PLC W AMM/AMI
Linie energetyczne będą prawdopodobnie podstawowym medium transmisyjnym w inteligentnych sieciach elektroenergetycznych. Przykładowo wąskopasmowe sieci PLC są już m.in. wykorzystywane w systemach AMM/AMI (Automated Meter Management/Advanced Metering Infrastructure).
Dzięki dwukierunkowej wymianie informacji między dostawcą a odbiorcą energii umożliwiają one m.in. zdalny odczyt stanu liczników zużycia różnych mediów oraz parametrów energii (prądu, napięcia, wskaźników jakości itp.). Ponadto dostawca może w ten sposób przesyłać do użytkowników informacje o aktualnej taryfie oraz prognozowanym zużyciu energii, przyznawać lub anulować rabaty na jej zakup, jak również zdalnie konfigurować liczniki.
Firma energetyczna może też odłączać i przyłączać odbiorców do sieci, a po uzyskaniu zgody sterować ich urządzeniami (na przykład klimatyzacją, aby uniknąć jej nadmiernej eksploatacji). Zapewnia to obustronne korzyści. Dostawca efektywniej zarządza pracą sieci, na przykład szybciej reagując na jej nadmierne obciążenie, awarie lub kradzież energii. Natomiast odbiorca świadomiej korzysta z danego medium, dzięki czemu zmniejsza swoje rachunki.
AMM/AMI - PRZYKŁADOWA KONFIGURACJA
Rys. 1. Przykładowa konfiguracja systemu AMM/AMI z komunikacją za pośrednictwem linii energetycznych
System AMM/AMI składa się z kilku warstw. Najniższą stanowią inteligentne liczniki (Smart Meters), które mogą odbierać i przesyłać dane za pośrednictwem linii energetycznych niskiego napięcia.
Oprócz elementów pomiarowych urządzenia takie zwykle są wyposażone w pamięć nieulotną zabezpieczającą przed utratą danych w razie braku zasilania lub problemów z transmisją, wyświetlacz, klawiaturę oraz przystawki do podłączenia zwykłych mierników energii elektrycznej lub innych mediów. Dane z liczników są przesyłane do routerów NN.
Stąd, za pośrednictwem konwerterów najpierw przetwarzających sygnał z sieci PLC NN na SN, a następnie z SN na WN, informacje transmitowane są do głównego routera. Ten z kolei komunikuje się (przez Ethernet lub sieć GSM) już bezpośrednio z centrum sterowania, którego personel zarządza systemem, korzystając ze specjalnej aplikacji (rys. 1).
Między kolejnymi etapami transmisji sygnał informacyjny jest filtrowany w celu usunięcia zakłóceń. Z podobnie zorganizowanych systemów AMM/AMI korzystają już także operatorzy energetyczni w Polsce, m.in. Energa i PGE.
Radiomodemy w monitoringu stanu zbiorników
Przekroczenie wartości granicznych tego pierwszego sygnalizuje zagrożenie przepełnieniem zbiorników, natomiast spadek ciśnienia może oznaczać uszkodzenie pomp lub nieszczelność instalacji. Do centrali powinny być też przesyłane dane z systemu kontroli dostępu w razie włamania na teren kompleksu. Wykonawca rozpoczął od przeprowadzenia rozeznania warunków do budowy systemu na miejscu. Okazało się, że odległość dzieląca zbiorniki i centrum operatorskie wynosi tylko 2 km. Dodatkowo między obiektami nie występują żadne przeszkody, które powodowałyby brak bezpośredniej widoczności optycznej. Fakty te, w połączeniu z brakiem odpowiedniej infrastruktury przewodowej, zadecydowały o wdrożeniu w tym systemie monitoringu łączności bezprzewodowej z wykorzystaniem radiomodemów. Po opracowaniu wstępnego projektu sieci przeprowadzono testy w terenie. Okazało się wówczas, że warunki propagacji fali radiowych są na tyle sprzyjające, że w wybranym paśmie częstotliwości poziom mocy sygnału zapewniający zadowalającą jakość transmisji nie wymaga pozwolenia. Znacznie przyspieszyło to wdrożenie systemu, zmniejszyło również jego koszt. |
Operator wodociągów miejskich zlecił zewnętrznej firmie opracowanie projektu systemu zdalnego monitoringu zbiorników wodnych zaopatrujących jedno z miast w Polsce. Za jego pośrednictwem operatorzy w centralnej dyspozytorni mają uzyskiwać dostęp m.in. do wyników pomiarów z czujników poziomu wody w zbiornikach oraz ciśnienia w liniach przesyłowych tego medium.CZĘŚĆ 2 - SIECI BEZPRZEWODOWE
Wi-fi I ZIGBEE W AMR
Chociaż idea smart grid jest dopiero stopniowo wprowadzana w życie, zdalny odczyt liczników mediów użytkowych staje się już powszechny. W systemach AMR (Automated Meter Reading) realizowana jest wyłącznie jednokierunkowa komunikacja od miernika zużycia medium do punktu zbiorczego.
Wyniki pomiarów z tego ostatniego są przesyłane do centrali (zakładu energetycznego lub do zarządcy budynku), na przykład za pośrednictwem sieci komórkowych. Medium transmisyjnym w komunikacji licznik-punkt zbiorczy jest zwykle łącze bezprzewodowe, na przykład w sieci Wi-fi (IEEE 802.11) lub ZigBee (IEEE 802.15.4).
Zaletą tych drugich jest niski pobór mocy, dzięki czemu liczniki z takim interfejsem komunikacyjnym mogą pracować na zasilaniu bateryjnym bardzo długo (nawet kilka lat). Wspólną cechą sieci Wi-fi oraz ZigBee jest ograniczony zasięg transmisji (typowo 100 m).
Liczyć się trzeba również z zakłóceniami łączności w wyniku interferencji z innymi sieciami lub tłumienia sygnału przez otoczenie. Maksymalna prędkość transmisji w sieciach ZigBee to 250 kb/s (w paśmie 2,4 GHz), a w wypadku Wi-fi 54 Mb/s.
ProduktyKabel światłowodowy dla energetyki
Parametry takie jak liczba, materiał oraz przekrój drutów, które wpływają na właściwości elektryczne i mechaniczne kabli, są różne w zależności od modelu. Produkt ma homologację.  Kompaktowy sterownik komunikacyjny współpracujący z licznikami energii elektrycznej, sterownikami procesów oraz terminalami przemysłowymi. Wybrane cechy i wyposażenie urządzenia: komunikacja przez GPRS/GSM(CSD), ZigBee (opcja), GSM Control (autorskie algorytmy utrzymania łącza), interfejsy szeregowe (RS-232, RS-485, CLO) oraz USB, konfiguracja przez USB i GSM, obsługa protokołów TCP/IP, UDP/IP, ICMP, synchronizacja czasu.
 Wybrane cechy i wyposażenie urządzenia: transmisja pakietowa GSM/GPRS, zintegrowany modem GSM 850/900/1800/1900, automatyczne logowanie i podtrzymanie sesji GPRS, optoizolowany port komunikacyjny dla urządzeń zewnętrznych (RS-232/422/485), programowane funkcje przetwarzania danych, standardowe protokoły transmisyjne (Modbus RTU, GazModem, M-BUS, NMEA 0183), wbudowana funkcjonalność master i slave.
 Wybrane cechy i wyposażenie urządzenia: hermetyczna obudowa IP67, elektronika w żelu ochronnym, wymienny pakiet baterii na 5 lat pracy, tryb oszczędzania energii, transmisja pakietowa GSM/GPRS, zintegrowany modem GSM 850/900/1800/1900, automatyczne logowanie i podtrzymanie sesji GPRS, 5 wejść dwustanowych/licznikowych, 3 wejścia analogowe, zasilanie przetworników zewnętrznych na czas pomiaru, opcjonalny port komunikacyjny RS-485 Modbus RTU do przepływomierza, rejestrator danych, zdalna konfiguracja i diagnostyka, zdalna aktualizacja firmware.
 Wybrane cechy i wyposażenie urządzenia: prędkość transmisji 19 200 bit/s, port komunikacyjny RS-232, RS-422, RS-485, zmiana częstotliwości 869,400...869,650 MHz, moc nadajnika 10 mW...500 mW, czułość odbiornika -110 dBm, wyświetlacz LCD i klawiatura 4-przyciskowa (opcja), funkcja retransmitera, trasowanie połączeń (Message Routing), konfi guracja z poziomu terminalu (HyperTerminal, Saterm).
 Dostępne są dwa modele: DX80DR9M-H pracujący w paśmie 900 MHz, o mocy transmitowanego sygnału 250 mW lub 1 W i zasięgu około 10 km oraz DX80DR2M-H działający w paśmie 2,4 GHz. Ten ostatni charakteryzuje się mocą transmitowanego sygnału 65 mW (100 mW EIRP) i zasięgiem 3 km.
Wybrane cechy urządzeń: interfejs szeregowy RS-232 lub RS-485, możliwość pracy w sieci typu mesh, wybór trybu pracy: master, slave, repeater, wbudowany moduł oceny warunków propagacji fal radiowych, certyfikat ATEX. Wkrótce w sprzedaży dostępne będą również moduły SureCross Ethernet Data Radio do komunikacji w sieciach bezprzewodowego Ethernetu.  Jeden z amerykańskich dostawców energetycznych postanowił zmienić medium transmisyjne, za pośrednictwem którego wymieniane są dane między system SCADA a podstacjami elektroenergetycznymi i hydroelektrownią zasilającą sieć. Dotychczas w tym zastosowaniu korzystano z łączności radiowej, jednak z powodu opóźnień w transmisji efektywność nadzoru oraz sterowania infrastrukturą sieciową była mała.
Komunikację bezprzewodową postanowiono zatem zastąpić siecią światłowodową. W tym celu należało zbudować łącze o długości blisko 10 km. Sieć przebiegać miała w większości poboczem dróg, jednak na niektórych odcinkach wymagane było poprowadzenie kabli pod ulicą. Wyzwaniem okazało się również doprowadzenie łącza do hydroelektrowni, która oddzielona jest wąwozem. Fragmenty sieci światłowodowej wykonano również jako instalację naziemną. Prace zakończono w ciągu ośmiu tygodni. Dzięki zmianie medium znacznie poprawiła się szybkość reakcji na różne zdarzenia awaryjne (zaniki zasilania, przeciążenia). Sprawniejsze stało się również zarządzanie infrastrukturą sieciową, na przykład przyłączanie i odłączanie poszczególnych segmentów sieci. |
LLK-ESnCxAY/yACS to kable światłowodowe przeznaczone do wykorzystania w napowietrznych liniach energetycznych. Są one zbudowane z włókien światłowodowych (maksymalnie 120) w hermetycznych tubach (maksymalnie 3) wykonanych ze stali nierdzewnej i wypełnionych żelem węglowodorowym. Tuby oraz druty ze stopu aldrey są okręcone wokół stalowego drutu z powłoką aluminiową.WYKORZYSTANIE TECHNOLOGII GSM/GPRS
Sieci komórkowe GSM zyskały dużą popularność w systemach zdalnych pomiarów i sterowania, gdy udostępniono w nich usługę GPRS, czyli pakietowej transmisji danych. Dzięki niej pojedynczy użytkownik nie zajmuje całego kanału transmisyjnego, a każda ze szczelin czasowych może zawierać informacje od różnych abonentów.
Przekazywane dane przed wysłaniem dzielone są na pakiety, którym przyporządkowuje się unikalne identyfikatory, na których podstawie odbiornik łączy pakiety w jeden strumień danych, co gwarantuje efektywne wykorzystanie pasma transmisyjnego.
Podobnie jak w sieci Ethernet, możliwa jest jednoczesna, dwukierunkowa transmisja danych pomiędzy wieloma punktami sieci (np. pomiędzy modułami telemetrycznymi a serwerem czy też pomiędzy samymi modułami telemetrycznymi).
Możliwe jest wykorzystywanie prywatnych podsieci APN, do których nie mają dostępu inni użytkownicy, a także bezpiecznych, szerokopasmowych tuneli IPsec pomiędzy podsiecią APN a infrastrukturą IT użytkownika.
Użytkownicy płacą tylko za ilość wymienionych danych, a nie za czas połączenia, dzięki czemu urządzenia telemetryczne mogą być zalogowane do sieci GPRS w sposób permanentny, 24 godziny na dobę, gwarantując stała dostępność toru transmisyjnego bez konieczności ponoszenia wysokich kosztów budowy własnej infrastruktury transmisyjnej.
ZALETY SIECI KOMÓRKOWYCH
W telemetrii i telesterowaniu zazwyczaj przesyłane są krótkie komunikaty (wyniki pomiarów, komendy sterujące) w określonych (dane kontrolne) lub nieprzewidywalnych (alarmy i zdarzenia) odstępach czasu. Dlatego z reguły wymagane jest stałe połączenie między centrum sterowania i rozproszonymi węzłami sieci.
Sposób naliczania opłat za korzystanie z sieci jest zatem w wypadku sieci GSM/GPRS korzystniejszy dla takich abonentów, niż ten stosowany w sieciach z komutacją kanałów. Oprócz tego zaletą sieci komórkowych jest możliwość użytkowania już istniejącej infrastruktury komunikacyjnej. Dzięki temu koszty początkowe użytkowników ograniczają się do wydatków na zakup sprzętu sieciowego oraz wykupu usługi u operatora.
Skraca to także czas wdrożenia. Korzystający z sieci nie musi się ponadto zajmować jej konserwacją ani naprawami w razie awarii. Zaletą z punktu widzenia dostawców mediów użytkowych jest również duży zasięg ograniczony tylko przez obszar pokrycia sieci GSM na danym terenie. Dzięki temu odległość między węzłami sieci może być dowolna.
Nie jest też konieczna bezpośrednia widoczność optyczna między nadajnikiem i odbiornikiem. Cyfrowy charakter transmisji i algorytmy szyfrowania zapewniają wysoką odporność na zakłócenia a także wysoki poziom bezpieczeństwa transmitowanych danych, zwłaszcza w prywatnych podsieciach APN.
Możliwość szerokopasmowego dostępu do danych poprzez bezpieczne tunele IPsec w połączeniu ze zdarzeniową (nie wymagającą odpytywania przez stację centralną) transmisją z urządzeń telemetrycznych zapewnia znakomitą skalowalność systemów telemetrycznych bez pogorszenia czasu reakcji.
Ważne jest również to, że technologia mobilnej transmisji pakietowej jest wciąż rozwijana (sieci 3G, 3,5G, 4G), poszerzając pola możliwych zastosowań telemetrycznych.
|
Andrzej Dwojak
