СИСТЕМА УЧЕТА КОММУНАЛЬНЫХ УСЛУГ И СЧЕТЧИК ЭНЕРГОРЕСУРСОВ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ В НЕЙ Российский патент 2005 года по МПК G01R21/06 G01R21/133 G01F1/00 

Изобретение относится к области измерительной техники и применяется для учета различного вида коммунальных услуг в системах коммерческого учета расхода газа, горячей и холодной воды, электроэнергии. Изобретение может найти применение в коммунальном хозяйстве для бытовых потребителей, в промышленности, на предприятиях и в организациях.

Проблема бережного расходования энергоресурсов становится все острее из-за истощения природных источников сырья, удорожания добычи, переработки и транспортирования, изменения норм потребления, что накладывает жесткие требования к эксплуатационным характеристикам средств учета. Изобретение ориентировано на контроль потребления воды, газа, электроэнергии, но может быть использовано для других систем и направлено на полностью автоматизированный опрос множества счетчиков, исключая ошибки, свойственные в таких случаях человеку. Изобретение позволит осуществить последовательный дистанционный контроль показаний датчиков различного типа с использованием портативного процессора или обычной персональной ЭВМ, а также обеспечить индикацию неуплаты или недоплаты за потребляемые услуги.

Известно устройство учета коммунальных услуг при переменном тарифе по патенту РФ 2134865 (Лачков В.А. и др.), опубликованному 20.08.1999. Изобретение относится к области измерительной и вычислительной техники и применяется для учета различных видов коммунальных услуг. Технический результат от использования изобретения заключается в расширении функциональных возможностей за счет обеспечения перенастройки в зависимости от вида услуг и регионов, а также в упрощении выполнения устройства. Устройство содержит каналы, состоящие из импульсного преобразователя, пересчетного устройства и счетчика, а также блок определения параметров, блок энергонезависимой памяти и дисплей. Однако это устройство не обеспечивает индикацию неуплаты тарифа или снижение потребления потребителем, оно сложно в эксплуатации и не может полностью работать в автоматическом режиме.

Известна автономная система считывания и записи данных для систем контроля за потреблением воды, газа, электроэнергии, обладающая большим быстродействием. Система содержит расходомеры, накопительные блоки, средство считывания и передачи данных и центральный компьютер. Каждый накопительный блок выполнен в виде импульсного накопителя с независимым источником питания и собственным идентификационным кодом (патент РФ 2100846).

Известно счетное устройство для приборов учета расхода энергоресурсов, содержащее устройство снятия информации, электронное устройство преобразования числа оборотов чувствительного элемента в количество прошедшего через счетчик вещества и блок оптимизации коэффициента передачи в зависимости от текущего расхода, устройство индикации (патент РФ 2131115 С1). Счетчик обладает высокой чувствительностью к малым расходам и низким энергопотреблением.

Наиболее близким аналогом к заявленному изобретению является изобретение по патенту РФ 2141626 на систему для контроля жилищно-коммунальной информации и услуг. Технический результат, достигаемый ближайшим аналогом, заключается в увеличении объема информации для анализа состояния систем жилищно-коммунальных услуг. Система содержит датчики расхода газа, счетчики электроэнергии, датчики расхода воды и тепла, установленные в квартирах жилых домов, микроконтроллеры, выполненные с возможностью запоминания данных потребителя и определения потребления соответствующей услуги, снабженные автономными источниками питания на время отсутствия сетевого питания.

Однако известная система при всех своих достоинствах слишком сложна и дорога, чтобы в сложившейся экономической ситуации быть реально внедренной в эксплуатацию в коммунальном хозяйстве. Эта система не может работать в автоматизированном режиме, требует обязательного присутствия диспетчера, не предоставляет информацию о неуплате за коммунальные услуги и не предусматривает возможность отключения или снижения энергообеспечения потребителя от соответствующего источника. Известная система использует целый ряд датчиков и счетчиков, устанавливаемых у одного потребителя и по каждому виду потребляемого энергоресурса.

Задача, решаемая заявленным изобретением, состоит в упрощении эксплуатации, удешевлении, обеспечении работы в автоматическом режиме, возможности предупреждения неуплаты за потребляемые коммунальные услуги.

Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения, - упрощение и удешевление эксплуатации при расширении количества контролируемых пользователей, а также возможность учета всех потребляемых видов энергоресурсов одним прибором - счетчиком энергоресурсов.

Технический результат достигается за счет того, что система учета коммунальных услуг включает установленные в местах потребления счетчики энергоресурсов и устройство обработки поступающей от них информации и управления, которое включает центральный и промежуточные концентраторы, при этом центральный концентратор выполнен с возможностью непосредственного подключения промежуточных концентраторов или связи с ними по каналам связи, а промежуточные концентраторы по четырем каналам соединены с блоком опроса счетчиков энергоресурсов.

Технический результат достигается, кроме того, за счет того, что счетчик учета энергоресурсов включает датчик тока, датчик напряжения, связанные с входами преобразователя мощности в частоту, выход которого и блока сенсора подключены соответственного к первому и второму входам блока управления, к третьему и четвертому входам-выходам которого через блоки гальванической развязки подключены соответственно адресатор и блок опроса датчиков, к входам которого подключены выходы датчиков учета потребления холодной воды, горячей воды и газа, первый выход блока управления связан с контроллером, подключенным к жидкокристаллическому индикатору, второй выход блока управления через блок гальванической развязки связан с передающим устройством, а третий - с индикатором неуплаты.

Технический результат усиливается за счет того, что блок опроса датчиков снабжен устройством аварийного питания, подключаемым при пропадании сетевого электропитания.

Приведенный ниже пример конкретной реализации системы учета позволяет более подробно пояснить получаемый технический результат.

Сущность изобретения и возможность достижения технического результата поясняется прилагаемыми чертежами, где на фиг.1 изображена блок-схема счетчика энергоресурсов, входящего в систему "Ресурс", на фиг.2 - электрическая схема подключения блоков счетчика, на фиг.3 - электрическая схема блока адресации, на фиг.4 - электрическая схема системы "Ресурс".

В систему учета коммунальных услуг "Ресурс" входят счетчики энергоресурсов, которые включают блок 1 опроса датчиков, к входам которого подключены выходы датчиков расхода горячей и холодной воды, а также расхода газа, через блок 7 гальванической развязки блок опроса 1 связан с входами-выходами 9 блока 8 управления. Датчики напряжения 10 и тока 11 подключены к блоку преобразования мощности в частоту 12, выход которого связан с первым входом 13 блока управления 8. Ко второму входу 14 блока управления 8 подключен выход блока сенсора 15. Через четвертую группу входов - выходов 16 блока управления 8 и блок гальванической развязки 17 с блоком управления 8 связан блок адресации 18. Первый выход 19 блока управления 8 связан с контроллером 20, который в свою очередь соединен с жидкокристаллическим индикатором 21. Второй выход 22 блока управления 8 через блок гальванической развязки 23 связан с передающим устройством 24. Третий выход 25 блока 8 связан с индикатором неуплаты 26.

Датчики напряжения 10 и тока 11 предназначены для согласования уровней входных сигналов со схемой преобразователя 12 (на фиг.2 К1...К4, К9, К12 - входят в датчик напряжения; трансформатор тока Т и R5, R10, R11 рисунка - в датчик тока);

преобразователь мощности в частоту 12 (D2) предназначен для перемножения входных величин тока и напряжения и преобразования полученной величины мощности в частоту импульсов;

блок управления счетчиком 8 (D4) осуществляет общее управление счетчиком: подсчитывает и запоминает значение потребленной электрической энергии по каждому тарифу, выдает на отображение все требуемые сообщения, опрашивает блок сенсора 15, для отображения на дисплее показаний потребленных энергоресурсов, производит обмен данными с блоком опроса датчиков 1 и блоком адресации 18, распознает команды (смена тарифов, неуплата, выдать данные) от системы "Ресурс"; блок управления выполнен на базе микропроцессора (см. Электроника, М., Советская энциклопедия, 1991, с.301-303);

- контроллер ЖКИ 20 (D3) обеспечивает регенерацию изображения на индикаторе 21, представляет собой PIC контроллер фирмы Microchip;

- блок индикации 21 (HL2) отображает показания потребления электроэнергии и метку отображаемого тарифа, а также служебную информацию (см. Электроника, с.136-137);

развязка необходима для осуществления требований по электробезопасности 7, 17, 23 (VT2, VT3, VT401, VT402);

- передающее устройство 24 необходимо для поверки счетчиков (VT1);

- блок сенсора 15 позволяет просматривать показания всех тарифов и выводить служебную информацию о состоянии счетчика (кнопка S);

- блок адресации 18 (ТА) необходим для объединения счетчиков в систему;

- индикатор неуплаты 26 (HL1) отображает информацию о неуплате установленного тарифа;

- блок опроса датчиков 1 необходим для подсчета импульсов от датчиков пересчета до получения единицы измерения (кубометра для воды и газа) хранения полученных результатов и передачи последних блоку управления.

Схема датчика работает следующим образом. Входные величины тока и напряжения поступают через датчики тока 11 и напряжения 12 соответственно на преобразователь 12 мощности в частоту, выходные импульсы которого регистрируются блоком управления 8 счетчика и выдаются на передающее устройство 24; одновременно производится пересчет импульсов для получения единиц измерения электрической энергии. Накопленная величина потребленной электрической энергии запоминается в энергонезависимой памяти, в ячейках, отведенных под текущий тариф, и одновременно отображается на экране жидкокристаллического индикатора 21. Воздействуя на блок сенсора 15, можно просмотреть показания любого тарифа или потребленного энергоресурса.

Переключение тарифов происходит по командам системы "Ресурс". Блок адресации 18 счетчика отслеживает состояние шин системы "Ресурс" и выделяет команду. Команды в системе бывают адресные (для конкретного счетчика) и общие (для всех). Команда переключения тарифов является общей для всех, и при поступлении этой команды все счетчики должны установить для себя переданный по системе тариф. При приходе команды о сборе данных все блоки адресации 15 счетчиков запрашивают у своих блоков управления 8 счетчиков запрошенные данные и переходят на ожидание своего адреса на шинах системы "Ресурс", при появлении которого блок адресации счетчика выдает данные в систему. Команды установить или снять неуплату воспримут только те счетчики, чей адрес укажет система. Блок опроса датчиков 1 подсчитывает импульсы по каждому входу и, при наборе необходимого числа до получения единицы измерения (кубометр), запоминает полученное значение в энергонезависимой памяти и передает это значение в блок управления 8. Кроме того, передача данных из блока опроса датчиков 1 происходит каждую минуту и при подаче питания на счетчик. При пропадании напряжения блок опроса датчиков продолжает работу от автономного питания 27.

Система учета коммунальных услуг "РЕСУРС" 28 состоит из центрального концентратора 29 (КЦ) - выносного блока, обеспечивающего подключение промежуточных концентраторов 30 (КП), которые осуществляют подключение отдельных потребителей, счетчиков электрической энергии 34 и счетчиков воды 31, 33 и газа 32.

Центральный концентратор 29 предназначен для сбора данных с промежуточных концентраторов 30 и передачи данных диспетчеру, для этого он имеет два канала: для опроса до 90 КП используется RS485 с общей длиной линий связи Е1...Е90 до 1,5 км (возможны и другие каналы связи, для которых предусмотрена модификация КЦ с RS232); для связи с диспетчером предусмотрен RS232.

Промежуточные концентраторы 30 предназначены для опроса до 128 счетчиков электрической энергии 34 ЭСО и ЭСТ различных модификаций, как только электроэнергии, так и комбинированных, к которым подключаются датчики холодной 31 и горячей воды 33. Промежуточный концентратор 30 имеет 4 канала для опроса счетчиков длиной линий до 100 м каждый, по которым можно опросить до 32 счетчиков. Общее адресное пространство КП до 128 счетчиков.

Используемые в системе счетчики имеют свои адреса и передают полные показания с контролем передачи, поэтому не требуется непрерывный опрос. Съем показаний происходит раз в сутки автоматически или по команде диспетчера в любое время. Комбинированные счетчики производят опрос датчиков при длине линий до 15 м, выполняют пересчет на 100 для образования кубометра (используются датчики 100 импульсов 1 кубометр, по требованию заказчика это число может быть изменено в процессе изготовления счетчиков) и показания в кубометрах может быть опрошено системой. Блок опроса датчиков 1 имеет аварийное питание - блок 27, поэтому при пропадании электроэнергии подсчет импульсов продолжается. Счетчики модификаций 3.120 имеют по 2 входа на регистраторы холодной (Х8 и Х9) и горячей (Х10 и Х11) воды, причем показания суммируются по каждой паре входов. По два входа необходимо в тех квартирах, где есть два стояка (в кухне и в ванной).

Расположение и количество концентраторов 29, 30 зависит от размера и расположения домов.

Типовая конфигурация следующая: на каждом этаже ставится клеммная колодка, к которой подключаются 4 квартиры, клеммные колодки объединяются и подключаются к КП 30, который устанавливается один на подъезд (в высотных домах несколько). Затем КП 30 между подъездами или домами объединяются по RS485 каналу и подключаются к КЦ 29, который устанавливается на подстанции или в одном из домов. Опрос КЦ 29 может быть непосредственным подключением или по одному из каналов связи: модем, радиомодем GSM.

Для обеспечения работы системы "Ресурс" необходимо произвести предварительные работы, для чего нужно запрограммировать концентраторы, как центральный, так и промежуточные. В центральном концентраторе 29 необходимо установить текущее время и время опроса промежуточных концентраторов 30. В промежуточном концентраторе 30 необходимо установить текущее время, время опроса счетчиков, установку тарифов (1...4) по 48 тарифным зонам и маску наличия счетчиков в адресном пространстве концентраторов. Кроме того, в диспетчерской программе должна быть установлена таблица соответствия почтовых адресов абонентов и адресов счетчиков в адресном пространстве системы.

На схеме представлена максимальная конфигурация адресного пространства для одного центрального концентратора 29. В реальной системе может быть до 99 центральных концентраторов, а к каждому центральному концентратору подключено менее 90 промежуточных концентраторов и каждому промежуточному концентратору подключено менее 128 счетчиков, т.е. по необходимости.

Работа системы начинается с опроса счетчиков в определенное время, установленное в промежуточных концентраторах 30, для чего поочередно на каждую линию Е101...Е104 (это относится к КП1) подаются высоким уровнем сигналы ZPR, SDV и DAN для получения питания блоков адресации 18 счетчиков, и через время, достаточное для запуска блоков адресации 18, шина ZPR переводится в низкий уровень и по шине DAN в сопровождении сигналов SDV выдается требуемая команда, после чего шина ZPR переводится в высокий уровень. Счетчики в течение 0,3 сек должны подготовить затребованные от них данные, после чего промежуточный концентратор поочередно выдает адреса счетчиков, при низком уровне сигнала ZPR, по шине DAN в сопровождении сигнала SDV и снимает данные со счетчиков по шине DAN в сопровождении сигналов SDV, но при высоком уровне сигнала ZPR (период следования импульсов SDV примерно 1 мс). Полученные данные со счетчиков записываются в ОЗУ и после проверки на правильность приема переписываются в энергонезависимую память. Такая процедура выполняется для всех видов энергоресурсов, и после опроса всего используемого адресного пространства промежуточный концентратор 30 переводит все линии опроса в низкий уровень. Если какой-либо счетчик не ответил на запрос, то для него процедура опроса повторяется 3 раза и в случае отказа ставится метка неисправности для данного счетчика.

Каждые полчаса промежуточный концентратор передает счетчикам заданный для нового получаса тариф (для всех счетчиков), информацию о неуплате каждому абоненту и, при наличии в системе счетчиков с устройствами отключения, сигналов на отключение.

В определенное время, заданное в центральном концентраторе 29, последний производит опрос промежуточных концентраторов 30 и при достоверном приеме записывает данные в энергонезависимую память. Данные готовы для передачи диспетчеру. По командам диспетчера, получаемым по линиям связи на разъем ХР1 КЦ, собирается требуемая информация о потреблении энергоресурсов в одном направлении и передаются команды о неуплате, отключении абонентов и информация о новой таблице переключения тарифов в другом направлении.

Заявленное изобретение имеет несомненные преимущества перед известными из уровня техники решениями, которые заключаются в следующем:

1. Процесс опроса счетчиков происходит автоматически один раз в сутки и не требует постоянного слежения за показаниями, а также участия дежурного-оператора;

2. Счетчики сопрягаемы с системой учета коммунальных услуг и позволяют получать информацию обо всех видах потребляемых энергоресурсов.

Изобретение относится к области измерительной техники и применяется для учета различного вида коммунальных услуг. Система состоит из центрального концентратора, обеспечивающего подключение промежуточных концентраторов. Через промежуточные концентраторы осуществляется подключение счетчиков энергоресурсов. Каждый из счетчиков энергоресурсов содержит датчик тока, датчик напряжения, датчики расхода горячей воды, холодной воды и газа, а также схему управления и индикации. Изобретение обеспечивает упрощение эксплуатации системы при расширении количества контролируемых пользователей, а также возможность учета всех видов энергоресурсов одним счетчиком. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Система учета коммунальных услуг, включающая установленные в местах потребления счетчики энергоресурсов и устройство обработки поступающей от них информации и управления, при этом устройство обработки и управления включает центральный и промежуточные концентраторы, центральный концентратор выполнен с возможностью непосредственного подключения промежуточных концентраторов или связи с ними по каналам связи, а каждый промежуточный концентратор по четырем каналам соединен с блоками опроса счетчиков энергоресурсов, отличающаяся тем, что счетчик энергоресурсов включает датчик тока, датчик напряжения, датчики расхода горячей воды, холодной воды и газа, и блок управления, при этом датчики тока и напряжения связаны с входами преобразователя мощности в частоту, выход которого и выход блока просмотра показаний тарифов и вывода служебной информации о состоянии счетчика подключены соответственно к первому и второму входам блока управления, к третьему и четвертому входам-выходам которого через блоки гальванической развязки подключены соответственно блок адресации и блок опроса датчиков, к входам которого подключены выходы датчиков расхода холодной воды, горячей воды и газа, при этом первый выход блока управления связан с контроллером, подключенным к жидкокристаллическому индикатору, второй выход блока управления - через блок гальванической развязки связан с передающим устройством, а третий его выход - с индикатором неуплаты.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что блок опроса датчиков снабжен устройством аварийного электропитания, выполненным с возможностью подключения к системе учета коммунальных услуг при пропадании сетевого электричества.