Система учёта с дистанционным сбором данных для решения проблем энергосбережения и энергоэффективности на уровне корпораций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

АЭЗУ «Ассоциация энергетиков Западного Урала»

Система учёта с дистанционным сбором данных для решения проблем энергосбережения и энергоэффективности на уровне корпораций

УДК 620.9 - 048.34:004.42 ББК 65.207.1 ГРНТИ 06.71.03

Савельева Наталья Олеговна, ст. преподаватель Электронный адрес: sno2002@yandex.ru

Пьянков Эдуард Валерьевич, студент Электронный адрес: eduard.pjankov@yandex.ru

Артемов Сергей Павлович, главный специалист компании ИВС-СЕТИ, Электронный адрес: info@ics.perm.ru

614990, Пермь, Комсомольский проспект, 29

Пермь, улица Тимирязева, 24

Аннотации

В современных условиях модернизации производственно-хозяйственной деятельности корпораций большое внимание уделяется проблемам, связанных с управлением инновационным развитием корпоративных структур в рамках программ ресурсосбережения и повышения энергоэффективности Большую роль в настоящее время играет ресурсосбережение и энергосбережение на промышленных предприятиях. Для решения проблем энергоэффективности и энергосбережения на базе «Факультета прикладной математики и механики» по направлению «Информационне системы и технологии» разработан проект «Система учета с дистанционным сбором данных». Инвестиции в реализацию проекта составляют 4 887 564 рублей. Годовой экономический эффект - 3 005 161 рубль, срок окупаемости проекта - 2 года.

Ключевые слова: система учета, энергосбережение, энергоэффективность, корпорации, управление, инновационное развитие.

WITH DISTATSIONNYM ACCOUNTING SYSTEM DATA ACQUISITION" FOR SOLVING ENERGY CONSERVATION AND EFFICIENCY AT THE CORPORATE LEVEL

Savelyevа Natalia Olngvna Art. teacher

VPO «Perm National Research Polytechnic University", 614990, Perm,

Komsomol prospect, 29

E-mail: sno2002 @ yandex.ru

Pyankov Edward V., a student group ITKnet-09 FPMM VPO «Perm National Research Polytechnic University", 614990, Perm, Komsomol prospect, 29

E-mail: eduard.pjankov@yandex.ru

Artemov Sergey, chief specialist of IVS-SETI, AEZU "Western Ural Association of Power", Perm, Timiryazev str., 24

E-mail: info@ics.perm.ru

In modern conditions of modernization of production and economic activities of corporations a lot of attention paid to the problems related to the management of innovative development of corporate structures in the framework programs of resource and energy efficiency An important role currently played by resource conservation and energy efficiency in industrial plants. To solve the problems of energy efficiency and energy saving based on "Faculty of Applied Mathematics and Mechanics" in the direction of "Information systems and technologies" draft "accounting system with remote data collection." Investment in the project amount to 4,887,564 rubles. The annual economic effect - 3,005,161 rubles, the payback period - 2 years.

Keywords: the accounting system, energy conservation, energy efficiency, corporate management innovation development



Необходимость проведения активной политики энергосбережения в России связана с тем, что энергоёмкость валового внутреннего продукта (ВВП) страны в 2,5 раза выше, чем среднемировой уровень и в 2,5 - 3,5 раза выше, чем уровень развитых странах. Более 90% мощностей действующих электростанций, 83% жилых зданий, 70% котельных, 70% технологического оборудования электрических сетей и 66% тепловых сетей было построено еще до 1990 года. В промышленности эксплуатируется 15 процентов полностью изношенных основных фондов [4, c.8-9].

На заседании Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики России 18 июня 2009 года был озвучен перечень приоритетных направлений модернизации и технологического развития экономики России, в который вошли энергоэффективность и энергосбережение, стратегические информационные технологии, включая вопросы создания суперкомпьютеров и разработки программного обеспечения [3].

В последние годы на федеральном уровне был принят целый ряд нормативных документов:

§ ФЗ от 23 ноября 2009 г. № 261-?ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергоэффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ»;

§ Энергетическая стратегия России до 2030 г., утвержденная Распоряжением Правительства России от 13 ноября 2009 года N 1715-р;

§ Госпрограмма РФ «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года», утвержденная Распоряжением Правительства РФ от 27 декабря 2010 г. № 2446-р с измен. и дополн. от 18.08.11 и 16.02.13 г.;

§ Госпрограмма РФ «Энергоэффективность и развитие энергетики», включающая 7 подпрограмм, в т.ч. «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности» (Госпрограмма утверждена распоряжением Правительства РФ от 3.04.2013 г. № 512-р).

Каждый регион Российской Федерации за последние 5 лет принял собственную целевую программу энергосбережения и повышения энергоэффективности, которая оформлена постановлением правительств региона. Почти все крупные муниципалитеты приняли собственные программы. Всего в настоящее время в России действует более 300 государственных программ энергосбережения различного уровня [4, c.9-10].

Кроме этого, для тех корпораций энергетической отрасли, где обеспечен приоритет финансирования энергосберегающих технологий, характерно экологически устойчивое развитие [1, 5].

Энергосбережение и повышение энергетической эффективности - это один из основных источников будущего экономического роста.

Энергосбережение - комплекс мероприятий, проводимых на различных уровнях управления и хозяйствования - на федеральном, региональном, муниципальном, а также юридическими и физическими лицами.

Энергоэффективность - это отношение экономического (социального, экологического) эффекта, полученного от внедрения энергоэффективных мероприятий к затратам ресурсов, которые непосредственно направлены на проведение данных мероприятий. Энергоэффективность нацелена на снижение экономически и социально оправданного снижения затрат энергии для производства единицы продукции или услуг при существующем уровне развития техники и технологий [2, с. 13].

Проект аппаратно-программного комплекса «Система учета с дистанционным сбором данных» разработан на факультете прикладной математики и механики Пермского национального исследовательсльского политехнического университета (Пнипу) и основан на телекоммуникационных и информационных технология, Проект представляет собой энергосберегающую и энергоэффективную технологию.

Реализация проекта «Система учета с дистанционным сбором данных» позволит, используя стандартные решения на одной программно - аппаратной платформе, реализовать следующее:

- мониторинг ввода электроэнергии в транспортную энергосеть и вывод электроэнергии из неё (потери на транспортирование) в реальном масштабе времени;

- мониторинг внутренних энергопотерь компании в реальном масштабе времени;

- мониторинг и управление расходом электроэнергии потребителями в реальном масштабе времени с точностью до корпорации, предприятия, его подразделения, офиса и т.д.;

- биллинг электроэнергии (аналогично телефонному), включая введение различных тарифных планов, кредитования и возможность отключения потребителя за неуплату, с точностью до корпорации, предприятия, офиса и т. д.;

- мониторинг, биллинг расхода тепловой энергии в реальном масштабе времени с точностью до корпорации, предприятия, офиса, здания и т.д.;

- мониторинг, биллинг расхода воды в реальном масштабе времени с точностью до корпорации, предприятия, офиса, здания и т.д.

Использование стандартных телекоммуникационных протоколов и сетевых технологий Internet, TCP IP, Ethernet и возможность их интеграции в существующие и создаваемые сети связи на локальном и глобальном уровне позволяет в последующем расширять в дальнейшем количество служб на той же самой платформе.

Проект позволит повысить эффективность работы корпорации (компании), снизить потери энергоносителей, обеспечить администрацию объективной информацией о расходе и потреблении энергетических и других ресурсов для проведения адекватной политики в отношении потребителей и транспортных компаний. Также появится возможность более эффективно решать вопросы безопасности.

Сущность проекта заключается в том, все транспортная сеть для передачи технологической информации формируется на основе телекоммуникационных и информационных ресурсов сетей общего пользования как подсеть для реализации конкретной службы общей сети мониторинга, включая решение проблемы не только «последней мили», но и последнего метра.

Таким образом, в качестве абонентского устройства, оконечного оборудования данных можно рассматривать контрольное устройство (электросчётчик, например), обладающее стандартным телекоммуникационным интерфейсом.

Общие сведения о проекте единого автоматизированного аппаратно-программного комплекса «Система учета с дистанционным сбором данных». Существующая система расчетов в сфере энергетического обслуживания объектов ориентирована на проведение всех расчетов вручную. Кроме этого на текущий момент времени как технический, так и коммерческий учет позволяют определить возможные потери электрической энергии на участках сети по данным, полученным операторами при ручном сборе информации.

На точность получаемых данных влияют несколько факторов:

· точность прибора учета;

· периодичность снятия показания;

· достоверность данных и т.п.

Для того чтобы обеспечить точный расчет технических потерь, а также коммерческий учет потребляемой энергии по-объектно необходимо внедрение мероприятий по созданию системы автоматического сбора данных с приборов учета в точках потребления энергии.

Основы проектирования. Реализованный проект позволит производить учет ресурсов по всему объекту, на определенных участках объектов с любой периодичностью, а также позволяет передавать полученную информацию в центр расчета.

Идея проекта заключается в следующем: в каждой структурном подразделении предприятия устанавливается счетчик с цифровым выходом, позволяющим производить учет ресурсов с применением стандартных интеллектуальных контроллеров. Задачей контроллера служит сбор информации со всех датчиков-счетчиков к нему подключенных. После сбора информации, данные о потреблении со всех счетчиков, с применением сети Internet, передаются на центральный узел сбора данных. Сервер сбора данных осуществляет обработку и сохранение информации в необходимом формате. Передача и сбор данных осуществляется в рамках виртуальной частной сети, поэтому доступ к информации ограничен в целях повышения безопасности системы. Доступ к информации может быть только осуществлен через промежуточный сервер (www) по имени и паролю, выдаваемым пользователям. Данные, которые получает пользователь с указанного сервера, являются доступными только для чтения и их изменения с внешней стороны невозможны.

Рис. 1. Структурная схема системы учета

Все приборы учета, установленные в структурном подразделении организации, подключаются с применением контроллера к общей среде передачи данных. На коммуникационном узле (коммутаторе) производится сбор информации со всех приборов учета и передача информации в общую сеть передачи данных, к которой подключен объект операторами связи. (Например, ОАО «Ростелеком»).

Сервер сбора информации может быть установлен в рамках самого объекта, либо может быть подключен дистанционно через сеть операторов связи (например, «ОАО Ростелеком»). Место нахождения сервера в системе является обязательным, но его функции могут быть распределены территориально.

Задачи, решаемые системой учета с дистанционным сбором данных. Важнейшими критериями при выборе системы Заказчиком являются: специфика предприятия, межсистемные перетоки электроэнергии и мощности питания, которые должны быть снабжены энергоучитывающим оборудованием. В систему учета должен быть завязан учет таких ресурсов как: вода, пар, газ, тепловая энергия. Системы, построенные при помощи локальных вычислительных сетей. Не менее важным фактором, при выборе системы, является удобство работы с ней - виды визуализации информации, её полнота. Внешний вид интерфейса программы очень сильно влияет на удобство, неудобством работы и неприглядным внешним видом интерфейса страдают многие программы.

Развитие сети мониторинга способствовало бы решению важнейших задач, стоящих перед экономикой муниципальных образований, таких как:

- обеспечение контроля над ведомственными и частными потребителями коммунальных услуг (электроэнергия, тепло, вода и т.д.) в реальном масштабе времени;

- возможность определения и учёта реального объёма потребления электроэнергии, воды, тепла по объектам, районам и муниципальным образованиям в целом;

- возможность, исходя из объективных данных, проводить соответствующую политику в отношении потребителей и транспортных компаний; корпоративный ресурсосбережение автоматизированный

- возможность построения моделей и, соответственно, последующее управление, и планирование поставок энергоносителей и воды соответствующим потребителям;

- минимизация собственных внутренних потерь.

Назначение системы. Система учета предназначена для выполнения следующих функций:

· автоматизированный сбор информации со счетчиков (электрической энергии, воды, газа, тепла);

· менеджмент ресурсов (определение порядка включения электрических приборов и увеличение стоимости ресурсов при превышении допустимой нагрузки);

· регулирование потребления электрической энергии в пределах одного объекта или комплекса объектов.

Преимущества системы. В пределах одного объекта на уровне контроллеры, датчики, внешний коммутатор могут использоваться любые современные коммуникационные системы, например:

· сеть LonWorks;

· сеть EIB;

· сеть на базе TCP/IP;

· сеть, интегрируемая в TCP/IP.

Это позволяет устанавливать набор функций на объекте на основании пожеланий конечного пользователя. Реализованная система является гибкой, так как позволяет динамически изменять набор решаемых задач. Тем самым конечная стоимость системы будет определяться набором функций, включенных на объекте.

Реализация системы выполняется независимо от энергопитания объекта и имеет гарантированное питание в течение 24 часов.

При создании системы на объектах электрического потребления к системе должны предъявляться следующие требования: Надежность. Безопасность информации. Расширяемость (возможность увеличения количества абонентов). Интеграция в TCP/IP (подключение к локальной сети и сети Интернет). Модульная архитектура (Подключение объектов на любой доступный канал сбора информации). Параллельное функционирование узлов (независимость сбора информации со счетчиков на различных точках включения). Предсказуемость (реакция системы на любое внешнее событие отработана и исключается непредсказуемое поведение системы в случае сбоя или внешнего воздействия). Совместимость (система позволяет интегрировать устройства - счетчики электрической энергии, устройства передачи данных, коммуникационные устройства от различных производителей. Система не критична к использованному оборудованию.

Своевременность (система позволяет передавать данные на любые расстояния с любой периодичностью, а также своевременно предоставлять информацию о повышение нагрузки и наличие технических потерь). Минимизация задержек в сети (система построена на принципе модульности и высокой приоритетности информации, поэтому при передаче информации, задержки в сети минимальны). Применение распределенной архитектуры системы.

Система на коммуникационном уровне может использовать для передачи данных от объекта на сервер, как проводные каналы связи, так и беспроводные. При этом объектовая сеть может функционировать автономно при отсутствии связи с сервером, данные могут накапливаться до появления связи.

Технология автоматизированного объекта охватывает следующие возможности:

1. Обеспечение низкого потребления системы учета. Свободная конфигурация устройств;

2. Возможность интеграции служб. Расширяемость. Совместимость с операционным оборудованием.

Структура системы. На рис 2. представлена схема организации подключения системы учета ресурсов в компании с остальными компонентами системы - серверов базы данных и сервером приложений.

Система на рисунке представлена как трехуровневая. Первый уровень сбор информации на объекте (дом) и организации с применением контролеров, второй уровень коммуникационная среда для передачи данных и сервер сбора данных, третий уровень - пункты оплаты электрической энергии с применением банкоматов, терминалов оплаты и операторов банка.

Технология получения информации. Получение информации с сервера осуществляется через промежуточный web-сервер. Вывод информации может осуществляться через список событий, либо через интерфейс доступа по-объектно. В этом случае вывод информации осуществляется в виде гистограмм. Информация о потреблении может быть представлена за день, неделю, месяц, год, либо другой период. В общем случае информация может быть суммирована по нескольким объектам.

Рис. 2. Организация взаимодействия абонентов дома с внешними службами и пунктами оплаты

На рис. 3. представлена система подключения абонентов системы электрического учета с сетью операторов связи.

На данной схеме представлено кольцо объединения АТС и узлы абонентского доступа и подключение локальной сети (Ethernet), а далее через концентраторы обеспечивается подключение точек сбора информации со счетчиков электрической энергии.

Описание функционирования сервера системы учета. Сервер приложений (в дальнейшем сервер) предназначен для приема информации от удаленных контроллеров, сохранение ее в базе данных, оповещение клиентов в случае возникновения установленного события и выдачу информации из базы данных всем клиентам по запросу. Место сервера в системе автоматизации здания приведено на рис.4.

Структура сервера. Сервер должен состоять из следующих функциональных элементов:

Ядро (KernelServ), для обработки запросов от чипов, обновления БД, и передачи сообщений сервисам охраны (ВО), пожарной сигнализации (ПС), системы энергоучета (СЭ) и другим.

1. Сервис системы энергоучета (EnergoServ), для обработки запросов от клиентской части пульта энергоучета.

Структура сервера приложений приведена на рис. 5. Здесь стрелками показаны пути передачи сообщений при возникновении событий.

Также возможно расположение сервера приложений и СУБД MySQL на различных машинах.

Алгоритм работы сервера. Арбитраж чипов. Необходимо придерживаться следующего алгоритма взаимодействия сервера с чипами и клиентскими приложениями. Чипы производят взаимный опрос с целью определения работоспособности друг друга и строят таблицу соединений. Право передачи сообщений серверу получает чип с наибольшим или наименьшим IP-адресом.

В случае выхода одного или нескольких чипов из строя, производится отправка сообщения серверу об этом событии. Это делают чипы с близлежащими IP-адресами. Затем адреса сбойных чипов удаляются из таблиц соединений.

Рис. 3. Сеть абонентского доступа с подключением объектов учета электрической энергии системы учета

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Система автоматизации здания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5. Структура сервера приложений

В случае online-подключения нового чипа к сети также производится его регистрация в таблицах соединений и передается сообщение серверу приложений.

При поступлении очередного сообщения от чипа, ядро сервера приложений производит сохранение этого сообщения в базе данных (БД). Также в БД сохраняется информация о трафике. После чего ядро производит отправку сообщений остальным сервисам системы, которые в свою очередь информируют соответствующие клиентские части.

При поступлении запроса сервису от соответствующей клиентской части, сервис проверяет запроса и производит их обращение к БД.

Режим работы сервера. Необходимо обеспечить круглосуточную работоспособность сервера. Предусмотреть варианты резервирования основных узлов программного и аппаратного обеспечения сервера. Возможно использование двух серверов с обеспечением резервного переключения между ними.

Система передачи информации. Сервисные модули передачи данных, используя сеть оператором связи должны подключаться к серверу по каналу связи с пропускной способностью не менее 1 Мбит/сек.

Все данные, передаваемые от сервисных модулей передачи данных к серверу приложений, а также от сервера приложений к клиентским приложениям служб необходимо передавать в зашифрованном виде. Рекомендуется использовать алгоритм DES Национального бюро стандартов США (NBS).

Состав аппаратных средств. Предусмотреть для функционирования сервера следующую минимальную конфигурацию компьютера:

процессор: Intel Pentium 4, 1.2 ГГц;

объем оперативной памяти: 512 Мб;

объем жесткого диска: 40 Гб;

объем видеопамяти: 16 Мб;

CDWriter: 16/8;

блок бесперебойного питания: 500Вт;

сетевая плата: 100Мбит.

Для увеличения надежности сервера возможно использование RAID-массивов.

Ведение архивов. Необходимо предусмотреть ведение архивов БД. Архивирование должно осуществляться автоматически. Администратор сервера производит запись нового архива на DVD. При этом производится отправка сообщения всем чипам об очистке внутреннего архива. Для ведения архивов и стирания чипов предусмотреть отдельную утилиту.

Действия в критической ситуации. При возникновении программного или аппаратного сбоя системы следует перезагрузить сервер и произвести восстановление БД с компакт-диска и текущего внутреннего архива чипов. Таким образом, целостность БД не нарушается.

Для восстановления архивов предусмотреть отдельную утилиту (возможно, совместно с утилитой ведения архивов).

Технические требования к базе данных (БД)

Назначение. База данных предназначена для хранения всей необходимой информации для работы системы автоматизации.

Структура хранимой информации

Необходимо обеспечить хранение следующей информации:

1. Пользователи (клиенты) системы (лицевые счета, адреса, номера договоров и другая служебная информация);

2. Узлы учета, используемые клиентами, перечень оборудования, установленного у клиента, включая серийные номера приборов;

3. Адреса и серийные номера сервисных модулей передачи данных;

4. Служебные и рабочие события системы;

5. Сведения о начислениях за потребленную услугу;

6. Сведения о выполненных платежах;

7. Объем потребленной воды;

8. Сведения о подключенных и отключенных клиентах.

Операционная система и программное окружение. Сервер должен работать в среде ОС Linux в режиме консоли. В качестве сервера баз данных необходимо использовать СУБД MySQL .

СУБД MySQL должна быть установлена и настроена, таким образом, чтобы исключить возможность несанкционированного доступа.

Требования к программному обеспечению оператора системы

Назначение. Программное обеспечение оператора системы предназначено для предоставления клиентам текущей информации о состоянии каналов обслуживания системы автоматизации (сведений приборов учета за любой период времени).

Функциональность программы

Необходимо обеспечить следующую функциональность утилиты администрирования:

· WEB-интерфейс (тонкий клиент);

· передача по SSL 128 бит;

· парольный доступ;

· отображение всей необходимой информации в удобном виде;

· список установленного у клиента оборудования;

· рабочие события от данного оборудования;

· текущее состояние счета;

· контроль ссылочной целостности БД.

Общие сведения по программному обеспечению сервера

Сервер системы учета должен:

собирать информацию с контроллеров каждого узла учета через сервисный модуль передачи данных,

программным образом контролировать расход потребления воды каждого абонента,

в случае наличия задолженности абонента и по команде оператора удаленно включать клапан перекрытия воды (газа, энергоресурсов),

контролировать оплаты и задолженность абонента,

формировать квитанции на оплату.

Для потребителя (абонента) должны быть реализованы функции, с помощью которых обеспечивается возможность получения информацию о потребленной им воде, с использованием web - интерфейса. Доступ к информации через web -интерфейс должен обеспечиваться под своим логином и паролем любого абонентского устройства (компьютер, телефон, смартфон).

В настоящее время разработаны основные требования к проекту, проработаны различные технические решения, подготовлено техническое задание на реализацию проекта. Разработана документальная часть проекта «Система учета с дистанционным сбором данных». Стоимость проекта 4 887 564 рублей. Годовой экономический эффект 3 005 161 рубль, срок окупаемости проекта - 2 года.



Список литературы

1. Воловик В.М. Экологизация производственно-хозяйственной деятельности корпораций в контексте задач энерго- и ресурсосбережения: [Электронный ресурс] //автореф. дис. канд. экон. наук. Ростов-на-Дону, 2011. URL: http://www.dissercat.com/content/ekologizatsiya-proizvodstvenno-khozyaistvennoi-deyatelnosti-korporatsii-v-kontekste-zadach-e (Дата обращения 15 .06.2015).

2. Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в организациях и учреждениях бюджетной сферы /[Электронный ресурс] /// Учебное пособие для ответственных за энергосбережение /Москва 2013. - 349 с. URL: http://sme-energy.ru/assets/page-files/1/56/Uchebnoe-posobie-Energosberezhenie.pdf (Дата обращения: 15.06.2015).

3. Перечень Приоритетных направлений модернизации и технологического развития экономики России [Электронный ресурс] //- статья. URL: http://www.mami.ru/storage/files/unir/p06.pdf (Дата обращения 15 .06.2015).

4. Практические вопросы реализации государственной политики в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности/[Электронный ресурс] // Конспект лекций/ Санкт-Петербург 2014. URL: http:// teach.khti.ru/mod/resource/view.php?id=456&redirect=1 (Дата обращения 14 .06.2015).

5. Тяглов С.Г., Воловик В.М. управление инновационным развитием корпоративных структур в рамках программ ресурсосбережения и повышения энергоэффективности: [Электронный ресурс] // TERRA ECONOMICUS: электрон. научн. журн. 2011/ - / том 9 / № 2-3.URL: http://cyberleninka.ru/article/n/upravlenie-innovatsionnym-razvitiem-korporativnyh-struktur-v-ramkah-programm-resursosberezheniya-i-povysheniya-energoeffektivnosti (Дата обращения: 15.06.2015).

Размещено на Allbest.ru

...