QR-kód firmy
Odborné články a príspevky
Spoľahlivý a bezpečný diaľkový zber údajov z meračov spotreby
26. ročník konferencie s medzinárodnou účasťou, 12. až 16. február 2018, Grand Hotel Permon, Podbanské
1. Úvod
Údaje z meračov spotreby obsahujú veľmi dôležité znalosti a poznatky o situácii v systéme. Bez podrobných informácií o aktuálnom stave distribučnej siete a energetickom toku nie je možné rozhodnúť, aké metódy a nástroje použiť na zlepšenie jeho efektívnosti a následne, ako vyhodnotiť účinok týchto nástrojov. Platí jednoduché tvrdenie – nemôžete optimalizovať to, čo nemeriate.
Štatistiky a analýzy dokazujú, že ak frekvencia odčítania okamžitých údajov rastie, tak sa zvyšuje aj schopnosť pre optimalizáciu systému a tým aj výsledná hodnota, ktorú môžete vytvoriť pri správe takéhoto systému. Platí to v podstate rovnako pre výrobu a distribúciu tepla, vody, elektriny či plynu.
2. Investovať do inteligentnej technológie merania tepla a vody?
Systémy diaľkového vykurovania na ceste od zdroja tepla až po koncového užívateľa vo vzdialenej budove sú z hľadiska tepelného zaťaženia pomerne nehomogénne. Táto heterogénnosť spôsobuje, že detekcia chýb na celej trase diaľkového vykurovania je náročná. Najťažšie nie je zistiť, čo je zlé, ale vedieť, čo je správne. Aby sme vedeli, čo je správne, je potrebné mať dostatok informácií o každom jednotlivom zákazníkovi. V dostupných štúdiách sa odhaduje, že až 75% všetkých pripojených zákazníkov má poruchu v rozvodoch a sekundárnych systémoch [1].
Zisťovanie týchto porúch s často odčítaných údajov meračov nielenže odhaľuje poznatky o potrebe tepla zákazníka, ale tiež poskytuje vedomosti o jeho správaní. Na druhej strane analýza modelov spotreby energie firiem a veľkých spoločností môže odhaliť potrebné zmeny vo výrobných metódach a prípadne aj konkurenčnú výhodu.
3. Štyri generácie zberu údajov
Zvyšovanie frekvencie merania a odčítania údajov nie je nič nové. Do dnešnej doby existujú v podstate štyri generácie zberu údajov – od manuálneho odčítania teplôt, tlaku, prietoku alebo hladiny až po presné meranie elektrických signálov, ich digitalizáciu a prenos na displeje meračov a do nadriadených výpočtových systémov. Pre prvé tri generácie bolo spoločné to, že údaje boli prístupné lokálne – od papierovej podoby až po ručné prepisovanie do centralizovaných počítačov.. V štvrtej generácii vývoj IKT otvoril príležitosti na prepojenie takmer všetkého na čokoľvek a údaje sú prístupné odkiaľkoľvek.
To znamená, že dáta z množstva rôznych zdrojov sa dajú ľahko zhromažďovať v jednej databáze alebo môžu byť prístupné na jednom mieste za nízku cenu. Limitujúcim faktorom nie je množstvo meraní a dát, ale schopnosť ich triediť, analyzovať a transformovať na užitočné informácie.
Zavedenie automatizovaných systémov odčítania údajov z meračov spotreby poskytuje rýchly, spoľahlivý a bezpečný zber veľmi dôležitých informácií potrebných nielen na nevyhnutnú fakturáciu spotreby, ale tiež umožňuje zhromažďovať dostatočný balík užitočných dát použiteľných na optimalizáciu celého systému dodávky energie.
4. Optimalizácia založená na údajoch
Poznatky získané z takto často odčítaných údajov z merača spotreby majú veľa možných využití, ktoré pomáhajú dodávateľom tepla alebo vody pri každodennej práci s vlastným systémom a tiež so zákazníkmi. Medzi tie najdôležitejšie aplikácie patrí:
Ochrana vlastných príjmov – často aktualizované údaje zaručujú vždy presnú bázu na rozúčtovanie, s rýchlym odhaľovaním nezrovnalostí a bez zbytočných konfliktov so zákazníkmi.
Zlepšenie služieb zákazníkom - inteligentné meranie podporuje pro-aktívnejší dialóg s koncovými používateľmi. Prehľad nameraných údajov pomáha vidieť dôsledky ich energetického správania a poskytuje im poradenstvo pri individuálnej optimalizácii spotreby energie.
Identifikácia porúch alebo nesprávne nastavených rozvodov – sú zozbierané dôležité informácie na optimalizáciu efektívnosti systému.
Monitorovanie úrovní teploty v distribučnej sieti - informácie o aktuálnych teplotách v systéme slúžia na určenie najnižšej akceptovateľnej teploty pre koncových užívateľov.
Detekcia úniku - monitorovanie a zníženie úrovne úniku šetrí náklady na dodávku a ohrev novej spracovanej vody do systému a umožňuje zistiť inštalácie, pri ktorých vniknutie vody do systému diaľkového vykurovania spôsobuje problémy s kvalitou spracovanej vody.
I dentifikácia straty tepla a vody - kombináciou údajov z meračov od koncového užívateľa s informáciami meračov zo strategických miest v celej distribučnej sieti sa dajú monitorovať tepelné straty a rýchlo zistiť negatívne alebo pozitívne trendy spotreby.
Zlepšenie účasti koncových používateľov - vďaka častejšiemu odčítavaniu údajov môžu dodávatelia ponúkať koncovým používateľom ďalšie služby. Napríklad online manažment spotreby energie poskytuje okrem iného vždy dostupné personalizované prehľady o aktuálnej spotrebe alebo jej histórii. Cieľom by malo byť zviditeľniť spotrebu pre zákazníkov.
Modelovanie budov – dlhodobé historické namerané údaje sú tiež určené na predpovedanie toho, ako sa budú budovy správať za rôznych podmienok. Bude to jeden z kľúčových nástrojov pri plánovaní výroby energie, používaní budov alebo pri hodnotení potreby renovácie.
5. Flexibilita, robustnosť a bezpečnosť dát
Nové požiadavky na systémy odčítania údajov meračov spotreby by mali byť postavené tak, aby uniesli záťaž na veľmi frekventovaný odpočet. To znamená, že už nestačí, aby boli údaje čítané len jeden krát za mesiac, ale aby dátová aj prenosová kapacita vyhovovala minimálne dennému, hodinovému prípadne aj častejšiemu odčítavaniu. Je však dôležité zdôrazniť, že pred vybudovaním takéhoto systému je potrebné vedieť, čo robiť s takým množstvom údajov, ako ich efektívne a užitočne využiť.
V súčasnosti veľmi významným faktorom je zaistiť bezpečnosť zozbieraných údajov. Každý systém musí vyhovovať štandardom GDPR (General Data Protection) a tým sa stáva neoddeliteľnou súčasťou každého riešenia na odčítanie údajov a ich ďalšie spravovanie.
Tu si treba uvedomiť spoločnú zodpovednosť obidvoch strán – jednak dodávateľa riešenia, ale aj užívateľa systému, ktorý bude všetky údaje zhromažďovať, archivovať, či poskytovať tretím stranám.
Z hľadiska dodávateľa riešenia na odčítanie nameraných údajov sú kľúčové otázky, ako je šifrovanie dát, zabezpečenie diferencovaného prístupu k dátam, záznam všetkých aktivít spojených s dátami, viacvrstvová bezpečnosť dát a nakoniec mať pripravený plán v prípade nepredvídaných udalostí.
5.1 Šifrovanie dát
Všetky meracie zariadenia majú individuálne šifrovacie kľúče na ochranu údajov počnúc meračom až po koncentrátor údajov a z koncentrátora po server, kde sa údaje ukladajú do databázy. Šifrovacie kľúče sa nesmú prenášať prostredníctvom obyčajného textu, v e-mailoch, USB kľúčoch alebo podobne.
Preto musí existovať bezpečná metóda na výmenu šifrovacích kľúčov s užívateľom systému spôsobom, aby sa šifrovacie kľúče nedostali do nesprávnych rúk.
Ukladanie a dešifrovanie údajov sa uskutočňuje výlučne za firewallmi a v systéme na správu údajov (DMS), aby sa zaistila dátová bezpečnosť údajov v súlade s právnymi predpismi.
5.2 Prístup k dátam
Bezpečnosť údajov nie je len technická záležitosť. Je to tiež otázka vnútro-firemných procesov. Okrem iného to znamená, že musia existovať rozdiely medzi tým, kto potrebuje vidieť alebo spracovať aké údaje a kedy to urobiť. Z tohto dôvodu celkový návrh riešenia musí uľahčiť zvládnutie týchto úloh a práv a uskutočniť potrebné obmedzenia, ktoré sú potrebné pre splnenie požiadaviek GDPR.
6. Kombinované systémy diaľkového odčítania údajov
Spoľahlivé, rýchle, bezpečné a flexibilné inteligentné meranie spotreby tepla a vody je možné postaviť na štandardoch drôtového a bezdrôtového M-Bus prenosu, či už v podobe pochôdzkového systému alebo ako pevnú sieť. Práve kombinované spôsoby prenosu sú najčastejším riešením automatizovaného odčítavania meračov spotreby.
6.1 Wireless M-Bus technológia
Bezdrôtová wM-Bus infraštruktúra vyžaduje len málo komponentov (koncentrátory a repeatre) a má komplexné sieťové pokrytie pri dobrom rádiovom spojení. Údaje o spotrebe sa dajú rýchlo a jednoducho zbierať zo širokého radu typov meračov spotreby (voda, teplo, chlad, plyn). Je možné pritom využiť viac režimov (C, T1 OMS a pod.).
Obr. 1 wM-Bus koncentrátor Obr. 2 wM-Bus Repeater
Merače spotreby komunikujú s koncentrátorom, ktorý je umiestnený v čo najvyššej polohe, aby sa zabezpečil kvalitný rádiový príjem. Ak sú merače s Wireless M-Bus modulom v dosahu koncentrátora, ten ich automaticky identifikuje a číta namerané údaje. Flexibilita sa dosahuje aj tým, že sa môžu dodatočne pridávať do siete ďalšie merače a koncentrátor ich bude bez problémov identifikovať a odčítavať údaje. Tým sa držia náklady na inštaláciu a prevádzku na minime. V mestských oblastiach má koncentrátor rádiový dosah 2,5 až 3 km a pripojením externej aktívnej antény sa dosah výrazne zvýši.
Pre oblasti s nepriaznivými podmienkami alebo v ťažko dostupných lokalitách sa dá jednoducho použiť wM-Bus repeater. Je to nezávislá jednotka napájaná z batérie, ktorá môže byť umiestnená vonku a umožňuje rozšíriť dosah rádiového signálu pre viac meračov súčasne.
Koncentrátor je navyše vybavený drôtovým M-Bus rozhraním, pomocou ktorého je schopný odčítať ďalšie merače pripojené na M-Bus zbernicu.
Kompletne zozbierané dáta v koncentrátore sú dostupné prostredníctvom Ethernetového rozhrania odkiaľkoľvek z prostredia Internet. Zber a správa údajov z celej siete nie sú tým viazané na jediné centrálne miesto a navyše sa dá nastaviť prístup k dátam viacerým užívateľom.
Finálne spracovanie nameraných údajov sa uskutočňuje v príslušnom programovom vybavení, ktoré umožňuje prezentovať a pripraviť dáta pre ďalšie spracovanie v rôznych nadriadených systémoch.
Obr. 3 Príklad inštalácie kombinovaného systému odčítania meračov
4. Záver
Inteligentné meranie je oveľa viac ako len meranie spotreby. Optimálne využitie údajov závisí od toho, ako sú prezentované a ďalej používané. Moderné systémy diaľkového odčítania meračov ponúkajú širokú škálu nástrojov, ktoré pomôžu využiť dáta z každého merača.
Kľúčovou úlohou zostáva premeniť veľkú hromadu dát na užitočné informácie použiteľné na optimalizáciu technologického reťazca, zlepšenie služieb zákazníkom a na zvyšovanie celkovej pridanej hodnoty systému.
[1] Gadd, H. (2014). To analyse measurements is to know!
Údaje z meračov spotreby obsahujú veľmi dôležité znalosti a poznatky o situácii v systéme. Bez podrobných informácií o aktuálnom stave distribučnej siete a energetickom toku nie je možné rozhodnúť, aké metódy a nástroje použiť na zlepšenie jeho efektívnosti a následne, ako vyhodnotiť účinok týchto nástrojov. Platí jednoduché tvrdenie – nemôžete optimalizovať to, čo nemeriate.
Štatistiky a analýzy dokazujú, že ak frekvencia odčítania okamžitých údajov rastie, tak sa zvyšuje aj schopnosť pre optimalizáciu systému a tým aj výsledná hodnota, ktorú môžete vytvoriť pri správe takéhoto systému. Platí to v podstate rovnako pre výrobu a distribúciu tepla, vody, elektriny či plynu.
2. Investovať do inteligentnej technológie merania tepla a vody?
Systémy diaľkového vykurovania na ceste od zdroja tepla až po koncového užívateľa vo vzdialenej budove sú z hľadiska tepelného zaťaženia pomerne nehomogénne. Táto heterogénnosť spôsobuje, že detekcia chýb na celej trase diaľkového vykurovania je náročná. Najťažšie nie je zistiť, čo je zlé, ale vedieť, čo je správne. Aby sme vedeli, čo je správne, je potrebné mať dostatok informácií o každom jednotlivom zákazníkovi. V dostupných štúdiách sa odhaduje, že až 75% všetkých pripojených zákazníkov má poruchu v rozvodoch a sekundárnych systémoch [1].
Zisťovanie týchto porúch s často odčítaných údajov meračov nielenže odhaľuje poznatky o potrebe tepla zákazníka, ale tiež poskytuje vedomosti o jeho správaní. Na druhej strane analýza modelov spotreby energie firiem a veľkých spoločností môže odhaliť potrebné zmeny vo výrobných metódach a prípadne aj konkurenčnú výhodu.
3. Štyri generácie zberu údajov
Zvyšovanie frekvencie merania a odčítania údajov nie je nič nové. Do dnešnej doby existujú v podstate štyri generácie zberu údajov – od manuálneho odčítania teplôt, tlaku, prietoku alebo hladiny až po presné meranie elektrických signálov, ich digitalizáciu a prenos na displeje meračov a do nadriadených výpočtových systémov. Pre prvé tri generácie bolo spoločné to, že údaje boli prístupné lokálne – od papierovej podoby až po ručné prepisovanie do centralizovaných počítačov.. V štvrtej generácii vývoj IKT otvoril príležitosti na prepojenie takmer všetkého na čokoľvek a údaje sú prístupné odkiaľkoľvek.
To znamená, že dáta z množstva rôznych zdrojov sa dajú ľahko zhromažďovať v jednej databáze alebo môžu byť prístupné na jednom mieste za nízku cenu. Limitujúcim faktorom nie je množstvo meraní a dát, ale schopnosť ich triediť, analyzovať a transformovať na užitočné informácie.
Zavedenie automatizovaných systémov odčítania údajov z meračov spotreby poskytuje rýchly, spoľahlivý a bezpečný zber veľmi dôležitých informácií potrebných nielen na nevyhnutnú fakturáciu spotreby, ale tiež umožňuje zhromažďovať dostatočný balík užitočných dát použiteľných na optimalizáciu celého systému dodávky energie.
4. Optimalizácia založená na údajoch
Poznatky získané z takto často odčítaných údajov z merača spotreby majú veľa možných využití, ktoré pomáhajú dodávateľom tepla alebo vody pri každodennej práci s vlastným systémom a tiež so zákazníkmi. Medzi tie najdôležitejšie aplikácie patrí:
Ochrana vlastných príjmov – často aktualizované údaje zaručujú vždy presnú bázu na rozúčtovanie, s rýchlym odhaľovaním nezrovnalostí a bez zbytočných konfliktov so zákazníkmi.
Zlepšenie služieb zákazníkom - inteligentné meranie podporuje pro-aktívnejší dialóg s koncovými používateľmi. Prehľad nameraných údajov pomáha vidieť dôsledky ich energetického správania a poskytuje im poradenstvo pri individuálnej optimalizácii spotreby energie.
Identifikácia porúch alebo nesprávne nastavených rozvodov – sú zozbierané dôležité informácie na optimalizáciu efektívnosti systému.
Monitorovanie úrovní teploty v distribučnej sieti - informácie o aktuálnych teplotách v systéme slúžia na určenie najnižšej akceptovateľnej teploty pre koncových užívateľov.
Detekcia úniku - monitorovanie a zníženie úrovne úniku šetrí náklady na dodávku a ohrev novej spracovanej vody do systému a umožňuje zistiť inštalácie, pri ktorých vniknutie vody do systému diaľkového vykurovania spôsobuje problémy s kvalitou spracovanej vody.
I dentifikácia straty tepla a vody - kombináciou údajov z meračov od koncového užívateľa s informáciami meračov zo strategických miest v celej distribučnej sieti sa dajú monitorovať tepelné straty a rýchlo zistiť negatívne alebo pozitívne trendy spotreby.
Zlepšenie účasti koncových používateľov - vďaka častejšiemu odčítavaniu údajov môžu dodávatelia ponúkať koncovým používateľom ďalšie služby. Napríklad online manažment spotreby energie poskytuje okrem iného vždy dostupné personalizované prehľady o aktuálnej spotrebe alebo jej histórii. Cieľom by malo byť zviditeľniť spotrebu pre zákazníkov.
Modelovanie budov – dlhodobé historické namerané údaje sú tiež určené na predpovedanie toho, ako sa budú budovy správať za rôznych podmienok. Bude to jeden z kľúčových nástrojov pri plánovaní výroby energie, používaní budov alebo pri hodnotení potreby renovácie.
5. Flexibilita, robustnosť a bezpečnosť dát
Nové požiadavky na systémy odčítania údajov meračov spotreby by mali byť postavené tak, aby uniesli záťaž na veľmi frekventovaný odpočet. To znamená, že už nestačí, aby boli údaje čítané len jeden krát za mesiac, ale aby dátová aj prenosová kapacita vyhovovala minimálne dennému, hodinovému prípadne aj častejšiemu odčítavaniu. Je však dôležité zdôrazniť, že pred vybudovaním takéhoto systému je potrebné vedieť, čo robiť s takým množstvom údajov, ako ich efektívne a užitočne využiť.
V súčasnosti veľmi významným faktorom je zaistiť bezpečnosť zozbieraných údajov. Každý systém musí vyhovovať štandardom GDPR (General Data Protection) a tým sa stáva neoddeliteľnou súčasťou každého riešenia na odčítanie údajov a ich ďalšie spravovanie.
Tu si treba uvedomiť spoločnú zodpovednosť obidvoch strán – jednak dodávateľa riešenia, ale aj užívateľa systému, ktorý bude všetky údaje zhromažďovať, archivovať, či poskytovať tretím stranám.
Z hľadiska dodávateľa riešenia na odčítanie nameraných údajov sú kľúčové otázky, ako je šifrovanie dát, zabezpečenie diferencovaného prístupu k dátam, záznam všetkých aktivít spojených s dátami, viacvrstvová bezpečnosť dát a nakoniec mať pripravený plán v prípade nepredvídaných udalostí.
5.1 Šifrovanie dát
Všetky meracie zariadenia majú individuálne šifrovacie kľúče na ochranu údajov počnúc meračom až po koncentrátor údajov a z koncentrátora po server, kde sa údaje ukladajú do databázy. Šifrovacie kľúče sa nesmú prenášať prostredníctvom obyčajného textu, v e-mailoch, USB kľúčoch alebo podobne.
Preto musí existovať bezpečná metóda na výmenu šifrovacích kľúčov s užívateľom systému spôsobom, aby sa šifrovacie kľúče nedostali do nesprávnych rúk.
Ukladanie a dešifrovanie údajov sa uskutočňuje výlučne za firewallmi a v systéme na správu údajov (DMS), aby sa zaistila dátová bezpečnosť údajov v súlade s právnymi predpismi.
5.2 Prístup k dátam
Bezpečnosť údajov nie je len technická záležitosť. Je to tiež otázka vnútro-firemných procesov. Okrem iného to znamená, že musia existovať rozdiely medzi tým, kto potrebuje vidieť alebo spracovať aké údaje a kedy to urobiť. Z tohto dôvodu celkový návrh riešenia musí uľahčiť zvládnutie týchto úloh a práv a uskutočniť potrebné obmedzenia, ktoré sú potrebné pre splnenie požiadaviek GDPR.
6. Kombinované systémy diaľkového odčítania údajov
Spoľahlivé, rýchle, bezpečné a flexibilné inteligentné meranie spotreby tepla a vody je možné postaviť na štandardoch drôtového a bezdrôtového M-Bus prenosu, či už v podobe pochôdzkového systému alebo ako pevnú sieť. Práve kombinované spôsoby prenosu sú najčastejším riešením automatizovaného odčítavania meračov spotreby.
6.1 Wireless M-Bus technológia
Bezdrôtová wM-Bus infraštruktúra vyžaduje len málo komponentov (koncentrátory a repeatre) a má komplexné sieťové pokrytie pri dobrom rádiovom spojení. Údaje o spotrebe sa dajú rýchlo a jednoducho zbierať zo širokého radu typov meračov spotreby (voda, teplo, chlad, plyn). Je možné pritom využiť viac režimov (C, T1 OMS a pod.).
Obr. 1 wM-Bus koncentrátor Obr. 2 wM-Bus Repeater
Merače spotreby komunikujú s koncentrátorom, ktorý je umiestnený v čo najvyššej polohe, aby sa zabezpečil kvalitný rádiový príjem. Ak sú merače s Wireless M-Bus modulom v dosahu koncentrátora, ten ich automaticky identifikuje a číta namerané údaje. Flexibilita sa dosahuje aj tým, že sa môžu dodatočne pridávať do siete ďalšie merače a koncentrátor ich bude bez problémov identifikovať a odčítavať údaje. Tým sa držia náklady na inštaláciu a prevádzku na minime. V mestských oblastiach má koncentrátor rádiový dosah 2,5 až 3 km a pripojením externej aktívnej antény sa dosah výrazne zvýši.
Pre oblasti s nepriaznivými podmienkami alebo v ťažko dostupných lokalitách sa dá jednoducho použiť wM-Bus repeater. Je to nezávislá jednotka napájaná z batérie, ktorá môže byť umiestnená vonku a umožňuje rozšíriť dosah rádiového signálu pre viac meračov súčasne.
Koncentrátor je navyše vybavený drôtovým M-Bus rozhraním, pomocou ktorého je schopný odčítať ďalšie merače pripojené na M-Bus zbernicu.
Kompletne zozbierané dáta v koncentrátore sú dostupné prostredníctvom Ethernetového rozhrania odkiaľkoľvek z prostredia Internet. Zber a správa údajov z celej siete nie sú tým viazané na jediné centrálne miesto a navyše sa dá nastaviť prístup k dátam viacerým užívateľom.
Finálne spracovanie nameraných údajov sa uskutočňuje v príslušnom programovom vybavení, ktoré umožňuje prezentovať a pripraviť dáta pre ďalšie spracovanie v rôznych nadriadených systémoch.
Obr. 3 Príklad inštalácie kombinovaného systému odčítania meračov
4. Záver
Inteligentné meranie je oveľa viac ako len meranie spotreby. Optimálne využitie údajov závisí od toho, ako sú prezentované a ďalej používané. Moderné systémy diaľkového odčítania meračov ponúkajú širokú škálu nástrojov, ktoré pomôžu využiť dáta z každého merača.
Kľúčovou úlohou zostáva premeniť veľkú hromadu dát na užitočné informácie použiteľné na optimalizáciu technologického reťazca, zlepšenie služieb zákazníkom a na zvyšovanie celkovej pridanej hodnoty systému.
[1] Gadd, H. (2014). To analyse measurements is to know!
