Systemy zdalnego odczytu urządzeń pomiarowych

Zdalny odczyt urządzeń pomiarowych zwiększa efektywność pracy, obniża jej koszty i podnosi jakość usług rozliczeniowych i dostaw mediów. Pomimo konieczności poniesienia wydatków inwestycyjnych systemy te są powszechnie wdrażane. O sukcesie zdalnego odczytu pomiarów zużycia mediów komunalnych zdecydowały m.in.:

• szybki i bezbłędny odczyt w dowolnym momencie bez potrzeby angażowania użytkowników i konieczności wchodzenia na ich teren (studzienki) lub do pomieszczeń (piwnice, mieszkania),
• mniejsze koszty odczytu (redukcja ilości i kosztów pracy inkasentów),
• możliwość monitorowania pracy instalacji i funkcjonowania urządzeń pomiarowych oraz sygnalizacja stanów awaryjnych i nieautoryzowanych ingerencji (kradzieży),
• możliwość zbierania danych w dowolnie wybranych i zaprogramowanych okresach rozliczeniowych, ich przetwarzania i analizowania.

Dzięki możliwości pozyskiwania informacji o pracy sieci i urządzeń pomiarowych w czasie rzeczywistym dostawcy mediów dostali do rąk potężne narzędzie pozwalające planować dostawy oraz szybko i trafnie, adekwatnie do zdarzenia reagować na stany awaryjne. Wprawdzie inwestycje w systemy zdalnego odczytu kosztują, lecz redukcja kosztów związanych z tradycyjnym odczytem jest na tyle wysoka, że inwestycja szybko się zwraca. Oferowanych jest wiele rozwiązań zdalnego odczytu, niektóre przeznaczone są do współpracy tylko z konkretnymi urządzeniami danego producenta, a inne mogą pracować z wieloma urządzeniami.

Dzięki rozwojowi elektroniki i niskim cenom elementów systemów w ostatnim czasie technologie zdalnego odczytu rozwijały się w bardzo szybkim tempie. Wydaje się, że dziś systemy odczytu oferują wszystko to, czego można od nich oczekiwać i co da się wykorzystać w praktyce, ale ich producenci z pewnością nie powiedzieli jeszcze ostatniego słowa i będą je rozbudowywać o nowe funkcje. W jakim kierunku będą się rozwijać technologie zdalnego odczytu?

Specyfika mediów i stopnia skupienia lub rozproszenia odbiorców powodują, że stosowane są i będą różne technologie. W nowych budynkach wiele będzie zależeć od tego, czy będą one wyposażone w technologie tzw. inteligentnego budynku (BMS – Building Management Systems), gdzie w jeden system połączone są instalacje oświetlenia, ogrzewania i wentylacji, ochrony oraz monitorowania pracy urządzeń, w tym mierzących zużycie mediów. Nadzór prowadzony jest w czasie rzeczywistym, przy dwustronnej komunikacji. Ale nowe budynki to zaledwie ok. 1–2% rocznie z ogólnej liczby istniejących i niewiele z nich korzysta z technologii automatyki budynkowej, np. ze standardu LonWorks czy EIB.

Cena takich instalacji powoduje, że nie są to rozwiązania stosowane powszechnie. Natomiast okablowanie specjalne, zwłaszcza M-Bus, to metoda tania i zapewniająca najmniej błędów przy odczycie. Sieć tego typu jest bardzo prosta w instalacji – moduły komunikacyjne w licznikach łączone są równolegle przy wykorzystaniu pary przewodów, a więc analogicznie jak odbiorniki w sieciach niskiego napięcia.

Z kolei systemy odczytu bezprzewodowego mogą być stosowane w budynkach starych, modernizowanych i w nowym budownictwie. Obsługują pojedyncze urządzenia pomiarowe lub całe opomiarowanie danego lokalu czy budynku, a dwukierunkowa komunikacja daje też możliwość zarządzania mediami.

Także dostawcy energii elektrycznej mają do dyspozycji technologie zdalnego odczytu energii elektrycznej, ale dotychczas nie były one powszechnie wykorzystywane. Transmisja PLC (ang. Power Line Communication) wykorzystuje przewody instalacji i sieci energetycznej niskiego napięcia i służy głównie do odczytu liczników energii elektrycznej. Do sieci są podłączane różne odbiorniki, także powodujące zakłócenia. Urządzenia transmisyjne PLC muszą sobie radzić z wysokim poziomem zakłóceń i w efekcie powoduje to stosunkowo niską prędkość transmisji danych i konieczność stosowania wzmacniaczy (repetytorów) sygnału.

Zanim zasięg GSM stał się powszechny, technologia ta miała tę przewagę, że przewody energii elektrycznej doprowadzone były do każdego budynku. O ile nie nastąpi skok w jakości i szybkości przesyłanego sygnału, technologia PLC będzie stosowana praktycznie tylko do odczytu liczników energii elektrycznej, tym bardziej że te instalacje znajdują się w gestii zakładów energetycznych.

Prognozy specjalistów wskazują, że w ramach rozliczeń we wspólnotach administratorzy będą wykorzystywać zarówno technologie przewodowe z elementami łączności bezprzewodowej, jak i technologie radiowe. Systemy odczytu urządzeń pomiarowych stale ewoluują. Firmy wzbogacają te technologie o nowe funkcje i możliwości. Stopniowo także technologie bezprzewodowe umożliwią pełny monitoring urządzeń i dwukierunkową komunikację w czasie rzeczywistym nie tylko dostawcom mediów, ale też administratorom i poszczególnym lokatorom.

Korzyści, jakie ma z tego tytułu dostawca mediów, są oczywiste. Natomiast zarządca budynku, który może w czasie rzeczywistym kontrolować zużycie np. wody i ciepła przez poszczególne lokale i mieszkania, dostaje narzędzie dostarczające natychmiastowych informacji o wszelkich stanach odbiegających od normy: przepływach wstecznych, wyciekach czy innych awariach. Tym samym może minimalizować ryzyko strat spowodowanych np. przez zalanie mieszkania, ale ma też skuteczne narzędzie do dokumentowania nieautoryzowanych ingerencji w urządzenia pomiarowe.

Już sama świadomość lokatorów i najemców lokali, że to narzędzie działa, spowoduje marginalizację takich prób. Produkowane są już systemy niepodatne na ingerencję w dane modułów znajdujących się w urządzeniach pomiarowych, nawet ich całkowite zniszczenie nie wiąże się z utratą danych, gdyż są one gromadzone na bieżąco nie tylko w samym urządzeniu, ale też w modułach nadawczo-odbiorczych i na serwerach. Z czasem mieszkańcy i najemcy lokali będą mogli na bieżąco śledzić i kontrolować ilość zużywanego ciepła na ogrzewanie, ciepłej i zimnej wody, gazu i energii elektrycznej.

Wiedza ta z pewnością skłoni ich do szukania oszczędności w wydatkach na te media. Przywykliśmy do elektronicznego pieniądza, do tego, że praktycznie nie chodzimy do banku i wiele czynności bankowych wykonujemy z pomocą internetu – również coraz częściej bezprzewodowego. Z technicznego punktu widzenia dostęp lokatorów do aktualnych wskazań i historii zużycia nie jest już niczym nadzwyczajnym.

Odczyt przewodowy

W Europie standardem w odczycie przewodowym jest M-Bus uzupełniany sukcesywnie elementami odczytu radiowego. Wymogi techniczne dla tego systemu są zawarte w normie PN EN 1434-3 [5]. Sieć M-Bus charakteryzuje się tym, że liczniki wysyłają stan swojego liczydła tylko w odpowiedzi na polecenie pochodzące z koncentratora danych. Początkowo magistrala M-Bus miała służyć tylko do odczytu ciepłomierzy, na odległość nawet do kilku kilometrów. Jednak prostota i uniwersalność tego rozwiązania  skłoniły do zastosowania go również do odczytu zużycia innych mediów: wody, gazu i energii elektrycznej.

Ta technologia stosowana jest z reguły w nowych budynkach, zwłaszcza tam, gdzie montowane są ciepłomierze mieszkaniowe z wyjściami impulsowymi. Producenci często wyposażają ciepłomierze w wejścia umożliwiające podłączenie dodatkowych urządzeń nadających impulsy – wodomierzy ciepłej i zimnej wody. W ten sposób, odczytując przelicznik ciepłomierza informujący o zużyciu ciepła na ogrzewanie, można także uzyskać dane o zużyciu zimnej wody i c.w.u.

System magistrali M-Bus umożliwia zdalny odczyt danych z liczników mierzących zużycie mediów łącznie z aktualnymi parametrami, bez potrzeby wchodzenia do pomieszczeń, w których są one zamontowane. Dane gromadzone są w formacie umożliwiającym ich dalsze wykorzystanie, na przykład przez programy komputerowe do sporządzania rachunków za media.

Podstawowymi elementami składowymi systemu M-Bus są: jednostka centralna, ciepłomierze z kartą M-Bus podłączane bezpośrednio do magistrali systemu oraz współpracujące z nimi wodomierze z elektronicznym wyjściem impulsowym. Ważnym elementem jest centrala komputerowa zarządzająca magistralą i umożliwiająca eksport danych. Newralgicznym elementem jest koncentrator danych, z uwagi na ograniczoną liczbę obsługiwanych urządzeń pomiarowych oraz odległość od nich. Jednak producenci stale zwiększają tę liczbę, początkowo było to kilkaset, a obecnie parę tysięcy.

Sygnały od urządzeń pomiarowych mogą być przesyłane przewodami sieci Ethernet, tj. lokalnej sieci komputerowej stosowanej powszechnie w nowych budynkach. Do transmisji danych z urządzeń pomiarowych wykorzystuje się m.in. złącza RS 232. Kolejnym rozwiązaniem jest wykorzystanie systemu tzw. budynku inteligentnego. Sygnał może też być przesyłany za pomocą sieci telewizji kablowej. Stopniowo technologie przewodowe rozbudowywane są o funkcje i elementy łączności radiowej, wzbogacana jest też komunikacja dwustronna.

Systemy oferowane w tej technologii dają spore możliwości rozbudowy sieci poprzez łączenie wielu urządzeń zbiorczych M-Bus lub współpracę z protokołami KNX, LON, MOD-Bus, PROFI-Bus itp. M-Bus może być też sterowany oraz monitorowany systemami typu SCADA, tj. nadzorującymi przebieg procesu technologicznego lub produkcyjnego. Ich głównymi funkcjami są: zbieranie aktualnych danych (pomiarów), ich wizualizacja, sterowanie procesem, alarmowanie oraz archiwizacja danych.

System bezprzewodowy

Na rynku oferowanych jest wiele rozwiązań bezprzewodowego odczytu urządzeń pomiarowych. Pomimo wielu istotnych różnic wykorzystują one podobne elementy: moduły radiowe oraz koncentratory danych. Moduł umożliwia włączenie do systemu odczytu urządzeń pomiarowych z wyjściem impulsowym (wodomierzy, ciepłomierzy, gazomierzy). Zlicza impulsy, przechowuje i transmituje dane w zakodowanych pakietach do koncentratora danych lub bezpośrednio do komputera.

Moduły zasilane są bateriami o żywotności nawet dwóch okresów legalizacyjnych dla wodomierzy i ciepłomierzy. Producenci oferują moduły w formie nakładek lub wbudowane w urządzenia pomiarowe. Moduły radiowe mogą komunikować się dwukierunkowo, czyli są jednocześnie nadajnikami i odbiornikami, i pracują w zakresie częstotliwości SRD (ang. Short Range Devices) 433 i 868 MHz oraz 2,4 GHz. Emitowana przez nadajnik moc nie przekracza kilkudziesięciu miliwatów.

Na terenie Unii Europejskiej nie jest wymagane zezwolenie na wykorzystanie tych nadajników. Zasięgi tych urządzeń nie przekraczają kilkuset metrów w terenie otwartym oraz kilkudziesięciu metrów wewnątrz budynków. Te odległości determinują architekturę systemów w przestrzeni. Liczniki grupowane są po kilkadziesiąt urządzeń i łączność z nimi jest możliwa za pośrednictwem koncentratora danych.

Koncentrator montowany jest poza lokalami w częściach wspólnych budynku, w miejscach dostępnych dla obsługi. Rejestruje on dane z urządzeń pomiarowych w poszczególnych mieszkaniach (ciepłomierzy, wodomierzy, liczników ciepłej wody i podzielników kosztów). W pamięci koncentratora (de facto mikrokomputera) znajduje się lista numerów seryjnych liczników w podsieci i gdy system nadrzędny wyda polecenie, proces odczytu liczników przebiega automatycznie (np. 1 odczyt na dobę). Umożliwia to centrum operacyjnemu kontaktowanie się z koncentratorem np. tylko raz w miesiącu, a on przekazuje dane z odczytu każdego dnia, gdyż np. codziennie lub kilka razy dziennie kontaktował się z licznikami i dane te ma w swojej pamięci.

Pojemność koncentratorów też jest ograniczona, choć stale się zwiększa. Początkowo wystarczała na obsłużenie kilkudziesięciu urządzeń, obecnie nawet ponad tysiąca. Urządzenia te mogą być obsługiwane bezpośrednio za pomocą przenośnego komputera (PSION) lub łączności radiowej. Zasilane są z sieci elektrycznej i akumulatorów. Aby koncentratory mogły zwiększyć swój zasięg, mogą się łączyć drogą radiową z dodatkowymi modułami wzmacniającymi wyposażonymi w anteny zewnętrzne.

Te zbierają dane z wielu koncentratorów i przekazują je do centralnego koncentratora danych oddalonego nawet o 2 km i gromadzącego dane z paru tysięcy urządzeń pomiarowych, gdzie są odczytywane stacjonarnie lub za pomocą urządzenia przenośnego. Technicznie możliwe jest też wykorzystanie w koncentratorach modemów radiowych o dużym zasięgu, np. 20–40 km, ale jest to rozwiązanie drogie, gdyż wymaga kosztownej sieci radiowej, i stosowane jest sporadycznie.

Oferowany jest już także system  odczytu, który dane z urządzeń pomiarowych przekazuje bez pośrednictwa koncentratorów do przenośnego komputera znajdującego się u przechodzącego inkasenta lub w jadącym przez ulicę lub osiedle samochodzie.

Zasięg transmisji również wynosi kilkadziesiąt metrów. Dane z komputera mogą trafiać następnie do dowolnego systemu. Moduł radiowy na urządzeniu pomiarowym ma komunikację dwustronną i wysyła dane po wywołaniu go przez komputer inkasenta lub znajdujący się w samochodzie.Innym rozwiązaniem jest wyposażenie modułu radiowego nadawczo-odbiorczego w kartę GPRS (technologia stosowana w sieciach telefonii komórkowej GSM do pakietowego przesyłania danych). Tym samym dane mogą trafiać w dowolne miejsce, w liczbie tylu odczytów tygodniowo lub nawet na dobę, ile jest wymagane dla danego systemu i specyfiki odbiorców mediów. Taki sposób radiowej komunikacji z urządzeniami pomiarowymi daje ogromne możliwości obróbki danych i monitorowania stanu instalacji i pracy urządzeń pomiarowych.

W systemie tym praktycznie nie ma ograniczeń liczby odczytywanych urządzeń i nie wymaga on ponoszenia kosztów w razie jego rozbudowy, oczywiście poza kosztem samych urządzeń pomiarowych z modułami GPRS. Ceny kart i łączności GPRS są coraz niższe i tym samym technologia ta, wykorzystująca istniejącą sieć telefonii komórkowej pokrywającą praktycznie cały kraj, ma przed sobą duże możliwości rozwoju.

Metody zbierania danych

Zagadnienie zdalnego odczytu można rozpatrywać również z punktu widzenia sposobu zbierania danych przez dostawców mediów. Jednym z nich jest wspomniany już tzw. system inkasencki. Praca inkasenta nie polega na odczytywaniu wskazań każdego wodomierza czy gazomierza, ale na podejściu do budynku lub przejściu wzdłuż ulicy z przenośnym komputerem, który wysyła sygnał do urządzeń pomiarowych, a te odpowiadają, przekazując pakiety danych. Taki odczyt może być sekwencyjny, licznik po liczniku, lub grupowy, tj. jednoczesny z kilku urządzeń pomiarowych. Trwa kilka sekund, po czym należy przejść do następnego punktu.

Odczyt prowadzony jest też za pomocą samochodów wyposażonych w urządzenia z zewnętrznymi antenami. Mocny dzięki antenom sygnał wzbudza moduły radiowe na urządzeniach pomiarowych, a te odpowiadają pakietami danych. Przeważnie do zebrania danych wystarcza, by samochód wolno przejechał przez ulicę bez zatrzymywania się. Stacjonarne systemy odczytu danych wykorzystują koncentratory z odpowiednimi wyjściami do połączeń przewodowych z dostawcą oraz przez modemy komunikacyjne lub karty telefonii komórkowej. Każdy z tych sposobów na swoje zalety.

Wydawać by się mogło, że system inkasencki powinien ustąpić miejsca innym, np. z uwagi na koszt pracy inkasentów. Będzie on jednak nadal stosowany, gdyż w przypadku wielu dostawców mediów inkasent pełni też funkcję konserwatora, wykonującego potrzebne naprawy lub usuwającego nieprawidłowości w działaniu instalacji na terenach objętych odczytem.

Literatura

1. Boryna B., Zdalny odczyt zużycia mediów, „Rynek Instalacyjny” nr 4/2006.
2. Joniec W., Pomiary mediów, „Rynek Instalacyjny” nr 4/2006.
3. Luberadzki J., Systemy zdalnego odczytu w indywidualnych rozliczeniach ciepła i wody, „Rynek Instalacyjny” nr 6/2007.
4. Ciejka W., Systemy radiowe odczytu wodomierzy – ewolucyjna rewolucja, „Polski Instalator” nr 9/2009.
5. PN-EN 1434-3:2009 Ciepłomierze. Część 3: Wymiana danych i interfejsy (oryg.)
6. Materiały firm: Antap, Apator PoWoGaz, BMeters, ista, Itron, Minol, Sensus, Mirometr.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!