Размещено на http://www.allbest.ru

АННОТАЦИИ

Выпускная квалификационная работа посвящена проектированию автоматизированной системы контроля и учета за потребляемыми ресурсами на предприятии. Данная система предполагает наличие нескольких уровней: уровень счетчиков, уровень концентраторов, уровень рабочего места оператора. В зависимости от настроек программного обеспечения программа оповещает оператора о неисправностях отдельных узлов системы, о приближении или наступления лимита по потреблению ресурса, а так же о наличии утечки ресурсов на территории предприятия.

Final qualifying work is devoted to the design of the automated control and accounting system for the consumed resources in the enterprise. This system presupposes the existence of several levels: Level meters, level raisers, the level of the operator's station. Depending on the settings of the software program notifies the operator of the fault of individual system components, the approach or the occurrence of the limit on the consumption of resources, as well as the presence of resource leaks in the plant.



ВВЕДЕНИЕ

Любое предприятие, организация при производстве какого либо вида услуг, предметов, продукции использует те или иные энергоносители. В свою очередь, они должны оплачивать потребляемые энергоносители. Стоимость потребляемых предприятиями таких энергоносителей, как электроэнергия, горячее и холодное водоснабжение, газоснабжение, и т.д. возрастает из года в год, все выше и выше. Поэтому проблема экономии объёмов потребляемых энергоносителей все более остро возникает на предприятиях.

Для получения максимальной экономии потребляемых ресурсов надо вести жесткий контроль и учет за объёмом полученных, израсходованных ресурсов, чтобы понять на какие процессы, в каких рабочих местах более экономично будет произвести какие либо изменения в оборудовании или технологии производства.

В данной выпускной квалификационной работе в исследовательской части будет описана проблема экономии потребляемых ресурсов на предприятиях а так же методы их экономии. Будет произведены выбор и обоснование выбора технических средств для автоматизированной системы контроля и учета. В специальном разделе будет производиться расчет потребляемой мощности а так же разработка управляющей программы в виде алгоритма и программы. Технико-экономический раздел включает в себя расчеты по себестоимости построения системы, а так же стоимости работ, необходимых для установки данной системы. Так же в этой работе будет затронута тема по экологии и безопасности жизнедеятельности.



1. ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ РАЗДЕЛ

1.1 Описание методов энергосбережения

автоматизированный контроль учет электропотребление

В настоящее время работы по энергосбережению ведутся по следующим направлениям:

- увеличение эффективности производственного процесса;

- экономия энергоресурсов.

При увеличении эффективности производственного процесса достигается путем оптимизации производственных процессов. Под оптимизацией производственных процессов в каждом случае понимаются разные методы, например, под оптимизацией можно понимать как усовершенствование оборудования, или усовершенствование производственного процесса, но в целом понятие оптимизация приходит к одному: это сокращение издержек производства, рост качества изготавливаемой продукции и увеличение объёмов продукции. Здесь можно ввести такое понятие как энергоемкость производства - количество энергии, затраченное на производство единицы продукции.

Рассматривая вопрос экономии энергоресурсов надо понять определение энергосбережения.

Режим энергосбережения - это такая система, при котором достигается максимальное снижение потерь энергии при доставке энергии к ее конечному потребителю, а так же система использования энергоресурсов. ^[1]

В то же время нужно понимать, что энергоэффективность и энергосбережение -- ключевые понятия обеспечения эффективности, как бизнеса, так и государства в целом. При этом именно промышленность (бизнес) первая пожинает плоды нерационального использования ресурсов, что отрицательно сказывается на себестоимости производства. Так, любой бизнес строится на балансе доходов и издержек производства (постоянных и переменных), в число которых непременно входят затраты на потребляемую энергию -- будь то тепловая, электрическая или любая другая. И чем они меньше, тем лучше себя чувствует бизнес.

Например:

Для офиса площадью 1000 кв. м замена люминесцентного освещения на светодиодное в течение 5-ти лет позволит добиться экономии в среднем на 50%. И это с учетом расходов на покупку и установку новых светильников.

Так же можно рассмотреть другой пример:

Предположим завод (предприятие) имеет большую территорию. Здесь расставлены цеха, производственные и иные помещения, необходимые для работы предприятия. Если где то в трубопроводе (между цехами или другими помещениями), идет утечка воды в труднодоступном месте, то есть большая вероятность того, что с этого места утечки воды вода может течь достаточно долгое время, пока не обнаружат это. Рассматривая с другой стороны - организация должна оплачивать и эти кубометры (к примеру) просто вылитой воды. Эти расходы можно было бы избежать, если бы измерялся объём поступающей на территорию предприятия воды и воды, использованной в каждом цеху отдельно, обычным сравнением полученных и потребленных объёмов.

С этих примеров можно хотя бы понять тот факт, что на каждом предприятии необходимо контролировать расходы потребляемых ресурсов для достижения наибольшего дохода от производства.

На предприятиях используется ряд эффективных способов для экономии электроэнергии. Основные из них:

- модернизация оборудования;

- применение энергосберегающих технологий;

- уменьшение потерь электроэнергии в электроприемниках и системах электроснабжения;

- регулирование режимов работы оборудования;

- улучшение качества электроэнергии.

В промышленности можно применить очень много способов энергосбережения. Энергия и деньги -- это две важные мотивации на пути к энергосбережению. Если доступ к энергии имеет лимит, то это дополнительная мотивация к экономии (например, лимитирование на использование электричества, после достижения которого цена за объём электроэнергии возрастает).[2]

1.1.1 Системы отопления

Чтобы добиться стабильной экономии ресурсов при использовании системы отопления на любом предприятии, необходимо выполнить несколько основных условий. Считается, что руководство предприятия само знает, на чём и как ему сэкономить. Однако практика показывает, что без консультации специалистов узкого профиля на предприятиях упускаются важные моменты энергосбережения:

- экономия ресурсов начинается с анализа энергоносителя. Для большинства отечественных предприятий характерно использование тех природных ресурсов, которые легче приобрести или добыть. Например, если рядом расположен угольный разрез, проще топить именно углём. Но это вовсе не значит, что нужно отдавать предпочтение только традиционным энергоносителям.

- вторым этапом модернизации отопительной системы будет повышение коэффициента полезного действия. Специалисты настоятельно рекомендуют максимально автоматизировать производственный процесс. Ручное управление никогда не сравнится с умными приборами почти мгновенно реагирующими на любые отклонения в работе системы!

- и третья составляющая успеха -- обеспечение качества используемого топлива. Чем оно выше, тем устойчивее и экономнее функционирует отопление. Экономия на качестве в расчете на уменьшение финансовых затрат в этом вопросе -- самообман.

К основным способам экономии относят:

Простые методы

- обеспечение надёжной теплоизоляции, достигающееся в первую очередь защитой от холода наружных коммуникаций (теплотрасс) и помещений в целом -- экономия от 15 до 20%;

- использование отходов производства в качестве источника тепла (например, сжигание опилок или древесных отходов) -- приносит до 20 и больше процентов экономии.

Продвинутые методы:

- установка учётных приборов -- настоящая классика энергосбережения, обеспечивающая экономию до 30%;

- монтаж полов с подогревом обеспечивает экономию топлива в 40-50%, особенно осенью или в весенний период, когда отопление не включается на полную мощность, а температура окружающей среды не достигает максимально низких температурных показателей;

- использование современных котельных приносит экономию в 20-25%.

Высокотехнологические методы:

- Применение для отопления солнечных коллекторов. В ясные дни эти современные системы способны обеспечить 50% экономию основного топлива, использующегося в системе отопления;

- тепловые насосы. Высокую эффективность вам обеспечат как воздушные так и на основе грунтового коллектора. Эффект от внедрения данных систем -- очень высок.

- солнечные коллекторы. Новейшая технология, экономично и качественно решающая проблему с отоплением. Очень эффективна. [2]

1.1.2 Системы водоснабжения

Следует отметить, что потребление водных ресурсов в промышленности достигает всего 22-25%. Для сельского хозяйства эта цифра больше примерно в три раза. Но это не значит, что к водопроводной системе на предприятиях можно относиться халатно.

Экономия воды, прежде всего, включает не только снижение объёмов потребления, но и обеспечение безопасности предприятия для окружающей среды. Все хорошо знают, насколько часто промышленные отходы попадают в грунтовые воды, а оттуда проникают в городские водопроводы, колодцы и скважины с питьевой водой. Изношенность сетей водоснабжения -- настоящая катастрофа для окружающей среды.

На эту проблему и нужно ориентироваться в первую очередь при внедрении энергосберегающих технологий.

Простые методы

- своевременный ремонт и реконструкция трубопроводов -- 20-30% экономии водных ресурсов;

- установка современного сантехнического оборудования (кранов, смесителей, замен устаревших труб) в подсобных помещениях -- от 20% экономии.

Продвинутые методы

- установка приборов учёта -- счётчики сокращают потребление до 40%;

- специальные смесители с инфракрасными датчиками. Доказали свою незаменимость во всем мире. Экономия от 30-45%.

- внедрение систем оборотного водоснабжения, в которых вода используется для охлаждения оборудования повторно -- до 30-40%.

Высокотехнологические методы

Использование безводных или маловодных технологий, которые требуют немалых капиталовложений в модернизацию производства, но при этом отличаются максимальной экономией -- в некоторых случаях до 60-70%.[2]

1.1.3 Система газоснабжения

Экономия газа -- актуальная проблема для всех предприятий, нуждающихся в этом энергетическом ресурсе.

Общеизвестно, что самый крупный потребитель указанного ресурса -- промышленность (до 40% добычи). А больше всего нуждается в голубом топливе металлургическая отрасль.

Если газ не используется в технологических процессах, проблема его сбережения отпадает сама по себе, заменой газового оборудования на электрическое. Но в случае регулярной закупки газа всё время повышающаяся цена этого вида топлива и неэкономное использование способно привести к финансовой нерентабельности предприятия.

Цена газа всегда отображается в себестоимости выпускаемой продукции и, соответственно, снижает конкурентоспособность на рынке. Исключить подобные проблемы помогут различные методы экономии.

Простые методы

- установка счётчиков -- давно известный и хорошо зарекомендовавший себя способ, приносящий экономию от 20 до 30%;

- утепление помещений -- метод актуален при использовании голубого топлива в качестве источника тепла на предприятии (экономия до 30-35%).

Продвинутые методы

- установка датчиков и регуляторов, позволяющих исключить ручное управление оборудованием.

- терморегуляторы в печах для плавки стекла приносят экономию потребления в 12%. Показатель этот невелик, но за счёт стабильного сокращения потребления ресурса заметно снижается себестоимость выпускаемой продукции.

Высокотехнологические методы

Снижение потребления за счёт использования органического топлива. Актуально для ТЭЦ и котельных (приносит стабильную экономию от 10%). Метод ценится за невысокие капиталовложения и быструю окупаемость. При применении этого решения -- необходима замена оборудования.[2]

1.1.4 Результаты внедрения энергосберегающих решений

Использование вышеописанных методов и способов, особенно целенаправленная работа по энергосбережению -- значительно снижает расходную часть бюджета предприятия касающуюся оплаты потребленных ресурсов.

Кроме того, во время оптимизации энергопотребления вы замените ваше устаревшее оборудование более новым и экономным.

Эффективность работы современного оборудования очень высокая -- это повышает общую производительность вашего предприятия, понижает себестоимость продукции и улучшает ее качество.

Такой кумулятивный эффект крайне положительно сказывается на общей рентабельности бизнеса. Это доказано повсеместным внедрением политики энергосбережения в производствах Западной Европы и США, странах Юго-Восточной Азии.[3]

1.2 Автоматизация контроля и учета потребляемых ресурсов как способ энергосбережения

Как отмечалось, целенаправленная работа по энергосбережению, приводит к уменьшению затрат организации на оплату потребленных ресурсов. А вот если хотя бы частично автоматизировать этот процесс? Предположим, на предприятии одни цеха работают строго в интервале определенного времени, и в данных цехах нет оборудования, которое должно постоянно работать (например, цех с токарными станками), то этот цех можно отключать полностью от потребления электроэнергии (не учитывать охранную и пожарную системы).

Для реализации этого давайте разберемся более углубленно.

Автоматизированная система контроля и учета потребляемых ресурсов (сокращенно АСКУ) предназначена для контроля и учета потребляемого количества электрической энергии, тепловой энергии и теплоносителя, холодной и горячей воды, природного газа, а так же об объёме потреблении иных ресурсов, при подключении соответствующих считывающих устройств (счетчики, датчики). Так же в его функцию включена возможность автоматического сбора, накопления, обработки, хранения, отображения и передачи информации о потреблении энергоресурсов в диспетчерские и расчетные центры, с целью произведения расчетов, анализа и последующей выработки эффективной политики расходования ресурсов, используемых на предприятии.

АСКУ может применяться практически во многих сферах:

1) В сфере ЖКХ можно контролировать потребление определенных ресурсов как в рамках отдельных домов/зданий, так же в границах определенного района.

2) В сфере производственных предприятий/ заводов для контроля потребляемых как энергоресурсов, так же для контроля специфических расходуемых ресурсов, используемых при производстве определенных продуктов производства.

Экономическая эффективность использования АСКУ:

- обеспечение расчетов за потребляемыми ресурсами строго в соответствии с реальным объемом их потребления;

- комплексный автоматизированный учет потребляемых ресурсов и контроль их параметров;

- контроль потребления всех потребляемых ресурсов на объектах учета по заданным временным интервалам: относительно лимитов, технологических ограничений мощности, давления, расхода и температуры;

- сигнализация цветом и звуком об отклонениях контролируемых величин от допустимого диапазона значений с целью принятия оперативных решений.[4]

Состав АСКУ:

- счетчики потребляемых ресурсов, такие как, электронные энергосчетчики, оснащенные импульсным телеметрическим выходом или цифровым выходом (счетчики холодной и горячей воды, счетчики активной и реактивной электроэнергии, в том числе трансформаторного включения, теплосчетчики, счетчики газа, измерительные комплексы газа), устройства подсчета количества и объёмов ресурсов, предназначенных для изготовления продуктов производства (к примеру, весовой контроль на въезде на склад и на выезде со склада определенного типа ресурсов, исходя из которых, можно подсчитывать объём хранящихся на складе ресурсов);

- исполнительные механизмы, (для электроэнергетической сфере - ключи, реле для отключения или включения определенных цепей; для водоснабжения - краны для отключения и включения подачи воды и теплоснабжения; ключи и переключатели для отключения и включения газоснабжения и так далее);

- модуль сбора информации с датчиков (счетчиков) и передачи этой информации на серверное оборудование (сервер может быть как отдельно, так и в составе АРМ), а так же для приема управляющих команд от сервера (АРМ) и передачи данных команд в соответствующие исполнительные механизмы для их дальнейшего выполнения. Здесь так же идет привязка показаний с датчиков к времени, когда были получены данные от счетчиков;

- Дополнительные вспомогательные устройства, предназначенные для передачи информации в различных местах (преобразователи, усилители, ретрансляторы, блоки питания и другие, данное оборудование используется только по нужде - при определенных условиях);

- сервер, или АРМ, который используется дополнительно как сервер, для обработки, сбора данных с разных участков сети - системы, для контроля за потреблением ресурсов в разных участках и цехах (при необходимости отключение отдельных участков и цехов от определенных видов ресурсов как автоматически - при наступлении определенных событий, так и по требованию оператора АРМ, имеющего разрешение для данных операций в АСКУ). [4]



Рисунок 1.1 Структурная схема АСКУ

Рисунок 1.2 Структурная схема системы в отдельно взятом помещении/цеху.

В общем случае АСКУ работает следующим образом:

1) Показания счетчиков через каналы связи передаются на модуль-концентратор. Модуль концентратор необходим для объединения большого количества счетчиков в одну сеть для функционирования автоматизированной системы контроля и учета. Так же концентратор имеет возможность сохранения последних полученных данных.

2) С модуля-концентратора информация отправляется на АРМ (сервер) для получения этих данных сервером, их вторичной обработки, занесения данных в базу данных, а так же дальнейшей обработки полученных от счетчиков данных.

3) В зависимости от настроек программного обеспечения можно задавать настройки параметров потребления ресурсами (например, при достижении определенных значений за определенный промежуток времени - сигнализация оператору об этом).

4) Так же при несовпадении данных с главного счетчика (на вводе в производственное предприятие) и суммы показаний данного рода ресурсов (со счетчиков в разных участках системы) система оповещает об этом. Исходя из этого сигнала, можно будет судить о том, что на определенном участке передачи ресурсов идет потеря потребляемого ресурса (если рассматривать водоснабжение, то это значит что где-то идет утечка воды).

В совокупности всех устройств будет получена система, реализующая сбор и обработку данных со счетных устройств, а так же оповещения оператора об утечке ресурсов из системы снабжения, о приближении или наступившем ограничении лимита по потреблению данного вида ресурса за определенный период.

1.3 Постановка задачи

Для решения задачи учета и контроля электропотребления на территории небольшого предприятии необходимо разработать систему, состоящую из следующих узлов (для примера взята система, в составе которого имеется 3 цеха для учета электропотребления и основной счетчик на вводе электроэнергии на территорию предприятия)



Рисунок 1.3. Схема АСКУ для контроля потребляемой электроэнергии

Рисунок 1.4. Схема оборудования в производственном здании №1

Система для данного случая состоит из следующих элементов:

- счетчик потребления электроэнергии (играет роль датчика);

- сам АРМ, играющий роль сервера, предназначается для управления исполнительным механизмом в зависимости от показаний счетчика. Так же это может быть стенд для учета и контроля за электропотреблением на территории предприятия. Здесь устанавливается соответствующее программное обеспечение, или стенд, на котором будет выводиться информация о работе системы - показания, состояния переключателей, индикаторы аварийного состояния, а так же другие элементы.

В данной системе наличие модуля-концентратора не обязательно. Объясняется это тем, что в данной системе малое количество устройств, соединенных в единую сеть, а так же в рассматриваемой системе, не большая длина каналов связи (менее километра каждый).

Выводы

В исследовательском разделе выпускной квалификационной работы были рассмотрены методы по снижению расходов потребляемых ресурсов на предприятии. Была приведена общая схема автоматизированной системы контроля и учета потребляемых ресурсов. Представлено задание на разработку автоматизированной системы контроля и учета для предприятия, в состав которого входит 3 цеха, потребляющие электроэнергию.



2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

2.1 Выбор и обоснование технических средств автоматической системы контроля и учета электропотребления

Автоматизированная система контроля и учета за потребляемыми ресурсами должна иметь 3 основных узла:

- узел счетчиков;

- блок преобразования каналов связи счетных устройств и АРМ;

- пульт управления (АРМ, для хранения и обработки данных, полученных из счетчиков);

Модуль-концентратор является не обязательным узлом системы (более подробно о целесообразности включения данного узла будет рассмотрено позже).

Структурная схема отдельных узлов автоматизированной системы контроля и учета за потреблением электроэнергии представлена на рисунках 2.1, 2.2, 2.3.

Рисунок 2.1 - Структурная схема многотарифного электронного однофазного счетчика электроэнергии с интерфейсом RS-485



Рисунок 2.2 - Структурная схема концентратора RS485

Рисунок 2.3 - Структурная преобразователя RS485 в RS232 для подключения к АРМ

2.1.1 Понятия активная, реактивная и полная мощность

Расчет энергии, потребляемой за определенный промежуток времени любой нагрузкой, требует интегрирования текущих значений активных мощностей в течение всего времени измерения. В электромеханических СЭ это осуществляется механическим счетчиком. В цифровых СЭ необходимо реализовать постоянное суммирование вычисленной величины активной мощности за определенные промежутки времени.

В общем случае, значение потребленной энергии выражается формулой:

(2.1)

где p(t) значение мгновенной мощности в момент времени t; T время измерения.

При синусоидальных формах тока и напряжения в сети

p(t) = u(t) * i(t) = U_msin?t * I_msin(?t + ?) = UIcos? UIcos(2?t + ?) (2.2)

где u(t) и i(t) мгновенные значения, соответственно, напряжения и тока в сети; U_m и I_m амплитудные значения напряжения и тока; U и I действующие значения напряжения и тока (U = U_m/ 2; I = I_m/ 2). Интегрирование выражения (2) по периоду дает значение активной потребляемой мощности:

P = UIcos? = Scos? [Вт] (2.3)

где S = UI полная мощность потребления [ВА].

Реактивная мощность в этом случае определяется следующим образом:

Q = UIsin? = Ssin? [ВАР] (2.4)

Для вычисления любых мощностей (P, Q, S) в цифровых счетчиках необходимо измерять любые два значения из четырех величин P, Q, S,?? . Это принципиально невозможно реализовать в электромеханическом СЭ из-за их конструктивных особенностей.

Из рассмотренных формул следует что для измерения обьема потребленной электроэнергии необходимо измерять моментальные значения тока ( I ) и напряжения ( U).[5]

Для измерения значения потребляемого тока можно использовать в качестве датчика тока один из трех видов датчиков:

-- резистивные датчики (токовые шунты);

-- датчики тока на эффекте Холла;

-- трансформаторы тока;

-- волоконно-оптические датчики тока (ВОДТ) на эффекте Фарадея;

-- пояс Роговского;

-- токовые клещи;

Каждый обладает своими достоинствами и недостатками, которые и ограничивают сферу его применения. Информация о видах датчиков тока указаны в таблице 2.1. [6]

Таблица 2.1

Характеристики датчиков тока

	Токоизмерительные резисторы	Трансформаторы тока	Датчики холла
Измеряемый ток	Постоянный	Переменный	Постоянный и переменный
Диапазон измеряемого тока	До 20 А	До 1000 А	До 1000А
Погрешность измерений	1%	5%	10%
Гальваническая развязка	Нет	Есть	Есть
Вносимые потери	Есть	Есть	Нет
Частотный диапазон	100 КГц	50/60/400 Гц	200 КГц
Относительная стоимость	Низкая	Высокая	Средняя
Требуют внешний источник питания	Нет	Нет	Да

Главным недостатком резистивного датчика тока является необходимость подключать датчик непосредственно в цепь измерения.

Главным недостатком трансформатора тока является измерение только переменных токов промышленной частоты.

Датчик тока на основе эффекта Холла обладает рядом преимуществ, которые заключаются в возможности измерения как постоянных, так и переменных токов, и малых размерах. К их главным достоинствам следует отнести отсутствие вносимых с систему потерь мощности, широкий диапазон частот. Недостатком является необходимость внешнего источника питания и зависимость от температуры.[6]

2.1.2 Выбор счетчика электроэнергии

Выбор счетчика для получения данных требуется осуществить исходя из следующих характеристик:

- Требуется, чтобы счетчик потребления электрической энергии учитывал не только активную составляющую электроэнергии, так же реактивную составляющую, так как на многих предприятиях идет потребление по обеим составляющим электрической энергии;

- Следует выбирать счетчик электроэнергии для трехфазных цепей электроэнергии, причиной этого является широкое использование трехфазных цепей питания на производственных предприятиях;

- Следует выбирать счетчики с информационным выходом для подключения счетного устройства к каналу связи стандарта RS485 с целью передачи по нему информации о потреблении, а так же информации о идентификатора счетного устройства;

Рассмотрим два счетчика электроэнергии российского производства: Меркурий 230 AR-01 R а так же Энергомера CE303 R33 745-JАZ.

Рассмотрим характеристики Меркурий 230 AR01R.[7]

Данный счетчик предназначен для учета активной и реактивной электрической энергии и мощности в одном направлении в трехфазных 3-х и 4-х проводных сетях переменного тока частотой 50 Гц через измерительные трансформаторы тока или непосредственно с возможностью передачи измерений и накопленной информации об энергопотреблении по цифровым интерфейсным каналам.

Эксплуатируются автономно или в составе любых информационно-измерительных систем технического и коммерческого учёта.

Счетчики обеспечивают:

· Учет активной и реактивной электроэнергии в однотарифном режиме суммарно по всем фазам или учёт активной энергии в каждой фазе по отдельности (опционально).

· Измерение мгновенных значений активной (P), реактивной (Q) и полной (S) мощности по каждой фазе и по сумме фаз. Определение направления вектора полной мощности;

· измерение пофазно: тока (I), напряжения (U), частоты (F), cos fi, углов между фазными напряжениями.

· Возможно управление внешними устройствами отключения/включения нагрузки потребителя через программируемый импульсный выход.

· Передача результатов измерений по силовой сети 220/380В (только потреблённая энергия), интерфейсам CAN, RS-485 (все доступные данные).

Программирование счётчиков в режим суммирования фаз "по модулю" для предотвращения хищения электроэнергии при нарушении фазировки подключения токовых цепей счётчика.

Технические особенности:

· класс точности 0.5S, 1.0

· интерфейсы: RS-485, CAN, PLC;

· измерение параметров сети ( I, U, F, P, Q, S, cos fi);

На ЖК-индикаторе данного счетчика выводятся следующие значения:

· значение потреблённой активной и реактивной электрической энергии нарастающим итогом с точностью до сотых долей кВт*ч и кВар*ч;

· фазное напряжение и ток в каждой фазе;

· измеренное значение активной, реактивной и полной мощности (время интеграции 1 с ) как по каждой фазе, так и суммарную по трем фазам с индикацией квадранта, в котором находится вектор полной мощности;

· коэффициент мощности по каждой фазе и суммарный по трем фазам;

· углы между фазными напряжениями;

· частоту сети;

· текущее время и дату;

· параметры модема силовой сети;

· пиктограмма уровня сигнала модема;

Данная модель счетчика обеспечивает считывание внешним компьютером через интерфейс «CAN» или «RS-485» параметров и данных. Доступность программирования и считывания информации указаны в таблице 2.2.

Таблица 2.2

Параметры, доступные программированию и считыванию.

Параметры	Программирование	Считывание
учтённой активной и реактивной энергии прямого направления нарастающим итогом		+
Параметров обмена по интерфейсам (запрещено для инфракрасного порта)
- скорости обмена;	+	+
- контроля чётности/нечётности;	+	+
- множителя длительности системного тайм-аута;	+	+
смену паролей первого (потребителя) и второго (продавца) уровня доступа к данным	+
Вспомогательных параметров:
- мгновенных значений (со временем интегрирования 1 с) активной, реактивной и полной мощности по каждой фазе и по сумме фаз; с указанием направления (положения вектора полной мощности);		+
- действующих значений фазных напряжений и токов по каждой из фаз;		+
- коэффициентов мощности по каждой фазе и по сумме фаз с указанием направления (положения вектора полной мощности);		+
- углов между фазными напряжениями;		+
- частоты сети;		+
- мгновенных значений (со временем интегрирования 1 с) активной, реактивной и полной мощности по каждой фазе и по сумме фаз; с указанием направления (положения вектора полной мощности);		+
Индивидуальных параметров счётчика:
- сетевого адреса;	+	+
- серийного номера;		+
- даты выпуска;		+
- местоположения счётчика;	+	+
- класса точности по активной энергии;		+
- класса точности по реактивной энергии;		+
- признака суммирования фаз (с учётом знака/по модулю);	+	+
- номинального напряжения;		+
- номинального тока;		+
- коэффициента трансформации по напряжению;	+	+
- коэффициента трансформации по току;	+	+
- постоянной счётчика в основном режиме;		+
- температурного диапазона эксплуатации;		+
- режима импульсных выходов (основной/поверочный);	+	+
- версии ПО;		+
- режима (разрешения/запрета) контроля за превышением установленного лимита активной энергии;	+	+
- значения установленного лимита мощности;	+	+
- значений установленного лимита энергии отдельно для каждого из четырёх тарифов;	+	+
- режима импульсного выхода (выводы 21, 26) (телеметрия/режим управления блоком отключения нагрузки);	+	+
- режим управления блоком отключения нагрузки (нагрузка включена/выключена);	+	+
словосостояния самодиагностики счётчика.		+

Интерфейс PLC обеспечивает:

Передачу следующей информации о потреблённой электроэнергии нарастающим итогом:

- младшие четыре разряда текущих показаний накопленной энергии в кВт*ч с точностью до 1 кВт*ч;

- общий итог по сумме тарифов зафиксированный счётчиками на момент прихода команды точного среза с точностью до 0.01 кВт*ч вне зависимости от того в одно- или многотарифном режиме работает счётчик.

Счётчик с литерой "М" оснащён модемом PLС-I новой ревизии (PLC-I+). В отличии от прежней модификации дополнительно возможна передача следующих данных:

- показания учтённой энергии на начало суток в в том виде как они индицируются на ЖКИ счётчика (в виде XXXXXX,xx кВт*ч).

- серийный номер счётчика.

Приём следующей информации:

- сетевой идентификатор встроенного модема;

- команду временного перехода в режим передачи дополнительной информации;

- текущее время и дата;

Значения параметров для счетчиков серии Меркурий 230 указаны в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Значения параметров счетчика.

Наименование параметров	Величины
Класс точности при измерении - активной энергии; - реактивной энергии	0,5S или 1,0 1,0 или 2,0
Номинальное напряжение, В	3*57,7/100 или 3*230/400
Номинальный(макс) ток, А	5(7,5); 5(60); 10(100)
Максимальный ток в течении 0,5 с, А - для Iном=5А - для Iном=10А	150 200
Стартовый ток (чувствительность), А - для Iном(макс)=5(7,5)А, Uном=57,7 или 230В - для Iном(макс)=5(60)А, Uном =230B - для Iном(макс)=10(100)А, Uном =230B	0,005 0,020 0,040
Активная / полная потребляемая мощность каждой параллельной цепью счетчика, Вт/ВА не более	0,5 / 7,5
Полная мощность, потребляемая цепью тока не более, ВА	0,1
Полная мощность, потребляемая цепью тока не более, ВА	0,1
Количество тарифов	1
Скорость обмена, бит/секунду: - по интерфейсу CAN и RS-485; - через инфракракрасный порт; - через GSM модем;	300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 9600 9600
Передаточное число основного/поверочного выхода , имп/кВт,имп/кВар: для Uном 57,7 В, Iном 5 A для Uном 220 В, Iном 5 A для Uном 220 В, Iном 10 A для Uном 220 В, Iном 5 A	5000/160000 1000/32000 500/16000 1000/160000
Сохранность данных при перерывах питания, лет - постоянной информации - оперативной информации	40 10
Защита информации	два уровня доступа и аппаратная защита памяти метрологических коэффициентов
Диапазон температур, °С	от -40 до +55
Межповерочный интервал,лет	10
Масса, кг	не более 1,5
Габариты (длина, ширина, высота), мм	258*170*74
Гарантия производителя, лет	3

В таблице 2.4 мы видим варианты исполнений счетчиков меркурий серии 230 в 2016 г.

Таблица 2.4

Варианты исполнений в 2016 г.

Условное обозначение счетчика	Номинальное напряжение, В	Номин. (макс.) ток, А	Класс точности активной/реактивной энергии	Интерфейс связи
Меркурий 230 AR-XX R непосредственного и трансформаторного включения
АR-00 R	3*57,7/100	5(7,5)	0,5S / 1,0	RS485
АR-01 R	3*230/400	5(60)	1,0 /2,0	RS485
АR-02 R	3*230/400	10(100)	1,0 / 2,0	RS485
АR-03 R	3*230/400	5(7,5)	0,5S / 1,0	RS485
Меркурий 230 AR-XX CL непосредственного и трансформаторного включения cо встроенным модемом PLC для передачи данных по силовой сети
АR-01 СL	3*230/400	5(60)	1,0 /2,0	CAN, PLC-I
АR-02 СL	3*230/400	10(100)	1,0 /2,0	CAN, PLC-I
АR-03 СL	3*230/400	5(7,5)	0,5S / 1,0	CAN, PLC-I

Обозначение счетчиков:

МЕРКУРИЙ 230AR-XX CRL

Расшифровка обозначения:

МЕРКУРИЙ - торговая марка счётчика;

230 - серия счётчика;

A - измерение активной энергии;

R - измерение реактивной энергии;

XX - модификации, подразделяемые по току, напряжению и классу точности.

Таблица 2.5

Значения модификаций в зависимости от параметров

XX	Номин. напряжение, В	Номин (базовый) ток, А	Макс. ток, А	Класс точности при измерении
				активной энергии	реактивной энергии
00	3*57,7(100)	5	7,5	0,5S	1,0
01	3*230(400)	5	60	1,0	2,0
02	3*230(400)	10	100	1,0	2,0
03	3*230(400)	5	7,5	0,5S	1,0

RCL - интерфейсы, а именно:

- R- интерфейс RS485;

- С- интерфейс CAN;

- L - модем PLC-I .

Отсутствие символа в наименовании счётчика свидетельствует об отсутствии соответствующей функции.

Рассмотрим счетчик электроэнергии от другого производителя - Энергомера CE303-R33.[8] Данный счетчик обеспечивает:

- Хранение данных о почасовых объемах потребленной энергии за последние 148 суток.

- Интервал времени усреднения профилей нагрузки: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 10, 12, 15, 20, 30, 60 минут.

- Длительность хранения информации при отключении питании - не менее 10 лет.

- Фиксацию 20 последних корректировок времени, изменения установок времени тарифных зон и перепрограммирования метрологических характеристик счетчика.

- Фиксацию 100 последних пропаданий и выходов за пределы допустимых значений фазных напряжений.

- Индикацию данных на ЖК-индикаторе с заданной периодичностью

(Т=5-255 с) или пролистывание с помощью элементов управления (кнопки) на лицевой панели.

- Управление нагрузкой с использованием УЗО (или внешнего коммутационного аппарата) по команде диспетчера с индикацией режима отключения.

- Сигнализацию отклонения от лимитов по мощности и потреблению, фиксацию максимального значения мощности для каждого тарифа в течение месяца (интервал усреднения - 30 минут) и контроль превышения лимита для выдачи счетчиком команды на срабатывание внешнего реле сигнализации.

- Защиту от внешних воздействий:

1) при наличии постоянной составляющей в сети;

2) при воздействии переменного магнитного поля;

3) при воздействии постоянного магнитного поля 200 мТ;

4) при изменении направления тока в фазах (вход-выход счетчика).

- Обеспечение питания как от фазного напряжения (наличие 1 фазы), так и от линейного (обрыв нуля).

- Предусмотрена защита памяти данных и памяти программ от несанкционированных изменений с помощью кнопок или по интерфейсу (два пароля для двух уровней доступа, аппаратное разрешение (кнопка или другое устройство), электронная пломба с фиксацией в журнале событий).

- Контроль обрывов фазных и нулевого проводов на участках линии от трансформаторной подстанции до счетчика, с последующей сигнализацией об авариях на ЛЭП (в исполнениях счетчиков с модулем GSM).

- Задание лимитов по превышению потребляемых токов, с фиксацией в журнал событий и сигнализацией о превышении верхнего лимита.

Нормативно-правовое обеспечение:

1) ГОСТ 31818.11-2012 (IEC 62058-11-2012)

2) ГОСТ 31819.21-2012 (IEC 62058-21-2012)

3) ГОСТ 31819.22-2012 (IEC 62053-22:2003)

4) ГОСТ 31819.22-2012 (IEC 62053-22:2003)

5) Сертифицирован и внесен в Государственный реестр средств измерений

РФ.

Характеристики надежности:

- Средняя наработка на отказ - 220 000 часов.

- Средний срок службы - 30 лет.

- Межповерочный интервал - 10 лет.

- Гарантийный срок (срок хранения и срок эксплуатации суммарно) -- 4 года с даты выпуска.

Функциональные возможности

- Счетчик обеспечивает учет и вывод на индикацию:

1) количества потребленной и отпущенной активной и реактивной энергии раздельно и нарастающим итогом суммарно по четырем тарифам на конец месяца и за 12 предыдущих месяцев;

2) графиков активных и реактивных мощностей потребления, усредненных на заданном интервале времени (30 минут) не менее 75 суток; значение активной и реактивной мощности, усредненное за прошедший трехминутный минутный интервал;

3) количества потребленной активной и реактивной электроэнергии нарастающим итогом суммарно и раздельно по 4-м тарифам на конец суток и за предыдущие 44 суток;

4) действующего тарифа и направления электроэнергии (отпуск, потребление);

5) максимальное значение активной и реактивной мощности, усредненной на 30-минутном интервале, за текущий и прошедших 12 месяцев раздельно по четырем тарифам.

- Счетчик измеряет и показывает:

1) среднеквадратические значения фазных напряжений и токов;

2) активную и реактивную мощность.

- Предусмотрена возможность задания следующих параметров:

1) текущего времени и даты;

2) разрешение/запрет перехода на "летнее" время (с заданием месяцев перехода на "зимнее", "летнее" время);

3) до 12-ти дат начала сезона;

4) до 12-ти зон суточного графика тарификации и до 36-ти графиков тарификации;

5) до 32-х исключительных дней (дни, в которых тарификация отличается от общего правила и задается пользователем);

6) коэффициентов трансформации тока и напряжения;

7) лимитов по потреблению и мощности с процентом превышения для работы сигнализации по каждому тарифу.

Особенности электросчетчика:

- Наличие оптического интерфейса.

- Интерфейс RS485.

- Управление нагрузкой с использованием внешнего коммутационного устройства.

- Для монтажа на плоскую поверхность счетчик комплектуется специальной крышкой закрывающей доступ к тоководам.

- Сигнализация об отклонении от лимитов по мощности и потреблению.

- Защита памяти данных и памяти программ от несанкционированных изменений (пароль счетчика, аппаратная блокировка).

- Устойчивость к климатическим, механическим и электромагнитным воздействиям.

В таблице 2.6 рассмотрены показатели и их величины для электросчетчиков Энергомера серии СЕ303.

Таблица 2.6

Показатели электросчетчиков серии Энергомера СЕ303 и их величины

Показатели	Величины
Класс точности при измерении активной/реактивной энергии	0,5S/0,5; 1/1
Число тарифов	4
Частота измерительной сети, Гц	50±2,5
Номинальное напряжение, В	3х230/400
Базовый (максимальный) ток, А	5(10); 5(60); 5(100)
Стартовый ток (чувствительность): - для электросчетчиков непосредственного включения, мА - для электросчетчиков трансформаторного включения, мА	20 5
Потребляемая мощность параллельной цепи, не более, В*А (Вт)	9,0 (0,8)
Полная потребляемая мощность последовательной цепи, не более, В*А	0,1
Глубина хранения суточных энергий, накопленных по тарифам	129 суток
Количество профилей нагрузки	до 4 (P+, P-, Q+, Q-)
Время усреднения профилей Rн, мин	1; 2; 3; 4; 5; 6; 10; 12; 15; 20; 30; 60
Глубина хранения каждого профиля, суток	255 суток (при времени усреднения 60 минут)
Диапазон рабочих температур, °С	от - 40 до + 60
Диапазон рабочих фазных напряжений	(0,75 … 1,15) Uном
Габаритные размеры, не более, мм	72,5 х 143 х 151,5
Масса, не более, кг	1
Степень защиты по ГОСТ 14254-96	IP50

Рисунок 2.4 Расшифровка названия счетчиков

На рисунке 2.4 Расшифрована полное полного наименования электронных счетчиков серии СЕ303.

Таблица 2. 7

Сравнительная таблица электросчетчиков Меркурий 230 AR-01 R и Энергомера CE303 R33 745-JАZ

Характеристика	Меркурий 230 AR-01 R	Энергомера CE303 R33 745-JАZ
Учет активной и реактивной мощности	+	+
Наличие канала RS485 для передачи данных	+	+
Класс точности (активной/реактивной энергии)	1,0/2,0	1/1
Номинальный (максимальный) ток, А	5(60)	5(60)
Номинальное напряжение, В	3х230/400	3х230/400
Тарифность	1	4
Средняя наработка на отказ, часов	70000	220000
Средний срок службы, лет	30	30
Межповерочный интервал, лет	10	10
Стоимость изделия, руб	3935	4149

Исходя из характеристик данных моделей счетчиков более целесообразным будет использование в автоматизированной системе контроля и учета электроэнергии счетчиков производителя Энергомера, семейства СЕ303 полное наименование Энергомера CE303 R33 745-JАZ. Как видно из таблицы 2. , по характеристикам и функционалу, необходимому в моем проекте, счетчики Энергомера и Меркурий имеют небольшую разницу, хотя СЕ303 обойдется дороже, но при этом у нее как видно их таблицы 2. Почти в 3 раза больше наработка на отказ, а так же класс точности имеет значение 1/1 для значений активной и реактивной мощности.

2.1.3 Выбор стандарта для обмена данными

В первой части к электронным счетчикам предъявлялись требования наличия возможности передачи данных по каналу RS485. Далее разберем, почему же именно этот стандарт я выбрал для связи устройств.

Рассмотрим два стандарта физического уровня для обмена данными: RS 485 и RS422 в таблице 2.8[9]

Таблица 2.8

Отличия стандарта RS422 и RS485.

Стандартные параметры интерфейсов	RS-422	RS-485
Допустимое число передатчиков / приемников	1 / 10	32 / 32
Максимальная длина кабеля	1200 м	1200 м
Максимальная скорость связи	10 Мбит/с	10 Мбит/с
Диапазон напряжений "1" передатчика	+2...+10 В	+1.5...+6 В
Диапазон напряжений "0" передатчика	-2...-10 В	-1.5...-6 В
Диапазон синфазного напряжения передатчика	-3...+3 В	-1...+3 В
Допустимый диапазон напряжений приемника	-7...+7 В	-7...+12 В
Пороговый диапазон чувствительности приемника	±200 мВ	±200 мВ
Стандартные параметры интерфейсов	RS-422	RS-485
Максимальный ток короткого замыкания драйвера	150 мА	250 мА
Допустимое сопротивление нагрузки передатчика	100 Ом	54 Ом
Входное сопротивление приемника	4 кОм	12 кОм
Максимальное время нарастания сигнала передатчика	10% бита	30% бита

Стандарт RS485 определяет, что соединение между передающим и принимающим устройствами осуществляется с помощью двух или трех проводов: провод с данными, провод с инвертированными данными и, часто, нулевой провод (земля, 0 В). Два провода с данными представляют собой витую пару, которая заключена в металлический экран, который представляет собой нулевой провод. Использование такого кабеля позволяет уменьшить влияние помех и шумов.

Данные по линии пересылаются в виде последовательности импульсов высокого и низкого уровня. Считается, что по линии передается импульс высокого уровня в том случае, когда провод с данными находится под положительным потенциалом относительно провода с инвертированными данными. Аналогично считается, что по линии передается импульс низкого уровня в том случае, когда провод с данными находится под отрицательным потенциалом относительно провода с инвертированными данными. В некоторых системах нулевой провод используется только в качестве экрана и не подключается к схеме принимающего устройства .

Метод передачи, при котором по одному проводу пересылается нормальный сигнал, а по другому - инвертированный, называется балансированной передачей. Для декодирования сигнала принимающее устройство оценивает разность потенциалов между этими двумя проводами. Любое внешнее воздействие на кабель (электромагнитное и т.п.) будет в одинаковой мере влиять на оба провода, а следовательно будет игнорироваться принимающим устройством.

Два провода, по которым производится передача сигнала, скручены в витую пару для того, чтобы гарантировать, что влияние внешних возмущений в одинаковой мере скажется на обоих проводах. Использование витой пары для ослабления влияния помех является более эффективным, чем применение экрана. По этой причине, не рекомендуется использовать кабель, в котором два нескрученных провода находятся в экране. Такие кабели обычно используются для бытовой и аудио-аппаратуры. Уровни напряжений в соответствии со стандартом EIA485. Согласно стандарта EIA485 принимающее устройство должно определять разность потенциалов между двумя проводами с данными порядка 200 милливольт (200 мВ, 0.2 В). Это позволяет принимающему устройству корректно функционировать даже в том случае, когда на линии передачи сигнала имеет место большое падение напряжения.

Обратите внимание на то, что устройства, использующие оптическую изоляцию DOL, могут не отвечать этим требованиям. Светодиод, расположенный внутри изолятора, обычно требует для своей нормальной работы напряжения порядка 1 В. Это является еще одной причиной, по которой устройства DOL вызывают проблемы в сети и не рекомендуются для использования. Стандарт EIA485 также допускает, что оба провода с данными могут находиться под общим потенциалом смещения относительно нулевого (заземляющего) пр...