Автоматизированная система контроля и учета энергоресурсов на базе беспроводной технологии ZIGBEE

     4.2 Архитектура и состав АСКУЭ 

     Состав  системы АСКУЭ и схема размещения основных узлов системы в жилом здании показаны на рисунке 4.2.

     В соответствии с этой схемой квартиры оснащаются счетчиками-регистраторами KM-K-3Z (рисунок 4.3 – 4.4), которые имеют входы для подключения счетчиков воды: холодной и горячей. Контроллер KM-K-3Z содержит управляющий микроконтроллер MSP430F2232 и модем ETRX2, заранее сконфигурированный на работу в качестве конечного спящего узла беспроводной сети.

Рисунок 4.2 – Схема автоматизированной системы контроля и учёта энергоресурсов на базе беспроводной технологии ZigBee 

Рисунок 4.3 – Квартирный счетчик-регистратор KM-K-3Z 
 

Рисунок 4.4 – Схема контроллера КМ-К-3Z 
 

     На  лестничной площадке каждого этажа  в электрошкафу размещаются этажные контроллеры КМ-К-8Z (рисунок 4.5), которые имеют сетевое питание и выполняют функцию маршрутизаторов сети. Кроме того, контроллеры КМ-K-8Z имеют 8 собственных счетных каналов для проводного подключения электросчетчиков с импульсным выходом. Этажные контроллеры используют микроконтроллеры MSP430F149 и модемы ETRX2-PA с дополнительным усилителем мощности, что дает возможность передавать данные на расстояние в 3-5 этажей. 

Рисунок 4.5 – Этажный контроллер KM-K-8Z 

     Установка маршрутизаторов на каждом этаже позволяет иметь несколько возможных путей для передачи сообщений. При этом сеть самостоятельно выбирает путь с наименьшим количеством ретрансляций. Например, если в здании прохождение радиосигнала на всех этажах одинаково и обеспечивает дальность связи четыре этажа, то для 14-го этажа маршрут может быть таким: 14 этаж-10 этаж-6 этаж-2 этаж-подвал. При этом, если, например, на 10-м этаже маршрутизатор по каким-то причинам не будет функционировать, ячеистая сеть автоматически инициирует поиск нового маршрута. Новый путь для передачи сообщения теперь может быть, например, таким: 14-11-7-3-подвал. Если поиск нового маршрута завершится успешно, то микроконтроллер узла-передатчика получит уведомление об успешности доставленного сообщения.

     Домовой контроллер KM-ДZ (рисунок 4.6) располагается в подвальном помещении здания или на чердаке. Его встроенный модем ETRX2-PA заранее программируется на работу в качестве центрального узла сбора данных Sink. К нему стекается вся информация от маршрутизаторов. Связь домового контроллера КМ-ДZ с диспетчерской осуществляется при помощи GSM либо сети Ethernet. Кроме того, домовой контроллер содержит интерфейс USB, с помощью которого информация из его буфера может быть переписана на обычный флэш-накопитель USB. 

Рисунок 4.6 – Домовой контроллер KM-ДZ 

     Домовой контроллер не имеет индикации. Для  того чтобы можно было на месте  определить состояние беспроводной сети, используется съемная операторская панель КМ, которая имеет четырехстрочный символьный индикатор и небольшую клавиатуру.

     Система меню операторской панели позволяет  путем доступа к оперативной памяти контроллера KM-ДZ отображать перечень устройств в беспроводной сети, контролировать наличие связи с ними и отображать информацию о состоянии любого прибора в системе. 

     4.3 Установка системы на объекте и алгоритм ее работы 

     Важнейшим достоинством описанной системы  является простота ее установки на объекте. Счетчики-регистраторы KM-K-3Z, выполняющие функцию конечных узлов, устанавливаются в квартирах одновременно со счетчиками воды. При этом не требуется прокладка никаких дополнительных кабелей для питания контроллеров и передачи данных. Единственное, что необходимо выполнить на этом этапе, - нанести на план здания места установки контроллеров и зафиксировать их идентификаторы.

     Этажные маршрутизаторы KM-K-8Z устанавливаются  на лестничных площадках в электрошкафах, где имеется сетевое питание 220 В.

     Сразу после установки конечные узлы и маршрутизаторы начинают работать. Они сканируют эфир и пытаются подключиться к беспроводной сети.

     При включении центрального узла сбора  данных к нему сначала присоединяются маршрутизаторы, а затем к маршрутизаторам – конечные устройства. При этом к сети могут подключиться только устройства, в которые заранее занесен системный ключ шифрования данных. “Дочерние” устройства KM-K-3Z выбирают “родительский” узел случайным образом. Это может быть маршрутизатор, расположенный на одном этаже с конечным контроллером, или маршрутизатор с верхнего либо нижнего этажа. Вся информация в любом случае попадает на домовой контроллер КМ-ДZ.

     В сообщении, поступающем от конечного  узла, содержится его идентификатор, по которому домовой контроллер осуществляет привязку показаний к номеру квартиры.

     АСКУЭ является трехуровневой системой с распределенным интеллектом, в которой на каждом уровне выполняется своя задача по обработке данных. Так, первичные счетчики-регистраторы KM-K-3Z имеют буфер, в котором постоянно содержится нарастающий итог объема потребленной воды с момента последней поверки счетчиков.

     Счетчики-регистраторы KM-K-3Z выполняют также тарификацию  потребленной воды, контроль качества связи со счетчиками воды, состояние  их крышек (открыты или закрыты), контроль собственной батареи питания и других возможных ошибочных состояний. С целью экономии батарей, работа которых рассчитана на 4 года, счетчики-регистраторы KM-K-3Z выходят на связь со своими “родительскими” маршрутизаторами один раз в час. Во время сеанса связи они передают накопленные данные о потребленной воде и статусную информацию своему маршрутизатору, который, в свою очередь, сохраняет эти данные в буфере. Кроме того, в этот момент маршрутизатор синхронизирует часы конечных узлов и передает им сообщения от домового контроллера об изменении конфигурационных параметров, если такие имеются к данному моменту. Маршрутизаторы передают информацию выше по запросу центрального узла сбора данных КМ-ДZ. Кроме собственно информации, полученной от квартирных счетчиков-регистраторов, они еще сообщают перечень своих “дочерних” конечных узлов и передают данные о состоянии и результатах накопления своих локальных счетных каналов.

     Домовой контроллер КМ-ДZ системы через сети передачи данных транслирует информацию в центральную диспетчерскую, куда также поступают данные от общедомового узла учета – независимой системы учета потребления воды в доме, использующей домовые счетчики горячей и холодной воды. Это дает возможность информационной системе выполнять подсчет баланса потребления воды в доме, обнаруживать утечки и неисправности в работе оборудования.

     Поскольку квартирные счетчики-регистраторы постоянно хранят итоговое значение потребленной воды с момента последней поверки счетчиков, то потери информации не произойдет, даже если в какой-то момент времени нарушится связь квартирного счетчика-регистратора и всей системы. Узел будет продолжать подсчитывать количество потребленной воды и выполнять тарификацию. Информационная система сообщит диспетчеру об отсутствии данных от счетчика. После того, как причина неисправности будет выявлена и устранена, квартирный счетчик-регистратор передаст в систему все данные, накопленные к текущему моменту времени.

     Таким образом, удалось разработать технологичную, мобильную и в то же время надежную систему сбора данных. Полнота и функциональность системы АТ-команд модемов ETRX2 компании Telegesis позволяет не только осуществлять операции по образованию сети и передаче данных, но и выполнять мониторинг сети и определять качество поступающих радиосигналов.

     Введение  АСКУЭ привлекательно как для потребителей, так и для поставщиков.

     Потребители получают возможность перейти к  оплате горячей и холодной воды в  соответствии с фактическим использованием, появляется возможность взимать с поставщиков штрафы за некачественные услуги.

     Поставщики, в свою очередь, получают экономический эффект за счет уменьшения количества неплатежей. Становится возможным оперативно выявлять неисправности оборудования. У населения появляется стимул к разумному расходованию энергоресурсов, что имеет важное экономическое и экологическое значение. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     5 Заключение 

     В результате проделанной работы были исследованы вопросы разработки системы учета коммунальных телеметрических данных на базе беспроводной технологии ZigBee.

     Система предназначена для автоматизации  процесса получения объективных данных о фактическом потреблении энергоресурсов на объектах жилищного фонда с использованием квартирных приборов учета.

     Основные  преимущества системы:

• Бесконтактный  сбор  данных  о  потреблении энергоресурсов;
• Удаленное  управление  подключением  абонента  к  сети   и регулирование потребления;
• Дистанционный  мониторинг  баланса  энергоносителя  по  объекту;
• Минимальные  инвестиции  в инсталляцию  и  простота  установки;
• Существенное  сокращение  срока  монтажа  за  счет  использования  существующей  арматуры;
• Отсутствие  неучтенных  потерь  энергоресурса  и  подключение  к  системе  сбора  данных  при  первом включении;
• Возможность  подключения  всех  видов  энергоносителей  к  одной  системе;
• Возможность наращивать и масштабировать систему;
• Высокая надёжность (самоорганизующаяся сеть) и безопасность.

     Составляющие  аспекты  экономической  эффективности:

• Контроль  несанкционированных  подключений  путем  ведения  баланса;
• Ликвидация  коммерческих  потерь  путем  устранения  безучетного  потребления  и  возможностью  ограничения  вплоть  до  отключения  отдельного  абонента;
• Снижение  технических  потерь  при  доставке  энергоносителя потребителю;
• Снижение  (до  30%)  общего  потребления  энергоресурсов  на  объекте  и  увеличение  (до  50%)  полезного  отпуска;
• Возможность  перевода  абонента  на  оплату  по  счетам  за  фактически  использованный  энергоноситель;
• Конвертация  данных  в  биллинговую  систему.

     Внедрение системы учета коммунальных телеметрических данных на базе беспроводной технологии позволит службам жилищно-коммунального хозяйства создать налаженный коммерческий и технический учет, локализовать потери электроэнергии при передаче ее абонентам и получить картину работы каждого объекта в режиме реального времени.  
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованных источников

1. Энергосберегающие технологии для ЖКХ [ Электронный ресурс ]. – Электрон. дан. – Режим доступа : http://gkh.rielta.ru/
2. Теплышев В. Ю., Голов Р. С, Митерева С. М. Энергосервисные компании: энергосбережение как важнейший аспект экологии // Вопросы экономики переходного периода. 2007. № 4.
3. АСКУЭ в сфере ЖКХ [ Электронный ресурс ]. – Электрон. дан. – Режим доступа : http://www.taes.ru/askue_gkx.htm
4. АСУ ТП для ЖКХ [ Электронный ресурс ]. – Электрон. дан. – Режим доступа : http://www.kipi.ru/a/writeus/
5. Технология ZigBee и коммунальный комплекс России [ Электронный ресурс ]. – Электрон. дан. – Режим доступа : http://www.gkhprofi.ru/content/604.html
6. Беспроводная технология ZigBee [ Электронный ресурс ]. – Электрон. дан. – Режим доступа : http://www.zigbee.org/
7. Реализация беспроводных сетей на основе технологии ZigBee                 [ Электронный ресурс ]. – Электрон. дан. – Режим доступа : http://www.compitech.ru/
8. Кирпичики для построения сети ZigBee [ Электронный ресурс ]. – Электрон. дан. – Режим доступа : http://www.contractelectronica.ru/info/articles/tech/
9. Кривченко, Т.И. Технология ZigBee: боевое крещение в российских условиях // Беспроводные технологии. 2008. №2.
10. Кривченко, Т.И. ZigBee-модемы ETRX2 компании Telegesis // Беспроводные технологии. 2007. №2