Интеллектуальная система мониторинга по проводам электросети

Реализация технологий "умный город", "микрорайон", и т.д. подразумевают наличие разветвлённой и надёжной системы сбора информации о текущем состоянии огромного количества датчиков, счётчиков и других устройств с возможностью управления ими. Очевидно, что, например, для энергоучёта достаточно знать начальные показания и получать сигналы об их приращении, периодически передавая контрольные общие показания. Известные попытки создания таких систем с использованием традиционных технологий связи: Ethernet, GPRS, Zig Bee и др. оказываются недостаточно эффективными ввиду их избыточности по скорости передачи информации и сравнительно высокой стоимости. В самом деле, зачем телеге ракетный двигатель? Наиболее перспективным и адекватным решением для тех небольших скоростей и объёмов информации, которые могут иметь место в подобных системах - использование технологии PLC. Но как оказалось, известные устройства, реализующие технологию PLC, не обеспечивают требуемой надёжности передачи информации в условиях сильных помех, присущих данному нестандартному каналу связи. В итоге, в конце месяца "не сходится" баланс или ряд потребителей вообще "отваливается". Стремление повысить помехоустойчивость существующего оборудования за счёт увеличения мощности передаваемых сигналов приводит к нарушению норм электромагнитной совместимости и не может быть использовано на практике, а совершенствование технологий приёма сигналов за счёт использования оптимальных корреляционных приёмников требует существенного увеличения вычислительных мощностей и приводит к удорожанию устройств и системы в целом.

Новая система передачи информации по проводам электросети адаптируется к потоку от каждого источника информации и обеспечивает при минимальной стоимости максимально возможную (потенциальную) помехоустойчивость за счёт применения технологии сложных сигналов с быстрой корреляционной обработкой. Это позволило обеспечить надёжный приём информации даже при превышении уровня помех над полезным сигналом в 1000 раз, при относительно невысоких требованиях к вычислительным мощностям. Использование эффективных алгоритмов искусственного интеллекта делает такую систему адаптивной, самоорганизующейся и "непотопляемой" в самых сложных условиях помех и искажений.

Тематика Энергопрорыв 2016: ««Умный город» и управление им»

Рейтинг проекта +12

Команда

+ Вступить в команду
Показать еще

Обсуждения

В чем нуждается проект

Требуется понимание заказчиками, что практическая реализация интеллектуальных систем "умной" энергетики невозможна без применения специальных экономных технологий сбора информации от множества распределённых устройств, адекватных поставленной задаче.

Комментарии

Ольга Крайко

Проект очень интересен. Наша компания создает системы автоматического сбора показаний электросчетчиков для АСКУЭ. Мы действительно столкнулись с проблемой невозможности сбора информации. Все испытанные нами модемы, в том числе ведущих зарубежных компаний, то работают, то не работают, совершенно непонятно почему. Иногда есть связь на максимальном расстоянии, иногда не могут связаться даже модемы, расположенные на соседних этажах жилого дома. Бывает нет связи несколько суток, а потом опять все в порядке. Очень сомневаюсь, что Вы сможете одолеть эту проблему!!!

Леонид Гапотченко

Спасибо Вам за интерес к проекту, но у нас получилось! В КНР работает прототип с более мягкими параметрами. Для РФ всё намного круче, нужна приличная площадка...

Ответить +4 27 июня 2016 в 15:05
Natalya Ogneva

Добрый день! Ваша тема отличается от обычных проектов сбора показаний приборов энергоучёта. Присутствует слово "мониторинг". Как часто вы можете собирать данные по сети? Как быстро возможна доставка сообщений в части систем безопасности? С уважением, Наталья

Леонид Гапотченко

Мониторинг нужен и в системах электроснабжения потребителей. В старом, да и новом жилом фонде, нередко возникают аварийные ситуации из-за постепенного нарастания нагрузки в электросети. Отследить развитие такой ситуации, установив некий "порог", отключить аварийно или ограничить отпуск, предотвратив повреждение оборудования, пожар и т.п., очевидно, будет возможно, имея поступление информации со специальных устройств или её анализ со счётчиков чаще, чем 1-2 раза в сутки, например, как говорилось уже, отслеживая каждый киловатт и анализируя ускорение их получения.

Ответить 0 22 июля 2016 в 11:58
Юрий Карякин

Здравствуйте, Наталия! Главное отличие нашего проекта - адаптация систем передачи информации к требуемой скорости потока данных и к реальным характеристикам канала связи. "Мониторинг" подразумевает непрерывный в режиме реального времени сбор информации от множества объединенных в единую сеть оконечных и промежуточных устройств. Конечно, термины "непрерывный" и "реальное время" нужно понимать в практическом смысле. Считается, если сведения о состоянии устройства поступают в Центр контроля с частотой выборки в соответствии с теоремой Котельникова, то есть с частотой более чем в 2 раза превышающей максимальную существенную частоту в информационном спектре контролируемого устройства и время доставки меньше интервала стробирования, то такая система передачи будет непрерывной и работающей в реальном времени.

В нашей системе время доставки сообщения в Центр не превышает удвоенной длины передаваемого пакета, то есть не более 200 миллисекунд. То есть, для нужд охранной системы это можно считать допустимым временем доставки сообщений. В то же время, для решения задачи сбора информации о потреблении электроэнергии с целью оптимального управления распределением ресурсов в системах "умный дом" и "умный город" достаточно передавать информацию с периодом в 5 и даже в 30 минут. Это позволяет, меняя скорость передачи в больших пределах, в отличии от других систем связи PLC, обеспечить гарантированную доставку сообщений.

Леонид Гапотченко

Наверное, можно добавить ещё, что мы не теряем ресурсов на присущие другим системам "опросы" датчиков, поддержание синхроканала в системе, и оконечные устройства могут выходить в сеть абсолютно самостоятельно в любое время, когда им необходимо или передать информацию (например, добавился новый киловатт на счётчике), или передать тревожный сигнал, или передать периодическую служебную информацию о состоянии устройства (типа "Я жив").

Ответить +4 30 июня 2016 в 16:57
Андрей Мозохин

Добрый день, правильно ли я понял, что касается вашего последнего комментария. В сети сбора и передачи данных по "вашему" PLC, каждое устройство (прибор) является MASTER и может передавать информацию в канал когда ему вздумается спорадически? Не могли бы вы выложить схему связи, чтобы наглядно представлять что происходит на стороне клиента и стороне "компании"?

Ответить +4 30 июня 2016 в 17:38
Юрий Карякин

Андрей, добрый день!

Действительно, каждый модем в зависимости от конкретной ситуации является Master или Slave. Это возможно из-за особенностей транспортного протокола - каждый модем занимает ресурсы канала асинхронно в режиме случайного доступа. В результате, исключается главный недостаток традиционных сетей - затраты ресурсов канала на организацию дисциплины связи и синхронизацию. По мере увеличения уровня помех, традиционные сети все больше ресурсов канала связи затрачивают на передачу служебной информации и КПД такой сети быстро стремится к нулю.

В предлагаемой сети каждый модем в режиме приема непрерывно анализирует принимаемые сигналы и способен принимать адресованную ему информацию одновременно от нескольких передатчиков. Если в принимаемых пакетах обнаруживается информация, которую необходимо передать центральному концентратору (ретранслировать), модем включает эту информацию в свой пакет и передает в Центр.

Все рядом расположенные счетчики, датчики и другие источники информации опрашиваются модемом по проводному каналу RS232 или 485 или по микрорадиоканалу и анализируются. В зависимости от характера данных формируется информационный пакет и передается с заданной периодичностью (измерительный канал) или немедленно (сигнал тревоги)

По инициативе Центра адресным устройствам относительно редко передается служебная информация (установка единого времени, установка тарифов, переключение режимов счетчиков и датчиков, команды на отключение или переключение коммутируемых устройств и т.п.).

Ответить +4 3 июля 2016 в 01:48
Виталий Гапотченко

Электропроводка-действительно нестандартный канал связи. А можно ли применить используемые вами методы передачи в других направлениях, например: передача информации для управления устройствами по корпусу летательного аппарата (самолет, ракета, БПЛА), по металлическим трубопроводам? Потребует ли это каких-либо сложных изменений в Вашей технологии? В применении к программе энергоэффективности сможет ли это позволить осуществлять сбор и контроль тепловых мощностей с каждой батареи многоквартирного дома, о чем энергетики сегодня могут только мечтать?

Юрий Карякин

Предлагаемая технология может быть применена во всех случаях, когда необходимо обеспечить надежную передачу информации для решения задач мониторинга, телеметрии и управления в пространственно распределенной системе. В качестве линии связи возможно использовать любые электропроводники - электрические провода электропитания, металлический корпус ракеты, самолета, автомобиля, электромагнитные волны - радиосистемы, а также среды способные переносить механические колебания (гидроакустические системы, геофизические среды) и т.д. Что касается батарей многоквартирного дома - металлические трубы отопления также могут быть средой передачи информации. Но для контроля тепловых мощностей начинать нужно с тепловых датчиков. Для их питания нужна энергия. Если для питания тепловых датчиков-счетчиков будут использоваться провода - целесообразно их использовать для связи. Если эти счетчики-датчики будут иметь автономное питание, тогда целесообразно эту технологию использовать для связи по радиоканалу.

Ответить +2 4 июля 2016 в 23:02
Сергей Венедиктов

Здравствуйте, команда проекта. В описании Вы подчеркиваете надежность вашей системы передачи информации для распределительных электрических сетей 0,4 кВ. Скажите, какая вероятность безотказной работы вашего устройства для абонентской сети в микрорайона (10 000 потребителей), при 15-20 отказах (кз электропроводки) по статистике в одни сутки?

Юрий Карякин

Сергей, здравствуйте! Да, обеспечить надежную связи при 15 - 20 отказах электросети в сутки - это сложная задача. Но, в нашем случае, отказы в подаче электроэнергии не приводят к нарушению связи - часть модемов, которые подключены к устройствам тревожной сигнализации имеют автономные бесперебойные источники питания и продолжают нормально работать без электропитания по сети. При физическом обрыве проводов электросети используются возможности адаптации и самоорганизации сети - структура сети автоматически перестраивается и организуются обходные пути для передачи информации. То есть, сеть будет продолжать нормально работать. Вероятность того, что при одиночной аварии, сеть не найдет обходные пути близка к нулю.

Ответить +2 4 июля 2016 в 23:16
Сергей Венедиктов

Юрий, здравствуйте! При такой организации каналов связи возникает естественный вопрос про стоимость байта информации по причине оценки необходимости диагноза при его стоимости большей, чем работа электромонтера по ремонту и контролера, снимающего показания в отчетный период.

Ответить +1 4 июля 2016 в 23:28
Юрий Карякин

Сергей, наоборот, целевая функция при проектирование нашей системы - минимизация стоимости передачи бита информации. Ни одна из известных нам систем связи PLC не может конкурировать с нами по удельной стоимости и надежности передачи информации.

Ответить +2 5 июля 2016 в 00:23
Сергей Венедиктов

Юрий, целевая функция это красивая формула на бумаге. Реалии это цифры, даже если в относительных единицах. Приведите, по возможности, показатели Вашего устройства по сравнению с остальными конкурентоспособными PLC системами и сравнение с затратами человека-оператора.

Ответить +1 5 июля 2016 в 00:36
Юрий Карякин

Сергей, удельная стоимость модема на одного потребителя не превышает 1000 рублей, дополнительная стоимость оборудования верхнего уровня и текущие затраты на обслуживание и ремонт не более 200 рублей за весь срок эксплуатации, что при сроке эксплуатации 10 лет приводит к удельным затратам 1200/120 = 10 рублей в месяц на один модем. Для решения вашей задачи на обслуживание микрорайона в 10000 потребителей приведенные затраты составят 100000 рублей в месяц, что соответствует фонду зарплаты для 2 человек. При этом, вы получаете информацию в квазиреальном времени (с максимальной задержкой от 1 до 300 секунд в зависимости от задачи) о потреблении всех видов энергии, о состоянии элементов электросети, параметры подаваемой потребителям электроэнергии и значения нагрузок, что позволит строить "умный дом", "умную улицу", "умный город". Технологии мониторинга в реальном времени и ручного сбора информации о потреблении раз в месяц нельзя сравнивать в принципе. Это тоже самое, что сравнивать эффективность автомобильных перевозок с доставкой нарочным.

Ответить +2 5 июля 2016 в 11:12
Сергей Венедиктов

Юрий, спасибо за исчерпывающие ответы, но мне представляется, что Ваша система должна выполнять больше охранные функции, тем более, что съем информации показаний счетчиков один раз в месяц это не кормежка тамагочи. Успехов в проекте!

Ответить +2 5 июля 2016 в 11:52
Юрий Карякин

Сергей, Вы не поняли меня. Один раз в месяц показания со счетчиков обычно снимают бабушки в ручном режиме. В нашей системе показания со счетчиков можно снимать с дискретностью в 1 секунду, если это конечно кому-нибудь нужно. На наш взгляд. для реализации проектов типа "умный потребитель" достаточно передавать информацию об изменении состояния счетчика например на 1 квт-час, это соответствует примерно 5 сеансам связи за один час, что есть периодичности передачи в 10 - 15 минут.

Ответить +2 5 июля 2016 в 12:18
Леонид Гапотченко

По нормативам ручной съём производится один раз в полгода, так и на этом экономят! Конечно, ещё и не везде попасть за железные двери. А если необходимо централизованно поменять время? Наступает катастрофа и запрос денег у Правительства от 700 до 3000 руб на точку учёта... При наличии такой системы можно возвращать летнее и зимнее время:)

Ответить +2 5 июля 2016 в 17:25
Леонид Гапотченко

Добрый день! Системы мониторинга должны выполнять и охранные функции, правильно Вы заметили. Там правда юридические вопросы появляются, но при желании их можно решить. Но энергетики требуют, например получасовые срезы и т.д. и т.п. (аппетит ведь рождается во время еды!), с чем мы не всегда согласны, т.к. данная информация от конечного потребителя физически будет вряд ли когда использована. А освещение внутреннее и наружное, а приборы общедомового учёта, а возможности дистанционного управления, например, насосами: по мелочи набегает много точек контроля и при их оснащении передатчиками или модемами можно реализовать функционал мониторинга.

Ответить +2 5 июля 2016 в 16:34
Сергей Венедиктов

Коллеги, избыточность точек и функций контроля нужна в специальных системах. Нет необходимости считать количество взмахов крыльев пчелы в режиме мониторинга, достаточно посадить гречишное поле, или липы и пчела сама найдет куда лететь за медом. Внутридомовые системы желательно иметь вандалостойкими, незачем считать дозу фликера лампочки на лестничной площадке, или я ошибаюсь?

Ответить +2 5 июля 2016 в 17:19
Леонид Гапотченко

Добрый день, Сергей! Вы правы, мы с самого начала говорим об адекватности... Но как только у Заказчика появляется в руках реально работающий механизм, его начинают нагружать. Вспомните обычный счётчик... Раньше он только считал киловатты, затем начал пики/полупики, всё хранить несколько лет и т.д. и т.п. Вот и у нас: мы не навязываем охватить всё и вся - в этом нет необходимости, но когда вы имеете работающую АСКУЭ, и техническую возможность в качестве подсистемы добавить в неё сбор со счётчиков воды, газа, теплосчётчиков с батарей, дать возможность установки тревожной кнопки (дёшево!!!), проконтролировать уличное освещение (если лампа не работает можно и штраф схлопотать, который дороже затрат на установку передатчика!), Вы как Заказчик находите свои "сложные" места и должны иметь возможность их "закрыть". Поэтому можно масштабировать систему и изменять её глубину: пока что рассчитываем на 3 000 точек контроля на 1 трансформатор ТП. Будет меньше - хорошо! Скорость будет повыше. Вот мы и ждём пчёл на наше поле!

Ответить +2 5 июля 2016 в 17:37
Юрий Карякин

Господа! По-моему Вы разворошили пчелиный рой проблем. Нужно их рассортировать по приоритетам. В первую очередь - это проблемы с энергетическим учетом (оперативный контроль показаний счетчиков, контроль в реальном времени дисбаланса потребления с целью обнаружения утечек и банальных хищений создание умного потребителя, который имея оперативную информацию о потребления и тарифах на своем смартфоне, сможет при помощи специальной мобильной программы минимизировать энергозатраты и т.д.). Затем проблемы технического обслуживая сетей (аварии, вандализм в электрощитах, подстанциях, косинус фи, перегрев трансформаторов и т.д.). Затем дополнительная информация о потреблении тепла, газа, воды и т.д. Затем вопросы передачи тревожных сигналов систем охранной и пожарной сигнализации. Что касается "умного города" - оснащение групп осветителей приборами контроля движения людей и машин, передача в концентратор информации о движении, концентратор прогнозирует дальнейшее перемещение людей или машин и дает команду по переключению соответствующих осветительных приборов таким образом, что освещать только участки улиц, где в данный момент есть люди или машины.

Леонид Гапотченко

Точно! Как только появляется реальная техническая возможность обеспечить надёжность в доставке информации, то далее вдруг появляется этот самый рой самых разнообразных задач. Нужно реализовать пилотный проект, постараться "зацепить" и передачу данных по учёту, и охрану, и управление конечными устройствами в ведомстве управляющей компании ЖКХ, возможно, сигнализацию (чердаки, подвалы). Как только появится оперативная информация, желающие её получать найдутся.

Ответить +1 6 июля 2016 в 15:43
Константин Заподовников

Конкретный вопрос к авторам:
потянут ли процессоры сейчас выпускаемых счетчиков ЭЭ с PLC модемами (Энергомера, РИМ и др.) модернизацию встраиванием вашего программного обеспечения?

Наши западные "благодетели" уже приготовили российским "патриотам" от энергетики очередные "конфетки" - счетчики с широкополосными сетевыми интерфейсами и, соответственно, необходимость строить такие сети.
Вы и я со своей системой упаковки данных пытаемся модернизировать существующие информационные сети силой мысли, понимая ограничение возможности такого решения лишь сбором первичной информации в моем случае. Хотя, такую функциональную несимметрию информационной сети вполне можно обосновать.

Юрий Карякин

Константин, здравствуйте!
Процессоры электросчетчиков не предназначены для цифровой обработки сигналов в реальном времени, за исключением очень низкочастотных процессов сети 50 Гц. PLC модем реализуется на отдельном процессоре который может быть вмонтирован в корпус электросчетчика.
С западными конфетками всегда трудно бороться, потому что в дело вступает тяжелая артиллерия зеленых бумажек. Но, к счастью, российские электросети настолько плохие для связи PLC, что можно не волноваться, ни одна традиционная система связи там надежно работать не будет.

Ответить +1 2 августа 2016 в 13:53
Ответить +1 1 октября 2016 в 15:12
Леонид Гапотченко

В 2018 году принимали участие в конкурсе - не вышли в полуфинал. Отчётливо просматривается протекционизм на данном сегменте рынка, несмотря на правильные выводы Д. Холкина из НТИ о путях развития умных сетей. Правильно говорит К. Заподовников о том, что скоро нас просто положат "под Запад", т.к. не поддерживает государство своих!

Ответить 0 17 февраля в 13:53

Добавление комментария