CC BY
19ВНЕДРЕНИЕ ДИСТАНЦИОННОЙ СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ С УЗЛОВ УЧЕТА ГАЗА ПОТРЕБИТЕЛЕЙ КОММУНАЛЬНО-БЫТОВОГО СЕКТОРА
УДК 004.9:338.4:622.691.4
С.А. Кудряшов, ООО «Газпром межрегионгаз Волгоград» (Волгоград, РФ), voigograd@34regiongaz.ru
С 2013 г. в Волгоградской обл. реализуется проект дистанционной системы сбора данных с узлов учета газа потребителей коммунально-бытового сектора. За этот период введено в эксплуатацию более 1400 узлов учета газа с современными системами дистанционного сбора данных, позволяющих региональной газовой компании в режиме реального времени осуществлять контроль за объемами поставляемого газа, автоматизировать процесс сбора и обработки информации с узлов учета, оснащенных обыкновенными мембранными счетчиками газа.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: СИСТЕМА СБОРА ДАННЫХ, КОНТРОЛЛЕР, КОРРЕКТОР РАСХОДА ГАЗА, РАСХОДОМЕР, ТЕЛЕМЕТРИЯ, ПОДСЧЕТ ИМПУЛЬСОВ, РАДИУС ДЕЙСТВИЯ, БАЗОВАЯ СТАНЦИЯ, ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС, КЛИЕНТСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ.
Порядок коммерческого учета газа в Российской Федерации строго регламентируется. К числу основных нормативно-технических документов относится ГОСТ Р 8.741-2011 «Государственная система обеспечения единства измерений. Объем природного газа. Общие требования к методикам измерений» [1].
В соответствии с требованиями п. 7.6.2 [1] отчетные документы, предоставляемые потребителем газа при ведении коммерческого учета с использованием узлов измерения расхода газа (УИРГ) любого типа, должны содержать следующие параметры потока и состояния газа за отчетный период времени:
• время измерений;
• объем газа в рабочих и стандартных условиях;
• среднечасовую и среднесуточную температуру газа;
• среднечасовое и среднесуточное давление газа.
Если в состав УИРГ входит электронный вычислитель (корректор) расхода газа, подготовка указанных отчетных документов не представляется затруднительной. Этому требованию в полном объ -еме отвечают все корректоры, используемые в составе узлов учета
газа, такие как «Логика СПГ» модификаций 741, 742, 761, Elster модификаций ЕК260, ЕК270 и т. д., поскольку такие корректоры постоянно контролируют текущие измеряемые параметры газа и в режиме реального времени.
Если же давление газа не изме -ряется, но известно, что его значе -ние находится в допустимых пределах, это значение может быть принято за постоянную величину. В таких случаях в составе УИРГ используют корректоры ТС210, ТС215, ТС220. Эти устройства также отвечают требованиям п. 7.6.2 [1].
В случаях когда давление и температура газа принимаются за константу - например, когда мембранный либо струйный счетчик газа установлен в отапливаемом помещении или установлен счетчик газа с механической температурной компенсацией (если не
уд ИМПУЛЬС
Рис. 1. Автономная система сбора данных с индивидуальным каналом связи GSM/GPRS «Импульс Директ»
Рис. 2. Модификация «Импульс Директ-ВК»
важно, как изменяется температура, поскольку компенсатор изменяет угловую скорость колеса регулировки счетчика газа, а следовательно, объем в зависимости от температуры газа), для соблюдения требований [1] достаточно контролировать время измерений и объем газа в рабочих условиях с привязкой к метке по времени с последующим приведением объемов газа к стандартным условиям по известным формулам с использованием констант по давлению и температуре газа.
Подобные УИРГ эксплуатируются абсолютным большинством некрупных потребителей газа -предприятиями и организациями коммунально-бытового сектора. В таких случаях, учитывая высокую стоимость и сложность
СЧЕТЧИК ГАЗА
GSM/GPRS
эксплуатации крупных УИРГ с электронными вычислителями расхода, оптимальным выбором являются так называемые коммуникационные шлюзы «Импульс Директ». На базе именно этих устройств в ООО «Газпром меж-регионгаз Волгоград» создана и успешно функционирует система сбора данных (рис. 1).
АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА СБОРА ДАННЫХ С ИНДИВИДУАЛЬНЫМ КАНАЛОМ СВЯЗИ GSM/GPRS «ИМПУЛЬС ДИРЕКТ»
Контроллер «Импульс Директ» -устройство в пластиковом корпусе (АБС-пластик, IP55), подключается к любым бытовым счетчикам и расходомерам газа, холодного и горячего водоснабжения, тепла и электроэнергии, оборудованным импульсным выходом. Контроллер непрерывно ведет подсчет импульсов от счетчика газа, регистрирует аварийный обрыв линии и периодически сохраняет показатели счетчика в энергонезависимой памяти в виде суточного архива глубиной 90 сут. Передача архивных и текущих данных на сервер осуществляется один раз в сутки по каналу GSM/GPRS (3G - опционально).
«Импульс Директ» работает от двух встроенных LiSOCl2-батарей мощностью 3,6 В, общей емко-
стью 34 А.ч, типоразмера D, рассчитанных на срок непрерывной работы устройства не менее 5 лет (в среднем - более 8 лет). Контроллер может работать в диапа -зоне температур от -40 до 60 °С.
Оснащение объектов контроллером телеметрии «Импульс Директ» рекомендуется в случаях, если:
• объект не обеспечен электро -питанием или нет возможности подключения к местной сети электропитания;
• передача архивных и текущих данных требуется не чаще одного раза в сутки;
• необходимо обеспечить прямой канал передачи данных на сервер без использования промежуточных устройств связи;
• требуется максимально длительный период непрерывной
Рис. 5. Счетчик импульсов
со встроенным радиотрансивером
«Импульс-ЛоРа»
работы без технического обслуживания.
В настоящее время реализуется модель «Импульс Директ микро», в которой применена более экономичная система связи на базе усовершенствованных технологий передачи данных.
Для оптимизации затрат на внедрение телеметрии узлов учета газа, построенных на базе мембранных счетчиков типа Elster G4(T) с посадочным местом под формирователь импульсов IN-Z61, применяется версия контроллера «Импульс Директ-ВК» (рис. 2).
Рис. 6. Счетчик импульсов со встроенным радиотрансивером «Импульс-ЛоРа» и подключенным формирователем импульсов, подключенный к счетчику газа
ДАЛЬНОСТЬ РАДИОСВЯЗИ
ПЛОТНАЯ ГОРОДСКАЯ ЗАСТРОЙКА
0.5...2 км
5...10 км
ПРИГОРОДНАЯ ЗОНА, НЕПЛОТНАЯ ГОРОДСКАЯ ЗАСТРОЙКА
ОТКРЫТАЯ МЕСТНОСТЬ
20...40 км
Рис. 9. Примерный диапазон расстояний от базовой станции до узлов учета в зависимости от внешних факторов воздействия
«Импульс Директ-ВК» подключается непосредственно к счетчику, минуя (рис. 3). Это позволяет сократить расходы на построение системы телеметрии, повысить надежность системы, так как исчезает проводное соединение, значительно уменьшить время монтажа и снизить требования к квалификации монтажника.
Система сбора данных дальнего радиуса действия состоит из двух устройств:
• устройства подсчета импульсов и противоаварийного контроля счетчика газа;
• устройства сбора и передачи данных на сервер (рис. 4).
СТАЦИОНАРНАЯ СИСТЕМА СБОРА ДАННЫХ ДАЛЬНЕГО РАДИУСА ДЕЙСТВИЯ «ИМПУЛЬС-ЛОРА»
Счетчик импульсов со встроенным радиотрансивером «Импульс-ЛоРа» (рис. 5) и подключен -ным к нему в заводских условиях формирователем импульсов (например, Ш^61) подключается к счетчику газа (рис. 6). Источником питания устройства является LiSOCl2-батарея мощностью 3,6 В, общей емкостью 17 Ач, типоразмера D. Устройство помещено в
пластиковый корпус(АБС-плас-тик, герметизация компаундом), может работать при температуре от -40 до 60 °С.
«Импульс-ЛоРа» считывает поступающие импульсы, инкремен-тирует накопительный счетчик, ведет архив суточных значений, в случае аварии регистрирует аварийный обрыв линии и передает данные по запросу базовой станции LoRa IoT base station® по
радиоканалу 868 МГц, 100 мВт (<20 дБм), LoRaWAN®. Базовая станция (рис. 7) производит опрос узлов Impulse LoRa, принимает данные с устройств «Импульс-ЛоРа», находящихся в ее радиусе действия (рис. 8), передает эти данные на сервер сбора по выделенной линии или каналу 2G/3G/LTE, осуществляет логирование ошибок и самодиагностику. Источником питания станции является Ethernet PoE
Таблица 1. Характеристики систем «Импульс Директ микро» и «Импульс-ЛоРа»
Параметр «Импульс Директ микро» «Импульс-ЛоРа»
Питание от встроенных батарей, внешнее питание не требуется Есть Есть
Срок работы без замены батареи Более 15 лет Более 10 лет
Работа на нелицензируемой радиочастоте Есть Есть
Дальность передачи данных в городских условиях До 20 м Более 500 м
Промежуточные устройства связи «Импульс-Омни» Не требуются
Необходимость аренды площадей под устройства наземной связи Не требуется Требуется (для базовых станций)
Частота передачи данных на сервер 1 раз в сутки 1 раз в сутки
Потребность в услугах операторов сотовой связи Есть Не требуется
Наилучшие условия применения Небольшие разрозненные проекты в виде отдельно расположенных оснащаемых многоквартирных домов. Количество объектов ограниченно, и в данной местности не планируется дальнейшее развитие системы сбора данных 1X 4? ,, Л! ' " ^ " « „ V" & а и Vя н а а и у . » в » » Ч зв ™ " ш 5 . V - " * » » " 11 ' 2« 3 V * " ^ 5 3 V ' « а Большие или перспективные городские проекты с текущей или планируемой плотностью расположения объектов более 2000 шт/км2, загородные и дачные поселки, деревни, поселки городского типа и т. д. с общим количеством узлов учета газа в системе не менее 10-20 тыс. шт. < ■ ■/-■¡С.. ' ч* '' * ч" ♦♦/Ч л <* « " 4 * » ,, и *
(резервирование - Li-ion, 4,2 В). Станция помещена в пластиковый корпус (АБС-пластик, 1Р65), рассчитана на работу в температурном диапазоне -40...60 °С.
КРИТЕРИИ ВЫБОРА СИСТЕМЫ
При проектировании крупной системы сбора данных, с количе -ством и плотностью расположения объектов более 2000 шт/км2, целесообразно рассмотреть внедрение системы сбора данных дальнего радиуса действия, позволяющей оптимизировать накладные расходы и значительно снизить общую стоимость системы за счет полного отсутствия промежуточных устройств между базовой станцией и конечными узлами учета газа.
АРМ ДИСПЕТЧЕРА
АРМ ОПЕРАТОРА БИЛЛИНГОВОИ СИСТЕМЫ АРМ ИНЖЕНЕРА ТО
Ш
ЛОКАЛЬНАЯ СЕТЬ ПОСТАВЩИКА ЭНЕРГОРЕСУРСОВ
ПК «ИМПУЛЬС»
СЕРВЕР СБОРА ДАННЫХ ОСНОВНОЙ
СЕРВЕР СБОРА ДАННЫХ РЕЗЕРВНЫЙ
Рис. 10. Верхний уровень системы сбора данных - клиент-серверный программный комплекс «Импульс»
Таблица 2. Основные функции клиентского приложения
Для удобства работы диспетчера все текущие данные, включая данные об абонентах, представленные в базе данных, показаны в одном главном окне:
• названия объектов;
• адреса;
• владельцы;
• номера лицевых счетов;
• телефоны;
• последние показания счетчиков;
• основные параметры настроек телеметрии;
• признак работоспособности телеметрии и т. д.
ПК «Импульс» предоставляет удобный интерфейс для заполнения данных по абонентам. Имеется возможность импортировать базу данных по абонентам с преобразованием данных в формат ПК «Импульс»
Практически все оборудование нижнего уровня из линейки «Импульс» является автономным, работает от встроенных батарей и не может оставаться на связи постоянно. Автономные контроллеры телеметрии связываются с сервером сбора данных по расписанию или в случае аварии. ПК «Импульс» рассчитан прежде всего на работу с такими устройствами, предоставляя инженерам технического обслуживания инструмент отложенных задач, с помощью которого можно передать в контроллеры такие параметры, как расписание, 1Р-адреса и пр.
Максимальное расстояние от базовой станции до узлов учета зависит от многих факторов, включая ландшафт, плотность городской застройки, высоту зданий, материалы стен и перекрытий, фоновые радиопомехи на несущей частоте и т. д.
Примерный диапазон расстояний для различных условий представлен на рис. 9. На указанных расстояниях допустим процент ошибок передачи пакетов дан-
ных от конечного узла к базовой станции не более 0,5 %, исходя из чего указывается срок работы «Импульс-ЛоРа» без замены батареи не менее 10 лет (табл. 1).
При превышении данных расстояний процент ошибок увеличивается, что приводит к росту числа повторных отправок пакетов и, как следствие, сокращению срока работы устройства.
Данные с контроллеров собираются, хранятся и обрабатываются
в так называемом верхнем уровне системы (рис. 10). Верхний уровень системы представляет собой клиент-серверный программный комплекс «Импульс», состоящий из трех компонентов:
• сервиса сбора данных, устанавливаемого непосредственно на основной и резервный серверы и обеспечивающего поддержку протоколов всех устройств, входящих в линейку «Импульс»;
• базы данных, развернутой либо на серверах сбора данных, либо на отдельных серверах баз данных, расположенных в выделенной сети предприятия;
• клиентских приложений (табл. 2), устанавливаемых на различных автоматизированных рабочих местах предприятия и имеющих доступ к базе данных.
ПК «Импульс» поддерживает разделение прав доступа пользователей в дополнение к возможностям администрирования, предоставляемым непосредственно системой управления базами данных.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Максимально точный учет потребленного газа - одно из главных условий надежного и устойчивого функционирования системы газоснабжения. Внедрение подобной системы дистанционного сбора данных позволяет оперативно контролировать потребление газа, повысить точность его учета, обеспечить достоверность и прозрачность учетных операций, оптимизировать затраты и при помощи своевременной подачи сигнала об опасном снижении давления газа в сети исключить риски возникновения разного рода «газовых» ЧП. ■
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ Р 8.741-2011. Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Объем природного газа. Общие требования к методикам измерений [Электронный источник]. Режим доступа: http://docs.cntd.ru/ document/1200102446 (дата обращения: 21.06.2018).
