Azotirovanie.ru

Инженерные системы и решения
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Интеллектуальный счетчик электроэнергии

Интеллектуальный счетчик электроэнергии

Как-бы то ни было печально, но и потребление электроэнергии иногда приходится ограничивать. Существующие сети часто не в состоянии выдержать возросший объем потребления электроэнергии. В итоге потребители, даже если они и являются исправными плательщиками, получают электроэнергию не надлежащего качества (пониженное напряжение, скачки напряжения) или вообще остаются без электричества. Поэтому наметилась тенденция установки счетчиков с различными дополнительными функциями (ограничения потребляемой мощности, многотарифные) и объединения приборов учета в автоматизированные системы учета и контроля. К сожалению, данные электросчетчики сравнительно дороги. В то же время практически все эксплуатируемые в настоящее время счетчики имеют, так называемый, телеметрический выход. Используя этот выход можно оснастить любой счетчик дополнительными блоками, выполняющими те или иные функции по учету и контролю электроэнергии.

На практическом примере рассмотрим блок, который подключается к телеметрическому выходу электросчетчика и позволяющий передавать текущие показания электросчетчика по протоколу MODBUS и отключать потребителей электроэнергии по потреблению заданного объема кВатт*часов.

Основой блока является микроконтроллер ATTiny2313. Связь между блоком и компьютером организована через микросхему MAX487, организующую канал стандарта RS-485. Более подробно про стандарт RS-485 я писал в своей статье «Контроллер температуры и влажности, счетчик импульсов с протоколом MODBUS». С помощью любой терминальной программы на компьютере производится установка адреса блока и передача параметров подключенного электросчетчика в микроконтроллер. Какие параметры и их формат можно увидеть в файле «Формат команд». Кнопка BUT1 предназначена для сброса параметров в значения по умолчанию. Практически она не нужна и предусмотрена на будущее. Пока же с её помощью можно сбросить адрес устройства в &hFF. Кнопка BUT2 имитирует телеметрический выход электросчетчика. Кстати, в большинстве современных счетчиков телеметрический выход представляет из себя транзистор оптопары. Поэтому надо подключать с соблюдением полярности — эмиттер оптопары на общий провод, коллектор — на вход PB6 микроконтроллера. К порту PA2 микроконтроллера подключена оптопара U3, через которую включена обмотка реле/пускателя для подключения нагрузки к электрической сети. Сам блок запитан от любого источника питания, обеспечивающего постоянное напряжение на выходе не менее 7 Вольт при токе не более 100 мА. Большинство китайских импульсных зарядок для сотовых телефонов соответствует этим требованиям. В блоке счета все параметры и подсчитанные значения сохраняются в энергонезависимой памяти микроконтроллера, что исключает пропадание данных при отключении устройства от электросети.

Общая схема соединений представлена ниже:

А вот и фото собранного устройства:

Электросчетчик типа DDS232, реле применено типа МКУ-48, блок питания размещен внутри синей коробочки, блок счета — маленькая платка в правом нижнем углу. Нагрузка представляет из себя лампу накаливания (для индикации) и розетку, куда подключается более мощная нагрузка (обогреватель, электрочайник) для проверки и настройки.При желании можно разместить блок питания, блок счета и малогабаритное реле с контактами на ток до 25 Ампер внутри электросчетчика. Понятно, что эту систему можно реализовать и для 3-х фазного подключения.

Читайте так же:
Схема подключения однофазного счетчика со и446

Печатная плата блока счета прилагается. Дополнительно на плате предусмотрены места для установки снаберов на 5.5 — 6.8 Вольт, предназначенных для защиты входов MAX487 от бросков напряжения. В то же время, судя по описаниям, микросхемы с буквой «Е» в конце обозначения имеют уже встроенную защиту. А других микросхем (т.е. без буквы «Е») я в продаже не встречал. В принципе схема не критична к номиналам деталей и позволяет изменять значения резисторов и конденсаторов в широких пределах.

Прошивка для микроконтроллера прилагается с ограничением до 254 кВатт*часов.

Для желающих промоделировать в Proteus прилагается файл в архиве. Правда, скорее всего, придется немного поправить схему (убрать реле, заменить оптопару светодиодом и прочее).

Порядок задания параметров:
1. Первоначально блок счета имеет адрес &hFF.
2. Запускаем любую терминальную программу, позволяющую работать с HEX-кодами.
3. Задаем новый адрес «02» и показания счетчика 5 кВатт командой FF 06 02 00 00 00 05 00
4. Передаем в микроконтроллер коэффициент пересчета 02 06 02 FF 10 00 00 00 (&h10 = 16 в десятичной системе).
6. При необходимости, передаем в микроконтроллер порог потребления 02 06 02 F0 00 05 00 00 (для примера ограничим в 5 кВатт)
7. При необходимости можно проверить, сколько киловатт*часов осталось до отключения: запрос — 02 06 02 F1 00 00 00 00, ответ 02 06 02 F1 05 00 00 00 00 — осталось 5 кВатт*часов

Все эти команды показаны ниже:

При программировании микроконтроллера необходимо выставить фьюзы: работа от внутреннего осциллятора на 8 МГц, деление на 8 — отключено, порт PA2 работает как порт ввода-вывода, а не как RESET (по умолчанию во фьюзах установлено, что работает как RESET).

В конце статьи остается только отметить, что таким образом можно разработать различные устройства, позволяющие «добавить мозгов» стандартным электросчетчикам вплоть до использования карточек предоплаты и возможности управления и передачи данных по каналам сотовой связи. Полёт фантазии здесь не ограничен.

Организация АСКУЭ на объектах связи –
как сделать эту задачу действительно решаемой?!

Одной из самых насущных проблем эксплуатации объектов электросвязи является снятие показаний с приборов учёта потребляемых ресурсов – воды, тепла, электроэнергии. Причём, именно учёт электроэнергии является доминантой этой проблемы по той простой причине, что к воде и теплу подключены не более 10% — 15% объектов электросвязи, в то время как электроэнергию потребляют все 100% объектов – и большие, и самые малые.

Наше предприятие одним из первых в отрасли услышало сигналы от подразделений, занимающихся эксплуатацией «связистского хозяйства», о насущности данной проблемы и необходимости её решать. Не будет преувеличением сказать, что нередко эти сигналы напоминали настоящие мольбы о помощи! Конечно, мы осознаём значимость этой задачи и по мере сил занимаемся её решением в тесном взаимодействии с соответствующими службами Заказчиков. И, вроде бы, сделано уже немало. Но автора этих строк не оставляет ощущение, что все усилия как нашей фирмы, так и других организаций, занимающихся автоматизацией в необъятной отрасли электросвязи, до последнего времени являлись фрагментарными, и, как бы поточнее сформулировать… кустарными, что ли! На наш взгляд, пришло время предложить отрасли действительно типовую, дешёвую и простую в реализации и эксплуатации систему, кардинально снимающую со связистов «головную боль» взаиморасчётов с поставщиками электроэнергии, что и будет сделано в данной статье.

Читайте так же:
Счетчики электроэнергии со сбором информации

Постановка задачи

Начнём, как и полагается, с краткой характеристики объекта автоматизации. Как известно, объекты электросвязи в настоящий момент – это в основном подъездные и уличные шкафы, контейнеры, сельские АТС, выноса, то есть малые и особо малые объекты. Соответственно и потребляют электроэнергии эти объекты немного. Только в совсем небольшом процентном отношении присутствуют большие здания, «начинённые» аппаратурой, но и здесь потребляется в основном активная энергия, причём характер потребления равномерный, без всплесков и пиковых нагрузок. Таким образом, особенность создаваемой системы учёта электроэнергии – то, что объекты автоматизации просты, но их очень много и разбросаны они на большом расстоянии от предполагаемого центра сбора данных.

Мультисервисная сеть – уникальный ресурс для организации АСКУЭ на объектах связи!

Из чего состоит любая автоматизированная система учёта? Из объектовых приборов (счётчиков электроэнергии), центра сбора и обработки информации с установленным на нём программным обеспечением и из каналов связи «объекты – центр». Сразу отметим главную и очень полезную в нашем случае особенность. В отличие от любых разбросанных общепромышленных объектов «связистские» объекты связаны между собой и с предполагаемым центром (а этот центр в любом случае будет размещён в каком-то «родном» здании) мощным, высокопроизводительным и условно бесплатным каналом связи – мультисервисной сетью. Таких комфортных условий не имеет ни одна аналогичная система и грешно не учитывать их, а также не использовать в полной мере.

Что выбрать: электросчётчик с RS485 или импульсным выходом?

Счётчики электроэнергии, пригодные для построения системы учёта, могут быть двух типов – с импульсным (метрологическим) выходом и с интерфейсом RS485. Первые просты и ориентированы только на узкую задачу подсчёта потребленной энергии. Вторые весьма «наворочены», способны накапливать показания счётчика в архивах более чем за месяц, а также измеряют и запоминают множество сопутствующих данных – перекос фаз, броски токов потребления и т.п.

Какой тип счётчиков предпочесть? Обычно ответ следует незамедлительно: «Конечно, RS485!». Мы же не будем столь категоричны и лишь отметим, что счётчики с «четыреста восемьдесят пятым» существенно дороже. Причём, протокол обмена данными через этот самый RS485 является индивидуальным для счётчиков каждого типа, а их – этих типов – многие десятки! Вместе с тем, любой счётчик с интерфейсом RS485 содержит и импульсный выход, предназначенный для поверки прибора. И этот-то выход как раз унифицирован!

Читайте так же:
Счетчик электроэнергии меркурий 321

Что касается приборов с импульсным выходом, то они при своей простоте вполне самодостаточны, «метрологически состоятельны» и пригодны для построения любых систем учёта, в том числе и коммерческих.

К вопросу выбора типа счётчика мы вернёмся ниже, поскольку он играет ключевую роль в наших рассуждениях.

Что строить: АСКУЭ или АСТУЭ?

По классу все системы учёта разделяются на АСТУЭ и АСКУЭ. АСТУЭ (технический или контрольный учёт) — это по сути автоматизация процесса снятия показаний с объектовых приборов с сохранением ручной схемы взаиморасчётов с поставщиками. АСКУЭ (коммерческий или расчётный учёт) – это полная автоматизация всех технических и финансовых аспектов учёта. Какую систему строить? Вот здесь ответ «сегодняшнего дня» однозначный – конечно, АСКУЭ. Задачу надо решать комплексно, добиваться прозрачных взаиморасчётов с поставщиками, льготных тарифов и т.п. Следует, однако, иметь в виду, что в ходе создания АСКУЭ как промежуточный этап неизбежно и достаточно долго будет существовать система технического учёта, которая по мере согласования и подписания определенных документов будет «плавно принимать» окончательный вид.

Отметим также, что для создания системы АСКУЭ существует одно обязательное условие – все компоненты, из которых будет состоять система, обязательно должны быть внесены в Госреестр средств измерений.

СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ СИСТЕМЫ КОММЕРЧЕСКОГО УЧЁТА НА БАЗЕ
ОБОРУДОВАНИЯ ООО «ТЕХНОТРОНИКС»

Метрологическое свидетельство
Рис. 1. Метрологическое
Свидетельство «Технотроникс»

В конце 2010 года наше предприятие получило Свидетельство о внесении в Госреестрсредств измерений, цитируем: «программно-технических комплексов на базе устройств КУБ-Мини, КУБ-Микро, КУБ-Микро/60, КУБ-Нано». Это означает, что пригодным для построения АСКУЭ признано как соответствующее оборудование нашей фирмы, так и наше программное обеспечение, конкретно, подсистема «Ресурсоучёт» АПК «Ценсор-Технотроникс». Данный момент крайне важен и очень полезен для наших Заказчиков. Получается, что, используя стандартные счётчики, наше «железо» и наш «софт», пользователь может быть гарантированно уверен сам и доказать любому заинтересованному участнику процесса, что все части создаваемой системы АСКУЭ, а, значит, и вся система, метрологически безупречны. А, значит, сама создаваемая АСКУЭ не потребует повторной процедуры внесения в Госреестр, что для Заказчика существенно сэкономит и деньги, и время.

Способ 1. Счётчик подключается непосредственно к контроллеру

Аппаратные и программные средства производства ООО «Технотроникс» ориентированы, главным образом, на любые счётчики с импульсным выходом. Мы имеем вход для подключения счётчика данного типа на любом из контроллеров семейства КУБ (рис. 2).

Схема подключения счетчика непосредственно к контроллеру семейства КУБ
Рис. 2. Схема подключения счетчика непосредственно к контроллеру семейства КУБ.

Способ 2. Счётчик подключается к контроллеру через ВМР

Если же одного входа недостаточно или расстояние между КУБом и счётчиком недопустимо велико, имеется несколько модификаций внешних модулей расширения (ВМР), которые точно можно разместить на минимальном расстоянии от счётчика, исключив вероятность воздействия помех (рис. 3).

Схема подключения счетчика к контроллеру семейства КУБ посредством ВМР
Рис. 3. Схема подключения счетчика к контроллеру семейства КУБ посредством ВМР.
Читайте так же:
Электронный счетчик серии сэо

Общее количество ВМР, подключаемых к КУБу, составляет 14 штук, соответственно такое же количество счётчиков электроэнергии можно подключить к одному объектовому устройству типа КУБ-Мини, КУБ-Микро/60 и т.д.

Все КУБы ведут архивы измерений, требуемой по правилам построения АСКУЭ глубины, разбивая показания на так называемые «получаски». При этом точность подсчёта импульсов, точность ведения астрономического времени, способы его установки и коррекции – всё это как раз и проверено экспертами и подтверждено Свидетельством! В общем, мы имеем полное право утверждать, что аппаратные и программные средства ООО «Технотроникс» полностью готовы к созданию АСКУЭ на базе счётчиков с импульсным выходом либо на базе счетчиков с интерфейсом RS485 при условии подключения их через импульсный выход, который, напомним, есть у каждого такого прибора в обязательном порядке.

Импульсный выход: все за и против…

Автор предвидит реакцию ряда читателей типа: «Ах, всё-таки импульсный выход? Нет, это не то! Нам не подходит…». Но давайте разберёмся непредвзято.

Во-первых, счётчики с импульсным выходом гораздо дешевле, чем их аналоги с RS485. Значит те, кто ещё собирается приобретать приборы для учёта электроэнергии и решится на их покупку, сэкономит средства.

Во-вторых, у Заказчика, имеющего желание развивать сотрудничество с нашей организацией по программе «ЦЕНСОР», не будет необходимости задавать вопросы типа: «У нас счётчики производства Ставрополя (Нижнего Новгорода, Новосибирска, Саратова…..и т.д. и т.п.). Они имеют интерфейс RS485. Мы понимаем, что Ваша система не умеет работать с ними. Давайте состыкуем их с вашим ПО и создадим систему АСКУЭ». А всё потому, что наш ответ будет примерно следующим: «Желание Заказчика для нас закон. В принципе, это возможно. Но нам придётся потратить немало нашего времени (и, увы, Ваших денег) на программную стыковку. К тому же, созданное ПО будет уникальным, «новорождённым», а значит, возникнут трудности с регистрацией созданной системы коммерческого учета. В худшем случае, ее придется вносить в Госреестр «с нуля». А это очень долго и дорого. Так зачем нам создавать друг другу проблемы?».

Мы неоднократно встречались с рядом аргументов против работы через импульсный выход.

Почему-то считается, что он обязательно неточный, подвержен помехам и т.п. Мы не можем с этим согласиться. Ведь данный выход не даром называется метрологическим. Он используется при поверке счётчиков – одно это снимает с него данные подозрения. Что касается помех, то, используя наши технические средства, их влияние можно полностью исключить. Мы утверждаем это и несём ответственность за свои утверждения.

Возможности, доступные для RS485, остаются!

Ещё один аргумент «за» использование RS485, а следовательно, «против» импульсного – сопутствующие информационные возможности, которые являются соблазнительными для энергетиков: измерение токов, импульсных перегрузок, измерение напряжений на фазах и т.п. Аргумент действительно сильный. Однако стоит ли ради побочных результатов усложнять дорогу к главной, действительно значимой цели?

При этом остаётся несколько вариантов получить эти дополнительные возможности.

Читайте так же:
Счетчик цэ 2727 однотарифный трехфазный

Во-первых, можно использовать обновлённое устройство ЭПУ485, которое измеряет и токи, и напряжение на силовом электропитающем вводе, а также напряжение станционного питания, токи заряда/разряда аккумуляторной батареи.

Во-вторых, все интересующие Заказчика данные, накопленные «умным» счётчиком электроэнергии, можно получить, организовав соединение между счётчиком и устройством типа КУБ (рис. 4, 5).

Схема подключения счетчика к контроллеру КУБ с трансляцией данных по каналу RS485
Рис. 4. Схема подключения счётчика непосредственно к контроллеру семейства КУБ с трансляцией дополнительных данных по каналу RS485.
Схема подключения счетчика к контроллеру КУБ с трансляцией данных по каналу RS485 посдерством ВМР
Рис. 5. Схема подключения счётчика к контроллеру семейства КУБ с трансляцией дополнительных данных по каналу RS485 посредством ВМР.

Как видно из рисунков, кроме соединения «метрологический выход счётчика — импульсный выход КУБа» выполнено подключение порта RS485 счётчика к узлу «Телепорт» КУБа. В итоге накопленные счётчиком данные будут оттранслированы через мультисервисную сеть в Диспетчерский Центр, а там переадресованы специализированной программе, способной расшифровывать и отображать их. Указанную программу пользователь может покупать самостоятельно. Возможна также разработка такого ПО силами нашей организации. Тем более, что значительный шаг уже сделан — это программная поддержка обновлённого ЭПУ485. Уже сейчас можно организовать выносное рабочее место для энергетика и вывести на него все сигналы, касающиеся мониторинга энергопараметров.

Таким образом, Заказчик получает следующие результаты:

  1. АСКУЭ: считывая количество потребленной энергии с импульсного выхода счетчика и отображая данные на сервере 1, Заказчик организует на своём предприятии систему коммерческого учёта ресурсов;
  2. АРМ Энергетика: передавая дополнительные данные по каналу RS485 и отображая их на сервере 2 или используя на объекте возможности обновлённого ЭПУ485, Заказчик создаёт на своём предприятии автоматизированное рабочее место для службы главного энергетика, что позволяет измерять токи, импульсные перегрузки, напряжения на фазах и получать прочие данные, необходимые для успешной и надёжной работы.

Итак, на счётчики какого типа сделать ставку? На наш взгляд, логика развития сетей электросвязи диктует ответ на этот вопрос. Ведь, как мы уже упоминали в начале нашей статьи, в эксплуатацию вводится масса особо малых объектов связи. Эти объекты подключены к высокоростной мультисервисной сети, передавать любые данные в которой, в том числе и о потреблении электроэнергии, можно хоть каждые несколько секунд. Применение сложных и, главное, дорогих приборов учёта на этих объектах явно неоправданно. Конечно, туда ставят счётчики с импульсным выходом. Так может быть, следует строить будущую общую систему АСКУЭ, ориентируясь на объекты данного типа, за которыми уже недалекое будущее?
Мы привели свои аргументы, а решать, как всегда, нашим уважаемым Пользователям.

ООО «Технотроникс» предлагает своим пользователям набор внесённых в Госреестр аппаратных и программных решений, позволяющих создать дешёвую, простую в развёртывании и эксплуатации систему коммерческого учёта электроэнергии. Эта система ориентирована на использование счётчиков с импульсным (метрологическим) выходом либо на подключение импульсного выхода у счётчиков с интерфейсом RS485.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector