Проектът Open Мeter

Живеем в свят с ограничени ресурси, които трябва да използваме разумно и да заплащаме точно и навреме. Ефективното управление на ресурсите е възможно само след точно и навременно измерване, и подходяща обработка на получените резултати. Ресурси или консумативи като вода, природен газ, топлинна енергия и електричество се доставят до жилищни, офис и промишлени сгради и трябва да се измерват точно не само, за да се знае колко трябва да заплати консуматорът, но и за да се откриват навреме течове, които биха предизвикали материални и нематериални щети.
Дистанционното включване и изключване на ресурсите според приоритета им е важно, както в пикови часове на консумация, така и при природни бедствия и аварии, а също и при неплащане на сметки от консуматорите. Дистанционното отчитане и управление е възможно само чрез новите интелигентни или т. нар. smart технологии. В тази статия ще се обърне внимание най-вече на интелигентните (смарт) електромери, които понякога се комбинират и с други измервателни устройства и затова ще ги наречем по-общо интелигентни измерители на консумативи.

Интелигентният измерител или умният електромер е измерител на един или повече консумативи като електричество, газ, топлинна енергия или вода. Интелигентният измерител има вградено интелигентно управление за точно и достатъчно често измерване на консумативите, дълговременно натрупване и съхранение на данните и предаването им по оптичен или електронен път до централната станция. Интервалите на измерване и комуникация са достатъчно малки, например на всеки 15 минути. Комуникацията с отдалечената станция е двупосочна. Интелигентният измерител може да има връзка и с локален дисплей, за да може потребителят да е в течение на консумацията си. Той може да комуникира и с други интелигентни прибори в домашната мрежа.

Интелигентните измерители съществуват още от зората на 8-битовите микропроцесори и микроконтролери, но новите технологии дадоха възможност да се вградят и нови по-мощни функции, комуникационни блокове и по-точни измерителни методи. Предполага се, че по-честото и по-точното измерване на консумативите ще е от полза на всички страни. В Европа до края на 2008-ма година е имало около 40 милиона инсталирани интелигентни измерители. Само за първото тримесечие на 2011-та година са продадени 17.4 милиона. Предполага се, че в световен мащаб има вече над 100 милиона инсталирани от различен тип интелигентни измерители и броят им ще се увеличава.

Една от основните причини за създаването им е драстичното разминаване между отчетената консумирана електроенергия от крайните потребители и количеството електроенергия декларирано като произведено от електроцентралите. Разчита се, че те ще помогнат да се локализират местата, където има загуби на енергия, например загуби в преносната система и с това ще подпомогнат усъвършенстването на системата.

Втората основна причина, е че с традиционните методи на измерване и на отчитане не може да се определи кога точно и какво количество енергия се консумира. Това изискваше поддържане на значително свръхпроизводство на енергия, за да се задоволят всички възможни потребности. И понеже този метод не беше ефективен се стигаше до режим на тока. В случая става дума, както за сезонна консумация, така и за консумация свързана с часовете на денонощието, а също и с консумация свързана с нетипични за сезона метеорологични състояния.

Интелигентните измерители са най-общо казано два вида. Едните само измерват консумираната енергия, а другите дават възможност за комуникация, за включване и изключване на определени консуматори.

Интелигентните измерители са средище на множество, бързо развиващи се и все още не стандартизирани еднакво в различните страни технологии. Част от технологичните предизвикателства са: компонентите трябва да бъдат с много ниска консумация, с много висока надеждност, с ниска цена и устойчиви на атмосферни, радиационни и климатични въздействия в широки граници, да са поддържани от достатъчно производители и стандартизирани във всички държави. Методите за измерване, комуникация и съхранение на информацията трябва да са точни, надеждни и неоспорими.

Друг важен момент са комуникациите. По този въпрос изглежда няма да бъде намерено единно решение поради различните условия, при които работят интелигентните измерители. Например комуникационните проблеми в градски условия, селски местности, планини, долини, котловини, близо до големи водни повърхности и т.н. са много различни. В момента се използват множество комуникационни технологии за еднопосочен или двупосочен обмен на информация между интелигентните измерители и станцията, която след това ги препредава на по-горното йерархично ниво.

Измежду използваните в момента технологии са клетъчната мрежа за мобилните оператори и пейджърите, сателитните комуникации, радиомрежите, комуникация по захранващата мрежа, оптичната комуникация с влакна или с лъч, интернет мрежи и подобни на тях, съществуващата телефонна мрежа и т.н. В бъдеще най-вероятно няма да има едно универсално решение, а в зависимост от мястото на експлоатация на интелигентните измерители ще се избере и метода на комуникация до местна станция.

Използваните комуникационни протоколи са друго предизвикателство. Американският Национален Институт по Стандартизация (ANSI – American National Standardization Institute) е публикувал няколко стандарта, като ANSI C12.18 стандарт за двупосочна комуникация с интелигентен измервател на електрическа енергия като се използва оптически интерфейс и са дадени детайли за комуникацията на ниско ниво. Стандартът ANSI C12.19 описва таблиците с данни, които трябва да се използват. Стандартът ANSI C12.21 е разширение на ANSI C12.18 и е предназначен за комуникация с модем. Той е удобен за автоматизация на отчитането на данни от интелигентния измервател.

Съхранението, обработката, запазването и унищожаването на огромните масиви от информация натрупвани от експлоатацията на интелигентния измерител е друг голям проблем. Обменяната информация е криптирана с ключ и се счита за подходящо защитена от неразрешен достъп.

Предимства на интелигентният измерител
Технологично няма съществени пречки за масово им въвеждане. По приблизителни изчисления в света има вече поне 100 милиона устройства свърпозани с тази технология. Използването на интелигентни измерители за домашни и промишлени нужди имат множество предимства. Цената на новите интелигентни измерители може да се окаже по-приемлива от цената на старите електромеханични измерители. Надеждността им и времето за експлоатация на новите прибори се очакват да са по-високи.

Както консуматорите, така и доставчика на услугата ще имат много по-точна представа за консумираните количества електроенергия, газ, топлинна енергия и вода.

Интелигентни измерители могат да взаимодействат с бъдещите устройства включени в домашната мрежа (HAN–Home Area Network), чрез която потребителите ще могат да управляват дистанционно електродомакински и други уреди в бита и ежедневието.

По строгия контрол ще предотврати възможността от злоупотреби от страна на недобронамерени лица и организации.

Интелигентния измерител може да даде сигнал за извънредна ситуация или претоварване на инсталацията. При пожар, наводнение или друг проблем може да бъде изключен съответния консуматив.

При което интелигентния измерител информира централата за възникналата авария и ще бъде изпратена група за изясняване и решаване на проблема. Комуникацията обикновено е двупосочна и се извършва на интервали от 15 минути.

Чрез въвеждането на интелигентни измерители ще стимулира стандартизацията, глобализацията и развитието на множество производства и съпътстващи дейности. А това се предполага, че ще подпомогне не само местната, но и световната икономика в условия на все по-ограничени енергийни ресурси.

Недостатъци на интелигентните измерители
Песимистите в развитието на интелигентни измерители и на дистанционното отчитане посочват няколко реални проблема свързани с тези нововъведения.

Инкасаторите, които отчитат ръчно измерителите ще бъдат уволнени или преквалифицирани, което се очаква, че ще има отрицателен социален и здравословен ефект върху тях и семействата им.

Ако в света се монтират над 1 милиард интелигентни измерители, излъчващи сигнали на всеки 15 минути в сравнително тесни честотни диапазони, това ще увеличи значително електромагнитния фон в тези диапазони, което може да има неблагоприятен биологичен ефект.

Повечето излъчватели освен в основния обхват излъчват и малки количества енергия в допълнителни обхвати, които не са предназначени за тях. Става дума за хармоничните излъчвания и интермодулационните продукти, които се пораждат от нелинейните елементи. Това може да усложни допълнително електромагнитната съвместимост и биологичните ефекти. Често пъти те зависят от радиосигнали. Тези сигнали са подвластни на слънчеви изригвания, атмосферни явления и други природни, индустриални и транспортни смущения. Освен това сигналите излъчвани към и от интелигентни измерители могат да се прихващат, заглушават, модифицират и изобщо използват по неразрешен начин. Това създава опасност от злоупотреби и грешки. Никоя технология не е съвършена. Ако след двадесетина години ще трябва да се подменят няколко милиарда устройства с технология, която сега ни се струва съвършена, а тогава ще бъде може би стара и неефективна това ще създаде екологичен, регулаторен и финансов проблем, защото както производството, така и унищожаването или рециклирането на електроника е скъп и замърсяващ процес.

Централизираното съхраняване на голямо количество данни в електронна форма и дистанционното управление на консуматорите създава опасност, както от последиците от човешка грешка, така и от злоумишлени действия.

В производството, инсталацията и експлоатацията им са въвлечени много икономически субекти. При сложните взаимоотношения между тях може да се окаже, че тези които са инвестирали най-много няма да получат най-голямата печалба, което е несправедливо и създава несигурност и напрежение между участниците в процеса.

Липсата на опит и статистика в областта им силно затруднява прогнозите. Все още не е ясно какво точно ще се случи при глобалното инсталиране на интелигентните измерители. В условията на свободен пазар това означава поемане на риск и повишаване на цените и печалбите. Ако пазарът е глобално регулиран риска е по-малък и съответно и цените може да се окажат по-ниски. А това означава ефективно сътрудничество и разбирателство на ниво правителства, стандартизиращи и сертифициращи органи, производители и други заинтересовани субекти. Глобалната регулация обаче създава опасност и от глобални грешки, за поправянето, на които засега няма бърз, евтин и успешен механизъм.

Освен това отвореността на международни стандарти за интелигентни измерители са по-скоро условни отколкото реални, тъй като за проверката на изследванията, технологичните постижения, техническите параметри на изделията и мрежите са необходими толкова специфични и обемни знания, методи и средства, че стандартите на практика са доста затворени, макар и да са публично достъпни.

Ситуацията в Европа
Интелигентните измерители започват да навлизат чрез множество успешни проекти в Западна Европа след 2000-та година. Държавите с най-напреднали проекти са Италия, Швеция, Холандия, Обединеното кралство, Северна Ирландия. Извън Европа голям брой инсталации има в САЩ и Австралия. Между инсталираните модели има общи неща, но и съществени различия. Изглежда, че засега инсталациите с интелигентни измерители в Европа се развиват по-бързо и по-успешно от предвиденото, но за сигурен и окончателен успех е още рано да се говори.

Проектът Open Meter
Главната задача на проекта Open Meter е да състави необходимите и достатъчни стандарти за интелигентните измерители предназначени за измерване на електричество, газ, вода и топлинна енергия. Стандартите трябва да са основани на одобрението на всички заинтересовани страни и да могат да се реализират на приемлива цена. Резултатът от проекта са оценки на стари стандарти и предложения за нови стандарти, базирани на вече съществуващи и приети документи, като в това се включват сериите стандарти IEC 60050-300.2001, IEC62056, IEC62051:1999, IEC62056-42/46/52.2002, ISO/IEC 646:1991, ISO/IEC 1155.1978, ISO/IEC 1177.1985, ISO/IEC 1745.1975, ISO/IEC 7480.1991, EC 61334, EN13757, IEC61107, IUT-T Recommendations V.24 (2000), IUT-T Recommendations V.28 (1993), стандарти за интерфейса M-bus и други. Съществуващите стандарти ще бъдат осъвременени с новите постижения и ще бъдат предложени промени. Предложенията за нови стандарти ще бъдат изпратени в европейските и международните стандартизиращи институции. Технологията на интелигентните измерители се счита вече за проверена и готова за масово използване.

Проектът трябва да премахне множеството пречки съществуващи в момента пред създаване на единна система с интелигентни измерители на европейско и световно ниво, базирана на отворени международни стандарти и взаимозаменяемост на произвеждания хардуер и софтуер. Този проект се финансира от Европейската комисия в рамките на Седмата Рамкова Програма. В проекта има включени десетки заинтересовани фирми и организации, измежду които и производители на електронни компоненти като ST Microelectronics, Maxim, Siemens и др. Проектът е дефинирал шест работни пакета (work package –WP) с документи, както следва.

WP1 е пакет от документи, съдържащ функционални изисквания и регулаторни постановки. Тук се адресират изискванията на всички заинтересовани страни и се анализират документите в различните европейски страни, които са свързани с интелигентни измерители.

WP2 е пакет, който идентифицира празнините свързани с необходимите знания и технологии, за да се решат успешно проблемите с интелигентните измерители. Прави се преглед на наличните технологии, които могат да се използват за използване с тях. Включват се всички въпроси, свързани с хардуера, софтуера, използваните протоколи, модели на данни, комуникационни среди (жични, безжични, оптични), архитектурите на системите и др. С този пакет се препоръчат най-подходящите технологични решения и се уточнят целите за научноизследователска работа за запълване на технологичните празноти, ако се открият такива.

WP3 е пакет, който покрива научноизследователската работа, необходима за решаване на поставените проблеми и за изготвяне на предложения за нормативни документи. Този пакет е базиран на WP1 и WP2 и гарантира, че всички научни и развойни дейности по изпълнение на поставените изисквания към проекта ще бъдат проведени успешно и на приемлива цена.

WP4 е пакет, покриващ тестването на разработките. Тук са дефинирани методите и постановките за тестване и сертифициране на елементите от бъдещата система от интелигентни измерители и на системата като цяло.

WP5 е пакет, който съдържа спецификации и предложения за един или повече стандарти. Предложенията ще бъдат изпратени до съответните Европейски и международни стандартизиращи институции.

WP6 е пакет, който третира въпросите с разпространяването на информацията, произведена от проекта. Тя трябва да достигне до всички заинтересовани страни, включително производителите на консуматива, участниците в съответния пазарен сегмент, производителите на интелигентни измерители, крайни потребители на енергия и на интелигентни измерители.

От стартирането си през 2009 г. проектът Open Meter направи голям прогрес, който може да се проследи на съответната интернет страница, като резултатите са подкрепени от всички участници, повечето от които са водещи компании в техния пазарен сегмент. Където е възможно техническите решения ще са базирани на Интернет технологиите. В рамките на проекта са проведени множество работни семинари и конференции. Предполага се, че приемането на нормативни документи улесняващи въвеждането на интелигентни измерители във всички страни ще се развива с ускорени темпове, тъй като от една страна повечето предизвикателства са решени и освен това има вече натрупан опит от повече от десетина години. В близките години ще се стигне до стабилизиране на използваните технологии и все по-масовото им навлизане. Обаче заплахата от прекалено честата подмяна на измерителите в домакинството може да се окаже един от задържащите фактори в областта и затова стабилността на технологичните решения е от първостепенно значение за успеха на интелигентни измерители.

В тях ще се съсредоточи значителна изчислителна мощност и тези устройства се виждат като част от бъдещата и все по-развиваща се междумашинна комуникация (M2M – Machine to Machine Communication).