CC BY
21
УДК 007.52
ПРИНЦИП ОРГАНИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОГО ЭНЕРГОУЧЁТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕРМИНАЛОВ СБОРА ДАННЫХ
С. В. Вологдин1, Е. К. Бусыгин2, И. Д. Шушков1
'Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова, г. Ижевск, Россия 2 Филиал «Удмуртэнерго» ПАО «МРСКЦентра и Приволжья», г. Ижевск, Россия
DOI: '0.25206/23'0-9793-20' 7-5-4-18-22
Аннотация - Задача повышения эффективности и автоматизации процессов сбора и обработки информации о потреблении энергоресурсов является весьма актуальной. Массовому внедрению классических систем автоматизированного учета электроэнергии препятствует высокая стоимость данных систем. Филиал Удмуртэнерго ПАО «МРСК Центра и Приволжья» разработал электронную автоматизированную систему «Мобильный энергоучёт» с использованием терминалов сбора данных. Система включает в себя электронные компоненты с использованием сервис-ориентированной архитектуры, WCF служб. В настоящее время все районы электрических сетей филиала «Удмуртэнерго» подключены к проекту «Мобильный энергоучёт». Возможности системы расширяются благодаря гибко выстроенной архитектуре.
Ключевые слова: электронная система, мобильный энергоучёт, терминал сбора данных, информационно-аналитический комплекс, сервис-ориентированная архитектура.
I. Введение
Контроль за потреблением электроэнергии является актуальным вопросом на сегодняшний день. Внедрение различных автоматизированных интеллектуально-измерительных систем коммерческого учета электроэнергии (АИИС КУЭ) решает ряд проблем, существующих в случае традиционного, ручного, сбора данных о потреблении электроэнергии.
Автоматизация сбора данных исключает из процесса учёта «человеческий фактор», что позволяет получать достоверную информацию о потреблённой электроэнергии. За счёт автоматизации получения и обработки информации происходит сокращение операционных затрат [1].
Прежде чем начать пользоваться АИИС КУЭ, предварительно необходимо решить ряд задач: замена и установка прибора учёта в комплект, с которым необходимо приобрести PLC-модем; установка концентраторов, GSM-шлюзов, а также необходима настройка программного обеспечения, способного принимать данные и обрабатывать их. Выполнение всех работ по внедрению АИИС КУЭ требует немалых финансовых затрат. Дороговизна таких систем является проблемой их использования [2].
Альтернатива существующим на сегодня АИИС КУЭ - применение для учёта электроэнергии терминалов сбора данных (ТСД), предназначенных для автоматизации процесса сбора информации. Разработка и внедрение электронного информационно-аналитического комплекса учёта и контроля за потреблением электроэнергии осуществляется филиалом Удмуртэнерго ПАО «МРСК Центра и Приволжья» (далее «Удмуртэнерго») совместно с Ижевским государственным техническим университетом им. М.Т. Калашникова.
II. Постановка задачи
Мобильный комплекс учёта и контроля потребления электроэнергии с применением терминалов сбора данных решает следующие задачи:
1. Снижение бумажного документооборота.
2. Исключение ошибок оператора при занесении данных в базу данных.
3. Снижение времени получения данных.
4. Обеспечение сбора и передачи данных в режиме реального времени.
5. Приём информации от ТСД.
6. Управление работой ТСД.
7. Осуществление контроля доступа к данным на местности.
8. Оценивание производительности труда персонала по оперативным данным системы.
Специальное программное приложение «Мобильный энергоучет», установленное на ТСД должно осуществлять:
1. Снятие и хранение показаний приборов учета.
2. Передачу информации в Региональный информационный центр (РИЦ) по средствам GSM технологий.
3. Определение местоположения прибора учета с использованием GPS системы.
4. Сервисные функции контроля за потреблением энергоресурса.
5. Печать документированной отчетности на мобильный принтер с использованием технологии Wi-Fi.
Информационная система Регионального информационного центра должна удовлетворять следующим требованием:
1. Управление ТСД.
2. Аналитическая обработка информации поступающей с ТСД.
3. Мониторинг потребления электроэнергии с использованием ГИС модуля (геоинформационная система).
4. Разработка управленческих решений по повышению эффективности учета и контроля потребления электроэнергии.
III. Теория
Процесс сбора информации возможен с любого типа прибора учёта, поэтому нет дополнительных расходов на приобретение дорогостоящего оборудования. Схема работы мобильного комплекса представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема работы мобильного комплекса
ТСД - высокотехнологическое электронное устройство, представляющее собой мобильный компьютер, выполненный в пыле- и влагозащитном корпусе (класс защиты IP 54 и выше) [3]. В состав терминала входит:
1. Встроенный сканер штрих-кодов.
2. Беспроводные интерфейсы (Bluetooth, Wi-Fi).
3. Модули GPRS/GSM.
4. Приёмник GPS.
5. Базовое терминальное программное обеспечение.
Процесс съема показаний с ТСД осуществляется на объекте потребителя. При первом обходе контролер группы учета, посредством ввода данных потребителя, таких как лицевой счет, адрес, номер прибора учета, штрих-код и др., осуществляет поиск потребителя в базе данных (БД) ТСД. БД терминала содержит информацию о типе прибора учета, дате последней контрольной проверке и показаниях за предыдущие периоды. Далее контролер проводит сверку всех данных, осуществляет внесение показания на текущую дату, производит присвоение индивидуального штрих-кода, наклеивает штрих-код на корпус ПУ.
В случае отсутствия данного потребителя в БД или выявления факта самостоятельного подключения к сети за границей балансовой принадлежности (бездоговорное потребление) оформляет соответствующий акт. В случае обнаружения хищения электрической энергии контролер оформляет акт безучетного потребления, используя данные БД и мобильный принтер. Внесенные в БД ТСД изменения вносятся в БД филиала либо по каналу GPRS, либо по окончании трудового дня контролера через специальный интерфейсный кабель. При очередном обходе контролеру достаточно считать значение штрих-кода, ранее установленного на ПУ, с помощью сканера штрих-кодов ТСД, затем необходимо сверить все данные с БД и внести изменения
Терминалом считывается штрих-код счётчика, после чего в ТСД заносятся данные с прибора учёта. ТСД производит оценку правильности показаний, сравнивая из ранее полученной информацией. Информация передаются по GSM соединению в РИЦ «Удмуртэнерго». Кроме этого, терминал отправляет в РИЦ данные о своём местоположении, которые используются ГИС-модулем (геоинформационная система) комплекса для отображения их на карте.
На стороне РИЦ данные, отправленные терминалом, принимаются модулем управления ТСД, от которого терминалы получают задания и команды. Здесь происходит обработка системных и оперативных данных. Обработанная информация заносится в базу данных (БД). Дальнейшая работа происходит на других модулях комплекса таких, как ГИС-модуль, модули интеллектуальной обработки данных (распознавание образов, прогнозирование). Каждый из модулей решает определённую задачу.
Средствами модуля интеллектуальной обработки решается задача распознавания образов. Объектом для распознавания является фотография лицевой панели счётчика, которая содержит следующую информацию:
1. Показание прибора учета.
2. Модель счётчика (тип).
3. Заводской номер.
4. Штрих-код.
5. Пломбы электросетевых организаций.
Распознавание фотографии даёт возможность сравнивать значения, введенные контролером с результатами модуля распознавания, таким образом верифицировать данные в едином центре обработки [4].
Полученную информацию при помощи ГИС можно отобразить на карте. По каждому показанию можно посмотреть значение потреблённой электроэнергии, время съема, данные потребителя, контролёра, снявшего показание и т.д. Постоянный сбор координат с GPS приемника дает возможность прокладывать маршруты и детально отслеживать работу контролера. Все данные сохраняются в БД, что дает возможность воспользоваться историей маршрутов за любое время и отобразить на карте.
Модули комплекса напрямую работают с базой данных. Доступ к информации, хранимой в базах, осуществляются с помощью специальных процедур и функций, разрабатываемых в каждом модуле. Со временем базы расширяются, меняется их структура, в связи с чем требуется вносить изменения в уже существующие методы каждого модуля, что снижает производительность труда разработчиков.
III. Теория
Реализация единообразного подхода для работы с сервером баз данных значительно упрощает задачу разработчикам. Такой подход заключен в создании универсальных правил для модулей комплекса, которые позволяют им взаимодействовать с базами. Такие правила можно разработать в дополнительно созданном модуле, включающий в себя сервисы (службы). Комплекс в таком случае имеет сервис-ориентированную архитектуру (англ. SOA service-oriented architecture) [5].
Применение SOA предоставляет следующие преимущества разработчикам программного комплекса:
1. Избежание использования одного и того же программного кода на разных модулях комплекса.
2. Использование служб WCF (конфигурации, обеспечивающие доступ к возможностям WCF сервиса) для модулей, написанных на разных платформах.
3. Повышение масштабируемости разрабатываемого программного комплекса за счёт возможности комбинирования существующих сервисов в новые решения.
4. Использование модулями комплекса уже готового функционала, реализация которого выполнена на стороне сервиса.
Разработка сервиса для программного комплекса производится на основе WCF-технологии, предназначенной для построения распределённых информационных систем. WCF-технология - программный framework, входящий в состав платформы NET.WCF используется для обмена данными между приложениями. Конфигурация технологии позволяет создавать достаточно гибкое взаимодействие между модулями комплекса [6].
Клиенты, модули комплекса, используют различные возможности сервиса WCF посредством созданных множеств конечных точек (endpoint). Клиент, отправляя сообщение в определённом формате конечным точкам, имеет право воспользоваться возможностями сервиса. Контракт между клиентом и службой описывает формат сообщения, отправленного клиентом. После того как на адрес конечной точки поступит сообщение, служба начинает свою работу, результат которой отправляется клиенту (рис. 2).
Рис. 2. Взаимодействие клиента и WCF-сервиса
IV. Результаты
Проект «Мобильный энергоучет» стал победителем двух всероссийских конкурсов [7]. В настоящее время все 27 районов электрических сетей филиала «Удмуртэнерго» подключены к проекту «Мобильный энергоучёт». Разработанная информационная система позволяет обрабатывать, анализировать и хранить полученную от терминалов информацию при минимальных капитальных вложениях [2].
Использование WCF-сервисов способствует разделению прав и обязанностей для модулей комплекса. Со временем возрастают требования к функциональности комплекса и для перспективного его развития возможно внедрять новые сервисы, которые будут решать конкретные поставленные задачи. Такое решение поможет расширять функциональные возможности комплекса с минимальными временными затратами.
V. Выводы и заключение
Разработчики программного комплекса уверены: стопроцентное внедрение системы позволит, в том числе, снизить причину разногласий с энергосбытовой организацией. Объективность и оперативность предоставленных показаний в базе данных - одна из основных функций проекта. В случае успешной реализации пилотного проекта «Мобильный энергоучет» на территории Удмуртской Республики планируется тиражирование и внедрение данного проекта и в других территориальных подразделениях ПАО «МРСК Центра и Приволжья».
Список литературы
1. Копылов С. И., Липа О. А., Липа Д. А. Потери в электроэнергетике - предпосылки для внедрения АИИС КУЭ // Техника и оборудование для села - Правдинский: Российский научно-исследовательский институт информации и технико-экономических исследований по инжинерно-техническому обеспечению агропромышленного комплекса, 2016. С. 29-33
2. Вологдин С. В., Бусыгин Е. К., Шушков И. Д., Брицын К. В., Рябов П. Автоматизированный учёт электроэнергии в бытовом секторе // Фундаментальные и прикладные научные исследования: актуальные вопросы, достижения и инновации: сборник статей победителей междунар. науч.-практич. конф. 2016 г. / П.: МЦНС «Наука и Просвещение», 2016. С. 84-88.
3. Терминал сбора данных Dolphin 6000. URL: http:// pos-tech.ru/terminal-sbora-dannih-dophin-6000 (дата обращения 20.06.2017).
4. Вологдин С. В., Бусыгин Е. К., Шушков И. Д., Рябов П. И., Брицын К. В. Выделение показания прибора учёта электроэнергии методом Виолы-Джонса с помощью библиотеки Opencvsharp // Наука и инновации в XXI веке: актуальные вопросы, достижения и тенденции развития: сб. ст. победителей международной научно-практической конференции. П.: МЦНС «Наука и Просвещение». 2016. С. 21-24.
5. Виденин С. А., Костюк А. В., Васильев Э. В., Сервис-ориентированная архитектура в современных информационных системах // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 7 (63). С. 121-123.
6. Самойлова Т. А. Анализ технологий разработки сервис-ориентированных информационных систем // Современные информационные технологии и IT-образование: сборник научных трудов / М.: Фонд содействия развитию интернет-медиа, IT-образования, человеческого потенциала «Лига интернет-медиа», 2015. С. 134-139.
7. Две победы на всероссийских конкурсах: «Удмуртэнерго» представило инновацию «Мобильный энергоучет». URL: http://udmurt.media/news/biznes/11016/ (дата обращения 10.05.2017).
