Автоматизированная система учета энергоресурсов

УДК XXX. XXX. XX

, к. т.н., доцент, ВГАВТ1
, ВГАВТ
, к. т.н., ВГАВТ
, д. т.н., профессор, ВГАВТ
, к. т.н., ВГАВТ

Автоматизированная система учета энергоресурсов.

Краткая аннотация

Существующие системы учета потребления энергоресурсов можно разделить на 2 группы – системы коммерческого учета и системы оперативного контроля и учета [например, 1,2]. Для первой группы требуется сертификация средств измерения, в связи с чем они имеют сравнительно высокую стоимость. Системы оперативного контроля и учета предназначены для получения достоверной информации о потреблении энергоресурсов, играющей важную роль при принятии обоснованных управленческих решений руководством предприятий и учреждений.

Подобная система под названием “САКУРА” (рис.1) была разработана для одного из корпусов Горьковского технического университета по заказу Нижегородского регионального центра энергосбережения (информация о системе опубликована НИЦЭ в [3] без ссылок на разработчиков).

Рис.1 Заставка системы САКУРА.

Система предназначена для автоматизированного сбора и учета информации о потреблении энергоресурсов (электрической и тепловой энергии, тока, температуры, воды, газа и т. п.) в промышленных и административных зданиях.

В состав системы входят диспетчерский пульт (компьютер с программным комплексом), контроллер линии связи, устройства сбора и хранения информации (УСХИ), измерительные приборы (или датчики) с интерфейсом RS-485 (рис. 2). К линии RS-485 может быть подключено до 32 устройств (УСХИ и датчиков с интерфейсом RS-485, например счетчиков электрической энергии, тепловой энергии и т. п.). В свою очередь, к УСХИ может быть подключено до 64 датчиков с токовыми и импульсными выходами. Контроллер линии связи позволяет работать со вторым диспетчерским пультом через телефонный канал связи.

Рис.2. Структура системы автоматизированного сбора и учета информации о потреблении энергоресурсов.

Функциональные возможности системы.

Функции оперативного контроля:

-контроль в режиме реального времени любого из датчиков с диспетчерского пульта или с удаленного терминала по телефонной линии;

-представление в графическом виде планов здания с размещенными датчиками и их показаний.

Функции настройки:

-добавление новых датчиков или их исключение из системы;

-привязка датчиков к поэтажным планам здания;

-конфигурация УСХИ и настройка подключенных к нему датчиков.

Функции сбора и хранения информации:

-опрос всех устройств, включенных в сеть и чтение с них статистической информации за заданный промежуток времени;

-просмотр текущих показаний датчиков в режиме мониторинга с представлением их местоположения на поэтажных планах здания;

-сохранение собранной со всех датчиков информации.

Функции анализа:

-представление информации в табличном и графическом виде по любым видам потребляемых энергоресурсов за произвольный интервал времени;

-расчет обобщенных характеристик (суммарных, удельных значений параметров и т. п.).

Функции защиты информации:

-доступ возможен только при использовании пароля (два уровня – диспетчера и администратора).

Описание устройства сбора и хранения информации.

УСХИ служит для подключения датчиков не имеющих интерфейса RS-485. Это датчики с токовым выходом (датчики температуры, датчики тока и т. п.) и датчики с импульсным выходом (Счетчики воды и т. п.). К УСХИ можно подключить до 64 (функционально разбиты на 8 модулей по 8 датчиков, количество модулей импульсных и токовых датчиков – произвольное). Диапазон частот для импульсных входов – 0-200 Гц, входные сигналы токовых датчиков - 0-20 мА или 4-20 мА. Информация с датчиков хранится в блоке УСХИ с интервалом 30 мин в течении 10 последних суток.

Конструкция УСХИ – модульная (рис.3). На материнской плате размещена плата центрального процессора и восемь слотов для подключения модулей ввода информации с датчиков. Материнская плата с помощью ленточного кабеля соединена с платами клеммных соединителей для подключения кабелей датчиков. На них размещены 64 группы (по 3 штуки – корпус, +24В, сигнальный вход) клеммных соединителей.

Модули аналогового и импульсного ввода выполнены в виде отдельных плат, вставляемых в слоты. Каждый модуль имеет 8 каналов измерения. Каждая плата обслуживается собственным процессором. Программа, зашитая во внутреннюю память процессоров, обеспечивает измерение по 8 каналам и формирование массива полученных данных для передачи в центральный процессор. Связь с центральным процессором осуществляется по внутреннему последовательному каналу на скорости ________. Любой модуль (аналогового или импульсного ввода) может размещаться в произвольном слоте. Тип модуля и его адрес модуль центрального процессора определяет автоматически, никаких изменений в аппаратной части и программе УСХИ не требуется. Размер модуля ввода – 85*50 мм.

На плате центрального процессора УСХИ размещены 2 однокристальных микроЭВМ, энергонезависимая память, часы реального времени, сторожевой таймер и интерфейсы внутреннего последовательного канала и внешнего канала RS-485.

Первая ОМЭВМ обеспечивает сбор информации с модулей ввода и формирование массива данных за последние 10 суток с тридцатиминутным интервалом. Вторая ОМЭВМ обеспечивает подключение блока к каналу RS-485.

Рис.3. Устройство сбора и хранения информации

Контроллер линии связи позволяет осуществлять соединение компьютера с каналом связи RS-485 или телефонным модемом. Через канал связи RS-485 осуществляется сбор данных с контролируемых устройств и установленных датчиков. Второй канал предназначен для осуществления связи с удаленными устройствами посредством коммутируемой телефонной связи и модема. Для реализации удаленной сети (в другом здании, районе, городе) используются два контроллера связи, при этом к одному подключаются диспетчерский пульт, телефонный модем и локальные устройства сбора информации, ко второму подключается модем и устройства сбора информации.

Описание диспетчерского пульта.

Диспетчерский пульт (рис. 4) реализован с помощью программного комплекса “САКУРА” устанавливаемого на персональном компьютере. Данный программный комплекс для работы под операционной системой Windows 98 и выше. Компьютер должен иметь свободный COM порт для подключения контроллера линии связи.

Программный комплекс (ПК САКУРА) включает в свой состав систему сбора, хранения и визуализации данных и драйверы сопряжения с подключаемыми внешними устройствами. Одной из основных характеристик комплекса является его модульная структура, позволяющая легко наращивать функциональность установленной системы (подключение датчиков и устройств других фирм-производителей).

Большое внимание при разработке ПК САКУРА уделялось обеспечению гибкости системы и легкости внесения изменений в конфигурацию без необходимости модификации программы.

Рис. 4. Диспетчерский пульт системы.

Режим отображения поэтажного плана

Программа обеспечивает отображение информации об устройствах в 2-х видах – через окно дерева устройств, и через окно поэтажного плана. Дерево устройств отображает все устройства в системе (с учетом выбранной при старте организации); при этом устройства сгруппированы по типам измеряемого ресурса. Поэтажный план отображает устройства по их физическому месту расположения. Работа в режиме отображения поэтажного плана обеспечивает большую наглядность.

Рис. 5. Окно поэтажного плана.

Основным элементом данного окна (рис. 5) являются 3 закладки с планами подвала, первого этажа и второго этажа. Переключение между ними осуществляется щелчком мышью на закладке листа.

Под планом находится информация о комнате, по которой выполнен щелчок мышью: номер (или название), принадлежность организации и количество датчиков. Далее - название и тип находящихся в комнате датчиков. Область справа отведена под значения тока и температуры от датчиков в выбранной комнате (режим фонового мониторинга).

Разные типы датчиков отображены на плане цветными значками разной формы. Легенда (условные обозначения) располагается справа от плана. Основные операции над датчиками доступны через контекстное меню (щелчок правой кнопкой мыши на значке датчика). Указание мышью на значок устройства (без нажатия) отображает имя устройства (во всплывающей подсказке). Двойной щелчок по значку датчика запускает режим мониторинга.

Большая кнопка справа вверху служит для перехода в режим просмотра дерева устройств, кнопки под легендой доступны только в режиме администратора и служат для работы с комнатами (при начальной настройке системы) и включения режима перемещения устройств на карте.

Информация о комнатах (так же как и информация о датчиках) не является жестко "зашитой" в систему; она вводится на этапе конфигурирования системы и хранится в служебной базе данных программы, обеспечивая возможность изменения конфигурации.

Добавление устройств в систему

Добавление и удаление датчиков возможно только в режиме администратора; этот уровень доступа в систему защищен паролем. После ввода пароля в режиме просмотра дерева устройств появляются кнопки "Добавить устройство" и "Удалить устройство"(рис. 6)

Рис. 6. Окно дерева устройств.

При нажатии кнопки "Добавить устройство" открывается окно добавления устройства (рис.7).

Рис. 7. Окно добавления устройства

После заполнения формы нажатием кнопки ОК происходит добавление устройства в систему. В случае, если устройство подключается через блок УСХИ запускается программа настройки описаная далее. В системе предусмотренна возможность привязки и отображения устройств и датчиков на поэтажном плане здания.

Анализ статистики и построение графиков

Имеется возможноть просмотра данных с датчиков за выбранный период в табличной и графической форме. При этом помечаются интересующие датчики (рис. 8).

Рис. 8. Выбор устройств для просмотра статистики.

Если выбираются несколько устройств одинакового типа, тогда в таблице добавится колонка с обобщающей информацией (например, для энергопотребления это будет сумма, для температуры - среднее значение).

Также предоставляется возможность выбора нужного временного периода (рис. 9). Возможные варианты - день, неделя, месяц, квартал, год и произвольный период.

Рис. 9. Окно выбора периода.

Далее осуществляется выбор типа отображаемой информации. В зависимости от выбранного датчика (датчиков), их типа и запрошенного периода возможны варианты (выдавать показания в натуральном или денежном выражении и т. п.) При отсутствии данных за часть периода, система автоматически считает их с устройств.

Полученные результаты отоброжаются в окне запрошенных данных в табличной форме и на графике (рис.10).

Рис. 10. Окно запрошенных данных.

Анализ статистических данных.

Анализ данных производится с помощюь модуля расчета. Модуль расчета предназначен для расширения возможностей системы по обработке данных путем обеспечения расчета производных значений на основе имеющихся при обеспечении легкости модификации расчетных формул.

Встроенный вычислитель обеспечивает следующие возможности:

·  вычисления по многострочным формулам.

·  поддержка 4-х арифметических действий и возведения в степень ("^"), поддержка приоритетов вычисления и скобок.

·  использование до 50-ти переменных и именованных констант.

·  подстановка вместо имени датчика (точнее, первого слова имени) значения соответствующего показателя за выбранный период.

·  подстановка вместо переменной "t" длины выбранного периода (в часах).

Формулы доступны для изменения (считываются из файла при старте программы). При работе в режиме администратора возможен режим отладки (рис. 11).

Рис. 11. Окно ввода формул и отладки

Работа модуля обеспечивает расчет точки на нормативной кривой энергопотребления по зданиям, расчет энергопотребления по подразделениям за период и расчет распределения мощности по подразделению за день (с получасовыми интервалами) (рис. 12).

Рис. 12. Анализ: нормативная кривая энергопотребления.

Работа с датчиками имеющими токовый или импульсный выход.

Все датчики, имеющие токовый или импульсный выход, подключаются к УСХИ при этом максимальное количество, подключаемое к одному блоку, шестьдесят четыре. Количество блоков УСХИ для подключения не ограниченно. Настройка и калибровка подключенных датчиков осуществляется программным путем. Устанавливается тип датчика – аналоговый или импульсный. Далее для импульсных датчиков (рис. 13) производится калибровка. Выбирается канал к которому подключен датчик, вводится название датчика и задается цена одного импульса, дополнительный множитель, размерность измерений и если необходимо задаются пределы ограничений.

Рис. 13. Установка и калибровка импульсного датчика.

Для калибровки аналоговых датчиков (рис. 14) также выбирается канал подключения, вводится название датчика, размерность измеряемой величины.

Рис. 14. Установка и калибровка аналогового датчика.

Преобразование значения осуществляются по уравнению прямой путем ввода значений в двух точках. Дополнительно предоставляется возможность ввода ограничений значений по максимуму и минимуму и по знаку. В режиме настройки предоставляется возможность просмотра значений и констант калибровки для всех подключенных датчиков.

В режиме опроса датчика подключенного к УСХИ осуществляется автоматическая установка связи с блоком и сбор информации со всех подключенных датчиков. Получаемые значения выводятся в информационном окне о комнате на общем плане здания (рис. 15), либо возможен вывод информации для одного датчика в специальном окошке (рис. 16).

Рис. 15. Просмотр значения датчиков установленных в комнате.

Рис. 16. Просмотр значения выбранного датчика.

Работа с приборами, имеющими последовательный порт RS-485

На момент разработки комплекса заказчик определился с двумя устройствами поддерживающими канал RS-485 – электросчетчик “Микрон 3x” (рис. 17), завод Фрунзе (Н. Новгород) и теплосчетчик (рис. 18) фирмы Danfos (Швеция?). Данные устройства собирают и хранят статистические данные за сутки и месяц и имеют свои протоколы для осуществления связи. Для этих приборов были разработаны программы драйвера, которые позволяют оперативно считывать текущею информацию, настройки приборов и снимать статистические данные. При подключении новых приборов на основе предоставляемого протокола создается новый драйвер, который позволит легко интегрировать приборы в комплекс.

Рис. 17. Окно отображения текущей информации на электросчетчике.

Рис. 18. Окно отображения текущей информации на электросчетчике.

Драйвера для приборов реализуют две основных функции. Работа в режиме мониторинга – производится постоянный опрос прибора с целью предоставления текущих даны и настроек прибора. Информация на компьютере отображается в специальных окошках на рисунке 17 представлено окно отображения текущей информации с электросчетчика, на рисунке 18 с теплосчетчика. Вторая функция – сбор статистических данных с приборов. При этом выводится информационное окно показывающее состояние чтения статистических данных.

В настоящее время система находится в опытной эксплуатации в 8 корпусе Нижегородского политехнического университета.

[1]

[2]

[3] , , “Сакура” - система мониторинга энергопотребления бюджетной организации. // Энергоэффективность: опыт, проблемы, решения, Н. Новгород, 2001. Вып.3. С.52­–57.

1 ВГАВТ, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
E-mail: *****@

Название на английском языке

Y. S. Авторы

Аннотаця на англ языке (до 10 строк)e.