения, так что делить эфир с китайской продукцией всевозможного назначения пришлось бы в любом случае, но 868МГц казался на тот момент более перспективным и в результате мы выбрали его, и как со временем оказалось — не ошиблись.
В отличии от PLC части, радиоканал на данный момент у нас реализован на готовом трансивере CC1200, производства Texas Instruments, но в будущем предполагается разработка собственной радиочастотной ИС в том числе и для данного применения.
Спектр радиосигнала PLC/RF модема
После принятия соответствующего решения ГКРЧ в ПО модемов была добавлена поддержка десятка низкоскоростных (1.2-9.6 Кб/c) каналов в диапазоне 868,7-869,2МГц для передачи данных и двух высокоскоростных (125 Кб/c) канала в диапазоне 866-868МГц для настройки и обновления самих устройств.
Для передачи данных на физическом уровне в радиоинтерфейсе используется модуляция 2GFSK, для уменьшения ширины спектра и снижения внеполосных излучений. На физическом уровне используется FEC из стандарта IEEE 802.15.4 для повышения надежности работы канала связи. Систему каналов можно использовать как для сосуществования различных сетей на одном объекте, так и для локального разделения подсетей для снижения утилизации эфира и повышения общей пропускной способности сети.
Беспроводные АСКУЭ
Беспроводные системы учета электроэнергии имеют большой выбор технологий, позволяющих осуществлять передачу данных без использования проводов. Рассмотрим основные из них.
АСКУЭ на базе GSM
Системы беспроводного учета, использующие оборудование с подключением к GSM-модемам, передают данные через сотовую сеть оператора. Один GSM-модем позволяет собирать показания как с одного счетчика, так и с группы устройств.
Для считывания данных существует широкий ассортимент различных программ-конфигураторов, а бесперебойность поступления информации гарантируют встроенные в модем таймеры перезагрузки.
К главным недостаткам систем, применяющих технологии GSM, можно отнести высокую стоимость модемных устройств и плохое прохождение сигнала при размещении прибора учета в нишевых пространствах и металлических шкафах. Кроме того, для развертывания системы необходимо покрытие территории сотовой сетью оператора, а статические IP-адреса, требуемые для подключения, обойдутся заказчику недешево.
Счетчики со встроенным GSM-модулем уже более десяти лет производят концерн «Энергомера» и ООО «Эльстер Метроника». К таким счетчикам относятся устройства серии «Меркурий» и «Альфа».
Увеличение скорости передачи с помощью GPRS
Поскольку GPRS — своего рода, надстройка технологии GSM, то особенности, описанные для GSM, будут справедливы и для GPRS. По сравнению с GSM, GPRS обладает повышенной скоростью передачи данных.
Казалось бы, скорость открывает больше возможностей для АСКУЭ. Но на практике высокая скорость при передачи данных потребления электроэнергии становится редко востребованной. Для того, чтобы раз в месяц или, самое частое, раз в сутки, снять показания потребления абонентов, высокая скорость передачи данных не нужна.
Технологии для «умных домов»
ZigBee, Z-Wave и M-Bus являются самыми популярными в сфере создания «умных домов» и широко применяется в Европе для контроля потребления энергоносителей еще с 90-х годов.
Как и WiFi, ZigBee работает в диапазоне частот 2,4 ГГц, но при этом ZigBee не ограничена одним каналом и может использовать разные. Z-Wave использует диапазон частот до 1 ГГц, что делает ее более защищенной от помех. Обе технологии оптимизированы для передачи небольших команд — включить/выключить, прибавить или снизить яркость освещения и т.п.
Технология передачи данных M-Bus тоже считается беспроводной, но с некоторыми оговорками — все приборы учета соединяются шиной m-bus, посредством которой коммутируется оборудование и передаются данные.
К несомненным преимуществам всех трех технологий можно отнести умеренные затраты на монтаж и низкое энергопотребление. Однако до сих пор эти технологии продолжают быть применимы, главным образом, для европейского формата.
- Радиус передачи данных до 50 м вызывает необходимость дополнительных уровней ретрансляции, что увеличивает стоимость системы.
- Применяемые структуры сети подразумевают наличие разнотипного оборудования, что также ведет к удорожанию системы и снижению ее надежности.
- Построенную сеть обслуживает только интегратор, что делает поддержание готовой системы очень дорогим.
Технология LPWAN
LPWAN — технология беспроводной передачи данных с низким потреблением энергии и охватывающая большие площади.
Технология LPWAN увязывает две основные константы при передаче информации — энергоэффективность и радиус охвата территории стабильного приема. Технология позволяет надежно и при умеренных финансовых затратах коммутировать датчики, передающие информацию об энергопотреблении с территорий, удаленных на десятки километров.
LPWAN отличается высоким уровнем проникновения сигнала. По сравнению с модемами GSM/GPRS, устройства на базе LPWAN продолжают передавать данные даже в условиях подземной прокладки коммуникаций.
Компания «СТРИЖ» — пионер в создании оборудования и АСКУЭ на базе технологии LPWAN в России. АСКУЭ, созданная на базе счетчиков серии «Ампер» позволяет организовать надежную передачу данных об энергопотреблении с охватом территории до 50 километров.
Решения «СТРИЖ» на базе технологии LPWAN не нуждаются в наличии дополнительного оборудования для трансляции данных и организации специальных сетей. Один счетчик является как конечным устройством, так и приемопередающим, а его стоимость не сильно выше стоимости обычных счетчиков с аналогичными характеристиками.
Топ 3 моделей
В рамках данной статьи не стоит цель рекламы конкретной модели водяного прибора. Но потребитель может составить представление о существующих моделях и их цене.
SAURES C1
Относится к классу универсальных счетчиков и для горяченькой и для холодноватой воды.
- Установлен NB-IoT-считыватель российского производства.
- Есть возможность автоматизированной трансляции данных в управляющую фирму.
- Потребитель имеет возможность контроля и анализа по истраченным водным ресурсам.
Цена прибора зависит от комплектации — 3710–5050 рублей.
ZENNER
Прибор от немецкого изготовителя:
- Импульсный выход.
- Стабильная работа.
- Большая достоверность показаний.
- Длительный срок эксплуатации (12 лет).
Цена 1850–3100 рублей.
ITELMA
- Универсальный.
- Импульсный выход.
- Защита от слишком горячей воды (1100) и давления (2.5 атм.).
- Производится в России по немецкой лицензии.
- Гарантий срок работы 6 лет.
Стоимость — 815 рублей.
Как передать показания электросчетчиков с автоматизированной системой
Процесс отсылки данных осуществляется без участия абонента. На него возлагается лишь обязанность передачи первого показателя. Эти данные необходимо сообщать до тех пор, пока производитель не вышлет уведомление о том, что больше нет необходимости в этом. Замер расхода электроэнергии в подобных счетчиках осуществляется каждый час. Один раз в сутки полученная информация отправляется в контролирующую организацию. В некоторых моделях используется мобильная связь.
Как работают счетчики электроэнергии, передающие показания автоматически
Простейшие системы автоматизированной передачи данных осуществляют свою работу поэтапно:
- Сбор информации.
- Транспортировка данных.
- Анализ полученной информации, ее дальнейшее хранение.
В роли главных участников первого этапа выступают устройства, выполняющие замер параметров системы, и непосредственно сами электросчетчики. К категории измерительных устройств относятся всевозможные датчики, которые подключены к системе посредством аналоговых цифровых преобразователей или оснащены выходом, используемым для подключения интерфейса.
Автоматизированная система собирает данные, анализирует их и сохраняет на сервере
Линия интерфейса, используемая для передачи информационного сигнала, имеет входное сопротивление 12 Ом. Поскольку мощностные возможности передатчика ограничены, подобные ограничения налагаются и на количество устройств-приемников, которые подключаются к этой линии. Максимальное число датчиков, на которое рассчитана работа приемника, составляет 32 шт.
На втором этапе в работу вступают контроллеры, транспортирующие сигнал между линиями интерфейса. Данная процедура необходима для считывания информации контроллером или персональным компьютером. Если в соединении задействовано более 32 датчиков, то в системе устанавливаются концентраторы.
На третьем этапе задействован сервер, ПК и контроллер, которые собирают данные, анализируют их и сохраняют. Система обязательно должна иметь соответствующее программное обеспечение, позволяющее выполнять ее настройку.
Для передачи показателей удаленно используются как электронные, так и индукционные устройства
Электросчетчики индукционного типа и автоматические системы передачи данных
Для передачи показателей в дистанционном режиме могут применяться не только электронные приборы. Индукционные устройства, маркируемые буквой «Д», оснащены телеметрическим выходом. По сути, этот выход представляет собой импульсный датчик. К категории подобных устройств можно отнести модель СРЗУ-И670Д. За счет импульсного датчика в рамках двухпроводной линии связи осуществляется передача информации в систему, собирающую и обрабатывающую данные. Информация содержит данные по активной электроэнергии, которая проходит черед прибор.
Источником импульсов является измерительный трансформатор. Он излучает магнитный поток, пересекающий металлический сектор, насаженного на ось алюминиевого диска. Далее осуществляется передача этих импульсов на схему датчика, а после этого на линию связи, которая питает этот датчик.
На импульсном датчике установлена фотосветодиодная головка. Она представляет собой пару, состоящую из светодиода и фотодиода. Датчик внутри электросчетчика имеет специфичное расположение. Устройство установлено так, чтобы головка была повернута в сторону алюминиевого диска. Светодиод излучает сигнал, который отражается диском, а затем его принимает фотодиод. Затемненный сектор на диске обеспечивает прерывистость сигнала.
Эти прерывания отслеживаются электронной схемой, преобразовываются и подаются на линию связи в виде последовательности импульсов. Затем их получает приемное устройство, выполняет подсчет количества за определенный период времени и отображает результат на дисплей.
Для электросчетчиков с дистанционным считыванием данных необходимо бесперебойное подключения к сети
Почему выгодны именно электронные счетчики при передаче показаний за свет
Теоретически описанная ранее система с индукционным счетчиком возможна, однако на практике в ней нет смысла. Подобные приборы постепенно изымаются из эксплуатации и заменяются электронными. Исключением являются локально размещенное учетное оборудование.
Электронные устройства в отношении создания автоматизированных систем передачи показаний обладают значительными преимуществами, которые обуславливаются информационной составляющей и обширными сервисными возможностями.
Заключение
Микросхема AMIS-49587 компании ON Semiconductor представляет собой добротный PLC-модем общего назначения, предназначенный для решения стандартных задач передачи информации по силовым линиям. Решения STMicroelectronics, обладая большей гибкостью, ориентированы на более сложные задачи, требующие модификации протоколов обмена данными.
Компания КОМПЭЛ является официальным дистрибьютором ONSEMI и STMicroelectronics и может предоставить техническую поддержку, бесплатные образцы и возможность аренды любых отладочных средств с целью моделирования работы разрабатываемого устройства и оценки возможности применения рассмотренных в статье микросхем для решения конкретных задач.
Источник: