АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА СБОРА ДАННЫХ О ПОТРЕБЛЕНИИ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ И СЧЕТЧИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2016 года по МПК G06Q50/06 H04L12/953 

Область техники

Изобретение относится к области автоматизированных систем сбора данных о потреблении энергоресурсов на основе счетчиков электрической энергии. Обмен данными между составными частями заявляемой системы осуществляется по принципу «запрос -ответ» пакетами по беспроводным или проводным каналам связи.

Заявляемая система может применяться для осуществления автоматизированного коммерческого и технического учета потребления энергоресурсов (электрической энергии, газа, горячей и холодной воды, тепла) в различных отраслях народного хозяйства.

Уровень техники

Известна автоматизированная система сбора данных о потреблении энергоресурсов за расчетный период (патент РФ на полезную модель №77476, опубликовано 20.10.2008), содержащая первичные измерители - счетчики с импульсным выходным устройством, устройства передачи данных, каждое из которых установлено вблизи от соответствующего счетчика и доступно потребителю энергии, удаленные устройства приема данных и накопления данных, используемые оператором системы, при этом устройство передачи данных содержит счетчик импульсов, узел преобразования полученных данных в цифровой интерфейс, энергонезависимую память и радиомодуль для передачи данных в режиме «запрос-ответ», устройство приема данных содержит радиомодуль для выдачи запроса и для приема данных и узел преобразования радиосигнала в цифровой интерфейс, а устройством накопления данных для последующей их обработки является компьютер. Устройство передачи данных может содержать средства, устанавливающие режим «запрос-ответ» между несколькими промежуточными устройствами передачи данных, выполняющими дополнительную функцию ретрансляции данных по радиоканалу.

Недостатками данной системы являются ее ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные использованием счетчиков с импульсным выходным устройством, что затрудняет оперативное определение баланса поставляемых и потребляемых энергоресурсов, планирование потребления и распределения энергоресурсов. К недостаткам системы также следует отнести и использование самостоятельного устройства передачи данных, включающего микропроцессор, радиомодуль, блок питания, что ухудшает технико-экономические показатели.

Известна информационно-аналитическая система учета энергоресурсов (патент РФ на изобретение №2453913, опубликовано 20.06.2012), включающая установленные у потребителя на объекте счетчики расхода ТЭР, соединенные через модем, радиоканал и сеть Интернет с ЭВМ центрального диспетчерского пункта, при этом система представляет собой территориально распределенную трехуровневую систему, на нижнем уровне расположены установленные на объекте у потребителя датчики контроля и счетчики расхода ТЭР, средний уровень представлен станциями связи и шкафами автоматики, обеспечивающими связь до датчиков контроля и счетчиков расхода ТЭР, станция связи содержит GSM-контроллер, соединенный одним входом/выходом с антенной для связи с верхним уровнем, а другим с коммутатором и радиомодемом, GSM-контроллер и коммутатор так же соединены с датчиками контроля и счетчиками расхода ТЭР, а радиомодем другим входом/выходом соединен с антенной, предназначенной для связи со шкафом автоматики, и источник питания с батареей, причем GSM-контроллер представляет собой объединенные на единой аппаратной платформе локальный контроллер сбора и передачи данных и GSM-модем, при этом GSM-контроллер одновременно снимает данные с датчиков контроля и счетчиков расхода ТЭР независимо от настроек интерфейсов и особенностей протоколов и устанавливает GPRS-соединение, при этом станция связи может одновременно посылать полученные от центрального сервера запросы и отправлять на него ответы по нескольким каналам связи от шкафов автоматики, установленным на объекте у потребителя ТЭР, обеспечивающих связь с удаленными датчиками контроля и счетчиками расхода ТЭР, шкаф автоматики содержит модем, соединенный одним входом/выходом с антенной, а другим с коммутатором, другие входы/выходы которого подключают к датчикам контроля и счетчикам расхода ТЭР, и источник питания с батареей; верхний уровень - это центральный сервер с программным обеспечением базы данных, WEB-интерфейсом и инструментами аналитической обработки данных, центральный сервер через сеть Интернет, оборудование сотового оператора, радиоканал и станцию связи связан с датчиками контроля и счетчиками расхода ТЭР, к центральному серверу подключаются компьютеры удаленных рабочих мест, и потребители ТЭР со своих персональных компьютеров имеют возможность зайти на WEB-сервер и получить информацию о потребленных энергоресурсах в физических и стоимостных единицах, а также результаты анализа этой информации.

Недостатком этой системы является то, что ее выполнение трехуровневой не всегда является оптимальным, раздельное аппаратное выполнение счетчика и средств обработки пакета данных (коммутаторов станции связи и шкафа автоматики) усложняет и удорожает систему.

Известна информационно-измерительная система «Энергомера» компании ЗАО «Электротехнические заводы «Энергомера» (http://www.energomera.ru/ru/products/askue/variants/municipal_services/gprs), содержащая счетчики, PLC- и радиомодемы, устройства сбора данных и др. Система в зависимости от конфигурации оборудования может быть двух- или трехуровневой.

Недостатком этой системы является то, что ее составные части исполнены с раздельным аппаратным выполнением средств формирования пакетов и сконфигурированы для различающихся протоколов обмена. В частности, счетчики по интерфейсу радиоканала могут передавать незначительное количество сообщаемых данных и не имеют встроенного в протокол механизма ретрансляции данных. Значительные по объему пакеты способен формировать и передавать только самостоятельный радиомодем СЕ831.

Известен счетчик электрической энергии СЕ 102 производства компании ЗАО «Электротехнические заводы «Энергомера» (http://www.energomera.ru/documentations/ce 102 re.pdf Счетчик активной электрической энергии однофазный многотарифный СЕ 102, Руководство по эксплуатации ИНЕС.411152.094РЭ). Счетчик содержит датчики тока, измерительные элементы, устройство отображения информации, энергонезависимое запоминающее устройство, микроконтроллер, каналообразующий модуль (PLC, или радиомодуль, или RS-485), при этом входы и выходы измерительных элементов, устройства отображения информации, каналообразующего модуля соединены с входами (выходами) микроконтроллера. Каналообразующий модуль принимает входящие пакеты, состоящие из стартового и стопового элементов; адреса получателя и отправителя; пароля; сервисного поля, определяющего направление движения пакета, класс доступа к счетчику, длину поля данных; полей старшего и младшего байтов кода команды счетчику; поля данных и контрольной суммы. Исходящий пакет повторяет структуру входящего, за исключением того, что меняются местами адреса отправителя и получателя, а также ответ не содержит поля пароля.

Недостатком данного счетчика является раздельное аппаратное выполнение средств управления каналообразующим модулем и остальными составными частями счетчика, ретрансляция пакета данных возможна только с помощью радиомодема СЕ831, механизм ретрансляции не включен в пакет.

Наиболее близкими к заявленному изобретению аналогами (прототипами) являются автоматизированная информационно-измерительная система «Энергомера» и счетчик электрической энергии СЕ 102.

Раскрытие изобретения

Основными задачами, на решение которых направлено заявляемое изобретение, является оптимизация обмена данными между составными частями автоматизированной системы, а также разработка предназначенного для использования в этой системе счетчика электрической энергии с единым аппаратным выполнением учета электроэнергии и обработки пакета данных. Для решения поставленных задач составные части автоматизированной системы конфигурируются таким образом, чтобы обмен данными между составными частями системы происходил посредством пакетов с определенными структурой и размером, а счетчик электрической энергии содержит единый микроконтроллер, который конфигурируется для выполнения определенной совокупности функций.

Технический результат, достигаемый данным изобретением моделью, заключается в повышении эффективности использования канала связи вне зависимости от типа каналообразующего модуля, а также в повышении технико-экономических показателей, связанных с созданием счетчика электрической энергии на базе единого микроконтроллера.

Технический результат достигается тем, что в автоматизированной системе сбора данных о потреблении энергоресурсов, составными частями которой являются счетчики электрической энергии, концентраторы данных, сервер накопления и обработки данных, клиентские устройства, при этом составные части имеют каналообразующие модули для приема входящего и передачи исходящего пакетов данных, при этом пакет содержит стартовый и стоповый элементы; биты с указанием вида структуры пакета, направления движения пакета и длины поля данных; сетевые адреса получателя и отправителя; пароль; код команды; поле данных; контрольную сумму пакета, в пакет дополнительно включаются сведения об отсутствии или наличии защитного кодирования данных, а поле, заполняемое при запросе паролем получателя, при ответе используется для размещения флагов различных уведомлений, например, о нештатных ситуациях, об ошибках выполнения команды, о вскрытиях пломб, об изменениях в журнале событий. Кроме этого, счетчики электрической энергии, концентраторы данных и сервер дополнительно конфигурируются для формирования запроса и получения данных с одного счетчика в виде короткого пакета с длиной поля данных до 31 байта, при этом пакет содержит сведения о маршруте передачи пакета с указанием полного и оставшегося количества счетчиков - ретрансляторов данных, и список адресов счетчиков в последовательности движения пакета от одного счетчика к другому. Кроме этого, концентраторы данных, сервер и клиентские устройства дополнительно конфигурируются для формирования запроса и получения данных группы счетчиков электрической энергии в виде длинного пакета с длиной поля данных до 8191 байта, при этом пакет содержит дополнительное поле со значением байта старшего порядка длины поля данных более 31 байта. Кроме этого, технический результат достигается тем, что микроконтроллер, являющийся элементом счетчика электрической энергии в составе автоматизированной системы сбора данных, конфигурируется таким образом, чтобы накапливать данные, полученные от измерительных элементов, обрабатывать их по заданному алгоритму, запоминать интегральные данные о количестве потребленной энергии, управлять устройством отображения информации, каналообразующим модулем, обрабатывать входящие и формировать исходящие пакеты с длиной поля данных до 31 байта, при этом пакет содержит сведения о маршруте передачи пакета с указанием полного и оставшегося количества счетчиков-ретрансляторов данных и список адресов счетчиков в последовательности движения пакета от одного счетчика к другому.

В ближайшем аналоге составные части автоматизированной системы имеют разные протоколы обмена данными в зависимости от вида счетчика электрической энергии и типа установленного в нем каналообразующего модуля и используемого канала связи. Например, радиоканал, PLC (канал связи с использованием проводников питающей сети) являются каналами связи с гарантированным затуханием сигнала. Передача по ним слишком больших пакетов данных приводит к искажениям и ошибкам, а использование небольших по объему пакетов приведет к увеличению количества запросов и ответов и, следовательно, недостаточно эффективному использованию канала связи. Заявленное изобретение предлагает определенные структуру и размер пакета: с длиной поля данных до 31 байта для короткого пакета, являющегося оптимальным для любого канала связи с одним счетчиком, в том числе с гарантированно затухающим сигналом; а также с длиной поля данных 8191 байта для длинного пакета, предназначенного для эффективной работы в надежных каналах связи. Короткий пакет используется для устройств с малыми вычислительными мощностями, в частности, для счетчиков электрической энергии. Для устройств с достаточными вычислительными мощностями (например, в концентраторах данных группы счетчиков) используется длинный пакет с длиной поля данных до 8191 байта. Использование таких пакетов при обмене данными между составными частями автоматизированной системы позволяет максимально эффективно использовать каналы связи. Размещение при ответе в поле, заполняемом при запросе паролем получателя, флагов различных уведомлений о возникающих нештатных ситуациях, об ошибках и т.п. также позволяет максимально эффективно использовать канал передачи данных за счет сведения к абсолютному минимуму количества запросов.

Использование в структуре короткого пакета поля, содержащего сведения о маршруте передачи пакета, вводит механизм ретрансляции в структуру пакета и обеспечивает эффективное использование канала связи, так как позволяет реализовать простейшие сетевые функции за счет осуществления ретрансляции пакета от одного счетчика к другому через промежуточные счетчики. Этот механизм остро востребован на каналах с гарантированным затуханием сигнала (радиоканал, PLC), и, таким образом, при использовании заявляемого изобретения происходит увеличение дальности эффективной работы с устройствами вплоть до 7-15 раз.

В ближайшем аналоге-счетчике электрической энергии в составе автоматизированной системы - микроконтроллер не выполняет такой совокупности функций, как в заявляемом изобретении. Конфигурирование микроконтроллера счетчика электрической энергии таким образом, чтобы он накапливал данные, полученные от измерительных элементов, обрабатывал их по заданному алгоритму, запоминал интегральные данные о количестве потребленной энергии, управлял устройством отображения информации, каналообразующим модулем, обрабатывал входящие и формировал исходящие пакеты с длиной поля до 31 байта, содержащие сведения о маршруте передачи пакета, позволяет улучшить технико-экономические показатели, так как отпадает необходимость в дополнительном микропроцессоре, управляющем каналообразующим модулем и формирующем пакет данных.

Признаки изобретения, совпадающие с признаками прототипов, следующие: автоматизированная система сбора данных о потреблении энергоресурсов по принципу запрос-ответ на основе пакетного протокола обмена, составными частями которой являются счетчики электрической энергии, концентраторы данных, сервер накопления и обработки данных, клиентские устройства, при этом составные части имеют каналообразующие модули для приема входящего и передачи исходящего пакетов, при этом пакет содержит стартовый и стоповый элементы; биты с указанием вида структуры пакета, направления движения пакета и длины поля данных; сетевые адреса получателя и отправителя; пароль; код команды; поле данных; контрольную сумму пакета. Счетчик электрической энергии содержит датчики тока и напряжения, измерительные элементы, количество которых соответствует количеству датчиков тока и напряжения, устройство отображения информации, каналообразующий модуль для приема входящего пакета и передачи исходящего пакетов, энергонезависимое запоминающее устройство, микроконтроллер, при этом выходы измерительных элементов, входы устройства отображения информации, каналообразующего модуля соединены с входами (выходами) микроконтроллера.

Признаки, отличительные от наиболее близких аналогов, следующие: составные части автоматизированной системы дополнительно сконфигурированы для включения в пакет сведения об отсутствии или наличии защитного кодирования данных; для размещения при ответе в поле, заполняемом при запросе паролем получателя, флагов различных уведомлений, например, о нештатных ситуациях, об ошибках выполнения команды, о вскрытиях пломб, об изменениях в журнале событий; счетчики электрической энергии, концентраторы данных и сервер дополнительно сконфигурированы для формирования запроса и получения данных одного счетчика в виде короткого пакета с длиной поля данных до 31 байта, при этом пакет содержит сведения о маршруте передачи пакета с указанием полного и оставшегося количества счетчиков-ретрансляторов данных и список адресов счетчиков в последовательности движения пакета от одного счетчика к другому; концентраторы данных, сервер и клиентские устройства сконфигурированы для формирования запроса и получения данных группы счетчиков электрической энергии в виде длинного пакета с длиной поля данных до 8191 байта, при этом пакет содержит дополнительное поле со значением байта старшего порядка длины поля данных более 31 байта.

Микроконтроллер счетчика электрической энергии сконфигурирован таким образом, чтобы накапливать данные, полученные от измерительных элементов, обрабатывать их по заданному алгоритму, запоминать интегральные данные о количестве потребленной электроэнергии, управлять устройством отображения информации, каналообразующим модулем, обрабатывать входящие и формировать исходящие пакеты с длиной поля данных до 31 байта, при этом пакет содержит сведения о маршруте передачи пакета с указанием полного и оставшегося количества счетчиков-ретрансляторов данных и список адресов счетчиков в последовательности движения пакета от одного счетчика к другому.

Частные случаи выполнения изобретения следующие: сервер и клиентские устройства дополнительно сконфигурированы для использования программы «RadioAccess 3», позволяющей производить учет и оперативный контроль потребления энергоресурсов с учетом существующих тарифов, а также обеспечивать доступ к накопленным данным с целью чтения измеренных величин, выполнения расчетов и анализа, отображения результатов на дисплее персонального компьютера. Сервер дополнительно сконфигурирован для использования программы «M2MServer», позволяющей организовывать каналы связи, контролировать качество связи и параметров каналов, вести журналы активности каналов. Составные части системы дополнительно сконфигурированы для использования программы «MeterTools», позволяющей производить их параметрирование при производстве и эксплуатации. Составные части системы дополнительно сконфигурированы: для представления числовой информации в упакованном формате; для использования байтстаффинга при отправке пакета и обратного байтстаффинга при получении пакета; для защитного кодирования команд, пароля и данных. Система дополнительно включает клиентские устройства, дополнительно сконфигурированные для формирования короткого пакета для доступа к данным одного, по меньшей мере, счетчика электрической энергии и отображения результатов на мобильном дисплее. Система дополнительно включает счетчики электрической энергии, сконфигурированные для передачи данных без запроса. Система включает счетчики электрической энергии, дополнительно сконфигурированные для запоминания данных, полученных от первичных измерителей других энергоресурсов и от контрольных датчиков, и для передачи этих данных по отдельному запросу.

Микроконтроллер счетчика электрической энергии дополнительно сконфигурирован для выполнения дополнительных функций, например, формировать точное время, вести журнал событий, измерять параметры качества питающей сети, вносить в журнал событий сведения о недопустимом изменении качества энергии, вести учет предоплаты, управлять реле нагрузки в соответствии с установленным графиком и/или при недопустимом качестве питающей сети, и/или при чрезмерной потребляемой мощности, и/или в соответствии с командой, поступившей через каналообразующий модуль, и/или в соответствии с режимом предоплаты. Микроконтроллер дополнительно сконфигурирован для осуществления блокировки при неоднократной попытке доступа с неверным паролем. Счетчик электрической энергии содержит два датчика тока, один из которых включен в фазную цепь тока, второй - в цепь тока нейтрали однофазной нагрузки, а микроконтроллер дополнительно сконфигурирован для выявления несоответствия между данными измерительных элементов и запоминания наибольших значений интегральных данных о количестве потребленной электроэнергии. Счетчик электрической энергии содержит три датчика тока, которые включены в фазные цепи тока трехфазной нагрузки, а микроконтроллер сконфигурирован для суммирования данных измерительных элементов. Микроконтроллер дополнительно сконфигурирован для выполнения функций одного, по меньшей мере, измерительного элемента. Каналообразующий модуль в счетчике выполнен в виде модуля последовательного интерфейса, или радиомодема, или модема PLC передачи данных по электрической сети, или модема сотовой связи, или модема Ethernet. Микроконтроллер дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы передавать данные в виде SMS-сообщения на мобильный телефон и/или электронного сообщения на персональный компьютер. Микроконтроллер дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы запоминать данные, полученные от контрольных датчиков, и передавать их по сигналу датчика без запроса в виде, например, SMS-сообщения. Счетчик дополнительно содержит альтернативные каналообразующие модули, а микроконтроллер дополнительно сконфигурирован для управления этими модулями. Микроконтроллер счетчика дополнительно сконфигурирован для изменения режима работы устройства отображения информации при заданных условиях путем, например, подсветки, мигания. Микроконтроллер счетчика дополнительно сконфигурирован для замены тарифного расписания в заранее установленное время. Счетчик электрической энергии дополнительно содержит электрическое выходное устройство, а микроконтроллер дополнительно сконфигурирован для изменения функции этого устройства.

Краткое описание чертежей

Изобретения иллюстрируется чертежами, где фигура 1 - общая схема автоматизированной системы сбора данных о потреблении энергоресурсов; фигура 2 - структура короткого пакета; фигура 3 - структура длинного пакета; фигура 4 - функциональная схема счетчика электрической энергии в составе автоматизированной системы сбора данных.

Заявляемая автоматизированная система сбора данных о потреблении энергоресурсов (фигура 1) состоит из счетчиков электрической энергии (СЭ) 1, концентраторов данных (КД) 2, сервера накопления и обработки данных (сервер) 3 и клиентских устройств (КУ) 4.

Короткий пакет (фигура 2) имеет следующую структуру заголовка: СТАРТ 1, СТАРТ 2 - стартовые элементы; ПАРАМЕТРЫ И ДЛИНА - поле, содержащее бит защитного кодирования данных, бит с указанием вида структуры пакета, бит направления движения пакета и биты длины поля данных; РЕТРАНСЛЯЦИЯ - поле, содержащее сведения о полном и оставшемся количестве счетчиков - ретрансляторов пакета; ПР (путь ретрансляции) - поле пути ретрансляции, состоящее из списка счетчиков в последовательности движения пакета от одного счетчика к другому; АП - адрес получателя; АО - адрес отправителя; КК - код команды; П/У (пароль/уведомления) - поле пароля для запроса и размещения флагов уведомлений при ответе; ДАННЫЕ - поле данных; CRC8 - контрольная сумма; СТОП - стоповый элемент.

Длинный пакет (фигура 3) имеет следующую структуру заголовка: СТАРТ 1, СТАРТ 2 - стартовые элементы; ПАРАМЕТРЫ И ДЛИНА - поле, содержащее бит защитного кодирования данных, бит с указанием вида структуры пакета, бит направления движения пакета и младшие биты длины поля данных; СТАРШИЙ БАЙТ - поле со значением байта старшего порядка длины поля данных; АП - адрес получателя; АО - адрес отправителя; КК - код команды; П/У (пароль/уведомления) - поле пароля для запроса и размещения флагов уведомлений при ответе; ДАННЫЕ - поле данных; CRC16 - контрольная сумма; СТОП - стоповый элемент.

Счетчик электрической энергии (фигура 4) содержит датчики тока 5, датчики напряжения 6, измерительные элементы 7, устройство отображения информации 8, каналообразующий модуль 9, энергонезависимое запоминающее устройство 10 и микроконтроллер 11.

Осуществление изобретения

Автоматизированная система сбора данных о потреблении энергоресурсов работает следующим образом. Учет потребления электроэнергии в системе осуществляют счетчики электрической энергии 1. Данные с нескольких счетчиков, в том числе, полученные путем ретрансляции через промежуточные счетчики, по запросу передаются с помощью коротких пакетов в концентратор 2, который затем, используя длинный пакет, передает по запросу данные в сервер 3 по каналу GSM/GPRS через глобальную сеть. Система допускает двухуровневый режим передачи данных, когда сервер и счетчик передают друг другу данные без использования концентратора данных.

Клиентские устройства 4 с помощью программы RadioAccess 3, установленной на ПК клиента и на сервере, осуществляют учет и оперативный контроль потребления энергоресурсов с учетом существующих тарифов, а также считывают измеренные величины. Заголовок короткого пакета содержит стартовый и стоповый элементы; биты параметров - вида структуры пакета (короткий или длинный), направления движения пакета (запрос или ответ), бит защитного кодирования (закодированы или нет) - и биты длины поля данных до 31 байта; поле РЕТРАНСЛЯЦИЯ, содержащее полное и оставшееся количество ретрансляторов пакета, и пути ретрансляции, состоящего из последовательного списка адресов в порядке прохождения пакетов от одного счетчика к другому; адрес получателя, адрес отправителя; код команды, служащий идентификатором для расшифровки структуры поля данных; поле ПАРОЛЬ, которое заполняется паролем для пакета запроса и в котором размещаются различные уведомления при ответе; поле данных и контрольную сумму. Заголовок длинного пакета содержит стартовые и стоповый элементы; биты параметров - вида структуры пакета, направления движения пакета, бит защитного кодирования - и младшие биты длины поля данных; поле значения байта старшего порядка, адреса получателя и отправителя, код команды, поле пароля/уведомлений; поле ДАННЫЕ длиной до 8191 байта и контрольную сумму. При отправке пакета данные всех полей, кроме стартовых и стоповых элементов, подлежат байтстаффингу. При получении пакета происходит обратный байтстаффинг.

Запросы в системе формирует сервер 3. В случае отсутствия ответа от какого-либо счетчика электрической энергии используется механизм ретрансляции через промежуточные счетчики. При этом в пакете прописывается путь ретрансляции из последовательных адресов счетчиков.

При формировании ответа в поле ПАРОЛЬ могут быть размещены различные уведомления о состоянии счетчиков, о возникающих ошибках, авариях и т.д., что позволяет более эффективно использовать пакет, свести к минимуму количество запросов в системе и, таким образом, более эффективно использовать канал связи.

Сервер с помощью программы M2MServer организует каналы связи, контролирует качество связи и параметров каналов, ведет журналы активности каналов. Составные части системы также дополнительно сконфигурированы для использования программы «MeterTools», позволяющей производить их параметрирование при производстве и эксплуатации.

Учет других энергоресурсов в системе (воды, газа, тепла) осуществляется посредством передачи данных от первичных измерителей этих энергоресурсов счетчику электрической энергии. Счетчик при этом запоминает эти данные и передает их по отдельному запросу на сервер. Таким же образом счетчик электрической энергии может передавать информацию и от различных датчиков, например, охранно-пожарной сигнализации, датчиков утечки воды, газа и т.п. При этом микроконтроллер счетчика дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы запоминать данные, полученные от контрольных датчиков (например, охранно-пожарной сигнализации, датчиков утечки воды или газа), и передавать их по сигналу датчика без запроса в виде, например, SMS-сообщения.

Составные части также дополнительно сконфигурированы для представления числовой информации в упакованном формате и для защитного кодирования команд, пароля и данных. Отдельные клиентские устройства (ПК пользователя) 4 в системе могут быть дополнительно сконфигурированы для формирования короткого пакета для доступа к данным одного, по меньшей мере, счетчика и отображения результатов на мобильном дисплее.

Счетчик электрической энергии в автоматизированной системе сбора данных о потреблении энергоресурсов работает следующим образом. Измеряемые сигналы тока и напряжения поступают на входы датчиков тока 5 и напряжения 6, с выходов которых они поступают на входы измерительных элементов 7. Измерительные элементы 7 создают выходные сигналы, пропорциональные измеряемой энергии, поступающие на вход микроконтроллера 11. Микроконтроллер 11 обрабатывает эти данные по заданному алгоритму, запоминает интегральные данные о количестве потребленной электроэнергии и передает их на хранение в энергонезависимое запоминающее устройство 10, из которого данные могут быть извлечены и переданы по запросу на сервер короткими пакетами по каналу связи. Микроконтроллер 11 также управляет устройством отображения информации 8, который необходим для индикации потребителю различных информационных значений.

Микроконтроллер также управляет каналообразующим модулем 9. Данный модуль может быть выполнен в виде модуля последовательного интерфейса, или радиомодема, или модема PLC передачи данных по электрической сети, или модема сотовой связи, или модема Ethernet. Входящий пакет данных, поступающий в счетчик через каналообразующий модуль 9, обрабатывается микроконтроллером 11, который также формирует ответный исходящий короткий пакет, содержащий стартовый и стоповый элементы, биты параметров и длины поля данных, поля ретрансляции и пути ретрансляции, адреса отправителя и получателя, код команды, поле пароля/уведомлений, поле данных и контрольную сумму.

Микроконтроллер может быть сконфигурирован для выполнения дополнительных функций, например, формировать точное время, вести журнал событий, измерять параметры качества питающей сети, вносить в журнал событий сведения о недопустимом изменении качества энергии, вести учет предоплаты, управлять реле нагрузки в соответствии с установленным графиком, и/или при недопустимом качестве питающей сети, и/или при чрезмерной потребляемой мощности, и/или в соответствии с командой, поступившей через каналообразующий модуль, и/или в соответствии с режимом предоплаты. Микроконтроллер также может быть дополнительно сконфигурирован для: осуществления блокировки при неоднократной попытке доступа с неверным паролем; выполнения функций одного, по меньшей мере, измерительного элемента; для передачи данных в виде SMS-сообщения на мобильный телефон и/или электронного сообщения на ПК; для изменения режима работы устройства отображения информации при заданных условиях путем, например, подсветки, мигания; для замены тарифного расписания в заранее установленное время. Счетчик может быть выполнен как однофазным, так и трехфазным и может дополнительно содержать альтернативные каналообразующие модули, при этом микроконтроллер конфигурируется для управления этими модулями. Микроконтроллер может быть дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы запоминать данные, полученные от контрольных датчиков, например, охранно-пожарной сигнализации, и передавать их по сигналу датчика без запроса в виде, например, SMS-сообщения. Счетчик дополнительно может содержать электрическое выходное устройство, а микроконтроллер дополнительно конфигурируется для выполнения (изменения) различных функции этого устройства, например, импульсный выход, реле нагрузки.

Группа изобретений относится к области автоматизированных систем сбора данных о потреблении энергоресурсов на основе счетчиков электрической энергии. Техническим результатом является повышение эффективности использования канала связи. Система содержит счетчики электрической энергии, концентраторы данных, сервер и клиентские устройства. Обмен данными происходит по принципу запрос-ответ на основе пакетного протокола. Пакет содержит стартовые и стоповые элементы, поле параметров и длины поля данных, адреса отправителя и получателя, код команды, пароль, поле данных и контрольную сумму. Поле параметров содержит бит защитного кодирования данных. Поле пароля при ответе используется для размещения уведомлений. Короткий пакет имеет длину поля данных до 31 байта и дополнительно содержит поля ретрансляции и пути ретрансляции. Длинный пакет имеет длину поля данных до 8191 байта и дополнительно содержит поле байта старшего порядка. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Автоматизированная система сбора данных о потреблении энергоресурсов по принципу запрос-ответ на основе пакетного протокола обмена, составными частями которой являются счетчики электрической энергии, концентраторы данных, сервер накопления и обработки данных, клиентские устройства, при этом составные части имеют каналообразующие модули для приема входящего и передачи исходящего пакетов данных, при этом пакет содержит стартовый и стоповый элементы; биты с указанием вида структуры пакета, направления движения пакета и длины поля данных; сетевые адреса получателя и отправителя; пароль; код команды; поле данных; контрольную сумму пакета, отличающаяся тем, что составные части дополнительно сконфигурированы для включения в пакет сведения об отсутствии или наличии защитного кодирования данных; для размещения при ответе в поле, заполняемом при запросе паролем получателя, флагов уведомлений;
счетчики электрической энергии, концентраторы данных и сервер дополнительно сконфигурированы для формирования запроса и получения данных одного счетчика в виде короткого пакета с длиной поля данных до 31 байта, при этом пакет содержит сведения о маршруте передачи пакета с указанием полного и оставшегося количества счетчиков-ретрансляторов данных, и список адресов счетчиков в последовательности движения пакета от одного счетчика к другому;
концентраторы данных, сервер и клиентские устройства дополнительно сконфигурированы для формирования запроса и получения данных группы счетчиков электрической энергии в виде длинного пакета с длиной поля данных до 8191 байта, при этом пакет содержит дополнительное поле со значением байта старшего порядка длины поля данных более 31 байта.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что сервер и клиентские устройства дополнительно сконфигурированы для использования программы «RadioAccess 3», позволяющей производить учет и оперативный контроль потребления энергоресурсов с учетом существующих тарифов, а также обеспечивать доступ к накопленным данным с целью чтения измеренных величин, выполнения расчетов и анализа, отображения результатов на дисплее персонального компьютера.

3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что сервер дополнительно сконфигурирован для использования программы «M2MServer», позволяющей организовывать каналы связи, контролировать качество связи и параметров каналов, вести журналы активности каналов.

4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что составные части дополнительно сконфигурированы для использования программы «MeterTools», позволяющей производить их параметрирование при производстве и эксплуатации.

5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что составные части дополнительно сконфигурированы для представления числовой информации в упакованном формате.

6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что составные части дополнительно сконфигурированы для использования байтстаффинга при отправке пакета и обратного байтстаффинга при получении пакета.

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что составные части дополнительно сконфигурированы для защитного кодирования команд, пароля и данных.

8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно включает клиентские устройства, дополнительно сконфигурированные для формирования короткого пакета для доступа к данным одного, по меньшей мере, счетчика электрической энергии и отображения результатов на мобильном дисплее.

9. Система по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно включает счетчики электрической энергии, сконфигурированные для передачи данных без запроса.

10. Система по п. 1, отличающаяся тем, что счетчики электрической энергии дополнительно сконфигурированы для запоминания данных, полученных от первичных измерителей других энергоресурсов и от контрольных датчиков, и для передачи этих данных по отдельному запросу.

11. Система по п. 1, отличающаяся тем, что флаги уведомлений представляют собой уведомления о нештатных ситуациях, об ошибках выполнения команды, о вскрытиях пломб, об изменениях в журнале событий.

12. Счетчик электрической энергии, содержащий датчики тока и напряжения, измерительные элементы, количество которых соответствует количеству датчиков тока и напряжения, устройство отображения информации, каналообразующий модуль для приема входящего пакета и передачи исходящего пакета, энергонезависимое запоминающее устройство, микроконтроллер, при этом выходы измерительных элементов соединены с входами микроконтроллера, входы устройства отображения информации соединены с выходами микроконтроллера, входы и выходы каналообразующего модуля соединены с выходами и входами микроконтроллера, отличающийся тем, что микроконтроллер сконфигурирован таким образом, чтобы накапливать данные, полученные от измерительных элементов, обрабатывать их по заданному алгоритму, запоминать интегральные данные о количестве потребленной электроэнергии, управлять устройством отображения информации, каналообразующим модулем, обрабатывать входящие и формировать исходящие пакеты с длиной поля данных до 31 байта, при этом в пакете содержатся сведения о маршруте передачи пакета с указанием полного и оставшегося количества счетчиков-ретрансляторов данных и список адресов счетчиков в последовательности движения пакета от одного счетчика к другому.

13. Счетчик по п. 12, отличающийся тем, что микроконтроллер дополнительно сконфигурирован для выполнения функций формирования точного времени, ведения журнала событий, измерения параметров качества питающей сети, внесения в журнал событий сведений о недопустимом изменении качества энергии, ведения учета предоплаты, управления реле нагрузки.

14. Счетчик по п. 12, отличающийся тем, что микроконтроллер дополнительно сконфигурирован для осуществления блокировки при неоднократной попытке доступа с неверным паролем.

15. Счетчик по п. 12, отличающийся тем, что содержит два датчика тока, один из которых включен в фазную цепь тока, второй - в цепь тока нейтрали однофазной нагрузки, а микроконтроллер дополнительно сконфигурирован для выявления несоответствия между данными измерительных элементов и запоминания наибольших значений интегральных данных о количестве потребленной электроэнергии.

16. Счетчик по п. 12, отличающийся тем, что содержит три датчика тока, которые включены в фазные цепи тока трехфазной нагрузки, а микроконтроллер сконфигурирован для суммирования данных измерительных элементов.

17. Счетчик по п. 12, отличающийся тем, что микроконтроллер дополнительно сконфигурирован для выполнения функций одного, по меньшей мере, измерительного элемента.

18. Счетчик по п. 12, отличающийся тем, что каналообразующий модуль выполнен в виде модуля последовательного интерфейса, или радиомодема, или модема PLC передачи данных по электрической сети, или модема сотовой связи, или модема Ethernet.

19. Счетчик по п. 12, отличающийся тем, что микроконтроллер дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы передавать данные в виде SMS-сообщения на мобильный телефон и/или электронного сообщения на персональный компьютер.

20. Счетчик по п. 12, отличающийся тем, что микроконтроллер дополнительно сконфигурирован таким образом, чтобы запоминать данные, полученные от контрольных датчиков, и передавать их по сигналу датчика без запроса в виде, например, SMS-сообщения.

21. Счетчик по п. 12, отличающийся тем, что дополнительно содержит альтернативные каналообразующие модули, а микроконтроллер дополнительно сконфигурирован для управления этими модулями.

22. Счетчик по п. 12, отличающийся тем, что микроконтроллер дополнительно сконфигурирован для изменения режима работы устройства отображения информации при заданных условиях путем, например, подсветки, мигания.

23. Счетчик по п. 12, отличающийся тем, что микроконтроллер дополнительно сконфигурирован для замены тарифного расписания в заранее установленное время.

24. Счетчик по п. 12, отличающийся тем, что дополнительно содержит электрическое выходное устройство, а микроконтроллер дополнительно сконфигурирован для изменения функции этого устройства.