I. WSTĘP XXI SEMINARIUM Organizacja systemów zdalnego odczytu pomiarów rozliczeniowych Marcin Barański, Krystian Świtała Zakład Elektronicznych Urządzeń Pomiarowych POZYTON Sp. z o.o., Dział Informatyki, 42-200 Częstochowa, ul. Staszica 8 m.baranski@pozyton.com.pl, k.switala@pozyton.com.pl W ciągu kilku ostatnich lat na rynku energii zachodzą rewolucyjne zmiany związane z wprowadzeniem zasady TPA oraz uwolnieniem rynku energii. Zmiany te wymagają dostępu do danych rozliczeniowych odbiorcy w dowolnej chwili. Takie same wymogi pojawią się po uwolnieniu rynku energii dla odbiorców komunalnych w 2007 r. Wychodząc naprzeciw zaistniałym jak i nadchodzącym zmianom firma POZYTON opracowała szereg systemów umożliwiających zdalny odczyt danych rozliczeniowych zarówno odbiorców komunalnych jak i odbiorców przemysłowych. W zależności od wykonania oraz funkcji realizowanych przez system transmisja danych została oparta poprzez jedną z trzech sieci transmisyjnych: publiczną komutowaną sieć telefoniczną PSTN; sieć telefonii komórkowej GSM; sieć komputerową Internet. II. SHOOK G Dla celów obsługi odbiorców komunalnych firma POZYTON opracowała system zdalnego odczytu urządzeń pomiarowych o nazwie SHOOK G (System Handlowej Obsługi Odbiorców Komunalnych GSM). System zbudowano w oparciu o trzy główne elementy składowe: liczniki jednofazowe serii LA... lub liczniki trójfazowe serii EA... wyposażone w moduł komunikacji bezprzewodowej GSM; dostęp do sieci GSM; centralny system wykonywania odczytów wyposażony w oprogramowanie SHOOK G oraz modemy GSM. Rys. 1 Schemat systemu SHOOK G Ze względu na niewielką ilość danych wymaganych do rozliczenia odbiorców komunalnych (stany liczydeł energii czynnej) odczyt danych zrealizowany został za pośrednictwem SMS. System stanowi nowoczesne rozwiązanie w zakresie automatyzacji technicznej i handlowej obsługi odbiorców, pozwala na skrócenie czasu odczytów liczników oraz umożliwia obsługę odbiorców o rozproszonej strukturze. Dodatkowo system umożliwia spółce dystrybucyjnej ciągłą kontrolę zużycia energii u poszczególnych odbiorców, jak również może stanowić skuteczne narzędzie do wykrywania nielegalnego poboru energii. Oprogramowanie SHOOK G zostało zaprojektowane do obsługi do kilkunastu tysięcy odbiorców na jednym stanowisku komputerowym. Wykorzystanie maksymalnie 16 modemów GSM realizujących odczyt umożliwia wykonywanie odczytów przynajmniej raz w miesiącu i rozliczenie odbiorców z faktycznego zużycia energii. Aplikacja wyposażona została w rozbudowany harmonogram wykonywania odczytów zapewniający pełną automatyzację procesu zbierania danych. Jest on w pełni konfigurowalny i zezwala na wykonywanie odczytów w dowolnej rozdzielczości od 1 minuty do 1 roku. Strona 1 z 9
Na podstawie danych odczytowych, aplikacja może generować karty odczytowe dla indywidualnych odbiorców, co pozwala na analizę poszczególnych przypadków. Możliwe jest także wykonanie bilansu zużycia energii dla grupy odbiorców, lub dla odbiorców indywidualnych za zadany okres czasu. Oprogramowanie zostało także przystosowane do wykonywania eksportu danych do systemów bilingowych. Dodatkowym atutem wykorzystania liczników wyposażonych w moduł komunikacyjny GSM jest możliwość wykonania odczytu danych pomiarowych przy pomocy telefonu komórkowego, co umożliwia odbiorcom nie posiadającym dostępu do licznika kontrolowanie zużycia energii. III. PRZYSTAWKA MKI-M Dla celów odczytu odbiorców przemysłowych na drodze połączenia modemowego opracowano moduł MKi-m wyposażony w interfejs RS-232 (do podłączenia modemu PSTN lub GSM) oraz interfejs pętli prądowej lub RS-485, do którego podłączanych jest do czterech liczników. Przystawka po zestawieniu połączenia modemowego i ewentualnym podaniu hasła zapewnia nam transparentny interfejs do liczników, tym samym odczyt danych odbywa się zdalnie z wykorzystaniem protokołu komunikacyjnego licznika podłączonego do przystawki. Schematy transmisji z wykorzystaniem przystawki MKi-m omówiono w dalszej części. IV. PRZYSTAWKA MKI-SM Dla celów odczytu odbiorców przemysłowych na drodze połączenia modemowego lub z wykorzystaniem sieci Ethernet/Internet opracowano moduł MKi-sm wyposażony w: - interfejs RS-232, służący do podłączenia modemu PSTN, modemu GSM, modułu GPRS; - interfejs sieciowy RJ-45, służący do podłączenia do sieci komputerowej; - interfejs pętli prądowej lub RS-485, do którego podłączanych jest do czterech liczników. Przystawka ta pełni rolę odczytowo-buforującą, tzn. przystawka zgodnie ze skonfigurowanym harmonogramem odczytuje wymagane przez użytkownika dane z liczników, a następnie przechowuje je w swojej pamięci. Tym samym odczytując dane wprost przystawki osiągamy wyższą prędkość transmisji danych. Przystawka umożliwia odczyt danych w kilku trybach, poczynając od pełnego odczytu zawierającego profil mocy, a kończąc na wartościach chwilowych prądów, napięć i mocy fazowych, czy też możliwości odczytu danych do zdalnej kontroli poprawności podłączenia. Schematy transmisji z wykorzystaniem przystawki MKi-sm omówiono w dalszej części. V. TRANSMISJA MODEMOWA Wykorzystując interfejsy RS-232 przystawek MKi-m oraz MKi-sm użytkownik za pomocą oprogramowania odczytowego SOLEN lub SKADEN może zestawić połączenie modemowe i wykonać odczyt danych w jednym z trzech poniższych schematów: Rys. 2 Schemat transmisji modemowej z wykorzystaniem sieci PSTN Do celów transmisji modemowej z wykorzystaniem sieci PSTN zaleca się korzystania z modemów PSTN obsługujących standard V.32. Nie zaleca się wykorzystywania modemów wewnętrznych ani modemy zewnętrznych z interfejsem USB, gdyż większość z nich oparta jest częściowo na rozwiązaniach programowych a nie sprzętowych. Strona 2 z 9
Rys. 3 Schemat transmisji modemowej z wykorzystaniem sieci GSM Do celów transmisji modemowej z wykorzystaniem sieci GSM niezbędne będą bezpinowe karty SIM z aktywną usługą transmisji danych, oraz zewnętrzne modemy GSM z interfejsem RS-232. Rys. 4 Schemat transmisji z wykorzystaniem sieci PSTN i GSM Do celów transmisji modemowej z wykorzystaniem sieci PSTN i GSM zaleca się od strony komputera odczytowego korzystania z modemów PSTN obsługujących standard V.32., natomiast od strony przystawki konieczna będzie bezpinowa karta SIM z aktywną usługą transmisji danych oraz zewnętrzny modem GSM z interfejsem RS-232. W przypadku modemów PSTN nie zaleca się wykorzystywania modemów wewnętrznych ani modemów zewnętrznych z interfejsem USB. Przy takim typie transmisji nie zaleca się konfiguracji gdy po stronie przystawki znajduje się modem PSTN a po stronie komputera odczytowego modem GSM. VI. TRANSMISJA GPRS Wykorzystując interfejs RS-232 przystawki MKi-sm użytkownik za pomocą oprogramowania odczytowego może zestawić połączenie GPRS i wykonać odczyt danych w jednym z dwóch poniższych schematów: Strona 3 z 9
Rys. 5 Transmisja GPRS punkt-punkt Rys. 6 Transmisja GPRS z wykorzystaniem serwera APN Do celów transmisji GPRS typu punkt-punkt w module GPRS podłączonym do przystawki niezbędna jest karta SIM ze statycznym adresem IP. W przypadku karty w prywatnym APN obie karty muszą być widoczne w tym samym APN, w przypadku transmisji przez APN publicznym karta SIM znajdująca się w module podłączonym do komputera odczytowego nie musi posiadać statycznego adresu IP. De celów transmisji GPRS z wykorzystaniem serwera APN w module GPRS podłączonym do przystawki niezbędna jest karta SIM ze statycznym adresem IP. VII. TRANSMISJA TCP/IP (BEZPOŚREDNIA) Wykorzystując interfejs RJ-45 przystawki MKi-sm użytkownik za pomocą oprogramowania może zestawić połączenie z przystawką na kilka sposobów: z wykorzystaniem portów TCP/IP dostępne są dwa porty komunikacyjne skonfigurowane domyślnie na 1034 i 1035; z wykorzystaniem klienta FTP logując się do serwera FTP uruchomionego na przystawce; z wykorzystaniem przeglądarki Internet Explorer wpisując adres przystawki w adresie przeglądarki; Przystawka poprzez złącze RJ-45 może być widoczna lokalnie w sieci LAN, lub globalnie w sieci Internet. Widoczność przystawki lokalna/globalna jest uzależniona od wpisanego do przystawki adresu IP oraz konfiguracji serwera sieci, do której podłączona jest przystawka. Poniżej przedstawiono przykładowy schemat podłączenia przystawki przez interfejs RJ-45. Strona 4 z 9
Rys. 7 Transmisja TCP/IP (bezpośrednia) VIII. TRANSMISJA TCP/IP (POŚREDNIA) Wykorzystując interfejs RJ-45, konfigurując parametry przystawki dotyczące serwera SMTP oraz zapewniając dostęp przystawce do tego serwera istnieje możliwość wysyłania plików z danymi na cztery wskazane w konfiguracji przystawki adresy e-mail. Jeżeli przystawka nie jest skonfigurowana, aby była widoczna w sieci Internet, ale ma dostęp do serwera SMTP, to taka funkcjonalność przystawki umożliwia pośrednią transmisję danych do czterech użytkowników. Poniżej zamieszczono schemat ideowy takiego działania. Rys. 8 Transmisja TCP/IP pośrednia z wykorzystaniem serwera SMTP IX. TRANSMISJA TCP/IP PRZEZ GPRS Wykorzystując interfejs RJ-45 przystawki MKi-sm użytkownik podłączając do niego router GRPS uzyskuje możliwość transmisji GPRS na bazie protokołu TCP/IP. Wymogiem jest aby karta SIM umieszczona w routerze była kartą bezpinową o statycznym adresie IP. Zestawiając połączenie z przystawką użytkownik uzyskuje funkcjonalność przystawki taką samą jak przy transmisji z punktów VII i VIII. Poniżej zamieszczono schemat ideowy takiej transmisji. Strona 5 z 9
Rys. 9 Transmisja TCP/IP z wykorzystaniem routera GPRS X. DOSTĘP DO DANYCH ZGROMADZONYCH PRZEZ SYSTEM ODCZYTÓW Istnieje możliwość udostępniania danych odczytowych bezpośrednio przez odbiorcę poprzez udostępnienie odczytanych danych z liczników na serwerze FTP. Tym sposobem spółka dystrybucyjna z wykorzystaniem klienta FTP może uzyskać dostęp do danych rozliczeniowych gromadzonych przez system odczytowy odbiorcy. Poniżej przedstawiono schemat ideowy takiej transmisji. Rys. 10 Udostępnianie danych z systemu odczytowego poprzez serwer FTP XI. AKWIZYCJA DANYCH PRZEZ SYSTEM ODCZYTOWY Istnieje możliwość, iż to sam system odczytowy będzie wykonywał akwizycję danych do spółki dystrybucyjnej. Odpowiednia konfiguracja oprogramowania odczytowego zezwoli na wysyłanie plików z danymi na serwer FTP spółki dystrybucyjnej lub na wskazane adresy poczty elektronicznej. Poniżej przedstawiono schemat ideowy takiej transmisji. Strona 6 z 9
XII. SYSTEM SKADEN Program SKADEN jest systemem kompleksowej analizy danych pomiarowych pochodzących z liczników LZQM, EQABP, FQABP, EAP, FAP, LAP, ZMD, ZFD oraz sumatorów KWMS-3B. Akwizycja danych odbywa się za pośrednictwem przystawek MKi-sm (poprzez sieć ethernet lub za pomocą modemu telefonicznego), MKi-m, UPK oraz za pomocą bezpośredniego połączenia modemowego w przypadku odczytu liczników ZMD/ZFD oraz sumatorów KWMS-3B. Odczytane informacje gromadzone są w bazie danych, gwarantując tym samym ich ciągłość i pozwalając realizować na nich szereg obliczeń i analiz, w tym także generowanie wykresów. Oprogramowanie umożliwia także wczytywanie danych z plików odczytowych z innych programów odczytowych np. pliki z liczników odczytanych programem SOLEN lub pliki ORG. Program umożliwia elastyczną konfigurację układów stref doby obowiązującą dla zgromadzonych danych oraz definiowanie przez użytkownika zestawu urządzeń obsługiwanych przez system. Zarówno konfiguracja taryf jak i konfiguracja urządzeń umożliwia tworzenie historii zmian parametrów. W trakcie wykonywania obliczeń za zadany okres program nadzoruje zmiany zachodzące w czasie i przyjmuje parametry zgodnie ze zdefiniowanymi datami ich obowiązywania. SKADEN posiada także możliwość uruchamianie odczytów w trybie automatycznym. Proces konfiguracji harmonogramu odczytów pozwala zdefiniować zbiór odczytywanych urządzeń oraz określić częstotliwość ich wykonywania. Uruchomienie harmonogramu odczytów nie wymaga aby program SKADEN był uruchomiony, dodatkowo w konfiguracji programu można ustalić aby harmonogram uruchamiał się podczas uruchamiania systemu Windows. Sercem programu jest rozbudowany moduł obliczeniowy składający się z kilku istotnych elementów. Pierwszym z nich jest edytor grup obliczeniowych. Umożliwia on definicje grup liczników, wejść sumatora KWMS-3B lub grup nadrzędnych składających się z grup liczników i grup wejść sumatora KWMS-3B. W edytorze ustalane są także znaki bilansujące dla poszczególnych składowych branych pod uwagę w trakcie wykonywania obliczeń. Taka organizacja definiowania obiektów obliczeniowych gwarantuje rozległe możliwości konfiguracji obliczeń. Drugim z elementów jest moduł wykonujący obliczenia na podstawie zdefiniowanych wcześniej grup urządzeń pomiarowych. Kolejnymi elementami są moduły wizualizacji wyników obliczeń. W programie wyniki obliczeń oglądać można na szeregu raportów. Raporty można wydrukować, zapisywać na dysku w natywnym formacie lub eksportować je do formatu programu Excel. Poza raportami możliwe jest także wykonywanie wykresów profili mocy lub energii godzinowych dla zdefiniowanych urządzeń pomiarowych lub ich grup. Poniżej przedstawiono przegląd obliczeń, które można wykonać w programie zarówno dla indywidualnych urządzeń (liczników lub wejść sumatora), grupy urządzeń (grupy liczników lub grupy wejść sumatora) lub grupy nadrzędnej urządzeń (zestawione ze sobą grupy liczników oraz grupy wejść sumatorów). a) Moce godzinowe czynne dla kierunku pobór i Moce godzinowe czynne dla kierunku oddawanie Wygenerowany raport zawierał będzie dane o mocach czynnych średniogodzinnych w kierunku pobór lub oddawanie w każdym dniu z wybranego zakresu. Ponadto w raporcie zawarte są dane o sumie mocy średniogodzinnych w dobie (zużycie energii czynnej za dobę) oraz maksymalnych i minimalnych mocach średnio godzinnych w Strona 7 z 9
poszczególnych godzinach doby i sumach mocy średniogodzinnych w poszczególnych godzinach doby z rozbiciem na dni wolne, robocze, wolne+robocze. b) Moce godzinowe bierne indukcyjne i Moce godzinowe bierne pojemnościowe Wygenerowany raport zawierał będzie dane o mocach biernych średniogodzinnych indukcyjnych lub pojemnościowych w każdym dniu z wybranego zakresu. Ponadto w raporcie zawarte są dane o sumie mocy średniogodzinnych w dobie (zużycie energii biernej indukcyjnej lub pojemnościowej za dobę) oraz maksymalnych i minimalnych mocach średniogodzinnych w poszczególnych godzinach doby i sumach mocy średniogodzinnych w poszczególnych godzinach doby z rozbiciem na dni wolne, robocze, wolne+robocze. c) Dzienna energia czynna i bierna dla kierunku pobór i Dzienna energia czynna i bierna dla kierunku oddawanie Wygenerowany raport zawierał będzie dane o zużyciu energii czynnej i biernej oraz o tg(fi) w każdym dniu z wybranego zakresu z rozbiciem na strefy i bezstrefowo. Ponadto w raporcie zawarte są dane o sumie zużytej energii czynnej i biernej w wybranym zakresie czasu w poszczególnych strefach i bezstrefowo oraz z rozbiciem na dni wolne, robocze, wolne+robocze. d) Miesięczna energia czynna i bierna dla kierunku pobór i Miesięczna energia czynna i bierna dla kierunku oddawanie Wygenerowany raport zawierał będzie dane o zużyciu energii czynnej i biernej oraz o tg(fi) w każdym miesiącu z wybranego zakresu i narastająco z rozbiciem na strefy i bezstrefowo oraz z rozbiciem na dni wolne, robocze, wolne+robocze. e) Miesięczne czynne moce maksymalne i minimalne dla kierunku pobór Wygenerowany raport zawierał będzie dane o trzech mocach maksymalnych i minimalnych w każdym miesiącu z wybranego zakresu z rozbiciem na dni wolne i robocze. Raport zawiera także informacje o średnich mocach maksymalnych i minimalnych w każdym miesiącu z wybranego zakresu z rozbiciem na dni wolne i robocze. f) Moce maksymalne czynne z rozbiciem na strefy czasowe dla kierunku pobór i Moce maksymalne czynne z rozbiciem na strefy czasowe dla kierunku oddawanie Wygenerowany raport zawierał będzie dane o trzech mocach maksymalnych i minimalnych w wybranym okresie czasu z rozbiciem na poszczególne strefy oraz na dni wolne i robocze. Raport zawiera także informacje o średnich mocach maksymalnych i minimalnych w każdej ze stref w rozbiciu na dni wolne i robocze. g) Przekroczenia mocy umownej Wygenerowany raport zawierał będzie dwie tabele. W pierwszej znajdować się będą dane o przekroczeniach mocy wybranych ze wszystkich mocy zarejestrowanych w profilu z wybranego okresu, a w drugiej znajdować się będą informacje o przekroczeniach mocy wybranych z najwyższych mocy w godzinach. W obu tabelach lista przekroczeń mocy jest opatrzona informacją o dacie, godzinie i strefie w jakiej przekroczenie wystąpiło, jak również dane o wielkości nadwyżki i mocy umownej obowiązującej w danym cyklu. Poza tym obie tabele zawierają podsumowanie z wyszczególnioną sumą przekroczeń mocy i ich ilością oraz wybrane maksymalne przekroczenie opatrzone datą i czasem wystąpienia. h) Średnie moce godzinowe czynne Wygenerowany raport będzie zawierał dane o przeciętnych mocach średniogodzinnych w poszczególnych dniach tygodnia w rozbiciu na godziny, wyznaczonych na podstawie danych z wybranego okresu. Poza tym raport zawiera także informacje o przeciętnych mocach średniogodzinnych wyznaczonych dla dni wolnych, roboczych i wolnych+robocze w rozbiciu na godziny. i) Strefowy tangens fi dla bieżącego oraz poprzedniego miesiąca Wygenerowany raport zawierał będzie dane o zużyciu energii czynnej i biernej oraz o tg(fi) z rozbiciem na strefy i bezstrefowo w czterech różnych okresach wyznaczonych względem dnia wybranego przez użytkownika. W obliczeniach wyznaczone zostaną następujące okresy: poprzedni miesiąc, od pierwszego bieżącego miesiąca do poprzedniego dnia, poprzedni dzień, wybrany dzień. j) Zbiorcze rozliczenie energii czynnej i Zbiorcze rozliczenie energii biernej Wygenerowany raport zawierał będzie dane o zużyciu energii czynnej lub biernej w wybranym okresie z rozbiciem na strefy i bezstrefowo dla dni wolnych i roboczych oraz sumarycznie. Wyżej wymienione wielkości generowane są dla poszczególnych urządzeń wchodzących w skład grupy względem, której wykonywane były obliczenia. Generowane jest także podsumowanie zużycia energii dla wybranej grupy. Strona 8 z 9
k) Dzienny bilans energii czynnej i biernej Wygenerowany raport zawierał będzie dane o zużyciu energii czynnej i biernej oraz o tg(fi) dla kierunku pobór i oddawanie oraz dla ich różnicy w każdym dniu z wybranego zakresu z rozbiciem na strefy i bezstrefowo. Ponadto w raporcie zawarte są dane o sumie zużytej energii czynnej i biernej dla kierunku pobór i oddawanie oraz dla ich różnicy w wybranym zakresie czasu w poszczególnych strefach i bezstrefowo oraz z rozbiciem na dni wolne, robocze, wolne+robocze. Strona 9 z 9