Счетчики
Рейтинг@Mail.ru
Подходы к определению объемов передаваемой информации о потреблении энергоресурсов

Неотъемлемым дополнением систем индивидуального учета потребления энергоресурсов должны стать централизованные системы диспетчеризации потребления энергетических ресурсов.

Указанные системы, основу которых должны составить программно-аппаратные комплексы, должны обеспечить возможность накопления статистической информации о качестве и объемах реально произведенных (поставленных) и реально потребленных энергоресурсов в рамках населенного пункта (отдельного микрорайона, многоквартирного дома, помещения), детального анализа указанной информации, выявления «узких мест» и объективных количественных закономерностей в системе энергоснабжения.

Результаты анализа указанной объективной информации должны стать реальным инструментарием для решения ряда проблем в сфере ЖКХ, налаживания конструктивного и недвусмысленного открытого диалога между производителями (поставщиками) и потребителями энергоресурсов, совершенствования соответствующей нормативно-правовой базы.

Первой задачей при разработке программно-аппаратных комплексов является оценка дистанционно передаваемых объемов информации о потребляемых энергоресурсах на объектах мониторинга. В настоящей статье рассматриваются подходы к оценке объемов передаваемой информации о потреблении газа, электрической и тепловой энергии.

По принципу оценки объемов потребленного газа приборы учета делят на диафрагменные (мембранные), турбинные, ротационные, вихревые, ультразвуковые. Наибольшее распространение в системах индивидуального учета получают диафрагменные счетчики.

Принцип действия диафрагменного счетчика газа, основан на том, что при помощи подвижных диафрагм, клапанов и преобразовательных элементов газ разделяют на доли объема, а затем при помощи счетного устройства производят их циклическое суммирование. При перемещении диафрагм, обусловленном наличием давления (энергии) поступающего газа, происходит поочерёдное вытеснение газа из рабочих камер. При этом имеется несколько (например, четыре) газовые камеры, которые периодически являются пустыми, наполняются, являются наполненными и опустошаются. Кривошипно-шатунный механизм преобразует поступательное движение диафрагм во вращательное, которое через муфту передаётся счетному устройству.

Счетный механизм подсчитывает число ходов диафрагм (или число циклов работы измерительного механизма  ). За каждый цикл вытесняется объем газа   равный сумме объемов четырех камер. Один полный оборот выходной оси измерительного механизма соответствует определенному количеству (например, 16-ти) циклов. При этом объем потребленного газа мембранным счетчиком оценивается в соответствии со следующей зависимостью:

Vпотр = n·V4
(1)

Для дистанционной передачи информации используется датчик импульсов (геркон), срабатывающий от магнитной вставки, встроенной в младший разряд счётного механизма. Частота передачи импульсов определяется интенсивностью расхода газа.

Остальные типы счетчиков при индивидуальном учете потребления газа практически не используются.

Для оценки объемов потребления электрической энергии в настоящее время эксплуатируются главным образом два типа счетчиков – индукционные и электронные. При этом первые занимают доминирующее положение. На сегодняшний день они морально и физически устарели. Большинство из них не обеспечивают необходимый уровень точности учета и не рассчитаны на современный уровень потребления электроэнергии. Кроме того, они имеют ограниченные функциональные возможности, которые не позволяют осуществлять многотарифный учет энергии и дистанционный съем показаний прибора.

Для расчёта электрической энергии, потребляемой за определённый период времени, необходимо интегрировать во времени мгновенные значения активной мощности, равные для синусоидального сигнала произведению напряжения на ток в сети в данный момент времени:

pic11
(2)

Указанную операцию в аналоговой (для индукционных приборов) или цифровой (для электронных приборов) форме проводит любой счетчик электрической энергии.

Принцип действия индукционных приборов основан на взаимодействии переменных магнитных потоков с токами, индуктированными ими в подвижной части прибора (в диске). Электромеханические силы взаимодействия вызывают движение подвижной части (диска). Измеряемое счетчиком количество энергии определяется из произведения числа оборотов диска счетчика и коэффициента пропорциональности (постоянной счетчика).

Реализация цифрового счётчика электрической энергии требует специализированных интегральных схем, способных производить перемножение сигналов и предоставлять полученную величину в удобной для микроконтроллера форме. Например, преобразователь активной мощности в частоту следования импульсов. Общее количество пришедших импульсов, подсчитываемое микроконтроллером, прямо пропорционально потребляемой электроэнергии.

Большинство производителей в цифровых счетчиках электрической энергии предусматривают обработку статистики энергопотребления с 30-минутными интервалами, используя которые можно восстановить графики получасового потребления за последние два месяца. Существуют приборы с меньшим периодом фиксации показаний (до 3-х минут).

Для передачи данных энергопотребления электронные приборы могут оснащаться преобразователями интерфейсов USB/RS232/RS485, предназначенными для передачи сигналов между шинами RS485, RS232, USB (а также встраиваемым GSM-модемом). При подключении преобразователя к компьютеру создается виртуальный COM порт со всеми сигналами шины последовательного порта (RTC, CTS, DTR, DSR, DCD, RI, RXD, TXD), с которыми могут работать без изменения программного обеспечения различные устройства (счетчики, контроллеры, модемы, терминальные программы).

Особенности и объемы передаваемой информации об энергопотреблении электронными приборами учета электроэнергии аналогичны особенностям и объемам других электронных приборов учета (воды, тепла). Интегральная информация или результаты статистической обработки информации передаются в виде двоичного кода с частотой определяемой потребителем, поставщиком, управляющей компанией в соответствии с задачами, для решения которых эта информация используется.

Учет (расчет) потребления тепла в настоящее время осуществляется с применением теплосчетчиков, устанавливаемых в магистралях теплоснабжения, или пропорционаторов (радиаторных распределителей тепла). Последние находят широкое применение в системах индивидуального учета потребления тепла.

Теплосчетчик является основным инструментом учета тепловой энергии, потребленной многоквартирным домом. Он включает в себя: преобразователь расхода (расходомер), два преобразователя температуры (термопреобразователи сопротивления), информационно-вычислительный блок (тепловычислитель).

Пропорционатор позволяет заменить непосредственное измерение количества потребляемого тепла измерением количества тепла, отдаваемого поверхностью каждого радиатора. В результате таких измерений для каждого помещения в доме можно получить величину в условных единицах, которая пропорциональна фактическому потреблению тепла в данном помещении. Затем общее количество потребленного тепла, зафиксированное в этой системе с помощью общедомового теплосчетчика, распределяется между жильцами пропорционально условным единицам потребления в их квартирах.

Таким образом, теплосчетчик позволяет непосредственно оценить количество потребленного тепла, а пропорционатор обеспечивает лишь возможность поквартирного распределения «общедомового тепла».

Количество теплоты (внутренней энергии), которым обладает теплоноситель при данной температуре t, называют энтальпией и вычисляют по формуле:

Q = c·p·V·t
(3)

где с - удельная теплоемкость теплоносителя [Дж/(кг×град)]; p - плотность [кг/м3]; V - объем [м3]; m=pV - масса [кг]. Единицы измерения энтальпии – джоуль (для внутренней энергии) или Дж/кг (для удельной внутренней энергии).

Учет количества потребленной тепловой энергии основан на измерениях изменения (разности) энтальпии некоего количества теплоносителя в процессе теплообмена. Изменение энтальпии для закрытых систем теплоснабжения вычисляется по формуле:

ΔQ = m·(cвх·tвх - свых·tвых)
(4)

где m – масса теплоносителя; cвх(вых)·tвх(вых) - удельные энтальпии теплоносителя в подающем (обратном) трубопроводах системы.

Теплосчетчик любого типа осуществляет оценку расхода теплоносителя и его температуры в подающем и обратном трубопроводах. С использованием этих данных, а также заданных значений теплоемкости и плотности теплоносителя тепловычислитель оценивает величину ΔQ с интегрированием ее по времени. Передаче по каналам связи подлежит именно указанная конечная информация ΔQ(t) (или статистические данные по расходу за некоторый период времени) в виде двоичного кода. Частота передачи указанной информации определяется только ее потребителем и задачами, для решения которых она используется.

Пропорционатор непосредственно количество потребленного тепла не измеряет, вычисляя лишь величину, пропорциональную расходу тепла каждым из радиаторов. При этом частота снятия указанной информации в виде двоичного кода может изменяться в зависимости от потребностей поставщика тепла, потребителя или управляющей компании (в начале и по окончании отопительного сезона, по мере возникновения необходимости контроля теплопотребления и т.д.).

Оценка объемов информации, передаваемой в интересах функционирования централизованных систем диспетчеризации потребления энергетических ресурсов, позволит предъявить требования к необходимой пропускной способности каналов связи и соответствующему программному обеспечению и непосредственно перейти к решению задачи разработки программно-аппаратных комплексов.

^ Наверх