Модуль связи прибора учета энергоресурсов Российский патент 2023 года по МПК H02J13/00 

Область техники

Изобретение относится к области связи, телемеханики и может быть использовано в составе автоматизированных систем контроля и учета энергоресурсов.

Уровень техники

В условиях использования промышленными предприятиями электроэнергии, природного газа, тепловой энергии, воды, кислорода, азота и других энергоресурсов возникает задача учета и контроля их потребления. Одновременно с этим необходимо решение задачи обеспечения безопасности при использовании ресурсов и оперативного реагирования на нештатные ситуации, возникающие при неправильной эксплуатации или из-за повреждений энергетической инфраструктуры.

В современном уровне техники решение отмеченных задач, как правило, осуществляется внедрением средств удаленного контроля и управления.

Так, известно решение по патентному документу RU 153771 U1, 27.07.2015 [1], представляющее собой транслятор показаний прибора учета потребляемых ресурсов. Известное из [1] решение обеспечивает дистанционную передачу пользователю показаний прибора учета энергоресурсов по беспроводному каналу связи. Вместе с тем, данное решение не обеспечивает возможность удаленного управления исполнительными устройствами, что может быть необходимо, например, в случае возникновения аварийной ситуации. Кроме того, указанное решение обладает низкой надежностью в отношении доставки данных, поскольку не предусматривает альтернативных каналов связи, а также обладает низкой энергоэффективностью вследствие постоянного использования энергии источника питания.

Предлагаемое изобретение направлено на преодоление отмеченных недостатков уровня техники и при своем осуществлении позволяет обеспечить достижение технических результатов, заключающихся в повышении оперативности управления ресурсной инфраструктурой, повышении надежности функционирования, повышении энергетической эффективности.

Раскрытие изобретения

Для достижения указанных выше, а также иных следующих для специалиста из настоящего описания технических результатов предлагается модуль связи прибора учета энергоресурсов, содержащий защитный корпус с разъемной крышкой, в котором расположена печатная плата, на которой размещены разъем для связи с прибором учета энергоресурсов, слот для модуля идентификации абонента, антенна, память, модем и микроконтроллер, при этом разъем для связи обеспечивает обмен информацией с прибором учета и получение питания для модуля связи, модем обеспечивает связь по беспроводным каналам связи с удаленными устройствами, а микроконтроллер выполнен с возможностью управления модулем связи таким образом, что модуль связи принимает от прибора учета данные о расходе энергоресурсов, осуществляет их категоризацию и сохранение, а также передачу сохраненных данных на удаленный сервер по беспроводному каналу в заранее заданные интервалы, причем в случае, если передача данных на удаленный сервер по первому протоколу связи не является успешной, модуль связи осуществляет передачу тех же данных на удаленный сервер по второму протоколу связи совместно с информацией о том, что передача данных по первому протоколу связи не осуществлена; в случае получения команды управления прибором учета от удаленного сервера, модуль связи передает соответствующую команду управления на прибор учета; в случае если в результате категоризации данных в одной из категорий выявлены аномальные данные, модуль связи передает соответствующую информацию на удаленный сервер, формирует и передает команду на прибор учета для управления соответствующим указанной категории исполнительным устройством или формирует и передает команду на соответствующее указанной категории исполнительное устройство по беспроводному каналу; при этом микроконтроллер вне сеансов связи обеспечивает нахождение модема модуля связи в спящем состоянии.

В частных вариантах осуществления протоколы связи могут быть выбраны из группы, включающей: GSM/GPRS, NB-IoT, LoRaWAN, Sigfox.

Далее в описании представлены сведения в отношении осуществления изобретения, показывающие возможность достижения указанных технических результатов.

Осуществление изобретения

В данном разделе описания показан предпочтительный вариант осуществления изобретения, представленный для раскрытия сущности, но не в целях ограничения правовой охраны, определяемый формулой изобретения. Специалисту будет понятно, что предлагаемое изобретение может быть подвержено незначительным техническим изменениям, например, в случае появления новых протоколов связи, не влияющим на достижение новых технических результатов, но оказывающим влияние на очевидное количественно выражаемое улучшение технических и эксплуатационных характеристик изделия.

Предлагаемое изобретение предназначено для совместного функционирования с прибором учета энергоресурсов. Прибор учета энергоресурсов не рассматривается непосредственно в рамках данной заявки, однако далее следует учитывать, что под прибором учета энергоресурсов понимается любое устройство, выполненное с возможностью приема данных, относящихся к объему использования энергоресурсов, от соответствующих измерительных устройств непосредственно или через промежуточное устройство, а также для обмена информацией с предлагаемым модулем связи.

Под энергоресурсами в рамках данной заявки понимаются любые расходуемые ресурсы, потребление объема которых может быть измерено посредством технических средств, в частности, такие как электроэнергия, жидкость или газ. Также далее предполагается, что модуль связи выполнен с возможностью приема, анализа и категоризации данных, одновременно относящихся к нескольким одинаковым и/или отличающимся видам энергоресурсов.

В предпочтительном варианте осуществления предлагаемый модуль связи выполнен в виде отдельного модуля, заключенного в защитный пластиковый корпус с разъемной крышкой. Совмещение части корпуса и крышки может быть выполнено, например, посредством магнитного крепления для упрощения обслуживания и ремонта модуля связи. Часть корпуса и крышки могут содержать соответствующие друг другу технологические элементы, предназначенные для осуществления опломбирования модуля связи.

Внутри защитного корпуса размещена функциональная часть модуля, представляющая собой печатную плату с размещенными на ней электронными компонентами. Базовыми компонентами, обеспечивающими функционирование изобретения, являются разъем для связи с прибором учета энергоресурсов, слот для модуля идентификации абонента, антенна, память, модем и микроконтроллер. Соединение указанных и вспомогательных компонентов, обеспечивающих функционирование модуля связи, может быть выполнено обычными методами конструирования микроэлектроники.

В предлагаемом решении под термином «модем» понимается многорежимный модем, обеспечивающий возможность обеспечения связи по нескольким различным протоколам связи, либо совокупность модемов, объединенных для совместного функционирования, каждый из которых имеет возможность приема/передачи данных по определенному протоколу связи.

В предлагаемом решении под термином «антенна» понимается многорежимная антенна, обеспечивающая возможность обеспечения связи по нескольким различным протоколам связи (частотам), либо совокупность антенн, объединенных для совместного функционирования, каждая из которых имеет возможность приема/передачи сигнала по определенному протоколу связи (в частности, определенном частотном диапазоне).

В предлагаемом решении под термином «память» понимается элемент микроконтроллера, предназначенный для хранения информации, либо отдельный элемент энергонезависимой (FLASH) памяти, взаимодействуя с которой, микроконтроллер выполняет предписанные ему функции.

В предлагаемом решении под термином «слот» понимается разъем, предназначенный для съемной установки одной или нескольких SIM-карт (в разных вариантах осуществления разъем(ы) может(ут) иметь различные размеры, соответствующие форм-фактору SIM-карты), либо один или несколько модулей eSIM, расположенных на печатной плате.

В предлагаемом решении под разъемом для связи с прибором учета понимается разъем, одновременно обеспечивающий возможность питания модуля связи и обмена данными модуля связи с прибором учета, либо совокупность разъемов, один из которых предназначен для приема/передачи данных, а другой – для питания модуля связи.

В предлагаемом решении микроконтроллер выполняет предписанные ему функции по заранее заданной программе, при этом в варианте осуществления микроконтроллер выполнен с возможностью программирования по специализированному интерфейсу, расположенному на печатной плате, либо по интерфейсу, обеспеченному разъемом для связи с прибором учета, либо по беспроводному интерфейсу.

Предлагаемое изобретение работает следующим образом.

Модуль связи устанавливают в месте размещения прибора учета энергоресурсов таким образом, что обеспечивается возможность их связи посредством проводного интерфейса через разъем для связи. Прибор учета энергоресурсов обеспечивает сбор информации от устройств, предназначенных для измерения потребления какого-либо ресурса. Предполагается, что прибор учета может одновременно принимать информацию от нескольких средств измерения, каждое из которых измеряет потребление определенного ресурса. Например, прибор учета может получать данные от измерителей потребления воды, газа и/или электричества.

Далее полученные прибором учета данные передаются на модуль связи. Инициирование передачи указанных данных может быть обеспечено модулем связи путем передачи соответствующего запроса на прибор учета, либо быть переданными в заранее заданный интервал времени, согласованный между прибором учета и модулем связи. Требуемые интервалы времени могут быть заранее заданы с сервера, например, посредством удаленного программирования микроконтроллера.

При получении данных от прибора учета, модуль связи производит их категоризацию и анализ. После чего сохраняет их в соответствующей области памяти. Категоризация данных может быть осуществлена, например, на основе идентификатора (ID) измерительного устройства, который включается в пакет передаваемых данных. Данный вариант осуществления не исключает возможность приема модулем связи данных, категоризация которых заранее осуществлена прибором учета. При приеме данных модуль связи также производит их анализ на предмет выявления аномальных данных.

Под аномальными данными могут пониматься данные, касающиеся объема потребления какого-либо ресурса за определенный период времени. Например, имея информацию о потреблении в предыдущие периоды времени, и при выявлении в результате анализа факта повышенного и/или пониженного потребления, модуль связи передает соответствующую информацию на удаленный сервер, формирует и передает команду на прибор учета для управления соответствующим указанной категории исполнительным устройством или формирует и передает команду на соответствующее указанной категории исполнительное устройство по беспроводному каналу. При этом команда на управление исполнительным устройством также может быть передана удаленным сервером через модуль связи. Отмеченные функции позволяют, например, повысить безопасность эксплуатации здания за счет раннего выявления возможного повреждения инфраструктуры. Например, повышенный расход воды за короткий период времени может свидетельствовать о течи трубопровода, при этом модуль связи может обеспечить оперативное управление соответствующей запорной арматурой или исполнительными устройствами, входящими в состав инфраструктуры «умный дом» по соответствующему протоколу беспроводной связи.

Сохраненные в памяти модуля связи данные могут быть запрошены с удаленного сервера либо переданы автоматически по заранее заданному графику.

Питание модуля связи предпочтительно осуществляется от элемента питания, входящего в состав прибора учета. В целях экономии энергии и повышения длительности работы микроконтроллер вне сеансов связи обеспечивает нахождение модема модуля связи в спящем состоянии.

Для повышения надежности работы по доставке данных в случае, если передача данных на удаленный сервер по первому протоколу связи не является успешной, модуль связи осуществляет передачу тех же данных на удаленный сервер по второму протоколу связи совместно с информацией о том, что передача данных по первому протоколу связи не осуществлена. Помимо отмеченного, реализация данной функции в модуле связи позволяет оперативно выявлять возникшую в нем неисправность, что в целом повышает надежность функционирования автоматизированной системы контроля и учета энергоресурсов.

Таким образом, существенные признаки предложенного изобретения позволяют обеспечить достижение всех указанных выше технических результатов и осуществление изобретения может быть реализовано специалистом известными методами в области электро- и радиотехники.

Изобретение относится к области связи, телемеханики и может быть использовано в составе автоматизированных систем контроля и учета энергоресурсов. Технические результаты заключаются в повышении оперативности управления ресурсной инфраструктурой, повышении надежности функционирования, повышении энергетической эффективности. Модуль связи соединен с прибором учета энергоресурсов и удаленным сервером. Модуль связи производит анализ данных и их передачу на удаленный сервер, а также имеет возможность выдачи управляющего воздействия непосредственно на исполнительные устройства энергетической инфраструктуры. В случае невозможности передачи данных по одному из протоколов связи, модуль связи передает данные по другому протоколу связи. 1 з.п. ф-лы.

1. Модуль связи прибора учета энергоресурсов, содержащий защитный корпус с разъемной крышкой, в котором расположена печатная плата, на которой размещены разъем для связи с прибором учета энергоресурсов, слот для модуля идентификации абонента, антенна, память, модем и микроконтроллер, при этом разъем для связи обеспечивает обмен информацией с прибором учета и получение питания для модуля связи, модем обеспечивает связь по беспроводным каналам связи с удаленными устройствами, а микроконтроллер выполнен с возможностью управления модулем связи таким образом, что модуль связи принимает от прибора учета данные о расходе энергоресурсов, осуществляет их категоризацию и сохранение, а также передачу сохраненных данных на удаленный сервер по беспроводному каналу в заранее заданные интервалы, причем, в случае если передача данных на удаленный сервер по первому протоколу связи не является успешной, модуль связи осуществляет передачу тех же данных на удаленный сервер по второму протоколу связи совместно с информацией о том, что передача данных по первому протоколу связи не осуществлена; в случае получения команды управления прибором учета от удаленного сервера, модуль связи передает соответствующую команду управления на прибор учета; в случае если в результате категоризации данных в одной из категорий выявлены аномальные данные, модуль связи передает соответствующую информацию на удаленный сервер, формирует и передает команду на прибор учета для управления соответствующим указанной категории исполнительным устройством или формирует и передает команду на соответствующее указанной категории исполнительное устройство по беспроводному каналу; при этом микроконтроллер вне сеансов связи обеспечивает нахождение модема модуля связи в спящем состоянии.

2. Модуль связи по п. 1, отличающийся тем, что протоколы связи выбраны из группы, включающей: GSM/GPRS, NB-IoT, LoRaWAN или Sigfox.