Dlaczego nasze urządzenia transmisyjne są inteligentne?

Na pytanie postawione w tytule jest bardzo prosta odpowiedź: mogę przeprowadzić samodzielnie transmisje danych z licznika, w sposób całkowicie automatyczny, nie potrzebując do tego żadnych zewnętrznych aplikacji. Ponadto, potrafią przyspieszyć transmisję z 9600 bitów na sekundę do rzeczywistych prędkości osiąganych na współczesnych liniach transmisji danych.

Duża część układów zdalnej transmisji danych z liczników energii opiera się dzisiaj na powieleniu znanego od lat modelu Licznik-Moduł Komunikacyjny-Medium Transmisyjne-Odbiorca danych. Schematycznie wygląda to jak niżej:

Odczyt_zielony

ten typ transmisji realizują:
N2000
N2010
N2020
proBox2
proBox2ETH
smartBOX

Układ taki nosi nazwę odczytu bezpośredniego. Każdy licznik energii, który ma być odczytywany zdalnie jest wyposażony w interfejs komunikacyjny oraz moduł komunikacyjny. Rozwiązania techniczne modułu komunikacyjnego mogą się różnić w zależności od producenta licznika. Wszystkie modele liczników mają interfejs komunikacyjny zabudowany wewnątrz – niektóre w postaci wymiennych modułów, a niektóre na stałe. Moduły do komunikacji zdalnej występują zarówno w postaci wbudowanej, jak i zewnętrznej. Moduł komunikacji zdalnej jest połączony z licznikiem zwykle za pomocą interfejsu w standardzie RS485, w starszych modelach spotyka się jeszcze interfejs pętli prądowej (CLO). Jeśli moduł komunikacyjny służy do komunikacji po sieci telefonii komórkowej, to do sterowania modułem niektórzy producenci wykorzystują procesor modemu i język Java, który jest w procesorze wbudowany. Uważam jednak, że do sterowania takim modułem powinien być wykorzystany oddzielny procesor, ponieważ zmiany technologiczne mogłyby spowodować, że część programu wpisanego w modem mogłaby w którymś momencie przestać działać -np. po aktualizacji firmware modemu, lub nie pasować do nowszych wersji sprzętowych

Tor transmisji oznaczony na powyższym rysunku kolorem zielonym umożliwia odczyt licznika w trybie bezpośrednim. Oznacza to, że na komputerze odczytowym działa oprogramowanie, które za pomocą odpowiedniego mechanizmu i medium transmisyjnego łączy się z modułem komunikacyjnym, który jest z kolei połączony z licznikiem energii. Oprogramowanie to, znając protokół licznika, zestawia z nim połączenie i odczytuje dane, które interpretuje na swoje potrzeby. Jeśli należy odczytać dane z wielu liczników, odbywa się to po kolei z każdego z nich. Istotnym ograniczeniem takiego układu jest połączenie na styku licznika i modułu komunikacji zdalnej. Producenci liczników nie stosują na tym złączu prędkości przekraczających 9600 bitów na sekundę. Pomimo więc np. połączenia po sieci Ethernet, której przepustowość jest dzisiaj liczona w megabitach na sekundę, odczyt danych z takiego układu będzie odbywał się z efektywną prędkością 9600 bitów na sekundę. Oczywiście taki bezpośredni dostęp do licznika jest konieczny, aby licznik sparametryzować. Niektórzy producenci liczników dopuszczają już możliwość zdalnej parametryzacji – bez potrzeby fizycznej obecności człowieka przy liczniku i wprowadzania go w tryb “SET” poprzez naciśnięcie przycisku.

Zaletą zielonego toru transmisji jest jego prostota, choć era prostych urządzeń, w których nie ma nic do skonfigurowania i nie potrzeba do ich obsługi żadnej wiedzy już dawno się skończyła i ta prostota jest dziś pojęciem dość umownym. Wadą jest zaś to, że skomutowane połączenie uniemożliwia dostęp do danych z licznika pozostałym klientom chcącym te dane również pozyskać – jeden odczytujący klient blokuje łącze pozostałym – wymagane jest wówczas umówienie się wszystkich klientów do danych i wypracowanie harmonogramu wspólnego dostępu do licznika.

Zakładając, że mamy do odczytania jeden licznik i czytamy go codziennie, taki układ wymaga od nas około 30-120 sekund czasu na pozyskanie danych, w zależności od zakresu danych jaki chcemy codziennie z licznika odczytać. Przy większej liczbie liczników podłączonych do jednego interfejsu ten czas proporcjonalnie się wydłuża.

Jeśli na terenie hipotetycznego obszaru dystrybucji energii elektrycznej mamy tylko takie układy transmisji danych z liczników, to system odczytu danych składa się z kilku(nastu) (dziesięciu) (set) takich prostych modułów komunikacyjnych oraz jednego lub kilku mocnych serwerów, które codziennie się do tych modułów podłącza i mozolnie odczytuje dane licznik po liczniku. Procesor w modułach komunikacyjnych w takim modelu nie ma zbyt wiele pracy. Musi najpierw zestawić połączenie czyli odebrać telefon lub utrzymać sesję GPRS. Następnie musi przekazywać licznikowi to, co odebrał z zewnątrz i wysyłać na zewnątrz to co otrzymał z licznika. Mając na uwadze dzielność dzisiejszych procesorów, jego możliwości są w znacznej mierze niewykorzystane.

Numeron od samego początku swoich działań w obszarze odczytu liczników przyjął inny model, mianowicie model nazwany “inteligencją rozproszoną” lub “rozproszonych inteligentnych agentów”. Mając na uwadze prędkość interfejsu szeregowego licznika, która jeszcze niedawno nie przekraczała 4800 bitów na sekundę, założyliśmy, że całą czarną robotę związaną z odczytem licznika powinien wykonywać wyposażony w inteligencję procesor znajdujący się w module komunikacyjnym i następnie automatycznie wysłać odczytane dane gdzieś w świat lub umożliwić dostęp do nich większej liczbie klientów niż jeden, z prędkością większą niż anachroniczne 4800.

Aby zrealizować taki model pozyskiwania danych wymagane jest wyposażenie modułu komunikacyjnego w dysk flash i mechanizm harmonogramowania zadań konfigurowany najlepiej przez www. Przedstawia to poniższy rysunek:

Odczyt_czerwony

Po odpowiednim zaprogramowaniu takiego modułu, co polega na wpisaniu do niego typów i numerów liczników (niestety protokoły IEC i dlms nie umożliwiają automatycznej identyfikacji), inteligentny moduł odczytuje wybrane liczniki z zadaną częstotliwością i zapisuje je na swoim wewnętrznym dysku. Dane te są już w tym momencie dostępne na witrynie www urządzeniai można je stamtąd pobrać tak, jak pobiera się każdy plik z witryny www.

Urządzenie do odczytu liczników wykorzystuje swoje wewnętrzne porty szeregowe, których może mieć, w zależności od typu urządzenia, od jednego do trzech. Po zakupie dodatkowego modułu programowego możliwe jest również stworzenie wirtualnych portów szeregowych, przez które nasze urządzenia mogą odczytywać liczniki podłączone fizycznie do innych urządzeń i które mogą być rozmieszczone w różnych lokalizacjach. Wygląda to tak:

Port_komunikacyjny

Dane, które zostały umieszczone na wewnętrznym dysku mogą być następnie dystrybuowane dalej na kilka sposobów, które odróżniłem kolorystycznie:

Odczyt_fioletowy

ten typ transmisji realizują:
N2010
N2020
proBox2
proBox2ETH
smartBOX

Podobnie jak w układzie zielonymukład fioletowypozwala na połączenie się z urządzeniem i po wydaniu prostego polecenia, odczytanie plików danych zgromadzonych na dysku. Dane są pobierane z dysku, więc ich wysyłka jest przeprowadzana na maksymalnej prędkości jaką daje medium transmisyjne – w przypadku sieci Ethernet trwa to maksymalnie kilka sekund. Aplikacja na komputerze nie musi oczekiwać i kontrolować protokołu licznika, otrzymuje po prostu gotowy plik danych w oryginalnym formacie, tak jakby był odczytany wprost z licznika. Skrócenie czasu transmisji w porównaniu do bezpośredniego odczytu zielonegojest kilku lub kilkudziesięciokrotne. Ten tryb transmisji jest wykorzystywany bardzo często dla odczytów wielkości bieżących z licznika (tryb online). Zawartość pliku danych dla tego trybu jest konfigurowana oddzielnie.

Odczyt_niebieski

ten typ transmisji realizują:
N2000
N2010
N2020
proBox2
proBox2ETH
smartBOX

Układ niebieski działa całkowicie automatycznie. Nie wymaga nawet aplikacji akwizycyjnej na komputerze. Dane są umieszczane przez moduł komunikacyjny wprost na serwerze ftp lub wysyłane jako załącznik do poczty elektronicznej. Robi to kolejny, odpowiednio skonfigurowany, harmonogram urządzenia. Z serwerów pocztowych lub ftp, pliki są pobierane poprzez standardowe aplikacje i umieszczane w lokalizacji, z której dane są interpretowane i zapisywane do bazy danych systemu zarządzania danymi pomiarowymi. System ENERGIA4 ma takie mechanizmy już wbudowane w swoją strukturę więc nie są potrzebne nawet żadne dodatkowe aplikacje. Pliki danych umieszczane na serwerach mogą być w stanie oryginalnym lub przetworzonym np. w formacie PTPiREE powszechnie wykorzystywanym w wymianie danych na rynku energii w Polsce.

Odczyt_zolty

ten typ transmisji realizują:
N2020
proBox2
proBox2ETH
smartBOX

Układ żółty jest typowym konwerterem protokołów i został opracowany aby dopasować dane pochodzące z liczników energii do protokołu Modbus. W tym celu powstała mapa rejestrów Modbus, których zawartość po każdym cyklu odczytu licznika ( czerwonym) jest aktualizowana.

Aby obraz był pełen, to wszystkie możliwe tryby pracy naszych urządzeń umieściłem na jednym rysunku.

Odczyt_wszystkie kolory

Nic nie stoi na przeszkodzie aby urządzenie pracowało jednocześnie we wszystkich tych trybach. Aczkolwiek jeśli w czasie odczytu czerwonego, czyli zgodnego z harmonogramem odczytu liczników i zapisie danych na dysk pojawi się żądanie zielonego odczytu bezpośredniego, to procedura czerwona jest wstrzymywana i urządzenie przechodzi w tryb zielony, który ma najwyższy priorytet. Na powyższym rysunku kanał zielony i czerwony reprezentują jeden interfejs do licznika. Jest jednak możliwe aby licznik posiadający dwa niezależne interfejsy został podłączony do naszego urządzenia również przez te dwa interfejsy. Wówczas układ zielony i czerwony mogą pracować zupełnie niezależnie od siebie wzajemnie się nie zakłócając.

Taki sposób organizacji odczytu danych ma wiele plusów:

  • dane są transmitowane do odbiorców z maksymalną prędkością jaką zapewnia łącze komunikacyjne modułu. Pozwala to efektywniej wykorzystywać łącza teletransmisyjne i, co najważniejsze, skrócić czas pozyskania danych pomiarowych
  • urządzenie buforuje w swojej pamięci dane z wszystkich odczytów robiąc to w sposób cykliczny. W przypadku awarii licznika lub przerw w transmisji uzupełnienie danych w takim przypadku jest bardzo szybkie
  • wielodostęp do danych, zwłaszcza danych chwilowych (online). W takim modelu jeden interfejs licznika nie jest ograniczeniem, gdyż moduł odczytuje dane z licznika do swojej wewnętrznej pamięci w jednym procesie a w drugim udostępnia te dane tylu klientom ilu aktualnie tych danych potrzebuje
  • przy całej swojej zaawansowanej technologii zachowuje bezpośredni dostęp do licznika metodą klasyczną czyli drogą zieloną. Umożliwia to zdalną parametryzację i dostęp do licznika. Można również tą drogą odczytać dane pomiarowe jeśli ktoś do takiego typu odczytu jest przywiązany
  • istnieje możliwość wstępnej wizualizacji danych lub wstępnej obróbki danych. Nasze moduły generują np. pliki w standardzie PTPiREE wprost w swojej pamięci i wysyłają je na wskazane serwery ftp bez potrzeby pośrednictwa większych systemów informatycznych
  • dane pomiarowe można wysłać przez ftp lub pocztę do wielu adresatów
  • wysyłane dane można szyfrować i kompresować.