СПОСОБ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОТПУСКА ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ РЕГУЛИРОВАНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИ ИХ ПОТРЕБЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК H02J13/00 G01R22/00 

Изобретение относится к средствам распределения, контроля и учета расхода энергоносителей, в том числе электроэнергии, газа, тепла, горячей и холодной воды. Изобретение также относится к области управления средствами коммутации питающих сетей. Изобретение может применяться для создания автоматизированных систем контроля и управления энергопотреблением (АСКУЭ) в сфере жилищно-коммунального хозяйства.

Изобретение позволяет создать точку комплексного учета энергоресурсов в составе АСКУЭ на основе уже установленных у абонентов счетчиков энергоресурсов с импульсным выходом, в том числе одно- и трехфазных электросчетчиков, счетчиков расхода газа, горячей, холодной воды. Основное требование к счетчику энергоресурса - наличие выхода электрических счетных импульсов, частота которых пропорциональна интенсивности потребления энергоносителя.

При этом точка учета энергоресурсов приобретает качественно новые свойства, обеспечивая возможности:

- дистанционного контроля своевременности и правильности платежей за потребленные энергоносители из центра управления АСКУЭ;

- ведения многотарифного учета на базе однотарифных счетчиков;

- индивидуального ограничения интенсивности потребления энергоносителей, в зависимости от величины и срока задолженности по оплате, согласно заранее заданному расписанию или по команде, переданной из центра управления АСКУЭ;

- ведения архивов показаний счетчиков и журналов событий.

Известен способ управления процессом отпуска электрической энергии с возможностью регулировки потребляемой мощности, заключающийся в том, что потребителей электроэнергии подключают к подводящей электросети через абонентские контролирующие устройства, которыми управляют из центра передаваемыми по радиоканалу командами, содержащими идентификационный номер устройства, код команды и данные, каждое абонентское контролирующее устройство имеет свой идентификационный номер, выполняет команды управления, полученные из центра управления, отличающийся тем, что каждое абонентское контролирующее устройство по измеренным мгновенным значениям напряжения и тока в цепи нагрузки вычисляет количество потребленной электроэнергии и величину потребляемой нагрузкой электрической мощности, добавляет измеренное количество потребленной электроэнергии к счетчику потребленной в долг электроэнергии, ведет учет времени, прошедшего с момента прихода последней команды уменьшения счетчика потребленной в долг электроэнергии, выбирает по таблице действующий уровень ограничения мощности, соответствующий величине счетчика потребленной в долг электроэнергии или времени, прошедшего с момента прихода последней команды уменьшения счетчика потребленной в долг электроэнергии, и если измеренная мощность, потребляемая нагрузкой, превышает выбранный уровень ограничения мощности, отключает цепь нагрузки от подводящей электрической сети, по полученной команде уменьшает величину счетчика потребленной в долг электроэнергии на значение, переданное в команде, список команд как минимум состоит из команды уменьшения счетчика потребленной в долг электроэнергии и команды ограничения потребляемой мощности на заданном уровне (RU, заявка №2004123509, МПК 7 G01R 21/00, решение о выдаче патента от 01.09.05 г.)

Существенными признаками, совпадающими с заявляемым изобретением, является то, что абонентское контролирующее устройство:

- управляется из центра командами, содержащими идентификационный номер устройства, код команды и данные;

- имеет свой идентификационный номер, выполняет команды управления, полученные из центра управления;

- вычисляет количество потребленной электроэнергии и величину потребляемой нагрузкой электрической мощности;

- выбирает по таблице действующий уровень ограничения мощности, соответствующий величине потребленной в долг электроэнергии;

- если измеренная мощность, потребляемая нагрузкой, превышает выбранный уровень ограничения мощности, отключает цепь нагрузки от подводящей электрической сети;

- в списке команд есть команда ограничения потребляемой мощности на заданном уровне.

Недостатки этого способа и устройства, его реализующего, следующие.

1. Способ применяется только для управления процессом отпуска электрической энергии, не учитывает, что абоненты жилищно-коммунального сектора в основном потребляют энергоносители комплексно и поэтому целесообразно создание единой точки учета и управления процессом потребления энергоносителей.

2. Контролирующее устройство непосредственно выполняет измерение количества потребляемой электроэнергии и мгновенной мощности потребления. Поэтому устройство должно соответствовать требованиям ГОСТ 30207-94 (МЭК 1036-91) и требуется его сертификация по классу счетчиков электроэнергии, что приводит к существенному увеличению стоимости устройства. Кроме того, для измерения количества электроэнергии, потребленной в трехфазной сети, измерительная часть устройства должна быть специальным образом сконструирована, а для сетей газо- и водоснабжения вообще не применима.

3. Для ведения учета используется счетчик (специальный регистр-накопитель) потребленной в долг электроэнергии, который увеличивается на величину потребленной электроэнергии, а уменьшается при получении команды "уменьшения счетчика потребленной в долг электроэнергии", т.е. в данном способе учет задолженности основывается на приращениях, передаваемых в команде управления. В условиях плохого радиоприема, для повышения надежности можно было бы использовать многократное дублирование команды, но повторная отправка команды может привести к многократному уменьшению счетчика потребленной в долг электроэнергии, нарушив тем самым правильность учета.

4. Контролирующее устройство не имеет возможности ведения учета потребления электроэнергии и ее оплаты по различным тарифам, в зависимости от времени суток, дня недели, месяца и т.д. (организация многотарифного учета).

5. Не предусмотрена защита радиоканала управления от навязывания ложных команд и данных, что делает систему уязвимой при несанкционированном вмешательстве в процесс управления.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание экономически эффективной и защищенной автоматизированной системы контроля и управления процессом энергоснабжения городских и сельских абонентов жилищно-коммунальной сферы, функционально реализующей способ централизованного дистанционного управления процессом отпуска энергоносителей с возможностями дистанционного контроля правильности и своевременности оплаты по действующим тарифам, регулирования интенсивности потребления энергоносителей как по заданному расписанию, так и по командам центра управления.

Основные используемые далее понятия:

Распределительные сети энергоснабжения - подводящие коммуникации, необходимые для организации процесса энергоснабжения и транспортировки энергоносителей от поставщиков к конечным потребителям.

Точка учета - совокупность установленного оборудования, необходимого для подключения конечных потребителей к распределительным сетям энергоснабжения, учета потребления энергоносителей и управления процессом энергоснабжения.

Тарифная зона - совокупность условий, определенных в нормативных документах энергоснабжения, при выполнении которых потребление энергоносителя учитываются в регистре-накопителе, соответствующем этой тарифной зоне, и оплачиваются по указанным в нормативных документах расценкам. Условия выбора тарифной зоны (тарифного расписания) могут зависеть от времени суток, дня недели, месяца, праздничных дней и т.д., от месячной социальной нормы потребления или других условий, определенных законодательными и нормативными документами на энергоснабжение. Тарифной зоне соответствует ее порядковый номер в общем списке тарифных зон для каждого энергоносителя.

Единица измерения количества энергоносителя - размерность физической величины, соответствующей измеренному расходу энергоносителя, в единицах которой ведется учет, например для электроэнергии это кВт-час, для газа и воды - куб.м.

Регистр-накопитель потребленного в данной тарифной зоне количества энергоносителя - отдельный регистр, соответствующий определенной тарифной зоне, в котором накапливается суммарное потребление энергоносителя, вычисляемое на основании импульсов, поступающих от соответствующих счетчиков, накопленное за все время действия точки учета, в единицах измерения энергоносителя.

Регистр оплаченного в данной тарифной зоне количества энергоносителя - отдельный регистр, соответствующий определенной тарифной зоне, в котором хранится суммарное количество энергоносителя, оплаченное за все время действия точки учета, в единицах измерения энергоносителя.

Баланс по данной тарифной зоне - разность между количеством потребленного энергоносителя, накопленном за все время действия точки учета, в данной тарифной зоне и количеством оплаченного энергоносителя, накопленном за все время действия точки учета, в этой же тарифной зоне. Баланс считается в единицах измерения энергоносителя. Положительный баланс означает долг потребителя перед поставщиком, отрицательный - предоплаченное потребителем количество энергоносителя.

Интенсивность потребления энергоносителя - количество энергоносителя, потребленное за единицу времени, например для электроэнергии интенсивности соответствует электрическая мощность, измеряемая в Вт, для газа и воды - это расход куб.м/с.

Канал управления - физическая среда, используемая для передачи команд адресного управления из центра к абонентским контролирующим устройствам. В качестве канала управления, например, можно использовать однонаправленный радиоканал, проводный канал (телефонный или силовые провода подводящих распределительных электросетей), GSM-каналы сотовой связи и т.д. В качестве канала управления также можно использовать и адресный обход точек учета контролером энергосбыта, при этом команды записываются в центре управления на мобильный носитель информации, например компьютер-ноутбук, затем контролер обходит указанные точки учета, подключается ко входу приемников команд абонентских контролирующих устройств и передает предназначенные для них команды.

На фиг.1 приведен фрагмент автоматизированной системы контроля и управления энергоснабжением, на котором пунктиром выделено оборудование точки учета, а цифрами обозначены:

1 - распределительные сети подачи энергоносителей;

2 - счетчики расхода энергоносителя;

3 - центр управления АСКУЭ с передатчиком команд;

4 - абонентское контролирующее устройство;

5 - регуляторы подачи энергоносителей;

6 - потребители энергоносителей;

7 - канал управления.

Способ централизованного дистанционного управления процессом отпуска энергоносителей потребителям с возможностью регулирования интенсивности их потребления реализуем в системе, состоящей из центрального пункта управления, точек учета потребления энергоносителей, состоящих из счетчиков учета энергоносителей, абонентского контролирующего устройства и управляемых регуляторов подачи энергоносителей, заключается в следующем.

Создают автоматизированную систему контроля и управления энергопотреблением, состоящую из центра управления и точек учета потребления энергоносителей.

Потребителей энергоресурсов подключают к распределительным сетям энергоснабжения в точках учета через счетчики расхода энергоносителей и специальные управляемые регуляторы подачи энергоносителей.

Счетчики расхода должны иметь импульсный электрический выход, частота импульсов на котором пропорциональна интенсивности расхода энергоносителя, а их количество пропорционально измеренному счетчиком количеству потребленного энергоносителя.

Регуляторы подачи энергоносителей должны иметь электрический вход для приема сигнала управления подачей энергоносителя.

Выходы счетчиков каждой точки учета подключают к абонентскому контролирующему устройству, которое подключено к управляющим входам регуляторов подачи энергоносителей и выполняет следующие функции:

- ведет учет времени и календаря на основании внутреннего таймера;

- выбирает активные тарифные зоны для каждого энергоносителя на основании заданных расписаний переключения тарифных зон (в зависимости от времени суток, дня недели, месяца, праздничных дней и т.д.);

- ведет учет потребления каждого энергоносителя в каждой тарифной зоне на основании подсчета импульсов, поступающих от счетчиков;

- вычисляет интенсивность потребления каждого энергоносителя на основании измерения частоты счетных импульсов;

- принимает команды, переданные в его адрес из центра управления, проверяет их подлинность и очередность;

- ведет учет оплаченной части каждого энергоносителя по заданным тарифным зонам на основании команд управления, информирующих об абсолютной величине оплаченной части энергоносителя по каждой тарифной зоне;

- рассчитывает баланс как разность между потребленным и оплаченным количеством энергоносителя по каждой тарифной зоне;

- выбирает для каждого энергоносителя допустимую в данный момент интенсивность его потребления в зависимости от величины баланса между потребленным и оплаченным количеством энергоносителя, срока задержки оплаты, заранее заданного расписания (в зависимости от времени суток, дня недели, месяца, праздничных дней и т.д.) и допустимого уровня интенсивности, переданного в команде из центра управления АСКУЭ;

- если измеренная интенсивность потребления какого-либо энергоносителя превышает допустимый уровень, выдает управляющий сигнал на соответствующий регулятор, уменьшая на заданную величину или полностью отключая подачу соответствующего энергоносителя;

- обеспечивает хранение данных в энергонезависимой памяти;

- выполняет синхронизацию внутреннего таймера на основании даты и времени, указанного в принятой команде;

- ведет журнал архивов потребления энергоносителей за прошедшие периоды (час, сутки, месяц, год и т.д.) и журнал событий (информация о приходе команд управления, аварийных ситуациях и т.д.);

- имеет основную и резервную системы электропитания.

В центре управления АСКУЭ ведут учет принятых от абонентов платежей за потребление энергоносителя, отдельно по каждому из действующих тарифов. Учет ведут в деньгах и единицах измерения количества энергоносителя (кВт·час - для электроэнергии, куб.м - для газа, воды и т.д.), накапливая общее оплаченное количество единиц энергоносителя для каждой тарифной зоны.

Сведения об общем оплаченном количестве энергоносителей по каждому из действующих тарифов передают по каналу управления специальной командой, направленной в адрес соответствующей точки учета.

Если требуется индивидуально ограничить интенсивность потребления энергоносителя в целях оперативного диспетчерского управления процессом энергоснабжения, из центра управления передают специальную команду, направленную в адрес соответствующей точки учета, указав в ней допустимый уровень интенсивности потребления энергоносителя.

Минимально необходимый для управления абонентскими устройствами набор команд будет иметь следующий состав:

1 - команда, информирующая об абсолютной величине оплаченной части энергоносителя по каждой тарифной зоне;

2 - команда о допустимом уровне интенсивности потребления энергоносителя.

Команда управления как минимум состоит из полей:

1. Идентификационного номера абонентского контролирующего устройства;

2. Времени и даты отправки команды;

3. Кода команды;

4. Номера соответствующего энергоносителя;

5. Данных;

6. Значения хеш-функции.

В поле 1 указывается уникальный идентификационный номер, присвоенный абонентскому контролирующему устройству, в адрес которого направляется команда.

В поле 2 указывается число в формате год, месяц, день, часы, минуты, секунды, соответствующее времени отправки команды из центра управления.

В поле 3 указывается код команды, соответствующий порядковому номеру команды в списке команд.

В поле 4 указывается номер энергоносителя в общем списке энергоносителей, к которому относится информация, переданная в команде.

В поле 5 указываются:

- для команды с кодом 1 абсолютные величины оплаченной части энергоносителя по каждой из существующих тарифных зон в единицах измерения энергоносителя;

- для команды с кодом 2 в поле 5 указывается допустимый уровень интенсивности потребления энергоносителя.

Для обеспечения защиты информации от навязывания ложных команд и данных в поле 6 указывается значение, рассчитанное для информации, расположенной в полях 1, 2, 3, 4, 5, по какому-либо из известных алгоритмов проверки подлинности сообщений при помощи криптографических хеш-функций. Например, в качестве такого значения можно использовать имитовставку, рассчитанную по алгоритму ГОСТ 28147-89 (Государственный стандарт Союза ССР, "Системы обработки информации. Защита криптографическая. Алгоритм криптографического преобразования ГОСТ 28147-89", ИПК Издательство стандартов, Москва, 1989). Ключевая информация, на основании которой рассчитывается значение в поле 6, хранится в памяти абонентского контролирующего устройства и в центре управления, причем каждому абонентскому контролирующему устройству соответствует своя ключевая информация.

При приеме команды в абонентском контролирующем устройстве повторно вычисляется хеш-функция от информации, указанной в полях 1, 2, 3, 4, 5, полученной команды и проверяется ее совпадение со значением в поле 6 полученной команды. При их несовпадении команда игнорируется.

Кроме того, абонентское контролирующее устройство сохраняет в специальном регистре памяти дату и время, извлеченные из поля 2 последней принятой и выполненной команды. При получении каждой последующей команды в абонентском контролирующем устройстве проверяются дата и время отправки команды, указанные в поле 2, и если эта дата и время более ранние, чем дата и время последней полученной и выполненной команды, сохраненные в памяти, команда игнорируется.

Организованная таким образом защита позволяет проверить подлинность полученной команды и правильность очередности поступления команд в абонентском контролирующем устройстве, что очень важно, т.к. команды управления могут передаваться из центра по открытому каналу связи, например радиоканалу, и не исключена возможность навязывания ложных команд и данных.

В частности, при применении алгоритма ГОСТ 28147-89 для вычисления значения хеш-функции вероятность навязывания ложных данных будет равна 2^-L, где L - число двоичных разрядов в имитовставке (в данном способе L=32), что при учете контекстной зависимости полей структуры команды вполне приемлимо.

Частные случаи команды управления с кодом 2:

- команда о допустимом уровне интенсивности потребления энергоносителя, равном нулю, полностью запрещает потребление энергоносителя;

- команда о допустимом уровне интенсивности потребления энергоносителя на максимально возможном уровне снимает установленное ранее ограничение.

Во втором варианте способа в качестве счетчиков расхода энергоносителей используют счетчик с цифровым электрическим интерфейсом, на выходе которого можно получить информацию об измеренном расходе энергоносителя. Этот вариант отличается от первого тем, что абонентское контролирующее устройство периодически опрашивает по цифровому электрическому интерфейсу показания счетчиков о расходе энергоносителей, вычисляет приращение потребленного количества энергоносителей за период между последующими опросами как разность текущих и предыдущих показаний счетчиков, а интенсивность их потребления вычисляет как отношение вычисленного приращения к длительности периода опроса.

Для применения способа в условиях энергоснабжения территорий с высокой концентрацией абонентов, например для многоквартирных жилых домов, предлагается третий вариант способа, отличающийся тем, что приемник команд управления является общим для всех абонентских контролирующих устройств, входящих в подчиненную ему группу, связан с абонентскими контролирующими устройствами подчиненной ему группы проводным электрическим каналом локального управления, принимает все команды управления, переданные из центра для абонентских устройств, входящих в состав подчиненной ему группы, и затем транслирует команды по каналу локального управления соответствующим абонентским контролирующим устройствам группы, каждое абонентское контролирующее устройство группы имеет в своем составе вместо приемника команд управления интерфейс локального управления, соединенный каналом локального управления с групповым приемником команд управления. Этот вариант позволяет снизить удельные затраты на создание точки учета энергоносителей.

Технический результат заключается в том, что за счет перечисленной совокупности признаков предлагаемый способ и его варианты:

- обеспечивает централизованное дистанционное управление процессом отпуска энергоносителей с возможностью диспетчерского регулирования интенсивности их потребления, комплексно по всем видам энергоносителей;

- не требует больших затрат на создание и эксплуатацию дорогостоящей инфраструктуры каналов связи для получения из точек учета в центр управления информации о потреблении энергоносителей;

- обеспечивает контроль, правильность и своевременное поступление платежей от абонентов за потребленные энергоносители;

- обеспечивает защиту канала управления от навязывания ложных команд и данных, а так же правильную очередность поступления команд;

- позволяет использовать существующие счетчики энергоносителей с импульсным или цифровым выходом и не зависит от их типа;

- позволяет использовать существующие управляемые регуляторы подачи энергоносителей;

- позволяет организовать многотарифный учет энергоносителей даже на основе однотарифных счетчиков;

- позволяет снизить удельные затраты на создание точки учета на территориях с высокой концентрацией абонентов.

От наиболее близких аналогов первый вариант способа отличается тем, что:

- способ обеспечивает учет и управление процессом энергоснабжения комплексно для разных типов потребляемых энергоносителей;

- список команд управления как минимум состоит из команды, информирующей об абсолютной величине оплаченной части энергоносителя по каждой из тарифных зон и команды о допустимом уровне интенсивности потребления указанного энергоносителя;

- каждая команда как минимум состоит из полей идентификационного номера абонентского контролирующего устройства, времени и даты отправки команды, кода команды, номера соответствующего энергоносителя, данных и значения хеш-функции, вычисленного для всех предыдущих полей команды на основании ключевой информации, хранящейся в центре управления, причем каждому абонентскому контролирующему устройству соответствует своя ключевая информация;

- в центре управления ведут учет принятых от абонентов платежей за потребление энергоносителей отдельно по каждому из действующих тарифов в деньгах и единицах измерения количества энергоносителя;

- сведения об общем оплаченном количестве энергоносителей по каждому из действующих тарифов передают, указав их в поле данных команды управления, направленной в адрес соответствующего абонентского устройства;

- при необходимости индивидуально установить допустимый уровень интенсивности потребления какого-либо энергоносителя из центра передают соответствующую команду управления, указав в поле данных допустимый уровень интенсивности потребления;

- абонентское контролирующее устройство выбирает на основании заданных расписаний переключения тарифных зон активные тарифные зоны для каждого энергоносителя, ведет учет потребления каждого энергоносителя в каждой тарифной зоне на основании подсчета импульсов, поступающих от счетчиков, вычисляет интенсивность потребления каждого энергоносителя на основании измерения частоты поступающих счетных импульсов, принимает команды, переданные из центра по каналу управления, проверяет их подлинность путем повторного вычисления значения хеш-функции, рассчитанного для всех полей принятой команды на основании ключевой информации, хранящейся в памяти абонентского устройства, и проверки его на соответствие значению хеш-функции, полученному в команде, а также проверяет очередность следования команд путем проверки значения поля даты и времени на возрастание в каждой последующей принятой команде, игнорирует команду, если результат проверки на подлинность и очередность следования отрицательный, ведет учет оплаченной части каждого энергоносителя по заданным тарифным зонам на основании принятых команд, информирующих об абсолютной величине оплаченной части энергоносителя по каждой из тарифных зон, рассчитывает баланс как разность между потребленным и оплаченным количеством энергоносителя по каждой тарифной зоне, выбирает для каждого энергоносителя допустимую в данный момент интенсивность его потребления в зависимости от величины баланса, срока задержки оплаты, заранее заданного расписания и допустимого уровня интенсивности, переданного в команде управления, и, если измеренная интенсивность потребления какого-либо энергоносителя превышает допустимый уровень, выдает управляющий сигнал на соответствующий регулятор, уменьшая на заданную величину или полностью отключая подачу этого энергоносителя, выполняет синхронизацию внутреннего таймера на основании даты и времени, указанных в принятой команде.

Каждое абонентское контролирующее устройство состоит как минимум из следующих блоков:

- микроконтроллера;

- блока приемника команд управления;

- блока индикации;

- блока питания.

Функциональная схема абонентского контролирующего устройства и пример схемы его подключения к сетям электро-, газо- и водоснабжения приведена на фиг.2, где пунктиром обозначены блоки, входящие в состав абонентского контролирующего устройства (блок питания на схеме не указан), а цифрами обозначены:

1 - блок приемника команд управления;

2 - микроконтроллер;

3 - блок индикации;

4 - счетчик электроэнергии с импульсным выходом;

5 - контактор;

6 - потребители электроэнергии;

7 - счетчик учета расхода газа с импульсным выходом;

8 - управляемый регулятор подачи газа;

9 - потребители газа;

10 - счетчик расхода воды с импульсным выходом;

11 - управляемый регулятор подачи воды;

12 - потребители воды;

13 - распределительная сеть электроснабжения;

14 - распределительная сеть газоснабжения;

15 - распределительная сеть водоснабжения.

Для второго варианта способа на фиг.2 счетчики 4, 7, 10 вместо импульсного выхода имеют выход цифрового электрического интерфейса, подключенный к цифровому входу микроконтроллера.

Для третьего варианта способа на фиг.2 вместо блока приемника команд управления 1 подключен интерфейс локального управления, который соединяется с групповым блоком приемника команд.

Абонентское контролирующее устройство:

- имеет свой уникальный идентификатор в системе;

- принимает команды управления, направленные в его адрес, проверяет правильность команды путем вычисления хеш-функции от значений полей команды и сравнения его со значением хеш-функции переданного в соответствующем поле команде;

- при несовпадении вычисленного и переданного в команде значений хеш-функции игнорирует эту команду;

- запоминает дату и время отправки, указанные в последней полученной правильной команде, сравнивает ее с датой и временем последующей команды, и если принята команда, в которой указана более ранние дата, время оправки, игнорирует эту команду;

- если принята команда, информирующая об абсолютной величине оплаченной части энергоносителя по каждой тарифной зоне, из области данных извлекает и записывает в соответствующие регистры-накопители абсолютные значения оплаченного количества энергоносителя по каждому из действующих тарифов;

- если принята команда об ограничении интенсивности потребления энергоносителя, из области данных извлекает и записывает в соответствующий регистр допустимый уровень интенсивности потребления энергоносителя;

- ведет учет текущего времени и календаря с помощью внутреннего таймера микроконтроллера;

- выполняет синхронизацию внутреннего календаря и текущего времени на основе информации о дате и времени оправки команды;

- выбирает активные в данный момент тарифные зоны для каждого энергоносителя на основании заданных расписаний переключения тарифных зон (в зависимости от времени суток, дня недели, месяца, праздничных дней и т.д.);

- на основании поступающих от соответствующих счетчиков учета расхода энергоносителей учитывает в соответствующих регистрах-накопителях абсолютные величины количества потребленных энергоносителей в каждой тарифной зоне;

- рассчитывает баланс, как разность между потребленным и оплаченным количеством энергоносителя по каждой тарифной зоне;

- выбирает для каждого энергоносителя допустимую в данный момент интенсивность его потребления в зависимости от величины баланса между потребленным и оплаченным количеством энергоносителя, срока задержки оплаты, заранее заданного расписания (в зависимости от времени суток, дня недели, месяца, праздничных дней и т.д.) и допустимого уровня интенсивности, переданного в команде управления;

- если измеренная интенсивность потребления энергоносителя превышает допустимый уровень, выдает управляющий сигнал на регулятор, уменьшая на заданную величину или полностью отключая подачу соответствующего энергоносителя;

- ведет журнал архивов потребления энергоносителей за прошедшие периоды (час, сутки, месяц, год и т.д.) и журнал событий (информация о приходе команд управления, аварийных ситуациях и т.д.);

- обеспечивает хранение данных в энергонезависимой памяти;

- имеет основную и резервную системы электропитания.

Алгоритм выбора активной в данный момент тарифной зоны может быть задан, например, в виде таблично заданной функции, аргументом которой является время суток, а значением - номер активной тарифной зоны. Функция выбора активной тарифной зоны может иметь несколько аргументов, например, время суток, номер дня недели, номер месяца, номер дня года и т.д. Функция может быть задана таблично или алгоритмически и записана в память микроконтроллера абонентского контролирующего устройства. Функция задается отдельно для каждого типа энергоносителя с учетом действующего законодательства, правил, тарифов, договоров и норм энергопотребления.

Алгоритм выбора допустимой в данный момент интенсивности потребления энергоносителя заключается в выборе минимального из четырех значений:

1. Значения функции, аргументом которой является величина баланса между потребленным и оплаченным количеством энергоносителя, функция может быть задана таблично или алгоритмически.

2. Значения функции, аргументом которой является величина срока задержки оплаты (длительности наличия долга по оплате, измеренной в днях), функция может быть задана таблично или алгоритмически.

3. Значения функции заранее заданного расписания, аргументами которой являются время суток, номер дня недели, месяца, номер дня года и т.д., функция может быть задана таблично или алгоритмически.

4. Допустимого уровня интенсивности, переданного в команде из центра управления АСКУЭ.

Допустимый уровень интенсивности потребления выбирается для каждого типа энергоносителя согласно заданному алгоритму, хранится в специальном регистре микроконтроллера абонентского контролирующего устройства.

Блок-схема алгоритма управляющей программы микроконтроллера для первого варианта способа приведена на фиг.3.

В блоке 1 выполняется опрос внутреннего таймера микроконтроллера, вычисление текущих значений времени и календарной даты.

В блоке 2 производится выбор активной тарифной зоны для каждого типа энергоносителя по заданному алгоритму.

В блоке 3 опрашивается приемник команд управления, и, если принята команда, направленная в адрес устройства, проверяется ее достоверность путем вычисления хеш-функции для информации, указанной в команде, и ее совпадение со значением хеш-функции, переданным в команде. При несовпадении значений команда игнорируется. В этом же блоке при необходимости производится коррекция внутренних часов и календаря на основании значений даты и времени, указанных в команде.

В блоке 4 проверяется, получена ли команда, информирующая об абсолютной величине оплаченной части энергоносителя по каждой тарифной зоне. Если да, то в блоке 5 из области данных команды извлекаются абсолютные величины оплаченной части энергоносителя по каждой из существующих тарифных зон и записываются в соответствующие регистры, расположенные в памяти микроконтроллера.

В блоке 6 проверяется, получена ли команда о допустимом уровне интенсивности потребления энергоносителя. Если да, то в блоке 7 из области данных команды извлекается значение допустимого уровня интенсивности потребления соответствующего энергоносителя и записывается в соответствующий регистр, расположенный в памяти микроконтроллера.

В блоке 8 проверяется, получен ли очередной импульс от одного из счетчиков учета энергоносителя. Если да, то в блоке 9 к соответствующему регистру-накопителю количества потребления в активной тарифной зоне энергоносителя добавляется соответствующее одному импульсу приращение. Кроме того, в этом блоке вычисляется интенсивность потребления энергоносителя как частное от величины приращения и длительности интервала времени прошедшего с момента получения предыдущего импульса и записывается в соответствующий регистр, расположенный в памяти микроконтроллера.

В блоке 10 рассчитываются балансы для каждой тарифной зоны как разность между регистром-накопителем потребленного в данной тарифной зоне энергоносителя и регистром оплаченного в этой же тарифной зоне количества энергоносителя.

В блоке 11 выбираются допустимые уровни интенсивности потребления для каждого типа энергоносителя. Допустимый уровень интенсивности потребления выбирают как минимальный из четырех значений:

- уровня, соответствующего вычисленному балансу (функция соответствия задается таблично или алгоритмически);

- уровня, соответствующего сроку задержки платежа (функция соответствия задается таблично или алгоритмически);

- уровня, соответствующего заданному расписанию (функция соответствия задается таблично или алгоритмически);

- уровня, полученного в последней команде о допустимом уровне интенсивности потребления энергоносителя.

В блоке 12 сравниваются допустимые и действующие уровни интенсивности потребления энергоносителей. Если действующий уровень интенсивности потребления какого-либо энергоносителя превышает допустимый, в блоке 13 выдается сигнал на соответствующий регулятор об ограничении или полном прекращении подачи энергоносителя,

Далее цикл алгоритма повторяется.

Блок-схема алгоритма управляющей программы микроконтроллера для второго варианта способа отличается тем, что в блоке 8 проверяется, наступил ли очередной момент опроса цифрового интерфейса счетчика. Если да, то в блоке 9 считывается очередное показание счетчика расхода энергоносителя, вычисляется приращение общего количества потребленного энергоносителя как разность текущего и предыдущего показания счетчика и интенсивность потребления как отношение вычисленного приращения к периоду опроса. Остальные блоки алгоритма не отличаются.

Блок-схема алгоритма управляющей программы микроконтроллера для третьего варианта способа отличается тем, что в блоке 3 вместо приемника команд управления опрашивается интерфейс локального канала управления. Остальные блоки алгоритма не отличаются.

Центр управления состоит из передатчика команд управления и компьютера или компьютерной сети, в которой ведется учет платежей за потребленные энергоносители, количества потребленных энергоносителей по каждой тарифной зоне, ключевой информации для вычисления значений хеш-функций, информации о точках учета, абонентах и т.д. В частности, при использовании радиоканала в качестве канала управления можно использовать цифровой радиопередатчик, например, применяемые для пейджинговой связи Motorola Nucleus или ОМ-300, производства Motorola Inc.

В качестве микроконтроллера можно выбрать любой из выпускаемых современной промышленностью микроконтроллеров, имеющих в своем составе таймеры, внутреннюю память, входы для подсчета импульсов и приема данных, например AT MEGA 128, производства Atmel Corporation.

При использовании радиоканала как канала управления в качестве приемника команд управления можно выбрать любой из выпускаемых современной промышленностью малогабаритных приемников УКВ диапазона, например, применяемых в пейджерах Motorola Advisor, производства Motorola Inc.

Блок индикации может состоять, например, из жидкокристаллического индикатора, на экране которого постранично отображается информация о потребленном и оплаченном количестве каждого энергоносителя и допустимом уровне его потребления, а также другая необходимая информация.

В качестве счетчика для учета расхода энергоносителя можно использовать выпускаемые современной промышленностью счетчики электроэнергии, воды и газа, а также другие известные типы счетчиков. Главное требование к ним - наличие выхода счетных электрических импульсов, выдаваемых с частотой, пропорциональной скорости расхода энергоносителя либо цифрового интерфейса, с помощью которого можно получить информацию о показаниях счетчика. Например, для учета электроэнергии этим требованиям удовлетворяет счетчик СОЭТ-МЗ производства ОАО "Мытищинский электротехнический завод", г. Мытищи; для учета воды - счетчики горячей и холодной воды типа ВСКВ-И многоструйные, крыльчатые, с импульсным выходом, производства ОАО "Саранский приборостроительный завод", г.Саранск; для учета газа - счетчик газа импульсный СГ-1, производства ООО ПКФ "Бетар", г.Чистополь.

В качестве регулятора интенсивности потребления энергоносителя можно использовать выпускаемые промышленностью коммутирующие устройства или клапаны с возможностью управления электрическими сигналами. Регулятор может осуществлять как плавное изменение интенсивности потока потребляемого энергоносителя, так и дискретное, в простейшем случае двухуровневое регулирование типа "включено - выключено". Например, для сетей электроснабжения в роли регулятора можно использовать контактор - силовое реле типа 04095, производство Legrand, Франция; для водоснабжения - клапан электромагнитный "Нептун", ООО "Специальные Системы и Технологии", г.Москва; для сетей газоснабжения - клапаны запорные газовые электромагнитные КЗГЭ ООО "Завод "Газпроммаш" г.Саратов.

В качестве интерфейса локального управления для третьего варианта способа можно использовать, например, проводный электрический интерфейс стандарта RS-485. При использовании радиоканала как канала управления, в качестве группового приемника команд управления, можно выбрать такой же радиоприемник, как и применяемый в первом варианте способа, дополнив его блоком интерфейса локального управления, например, стандарта RS-485. Тогда в качестве канала локального управления можно использовать, например, провода стандарта "витая пара категории 5", к которым подключают окончания интерфейсов абонентских контролирующих устройств и группового приемника команд.

Процесс энергоснабжения, организованный в соответствии с предлагаемым способом, выглядит так:

абонент подключен к распределительным сетям энергоснабжения через точку учета, организованную согласно предлагаемому способу. Абонентское контролирующее устройство ведет учет количества потребленных энергоносителей на основании импульсов либо показаний, поступающих от счетчиков расхода энергоносителей и, если долг (или срок задержки оплаты) возрастает до определенного уровня, ограничивает допустимую интенсивность потребления, согласно заранее заданному алгоритму. Если интенсивность потребления превысила допустимый уровень, абонентское контролирующее устройство выдает управляющие сигналы на соответствующие регуляторы, ограничивая или полностью прекращая подачу энергоносителей. Для возобновления нормального процесса потребления энергоносителей абонент вынужден ограничить потребление энергоносителей или оплатить накопленный долг. Из центра каналу управления в адрес абонентского устройства передается команда об оплаченном количестве энергоносителей для каждой тарифной зоны. Соответствующее абонентское контролирующее устройство принимает и обрабатывает команду, извлекает из нее сведения об оплаченном количестве энергоносителей, рассчитывает новые балансы, выбирает соответствующий им новый уровень допустимой интенсивности потребления, выдает соответствующие управляющие сигналы на регуляторы. Далее процесс циклически повторяется.

Таким образом, абонент вынужден своевременно и в полном объеме оплачивать за потребление энергоносителей, что ведет к принципиальной ликвидации неплатежей. Процессом отпуска энергоносителей дистанционно управляют из единого центра. В предлагаемом способе не требуется создание инфраструктуры каналов сбора информации от точек учета к центру и гарантируется правильность и своевременность оплаты абонентов в отличие от способов энергоснабжения, основанных на сборе информации о потреблении с последующей выпиской счетов абонентам, которые не гарантируют полноту и своевременность их оплаты.

Использование: для распределения, контроля и учета расхода энергоносителей, в том числе электроэнергии, газа, тепла, горячей и холодной воды. Технический результат заключается в повышении эффективности и надежности контроля и управления. Способ заключается в том, что потребителей энергоносителей подключают к распределительным сетям подачи энергоносителей через точки учета, каждая из которых состоит из счетчиков учета расхода энергоносителей с наличием импульсного выхода или цифрового электрического интерфейса, абонентского контролирующего устройства (АБУ) и управляемых регуляторов подачи энергоносителей. Точками учета управляют из центра с помощью команд, переданных по каналу управления. АБУ вычисляет баланс между потребленным и оплаченным количеством энергоносителей, в зависимости от этого выбирает допустимый уровень интенсивности потребления и ведет контроль, не разрешая потреблять энергоносители с интенсивностью свыше допустимого уровня. При этом точка учета энергоносителей приобретает качественно новые свойства, обеспечивая возможности: контроля своевременности и правильности платежей; дистанционного адресного диспетчерского управления процессом энергоснабжения из центра управления; ведения многотарифного учета даже на базе однотарифных счетчиков; регулирования интенсивности потребления энергоносителей; ведения архивов показаний счетчика и журналов событий. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ централизованного дистанционного управления процессом отпуска энергоносителей с возможностью регулирования интенсивности их потребления, заключающийся в том, что создают автоматизированную систему учета и контроля энергоснабжения, состоящую из центра управления, канала управления и точек учета потребления энергоносителей, потребителей подключают к подводящим распределительным сетям энергоснабжения в точках учета, причем каждая точка учета как минимум состоит из счетчиков учета расхода энергоносителей, имеющих импульсные электрические выходы, абонентского контролирующего устройства и управляемых регуляторов подачи энергоносителей, абонентскими контролирующими устройствами управляют из центра передаваемыми по каналу управления командами, каждое абонентское контролирующее устройство состоит как минимум из приемника команд управления, микроконтроллера, блока питания и блока индикации, имеет свой идентификационный номер, обеспечивает хранение данных в энергонезависимой памяти, ведет журналы событий и архивов потребления энергоносителей за прошедшие периоды, имеет основную и резервную системы электропитания, отличающийся тем, что список команд управления как минимум состоит из команды, информирующей об абсолютной величине оплаченной части энергоносителя по каждой из тарифных зон, и команды о допустимом уровне интенсивности потребления указанного энергоносителя, каждая команда как минимум состоит из полей идентификационного номера абонентского контролирующего устройства, времени и даты отправки команды, кода команды, номера соответствующего энергоносителя, данных и значения хеш-функции, вычисленного для всех предыдущих полей команды на основании ключевой информации, хранящейся в центре управления, причем каждому абонентскому контролирующему устройству соответствует своя ключевая информация, в центре управления ведут учет принятых от абонентов платежей за потребление энергоносителей отдельно по каждому из действующих тарифов в деньгах и в единицах измерения потребленного количества энергоносителя, сведения об общем оплаченном количестве энергоносителей по каждому из действующих тарифов передают, указав их в поле данных команды, информирующей об абсолютной величине оплаченной части энергоносителя по каждой из тарифных зон, направленной в адрес соответствующего абонентского устройства, при необходимости индивидуально установить допустимый уровень интенсивности потребления какого-либо энергоносителя из центра управления передают команду о допустимом уровне интенсивности потребления энергоносителя, указав в поле данных команды допустимый уровень интенсивности потребления энергоносителя, абонентское контролирующее устройство выбирает на основании заданных расписаний переключения тарифных зон активные в данный момент времени тарифные зоны для каждого энергоносителя, ведет учет потребления каждого энергоносителя в каждой тарифной зоне на основании подсчета импульсов, поступающих от счетчиков, вычисляет интенсивность потребления каждого энергоносителя на основании измерения частоты поступающих счетных импульсов, принимает команды, переданные из центра по каналу управления, проверяет их подлинность путем повторного вычисления значения хеш-функции, рассчитанного для всех полей принятой команды на основании ключевой информации, хранящейся в памяти абонентского устройства и проверки его на соответствие значению хеш-функции, полученному в принятой команде управления, а также проверяет очередность следования команд путем проверки значения поля даты и времени на возрастание в каждой последующей принятой команде, игнорирует команду управления, если результат проверки на подлинность и очередность следования отрицательные, ведет учет оплаченной части каждого энергоносителя по заданным тарифным зонам на основании принятых команд управления, информирующих об абсолютной величине оплаченной части энергоносителя по каждой из тарифных зон, рассчитывает баланс как разность между потребленным и оплаченным количеством энергоносителя по каждой тарифной зоне, выбирает для каждого энергоносителя допустимую в данный момент интенсивность его потребления в зависимости от величины баланса, срока задержки оплаты, заранее заданного расписания и допустимого уровня интенсивности, переданного в команде управления, если измеренная интенсивность потребления какого-либо энергоносителя превышает допустимый уровень, выдает управляющий сигнал на соответствующий регулятор, уменьшая на заданную величину или полностью отключая подачу этого энергоносителя, выполняет синхронизацию внутреннего таймера на основании даты и времени, указанных в принятой команде.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что счетчики учета потребления энергоносителей имеют выход цифрового электрического интерфейса, по которому абонентское коммутирующее устройство периодически опрашивает показания счетчиков о расходе энергоносителей, вычисляет приращение потребленного количества энергоносителей за период между двумя последующими опросами как разность текущих и предыдущих показаний счетчика, а интенсивность потребления вычисляет как отношение вычисленного приращения к длительности периода опроса.3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что применяется в условиях энергоснабжения территорий с высокой концентрацией абонентов, при этом приемник команд управления является общим для всех абонентских контролирующих устройств, входящих в подчиненную ему группу, связан с абонентскими контролирующими устройствами подчиненной ему группы проводным электрическим каналом локального управления, принимает все команды управления, переданные из центра для абонентских устройств, входящих в состав подчиненной ему группы, и затем транслирует команды по каналу локального управления соответствующим абонентским контролирующим устройствам группы, каждое абонентское контролирующее устройство группы имеет в своем составе вместо приемника команд управления интерфейс локального управления, соединенный каналом локального управления с групповым приемником команд управления.