Попытки создания АСКУЭ (автоматизированной системы контроля учёта электроэнергии) связаны с появлением в относительно доступных микропроцессорных устройств, однако дороговизна последних делала системы учета доступными только крупным промышленным предприятиям. Разработку АСКУЭ вели целые НИИ. Решение задачи предполагало:
• оснащение индукционных счетчиков электрической энергии датчиками оборотов;
• создание устройств, способных вести подсчет поступающих импульсов и передавать полученный результат в ЭВМ;
• накопление в ЭВМ результатов подсчета и формирование отчетных документов. Первые системы учета были крайне дорогими, ненадежными и малоинформативными комплексами, но они позволили сформировать базу для создания АСКУЭ следующих поколений.
Переломным этапом в развитии АСКУЭ стало появление персональных компьютеров и создание электронных электросчётчиков. Ещё больший импульс развитию систем автоматизированного учёта придало повсеместное внедрение сотовой связи, что позволило создать беспроводные системы, так как вопрос организации каналов связи являлся одним из основных в данном направлении.
Основное назначение системы АСКУЭ - в разумных интервалах времени собрать в центрах управления все данные о потоках электроэнергии на всех уровнях напряжения и обработать полученные данные таким образом, чтобы обеспечить составление отчётов за потребленную или отпущенную электроэнергию (мощность), проанализировать и построить прогнозы по потреблению (генерации), выполнить анализ стоимостных показателей и, наконец, - самое важное - произвести расчёты за электрическую энергию.
Для организации системы АСКУЭ необходимо:
• В точках учёта энергии установить высокоточные средства учёта - электронные счётчики
• Цифровые сигналы передать в так называемые «сумматоры», снабженные памятью.
• Создать систему связи (как правило, последнее время для этого используют GSM – связь), обеспечивающую дальнейшую передачу информации в местные (на предприятии) и на верхние уровни – Энергосбыт.
• Организовать и оснастить центры обработки информации современными компьютерами и программным обеспечением.
Пример простейшей схемы организации АСКУЭ показан на рисунке 1. В ней можно выделить несколько отдельных основных уровней:
Рис. 1. Схема АСКУЭ
1. Уровень первый – это уровень сбора информации. Элементами этого уровня являются электросчётчики и различные устройства, измеряющие параметры системы. В качестве таких устройств могут применяться различные датчики как имеющие выход для подключения интерфейса RS-485, так и датчики, подключенные к системе через специальные аналого-цифровые преобразователи. Необходимо обратить внимание на то, что возможно использовать не только электронные электросчётчики, но и обычные индукционные, оборудованные преобразователями количества оборотов диска в электрические импульсы.
В системах АСКУЭ для соединения датчиков с контролерами применяют интерфейс RS-485. Входное сопротивление приемника информационного сигнала по линии интерфейса RS-485 обычно составляет 12 кОм. Так как мощность передатчика ограничена, это создает ограничение и на количество приемников, подключенных к линии. Согласно спецификации интерфейса RS-485 с учетом согласующих резисторов приёмник может вести до 32 датчиков.
2. Уровень второй – это связующий уровень. На этом уровне находятся различные контролеры необходимые для транспортировки сигнала. В схеме АСКУЭ представленной на рисунке 9 элементом второго уровня является преобразователь, преобразующий электронный сигнал с линии интерфейса RS-485 на линию интерфейса RS-232, это необходимо для считывания данных компьютером либо управляющим контролером.
В случае если требуется соединение более 32 датчиков, тогда в схеме на этом уровне появляется устройства, называемые концентраторы. На рисунке 2 показана схема построения системы АСКУЭ для количества датчиков от 1 до 247шт:
Рис. 2. Схема АСКУЭ с применением концентраторов
3. Третий уровень – это уровень сбора, анализа и хранения данных. Элементом этого уровня является компьютер, контролер или сервер. Основным требование к оборудованию этого уровня является наличие специализированного программного обеспечения для настройки элементов системы.
Схемы, приведённые выше, обладают общим признаком – если Вы внимательно на них посмотрите, то увидите, что после преобразователя интерфейса RS-485 на линию интерфейса RS-232 сразу включен персональный компьютер, оснащённый специальным программных обеспечением, куда и стекается информация со всех приборов учёта. Проблема здесь в том, что максимальная длина линии интерфейса RS 485 – 1200 м, а максимальная длина линии интерфейса RS 232 – 15 м. Значит, расстояние от преобразователя до компьютера не может превышать это расстояние. Сразу становится понятным, что приведённые схемы абсолютно не приемлемы в условиях построения реально действующей системы АСКУЭ. Нам нужно каким-то образом «удлинить» интерфейс RS 232 или преобразовать его в какой-либо другой вид для передачи на большие расстояния. Здесь возможны следующие варианты:
1. Использовать телефонный модем и передавать информацию по существующим телефонным линиям связи.
2. Использовать GSM/GPRS модем и передавать информацию через оператора мобильной связи.
3. Использовать радиомодемv, работающий на выделенной радиочастоте
4. Использовать для передачи локальную сеть Ethernet (LAN)
Использование телефонной линии является «морально устаревшим» вариантом. На существующих у нас линиях ТЛОП (телефонные линии общего пользования) трудно получить приемлемую скорость передачи. Правда, в последнее время ситуация меняется, повсеместно используется оптическое волокно, но «проблема последней мили» всё равно остается – к каждому учёту оптоволокно не подведёшь.
Применение локальной сети Ethernet хотя и позволяет организовать скорость передачи данных до 100 МБ/с, однако требует прокладки дополнительных коммуникаций, да и дальность передачи информации тоже имеет ограничения.
Радиомодемы являются неплохим вариантом, однако имеют ограничение по дальности передачи. Кроме того, для их работы необходимо выделение определённой радиочастоты.
В настоящее время самым оптимальным и доступным вариантом является использование GPRS модема для передачи информации по каналам GSM связи. Объясняется это тем, что мобильные операторы на сегодняшний день покрыли своими базовыми станциями территорию Республики Беларусь (да и любого другого государства) и практически в любой точке можно получить устойчивый сигнал. Кроме того, у операторов существуют специальные тарифы для передачи данных, которые значительно дешевле тарифов на голосовой трафик.
Сейчас широкое распространение получает передача информации от электросчётчиков посредством PLC-модемов. Основной характеристикой этих устройств является чрезвычайно низкий уровень энергопотребления, а также исключительная устойчивость по отношению к помехам и затуханию сигнала на линии. В качестве канала информации при использовании данных модемов, применяется непосредственно сама силовая сеть 220 или 380 В. Примером электросчётчиков со встроенными PLC-модемами могут служить приборы учёта электроэнергии «Меркурий».
На сегодняшний день практически все электронные счётчики оборудованы интерфейсом для включения в систему АСКУЭ. Даже те, которые не имеют этой функции, могут оснащаться оптическим портом для локального снятия показаний непосредственно на месте установки электросчётчика путём считывания информации в персональный компьютер.
Однако не стоит думать, что только электронные счётчики можно использовать для дистанционного снятия показаний (а именно эта цель является основной в системах АСКУЭ). Счетчики, в маркировке которых есть буква «Д», например, СР3У-И670Д, имеют телеметрический выход (импульсный датчик), обеспечивающий передачу по двухпроводной линии связи информации о проходящей через счетчик активной (реактивной) энергии в систему дистанционного сбора и обработки данных. На рисунке 3 как раз показан такой электросчётчик со снятой крышкой корпуса:
Рис. 3. Электросчётчик СР3У-И670Д
На боковой панели электросчётчика установлен импульсный датчик. Как работает этот датчик? Давайте вспомним устройство индукционного счётчика. В нём есть такой элемент, как алюминиевый диск. Скорость его вращения прямо пропорциональна потребляемой нагрузкой мощности. Вот скорость вращения диска, точнее количество оборотов и является численной характеристикой, которую можно преобразовать в импульсы и передать в линию связи. Поэтому на счётчики со встроенными датчиками наносят такой параметр, как количество импульсов на 1 кВт*ч. В качестве источника импульсов служит измерительный трансформатор, магнитный поток которого периодически пересекает металлический сектор, насаженный на ось диска. Импульсы, полученные от него, подаются на схему собственно самого датчика, а затем в линию связи. Питание датчик получает по этой же линии.
В принципе, любой индукционный счётчик можно оснастить импульсным датчиком, например, таким, как Е870 (рисунок 4):
Рис. 4. Импульсный датчик Е870
Принцип работы датчика Е870 отличается от описанного выше. Для его функционирования на плоскую поверхность диска электросчётчика чёрной краской наносится затемнённый сектор. Импульсный датчик – преобразователь имеет в своей конструкции фотосветодиодную головку (1) – т.е. пару фотодиод – светодиод. Датчик устанавливается внутри счётчика так, что головка направлена в сторону диска. Излучённый светодиодом сигнал отражается от диска и принимается фотодиодом. Благодаря затемнённому сектору диска, сигнал носит прерывистый характер. Электронная схема на логических элементах отслеживает эти прерывания, преобразовывает и выдает в линию связи последовательно импульсов. Скважность (частота следования) этих импульсов прямо пропорциональна скорости вращения диска, и, следовательно, потребляемой мощности и её можно визуально оценить по индикаторному светодиоду (2). На другой стороне линии связи приёмное устройство принимает эти импульсы, подсчитывает их количество за определённый промежуток времени и выдает полученный результат на устройство отображения информации. Таким образом, происходит дистанционное считывание показаний электросчётчика. Именно так строились первые системы удалённого сбора информации.
Однако возникает закономерный вопрос – выше мы рассматривали интерфейсы RS485 и RS232, а здесь имеем последовательность импульсов. Получается, всё равно индукционные счётчики мы не увяжем в рассмотренные выше схемы построения АСКУЭ? В принципе, сделать это можно. Преобразовать импульсную последовательность в тот же RS232 интерфейс большого труда не составляет, данный адаптер будет представлять собой довольно простую электронную схему. Но особого смысла в этом нет. Индукционные электросчётчики постепенно уходят в прошлое, а там где и устанавливаются, используются только как локальные приборы учёта. При проектировании современных систем АСКУЭ применяют только электронные счётчики. Они имеют неоспоримые преимущества перед индукционными именно в «информационном» плане и обладают практически неограниченными сервисными возможностями.
