РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ БЕСПРОВОДНОГО СБОРА ПОКАЗАНИЙ СЧЕТЧИКОВ

 Авторы:
 1А.А. КОСОГОРОВ, 2М.А. МИДЕНКО, 2Д.С. АЛЬЕНКОВ

В статье приводится описание системы беспроводного считывания показания счетчиков. Система предназначена для построения надежного двунаправленного канала передачи данных о показаниях и состоянии счетчиков от конечных потребителей на уровень компаний, занимающихся сбытом энергоносителей. Отличительной особенностью системы является применение новой технологии радиопередачи с малым энергопотреблением и высокой надежностью связи.

Введение

В рамках проводимой реформы сектора городского хозяйства, основной задачей ставиться внедрение новых принципов расчета с населением за потребление энергоносителей. Одним из приоритетных направлений разработки является построение систем автоматизированного сбора показаний счетчиков газа, электроэнергии, воды и тепла с возможностью передачи данных непосредственно на уровень компаний, занимающихся сбытом.

На сегодняшний день существует множество разработок систем подобного рода, покрывающих отдельные уровни передачи данных. Но за отсутствием примеров внедрения подобных систем для автоматизации жилищно-коммунального комплекса, задача разработки комплексной системы, обеспечивающей получение достоверных данных на всех этапах, с возможностями разграничения доступа к получаемой информации и представления данных в другие системы является актуальной.

Разработанная система признана обеспечить сбор, накопление, обработку и хранение легитимных данных учета энергоносителей, которые в дальнейшем могут являться основанием для финансовых взаиморасчетов между поставщиком и потребителем. Целевым объектом внедрения системы является территориально-распределенная система приборов учета энергоносителей (счетчиков).

Со структурной точки зрения, разработанная система представлена четырьмя иерархическими уровнями передачи информации: уровень сбора данных, уровень концентрации данных, уровень накопления данных и уровень обработки данных.

В представленной схеме (рис.1) наглядно отображены структурные взаимоотношения устройств передачи данных на различных уровнях. Нижний уровень сбора данных составляют множественные радиомодули (РМ), предназначенные для съема показаний со счетчиков через стандартные импульсные выходы или специализированные интерфейсы корректоров.

Отличительной особенностью разработанной системы является применение на уровне сбора данных современной технологии двунаправленной  радиопередачи с малым энергопотреблением и свободно-перестраиваемой топологией радиосети. Эти преимущества позволяют снизить накладные расходы сбытовых компаний на обслуживание радиомодулей, и повысить надежность канала передачи за счет использования каждого радиомодуля сети в качестве ретранслятора данных для остальных устройств.

Применяемая технология позволяет строить самоорганизующиеся сети со свободной топологией, в которых большую часть времени устройства находятся в состоянии сна, и, пробуждаясь по таймеру, передают текущие показания счетчиков и состояние линий контроля на вышележащий уровень концентрации данных. В таком режиме работы радиомодули требуют обслуживания для замены батарей питания раз в 6-8 лет, что сопоставимо со сроком поверки счетчиков.

       Кроме того, предусматривается возможность аварийного пробуждения радиомодулей по внешнему сигналу контроля для немедленной передачи сообщений на верхний уровень. Функция может использоваться эксплуатационными службами в качестве вспомогательного параметра для технологического и оперативного контроля подачи энергоносителей. Для реализации данной функции в предлагаемой технологии используется технология «синхронизированного пробуждения» устройств.

В отличие от радиомодулей с автономным питанием, базовые станции данной технологии, входящие в состав шлюза-концентратора данных, всегда слушают радиоканал, ожидая поступления данных. Одновременно базовые станции, имеющие стационарное бесперебойное питание, являются координаторами, образующими и поддерживающими топологию сети нижнего уровня.

Таким образом, обеспечивается надежность передачи данных для уровня сбора данных за счет применения кэширования приходящих сообщений запроса данных или удаленной конфигурации для радиомодулей, находящихся в режиме сна.

                                     Рисунок 1. Структура системы сбора показаний счетчиков

В разработанной системе предусмотрено несколько дублирующих каналов передачи с уровня концентрации на верхний уровень обработки данных. Одним из вариантов предлагается использование общедоступных каналов радиопередачи стандарта GSM и расширений GPRS для организации полностью беспроводной цепочки передачи, либо проводных сетей локального доступа Ethernet или выделенных каналов xDSL.

Преимуществом системы на данном уровне является наличие множественных сетевых интерфейсов со стороны шлюза-концентратора для обеспечения надежности передачи накопленных данных по нескольким резервным каналам.

Альтернативным способом забора данных с данного уровня является применение мобильных средств системы обслуживания для объездного сбора показаний. В качестве таких средств могут выступать распространенные карманные компьютеры (КПК) или смартфоны, оснащенные стандартным радиоинтерфейсом уровня сбора данных. Совместимость современных и будущих устройств этого типа с выбранной технологией радиопередачи гарантируется присутствием в ассоциации её разработчиков таких крупнейших производителей оборудования, как Siemens, Philips, Honeywell, Samsung и другие.

Согласно структуре разработанной системы, накопленные данные любым из доступных способов поступают в единый Сервер сбора данных, выделенный сбытовой компанией как единое хранилище, и сервер баз данных для рабочих станций в корпоративной сети компании.

Предлагаемая технология баз данных предусматривает резервирование для повышения общей надежности системы. Одновременно сервер обслуживает нисходящие передачи команд управления и конфигурации, формируемые на уровне обработки данных сбытовой компанией. Данная особенность системы предоставляет возможность удаленного конфигурирования всех устройств системы на различных её уровнях вплоть до радиомодулей у конечных потребителей (как, например, установка режимов опроса, начальных показаний счетчиков, привязки радиомодулей и потребителей).

Таким образом, разработанная система обеспечивает надежный сквозной канал двунаправленной передачи данных для автоматизации сбора показаний счетчиков с поддержкой расширенных режимов удаленного конфигурирования.

Выводы

             Основными преимуществами разработанной системы являются применение современных энергосберегающих технологий передачи на уровне сбора данных, поддержка двунаправленного режима работы на всех уровнях системы, гибкость и адаптируемость системы за счет возможностей удаленного конфигурирования, и, как следствие, простота развертывания системы на объекте заказчика. За счет применения передовой радиотехнологии беспроводной передачи данных на уровне конечных потребителей, системы одновременно создает необходимую инфраструктуру, пригодную для развертывания прочих систем домашней автоматики:  контроля доступа, пожарной безопасности, управления освещения, кондиционирования и вентиляции.