Telemetria – czyli zdalny odczyt liczników

Liczniki energii ze zdalnym dostępem do informacji, telemetria? TAK.

Używając tutaj przenośni można powiedzieć, że wywiad to najsilniejsza i najskuteczniejsza broń, czym więcej danych tym jesteśmy mądrzejsi i bardziej zapobiegliwi. Liczniki to super-szpiedzy stojący na najdalszej linii frontu, zbierający informacje i przekazujący je do centrali wywiadowczej. Sztab główny, czyli kadra inżyniersko-kierownicza może sprawnie opracować plan taktyczny pod strategiczne założenia.

Co to jest telemetria?

Liczniki zużycia energii w zależności od konstrukcji i zasady działania dzielimy na indukcyjne (elektromechaniczne) oraz elektroniczne. To jedno z najważniejszych urządzeń pomiarowych w technice za sprawą rozwoju elektroniki, energoelektroniki oraz technologii informatycznych diametralnie zmieniło swoje oblicze. Różnica między elektronicznym, a indukcyjnym licznikiem jest taka jak między dawnym, słuchawkowym telefonem, a nowoczesnym smartfonem. Co tak naprawdę potrafią te nowe liczniki, że zasłużyły na miano „inteligentnych”.

eko/smart

W obecnej chwili zauważyć można silny trend „eko/smart” w  dziedzinie wytwarzania i zarządzania zużyciem energii elektrycznej. Jest to efekt działania chociażby samej Unii Europejskiej lub innych instytucji krajowych, które za pośrednictwem odpowiednich przepisów wymuszają poprawę zachowań producentów i konsumentów energii elektrycznej w zakresie zrównoważonej gospodarki elektroenergetycznej. W tym celu tworzy się tzw. zaawansowane systemy pomiarowe AMI (Advanced Metering Infrastructure) pozwalające na gromadzenie dużej ilość danych oraz dokonywanie szczegółowej i efektywnej analizy. W połączeniu z coraz bardziej zaawansowanymi urządzeniami pomiarowymi systemy te stanowią obecnie potężne narzędzie służące poprawie efektywności energetycznej, zarówno w skali makro, jako „smart grid”, jak i w mniejszej skali poszczególnych odbiorców – zakładów przemysłowych i podmiotów instytucjonalnych.

Oczywiście główną rolę w tego typu rozwiązaniach wiodą specjalistyczne  systemy informatyczne, ale bez niezbędnych danych same są bezużyteczne. Zbieranie wymaganych danych oraz ich przekazywanie to zadanie dla „inteligentnych” liczników. Coraz częściej poza samym liczeniem energii przejmują one funkcję zaawansowanego multimetru. Nowoczesne liczniki elektroniczne budowane są na bazie zaawansowanych procesorów oraz elektronicznych przetworników pomiarowych prądu i napięcia. Zwykle posiadają  elektroniczny wyświetlacz LCD pozwalający na podgląd mierzonych wartości w trybie cyklicznym lub krokowym. Koniecznie muszą posiadać zintegrowany programowy i sprzętowy interfejs komunikacyjny pozwalający na łączenie ich w system zdalnego odczytu danych. Bywa, że mamy do nich bezpośredni dostęp za pomocą przeglądarki internetowej na komputerze PC lub na urządzeniu mobilnym.

Teoria a praktyka?

Sprawdź na żywo jakie możliwości daje telemetria. Kliknij poniższy link, podaj użytkownika i hasło – miłego testowania 🙂 

www.demo.meternetpro.pl

Użytkownik: user@meternet.pl
Hasło: User2017

Telemetria – przykład odczytu danych z licznika LE-03MP

Nazwa urządzenia	Parametr	Wartość	Czas odczytu
LE-03MP	Częstotliwość	50,00 Hz	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Współczynnik mocy – Faza L3	1,00	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Współczynnik mocy – Faza L2	1,00	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Współczynnik mocy – Faza L1	1,00	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Moc bierna – Całkowita	0,00 kVar	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Moc bierna – Faza L3	0,00 kVar	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Moc bierna – Faza L2	0,00 kVar	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Moc bierna – Faza L1	0,00 kVar	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Energia bierna	3 344,17 kVarh	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Energia	3 561,67 kWh	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Moc czynna – Całkowita	0,03 kW	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Moc czynna – Faza L3	0,01 kW	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Moc czynna – Faza L2	0,01 kW	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Moc czynna – Faza L1	0,01 kW	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Prąd fazowy – Faza L3	9,10 A	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Prąd fazowy – Faza L2	50,00 mA	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Prąd fazowy – Faza L1	500,00 mA	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Napięcie fazowe – Faza L3	221,65 V	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Napięcie fazowe – Faza L2	221,69 V	02.05.2018 18:00:00
LE-03MP	Napięcie fazowe – Faza L1	221,52 V	02.05.2018 18:00:00

Co potrafi nowoczesny licznik?

Do głównych funkcji cyfrowych liczników z komunikacją  należą:

• pomiar wielu wartości głównych: np. energii czynnej, energii biernej, prądów i napięć fazowych, częstotliwości i mocy, itp.
• monitoring bieżących parametrów sieci
• dwukierunkowa komunikacja zdalna
• możliwość lokalnej rejestracji parametrów (w pamięci wewnętrznej)
• możliwość zdalnej konfiguracji
• wizualizacja danych w systemie monitoringu i zarządzania
• obniżenie kosztów odczytu i automatyzacja rozliczeń

Zastosowanie nowoczesnej technologii i komponentów do budowy liczników mocno wpływa na ich cenę. Liczniki analogowe pozostają zdecydowanie tańsze, ale nie dają równoległych pomiarów wielu parametrów, nie są w stanie zdalnie podać wyniku. Liczniki cyfrowe pozwalają na pomiar wielu wartości jednocześnie. Mogą samodzielnie przekazywać dane lub odpowiadać na zgłoszenie urządzenia nadrzędnego. Wiele z takich liczników ma własną pamięć wewnętrzną i może samodzielnie archiwizować dane za okres i później przekazywać je do bazy z wyznaczonym interwałem czasowym.

Infrastruktura

Samo zagadnienie przesyłania danych wymaga stworzenia odpowiedniej fizycznej infrastruktury, czyli sieci komunikacyjnej  oraz zastosowania odpowiedniego informatycznego formatu wymiany danych, czyli protokołu. Producenci urządzeń najczęściej wykorzystują znane i stosowane powszechnie rozwiązania komunikacyjne i przystosowują swoje liczniki do pracy w takich układach, np. sieć RS-485, M-Bus, PLC (Power Line Comunication). Zastosowanie standardu komunikacyjnego dla licznika pozwala na łatwą integrację w większe systemy zbierania danych, w których wszystkie urządzenia, nawet innych producentów swobodnie wymieniają ze sobą dane.

To samo tyczy się zaimplementowanych protokołów, czyli „języka”, którym posługuje się licznik. Dominują powszechnie stosowane, takie jak Modbus, M-Bus, DLMS, BACnet, LonWorks. Niektórzy producenci tworzą swoje własne, autorskie rozwiązania systemowe i wtedy integracja pod względem sieci komunikacyjnej, jaki i programowym z urządzeniami innych producentów nie jest możliwa. Ma to jedynie cel marketingowy.

Zastosowanie protokołów komunikacyjnych przy wymianie danych zdecydowanie zwiększyło dokładność odczytu, czyli zgodność wyników na wyświetlaczu urządzenia i wartości przekazanej do systemu. Przy wykorzystywaniu wyjścia impulsowego, czyli dawnego interfejsu komunikacyjnego do zdalnej rejestracji zużycia energii w licznikach elektromagnetycznych, a nawet w elektronicznych bez protokołów wyniki były z czasem zafałszowywane. „Po drodze” wiele impulsów ginęło, lub odwrotnie – w wyniku zakłóceń na linii komunikacyjnej pojawiało się wiele fałszywych impulsów. Poza tym dane czytane przez „inteligentne” liczniki zapisywane są w pamięci nieulotnej co gwarantuje, że nie są tracone po zaniku zasilania.

Rodzaje komunikacji

Sama budowa sieci zdalnego odczytu jest wymuszona ilością urządzeń w systemie, lokalizacją poszczególnych liczników na obiekcie, ilością przekazywanych danych, rozległością systemu, itp. Wyróżniamy kilka typów realizacji:

• niskoprądowa przewodowa magistrala komunikacyjna – najczęściej stosowana w warunkach przemysłowych, daje stabilną i niezawodną pracę. Szeroka gama specjalistycznych przewodów sygnałowych oraz urządzeń pomocniczych, takich jak konwertery, repeatory, koncentratory, itp. pozwala organizować rozległe sieci komunikacyjne pracujące w warunkach silnych zakłóceń elektromagnetycznych (praca  silników, falowników, duże obciążenia sieci, itp.);
• komunikacja radiowa krótkiego zasięgu, np. z wykorzystaniem zamkniętej transmisji 868 MHz lub systemowej, np. Z-Wave – dane z liczników spływają do lokalnego koncentratora, a dalej są przekazywane przewodowo lub bezprzewodowo do systemu centralnego. Rozwiązanie stosowane w miejscach gdzie nie występują silne zakłócenia elektromagnetyczne, często spotykane w systemach rozliczeń najemców, gdzie liczniki znajdują się w lokalach najemców i nie są bezpośrednio dostępne dla administratora czy inkasenta;
• sieć zasilająca, tzw. Powerline – liczniki komunikują się po przewodach zasilających, nie jest wymagana oddzielna niskoprądowa magistrala. Ograniczeniem długości sieci mogą być transformatory zasilające i separujące. Zazwyczaj dane z grupy liczników przejmuje koncentrator i dalej transmisja odbywa się już specjalną linią komunikacyjną – przewodową lub bezprzewodową.
• Ethernet – z wykorzystaniem lokalnej sieci komputerowej LAN/WLAN. Przejście danych z licznika lub grupy odbywa się za pomocą specjalnych konwerterów TCP/IP. Lokalna sieć komputerowa pozwala na łatwą i sprawną akwizycje danych rejestrowych do bardzo wielu użytkowników, również globalnie np. poprzez zamknięte systemy intranetowe (VPN);
• transmisja GPRS – czyli transfery pakietów danych do bazy centralnej poprzez sieć GSM. Najczęściej wykorzystywany sposób w przypadku dużej liczby rozproszonych obiektów terenowych.
  Oczywiście w zależności od zaistniałych warunków i możliwości miesza się te sposoby realizacji dla potrzeb rozwiązania danego zadania technicznego.

Liczniki przeznaczone do pracy w systemach zbierania danych mogą pracować samodzielnie, a sprzęgnięte w system pracują autonomicznie i nie są zależne od pozostałych. To pozwala na stopniowe wdrożenie i łatwą rozbudowę już istniejącej sieci o kolejne liczniki. Prace wdrożeniowe mogą być realizowane etapami, bez ponoszenia nadmiernych, początkowych kosztów.

Kliknij poniższe grafiki i zobacz przykładowe układy połączeń

Analiza danych

Gromadzenie danych i to nie tylko z procesów technologicznych staje się standardem w większości przedsiębiorstw. Coraz częściej do tych danych dołączone zostają dane o zużyciu energii elektrycznej i innych mediów, co pozwala na ocenę efektywności samego procesu produkcyjnego.

Poprawnie zaprojektowany układ pomiaru przepływu energii w przedsiębiorstwie może dostarczać wielu cennych informacji na temat poszczególnych obszarów produkcji i najbardziej energochłonnych procesów. Jednak, aby właściwie zarządzać zużyciem energii nie wystarczy tylko gromadzić te dane.

Często dużym problemem jest prawidłowa analiza ogromnej ilości danych i ich wzajemnej korelacji. Przychodzą tu z pomocą nowoczesne techniki informatyczne, które umożliwiają efektywną akwizycję i analizę danych. 

Zarządzanie danymi

To kolejne, ważne zagadnienie nieodzownie wiążące się z inteligentnymi licznikami i sposobami zdalnej transmisji danych. Mowa o głównym programie zarządzającym.

Liczniki w grupie same niewiele potrafią. Nad całością musi czuwać program, który samodzielnie koordynuje prace całego systemu. Spotkać można wiele form takiego oprogramowania, od najprostszych, które potrafią odczytać wyniki na żądanie użytkownika, aż po bardzo nowoczesne, które skupiają w sobie wiele funkcjonalności.

Jest wielu producentów oferujących gotowe rozwiązania dla urządzeń z otwartymi protokółami komunikacyjnymi, jak M-Bus, Modbus, itp. Są też specjalizowane programy producentów liczników. Wtedy mając jakby komplet – urządzenie i soft łatwo taki system zbudować i uruchomić. Choć czasami przeszkodą może być niemożliwość podłączenia urządzeń obcych – spoza systemu, których akurat w ofercie danego producenta nie znajdziemy, a są niezbędne.

Bywa i tak, że oprogramowanie jest specjalnie budowane pod stawiane wymogi lub już istniejące, autorskie rozwiązanie jest odpowiednio „kastomizowane” przez firmy inżyniersko-programistyczne.

Proste i tanie oprogramowanie to zazwyczaj „ręczny” lub cykliczny odczyt danych, możliwość ich zapisu oraz ograniczonej, podstawowej konfiguracji pracy systemu i ewentualnie liczników sprzęgniętych w system. Bywa, że program oferuje tylko możliwość eksportu danych do pliku tekstowego (.txt) lub zgodnego z formatem excel (.csv). Wtedy dane takie trzeba importować do innego programu bazodanowego, który pozwoli na ich swobodny przegląd i interpretację.

Zaawansowane programy to informatyczne narzędzia sprzęgające wiele funkcjonalności, do tej pory będących odrębnymi programami. Stanowią samodzielne mechanizmy zbierania danych, analizy, wizualizacji i sterowania. To właśnie pozwala w sposób komfortowy i przyjazny zarządzać całym systemem energetycznym przedsiębiorstwa z uwzględnieniem wszystkich stosowanych w przemyśle nośników energii, nie tylko prądu elektrycznego, ale również takich mediów jak, sprężone powietrze, para wodna, gaz, woda, itp.

Użytkownik, który często posiada dużą wiedzę z zakresu energetyki, a niekoniecznie informatyki, jest w stanie łatwo modyfikować konfigurację systemu skupiając się na poprawianiu efektywności, a nie na zawiłościach oprogramowania.

Program taki oprócz zbierania danych i budowania archiwum stanowi elastyczny i kompleksowy mechanizm pozwalający użytkownikowi tworzyć własne i predefiniowane raporty w postaci tabelarycznej, wizualizacje danych bieżących i historycznych w postaci wykresów, raporty przyrostowe za dany okres, itp.

Technologia web

Wiele nowych systemów powstaje w technologii web. Działają w oparciu o przeglądarkę internetową. To eliminuje instalowanie dodatkowego oprogramowania i pozwala pracować zarówno w sieci lokalnej jak i poprzez Internet. Liczniki ze zdalnym odczytem nie pracują bezpośrednio w sieci LAN. Są najczęściej łączone w grupy zgodnie ze swoim standardem komunikacyjnym, a następnie cała grupa jest zamykana konwerterem LAN.

Struktura sieci komputerowej umożliwia jednoczesny dostęp wielu użytkowników do danych, którzy mogą mieć przydzielone różne uprawnienia. Dzięki pracy online i szybkiemu przekazywaniu danych z liczników do systemu mamy możliwość śledzenia wybranych wartości parametrów w czasie rzeczywistym.

Poza możliwością podglądu danych w postaci tabeli coraz częściej programy umożliwiają nam zwizualizowanie tych zmiennych za pomocą graficznych wskaźników (wyświetlacze, słupki, zegary, kontrolki ON/OFF, itp.) lub wykresów. Dzięki temu otrzymujemy typową funkcjonalność popularnych programów typu SCADA do wizualizacji procesów przemysłowych.

Alarmy

Pokrewną funkcjonalnością jest alarmowanie o odchyłkach od zadanych wartości progowych. Powiadomienie może odbywać się za pomocą e-mail’a, SMS’a lub monitu na ekranie komputera. Możliwe jest również wysterowanie wyjść cyfrowych i analogowych, co pozwala na dalszą integrację z urządzeniami procesu technologicznego. Bardzo często rozwiązanie to znajduje zastosowanie w roli „strażnika mocy”, gdzie poprzez sterowanie urządzeniami o różnych priorytetach ograniczać można moc szczytową przedsiębiorstwa.

 

Częste zadanie dla liczników, ale już poza przemysłem to rozliczenia abonenckie zużycia energii elektrycznej. Tego typu systemy stosuje się w obiektach i na terenach użyteczności publicznej, np. w biurowcach, w centrach handlowych, na targowiskach i ogródkach działkowych. Z uwagi na brak potrzeby rejestracji pełnych parametrów sieci stosuje się tutaj prostsze i zarazem dużo tańsze liczniki dające jedynie wynik zużycia energii w kWh.

System taki stanowi grupa podliczników, które służą jedynie do rozliczeń wewnętrznych między administratorem, a podnajemcami. W oparciu o te liczniki nie są dokonywane rozliczenia główne z zakładem energetycznym (takie rozliczenie jest już dokonywane na podstawie wskazań jednego licznika głównego). Rozwiązanie takie daje obniżenie kosztów odczytu i automatyzację rozliczeń.

System sam może generować faktury, ewentualnie może posiadać programową „wtyczkę”, przez którą dane są przekazywane do głównego programu finansowo-rozliczeniowego.

Telemetria podsumowanie

Monitoring zużycia energii elektrycznej w firmie, zakładzie przemysłowym lub np. w centrach handlowych poprzez zintegrowane sieci wymiany danych to temat nowy, ale bardzo dynamicznie rozwijający się.

Ceny energii rosną. Zapotrzebowanie na moc również. A bilans energetyczny powoli zmierza do deficytu.

Mając na uwadze powyższe argumenty wiele przedsiębiorstw decyduje się na inwestycję w profesjonalne systemy zarządzania efektywnością energetyczną.

Używając tutaj przenośni można powiedzieć, że wywiad to najsilniejsza i najskuteczniejsza broń, czym więcej danych tym jesteśmy mądrzejsi i bardziej zapobiegliwi. Liczniki to super-szpiedzy stojący na najdalszej linii frontu, zbierający informacje i przekazujący je do centrali wywiadowczej. Sztab główny, czyli kadra inżyniersko-kierownicza może sprawnie opracować plan taktyczny pod strategiczne założenia. Dane spływające z liczników pozwalają oszczędzić czasu przy odczytach i rozliczeniach, swobodny przegląd danych historycznych, ich analizę i interpretację oraz szybkie tworzenie zestawień i raportów. Wyniki pracy liczników z komunikacją wspomagają podjęcie decyzji inżynierskich odnośnie modernizacji, rozbudowy istniejącej infrastruktury lub nawet budowy nowej. Pozwalają na szybką identyfikację awarii sieci zasilającej lub kontrolowanej maszyny i w efekcie skrócenie kosztownych, przymusowych przestojów produkcyjnych.

Opomiarowanie i analiza zużycia pozwala na ewentualną zmianę taryfy na taką, która jest korzystniejsza dla odbiorcy i pozwala zmniejszyć opłaty za zużycie energii. A właściwe sterowanie urządzeniami pozwala ograniczać moc szczytową i w efekcie pozwala na zmniejszenie limitu mocy przydzielonej.

Krzysztof Gosławski

Specjalista ds. systemów zdalnego odczytu

www.meternetpro.pl

Zainteresował Cię temat?

Sprawdź bezpłatnie przetestuj! Zobacz jakie możliwości daje telemetria.

www.demo.meternetpro.pl

Użytkownik: user@meternet.pl
Hasło: User2017

LE-01MR	LE-01MQ	LE-03MQ

Zapraszam do komentowania.