Система диференційованого тарифного обліку і дистанційного управління споживанням енергоресурсів та води

Корисна модель відноситься до вимірювальної та обчислювальної техніки і може бути використана для багатотарифного обліку та контролю вартості споживання електроенергії, газу, пари, тепла чи води (далі ресурсів), а також для управлінням споживання з можливістю відключення будь-якого виду ресурсів як з передоплатою, так і в кредит з урахуванням пільгових тарифів. Відомий спосіб [1] для обліку вартості енергії при змінних тарифах за допомогою пристрою, який включає лічильники електроенергії, кожний з яких підключений до автономного запам'ятовуючого пристрою, виходи яких через комунікаційний модуль об'єднані з центральним процесором. У відомому пристрої кожний лічильник електроенергії формує імпульсні сигнали, кількість яких за даний термін часу пропорційна спожитій електроенергії, які накопичуються в автономному запам'ятовуючому пристрої і поступають через комунікаційний модуль до центрального процесора. Недоліком відомого пристрою є обмежені функціональні можливості в зв'язку з тим, що в ньому неможливо вести управління, а також відключення споживання будь-якого виду енергії (ресурсів) в діючих тарифних зонах доби на принципах передоплати за енергію (ресурси) чи споживання її в кредит та з урахуванням пільгових тарифів за допомогою електронних смарт-карт. Відомий пристрій [2] для обліку електричної енергії, який включає мікропроцесор, переключаючий пристрій, оперативний запам'ятовуючий пристрій, пристрій передоплати, який включає пристрій для прийому електронних грошей у вигляді електронних карт, причому вихід мікропроцесора з'єднаний з дисплеєм та переключаючим пристроєм, а мнемонічний індикатор дисплею включає три регістри, перший з яких відображає інформацію про величину споживання електроенергії в навантаженні споживача, другий - про наявність і інтенсивність витрати оплаченої електроенергії, а також про залишок вартості оплаченої електроенергії записаної на електронній карточці, третій регістр показує інтенсивність витрати електроенергії, яка видається споживачу в кредит. Недоліком відомого пристрою є те, що в ньому ведеться облік тільки електричної енергії і не ведеться облік інших видів енергії (ресурсів), а також неможливість проводити управління та відключення енергоспоживання в тарифних зонах доби з передоплатою і в кредит з урахуванням можливих пільг по оплаті. Найбільш близький за своєю технічною сутністю є спосіб визначення вартості електроенергії, яка оплачується по диференційованому тарифу та пристрій для його реалізації [3], який заключається в тому, що в кожний інтервал дії відповідного тарифу вимірюють спожиту електроенергію під час дії першого тарифу з коефіцієнтом пропорційності рівним 1, а в кожний інтервал дії наступного тарифу - з коефіцієнтом аi/а1, вартість електроенергії В визначається із формули як: В = а (А1 + А2 + А3 +...+ Аі), де В - вартість спожитої електроенергії; а1, а2,... а, - тариф діючий у відповідних інтервалах часу доби; А1 , А2,... AI - виміряне значення спожитої електроенергії. Пристрій для визначення вартості електроенергії, оплаченої по диференційованому тарифу включає однотарифний лічильник електроенергії та трансформатор струму, ви ходи якого підключені до відповідних виводів стр умової обмотки лічильника. Недоліком відомого способу визначення вартості електроенергії, яка оплачується за диференційованим тарифом, є обмежені функціональні можливості пристрою для його реалізації із-за того, що у даному пристрої не реалізовані функції управління та відключення за тарифами диференційованими по зонах доби як з передоплатою, так і в кредит з урахуванням можливих пільг на тариф в кожній зоні. Крім того, у даному способі і пристрої можливо вести облік тільки електричної енергії і не можливо вести облік та управління енергоспоживання будь-якого іншого виду енергії (ресурсів). У зв'язку з тим, що в відомому способі неможливо в процесі роботи пристрою програмним шляхом змінювати тарифні зони і проводити його тестування, він має невелику надійність та живучість. В основу корисної моделі поставлено задачу шляхом внесення нових конструктивних елементів створити "Систему для диференційованого тарифного обліку і дистанційного управління споживанням енергоресурсів та води" в якій реалізована можливість розрахування в кредит чи з передоплатою за допомогою електронних смарткарт чи пристроїв дистанційного управління за рахунок спроможності тарифного управління з можливістю відключення споживання будь-якого виду енергії та води за діючими тарифами в визначених зонах доби з урахуванням пільгових тарифів, а також збільшення надійності функціонування та живучості. Систему для диференційованого тарифного обліку і дистанційного управління споживанням енергоресурсів та води, який відрізняється тим, що включає мікропроцесор 1, лічильник енергії 2, оперативний запам'ятовуючий пристрій З, пристрій передоплати 4, який містить засіб для прийому електронних грошей у вигляді електронних смарт-карт, дисплей 5, переключаючий пристрій 6, таймер 7, послідовний інтерфейс 8, два дешифратори 9, ключі 10, регістр 11, елементи гальванічної розв'язки 12, вихід шини першого порту мікропроцесора 1 об'єднаний зі входами адреси старшого байта оперативного запам'ятовуючого пристрою 3, таймера 7, дисплея 5, пристрою передоплати 4 та послідовного інтерфейсу 8, входи адреси молодшого байта яких підключені до виходу регістра 11, з'єднаного своїм входом з виходом другого порту мікропроцесора 1 та входами даних оперативного запам'ятовуючого пристрою З, таймера 7, дисплея 5, пристрою передоплати 4 і послідовного інтерфейсу, вхід вибору кристалу оперативного запам'ятовуючого пристрою 3, таймера 7, дисплею 5, пристрою передоплати 4 і послідовного інтерфейсу 8 підключений відповідно до старшого (n-i) (і = 0, 1, 2, 4, n = 15) розряду шини адреси першого порту мікропроцесора 1, вихід запису молодшого байта, адреси якого підключений до управлінського входу регістра 11, вихід шини третього порту мікропроцесора 1 підключені до адресних входів першого та другого дешифраторів 9, управлінські входи кожного із яких з'єднані з виходом послідовного порту мікропроцесора 1 і шини сигналу строб, виходи першого дешифратора підключені до входів елементів гальванічної розв'язки 12, підключених своїми виходами відповідно до перших входів лічильника енергії 2 та переключаючого пристрою 6, з'єднаних своїми другими входами з мережею енергопостачання, виходи лічильника енергії 2 та переключаючого пристрою 6 з'єднані відповідно зі входами ключів 10, підключених своїми управлінськими входами з відповідними виходами другого дешифратора 9, ви ходи ключів 10 об'єднані і підключені через елемент гальванічної розв'язки 12 до входів послідовного порту мікропроцесору 1, шини запису та читання мікропроцесора 1 підключені до входів відповідно запису та читання оперативного запам'ятовуючого пристрою 3, пристрою передоплати 4, дисплею 5, таймера 7 та послідовного інтерфейсу 8. Обґрунтування роботи системи полягає в тому, що в кожний із інтервалів часу доби діючої тарифної зони Sj (j=1,2,3...n) вимірюють спожиті ресурси і, за діючими тарифами в визначених зонах Sj доби із врахуванням пільгових тарифів спожита енергія вимірюється з ваговою функцією ajLj(t), а вартість В спожитої енергії визначається формулою: B=a1L1(t)A1+a2L2(t)A2+a3L3(t)A3+...+anLn(t)An , (1) де Аj - виміряне значення електроенергії або газу, пари, тепла чи води в Sj зоні часу доби; В - вартість спожитої електроенергії чи газу, пари, тепла або води; Aj - тариф діючий в інтервалі Sj- часу доби, який приймає значення: ìa j при діючому тарифі , ï aj = í ï a j при пільговому тарифі, j = 1,2,3, n î , (2) Зокрема, наприклад при n = 3 а1 - тариф діючий в "піковій" зоні Si; a2 - тариф діючий в "напівпіковій" зоні S2; а3 - тариф діючий в "нічній" зоні S3 і т.п.; Sj - величина, яка визначає тривалість j-ої зони по годинах tк доби, к =1,2,...24, наприклад, t8 - восьма година ранку; t 20 - 20 година вечора. ì1 при t 8 £ t £ t 11 ì1 при t 6 £ t £ t 8 ì1 при t 23 £ t £ t 6 ï ï S1 = í1 при t 20 £ t £ t 22 , S 2 = í1 при t 11 £ t £ t 20 , S 3 = í î0 в інших випадках ï0 в інших випадках ï0 в інших випадках î î , (3) Lj(t) - функція, яка визначає процес диференційного управління з можливістю відключення споживання електроенергії, газу, пари, тепла та води в кожній Sj-й зоні з передоплатою чи в кредит і яка приймає значення ìL j (t) при предоплаті споживання , ï L j (t) = í ; ïL j (t) при кредитуванні споживання î , (4) ì1 діючій предоплаті , ï кінці передоплат в діапазоні и ï1 L j (t) = í , ïa j в діапазоні ( t ¢ + t1 ) £ t £ ( t ¢ + t1 + t 2 ), j = 12,3... n ï0 t ³ t ¢ + t1 + t 2 î t ¢ £ t £ t1 при ( в икону єтьс сигналізац ія), я (5) де: t' - момент часу кінця передоплати, t1, t 2 - проміжки часу, в яких виконується сигналізація та обмеження a споживання відповідно; j 0 < aj < 1 - величина, яка визначає ступінь обмеження споживання електроенергії, газу, пари, тепла чи води в режимі передоплати. У тому випадку, якщо споживання енергії реалізується в кредит, то Lj(t) в кожній відповідній Sj-й зоні приймає, наприклад, такі значення: кредитуванні енергії , ì1 ï L j (t) = íb j при кінці кредита в діапазоні t ¢ £ t £ t¢ ï0 t ³ t ¢ + t¢ î j = 12,3...n , , (6) де: t' - момент часу кінця кредиту; t ¢ - проміжок часу обмеження споживання; 0 < bj < 1 - величина, яка визначає ступінь обмеження споживання електроенергії, газу, пари, тепла чи води в режимі кредитування. Формула (1) і відповідно формули (2), (3), (6) являють собою математичну модель предмета корисної моделі - способу диференційованого тарифного обліку і дистанційного управління споживанням електроенергії, газу, тепла та води (з можливістю їх відключення) е кредит чи з передоплатою за допомогою електронних смарт-карт чи пристроїв дистанційного управління. Структурна схема системи наведено на фіг. 1, а на фіг. 2 приведено блок-схему алгоритму роботи системи (фіг. 1) диференційованого тарифного обліку і дистанційного управління споживання електроенергії, газу, пари, тепла та води (з можливістю їх відключення) в кредит чи з передоплатою за допомогою електронних смарт-карт чи пристроїв дистанційного управління включає мікропроцесор 1, лічильник енергії 2, оперативний запам'ятовуючий пристрій 3, пристрій передоплати 4, який містить засіб для прийому електронних грошей у вигляді електронних смарт-карт, дисплей 5, переключаючий пристрій 6, таймер 7, послідовний інтерфейс 8, два дешифратори 9, ключі 10, регістр 11, елементи гальванічної розв'язки 12. Вихід шини першого порту мікропроцесора 1 об'єднаний зі входами адреси старшого байта оперативного запам'ятовуючого пристрою З, таймера 7, дисплея 5, пристрою передоплати 4 та послідовного інтерфейсу 8. Входи адреси молодшого байта яких підключені до виходу регістра 11, з'єднаного своїм входом з виходом другого порту мікропроцесора 1 та входами даних оперативного запам'ятовуючого пристрою З, таймера 7, дисплея 5, пристрою передоплати 4 і послідовного інтерфейсу В. Вхід вибору кристалу оперативного запам'ятовуючого пристрою 3, таймера 7, дисплею 5, пристрою передоплати 4 і послідовного інтерфейсу 8 підключений відповідно до старшого (n-і) (і =0, 1, 2, 4, n = 15) розряду шини адреси першого порту мікропроцесора 1, вихід запису молодшого байта, адреси якого підключений до управлінського входу регістра 11. Вихід шини третього порту мікропроцесора 1 підключені до адресних входів першого та др угого деши фраторів 9, управлінські входи кожного із яких з'єднані з виходом послідовного порту мікропроцесора 1 і шини сигналу строб. Виходи першого дешифратора підключені до входів елементів гальванічної розв'язки 12, підключених своїми виходами відповідно до перших входів лічильника енергії 2 та переключаючого пристрою 6, з'єднаних своїми другими входами з мережею енергопостачання. Виходи лічильника енергії 2 та переключаючого пристрою 6 з'єднані відповідно зі входами ключів 10, підключених своїми управлінськими входами з відповідними виходами другого дешифратора 9. Виходи ключів 10 об'єднані і підключені через елемент гальванічної розв'язки 12 до входів послідовного порту мікропроцесору 1. Шини запису та читання мікропроцесора 1 підключені до входів відповідно запису та читання оперативного запам'ятовуючого пристрою 3, пристрою передоплати 4, дисплею 5, таймера 7 та послідовного інтерфейсу 8. Лічильник електроенергії 2, використаний, наприклад, у вигляді лічильника "Альфа" фірми АББ (якщо ведеться облік електроенергії) або у вигляді лічильника "ФЛОУТЕК" фірми Ендресс-Хаузер (якщо ведеться облік енергоносія: пари, тепла, води, газу). Мікропроцесор 1 виконаний, наприклад, у вигляді однокристального мікроконтролера типу KM 1816BE51, послідовний інтерфейс 8 виконаний, наприклад, у вигляді інтегральної мікросхеми типу 18250. Пристрій передоплати виконаний, наприклад, у вигляді пристрою чіп-карт рідер (DDM HOPT+SCHLER). Елемент гальванічної розв'язки 12 виконаний, наприклад, у вигляді оптрону типу АОТ123, ЗОТ123. Робота системи диференційного тарифного обліку і дистанційного управління споживання електроенергії, газу, пари, тепла та води (з можливістю їх відключення) в кредит чи з передоплатою за допомогою електронних смарт-карт чи пристроїв дистанційного управління (фіг. 1) проводиться у послідовності з наведеною блок-схемою системного алгоритму роботи на фіг. 2. На початку роботи системи реалізується процес установки таймера 7, що може бути реалізовано двома шляхами, або через послідовний інтерфейс 8 з верхнього рівня дистанційного управління, або з клавіатури дисплею, при встановленій службовій смарт-карті в пристрій передоплати 4. Після установки таймеру 7 виконується передоплата за споживання енергії або одержання дозволу споживання енергії в кредит шляхом вставлення смарт-карти (електронних грошей) в пристрій передоплати 4. Якщо процедура установки таймера 7 і передоплати (чи в кредит) за споживання енергії виконана, то реалізується контроль правильності виконаних операцій. В тому випадку, коли ці процедури виконані вірно, то система запускається в роботу і переключаючим пристроєм 6 енергія підключається до споживача. Коли процедура установки таймера 7 та передоплати (чи в кредит) виконані невірно, то процес повторюється до тих пір, поки процедури виконаються вірно. Далі мікропроцесор 1 по шині даних читає із таймера 7 інформацію, обробляє її і за формулою (3) визначає тривалість зон: наприклад, "пікової" S1; "напівпікової" S2; "нічної" S3 і т.п. Sj j = 1, 2, 3,..., n та за формулою (2) діючі a аj (або пільгові j , якщо вони є) тарифи, кожний із яких діє відповідно в Sj тарифній зоні. Відповідно з (2) знаходиться в Sj зоні діючий aj чи пільговий а. тариф. Якщо в Sj зоні діє аj, то в мікропроцесорі 1 визначається як a працює система з передоплатою, чи в кредит. В тому випадку коли діє пільговий тариф j , то знаходиться величина пільги в кожній зоні. Припустимо, що споживач енергії споживає її на принципі передоплати, тоді мікропроцесор 1 своїм послідовним портом через дешифратор 9, елементи гальванічної розв'язки 12 і ключ 10 зв'язується з лічильником енергії 2 і послідовно (побайтово) читає інформацію про величину спожитої енергії Aj в момент читання в Sj-й зоні. Після визначення спожитої енергії в Sj-й зоні на момент читання, в мікропроцесорі 1 визначається діє передоплата чи ні. Якщо передоплата діє, то визначається вартість енергії ajLj(t)Aj в Sj-й зоні при цьому відповідно формулі (5) Lj(t) = 1 і відповідно (1) обчислюється В вартість спожитої енергії. Потім цей процес повторюється до тих пір, поки не закінчується передоплата. В той момент часу, коли дія передоплати закінчується, то, відповідно формулі (5), мікропроцесором 1 обчислюється діапазон часу ті видачі сигналізації, яка буде видаватися в кожній Sj-й зоні, тобто знаходиться L1(t), L2(t), L3(1). Далі в кожний момент часу в мікропроцесорі 1 визначається чи діє діапазон часу видачі сигналізації. Якщо він діє, то по аналогії з написаним визначаються ajLj(t)Aj, визначається В за формулою (1) і так продовжується, поки діапазон часу сигналізації закінчується. Після цього в мікропроцесорі 1 за формулою (5) знаходиться діапазон обмежень подачі енергії споживачу L1(t), L 2(t), L3(t), ..., відповідно в зонах S1, S2 , S3 ... та величина обмежень енергії в кожній зоні відповідно a 1, a 2 , a 3 ,.... В тому випадку, коли визначені діапазони обмежень подачі енергії споживачу L (t) і відповідно j величини aj цих обмежень мікропроцесор 1 своїм послідовним портом через дешифратор 9, елементи гальванічної розв'язки 12 і ключ 10 зв'язується з переключаючим пристроєм 6 і передає йому послідовно (побайтово) інформацію про величину зменшення подачі енергії споживачу. Після чого по аналогії ведеться облік спожитої енергії В відповідно (1) до тих пір, поки не закінчується часовий діапазон обмеження в кожній Sj-й зоні. Якщо діапазон часу споживання енергії в кожній Sj-й зоні закінчився, то тоді мікропроцесор 1 видає команду переключаючому пристрою 6 на відключення споживання енергії споживачем, та видає на дисплей 5 і послідовному інтерфейсу 8 на верхній рівень управління запит "продовження обліку" чи "кінець". Якщо видається команда "продовження обліку", то система переходить в початковий стан і після установки таймера та передоплати (чи кредиту) система запускається і відповідно описаному підключає споживача до живлення енергією. В тім випадку, коли споживачу видається енергія в кредит, то система працює так само, з тією лише різницею, що значення Lj(t) в мікропроцесорі 1 обчислюються за формулою (6), а також знаходиться другий b коефіцієнт j обмежень споживання енергії. Завдяки введення спроможності дистанційного диференційованого тарифного управління з можливістю відключення споживання будь-якого виду енергії, ресурсів (електроенергії, газу, пари, тепла та води), як з передоплатою так і в кредит за діючими тарифами в визначених зонах Sj доби зі врахуванням пільгових тарифів, запропонований спосіб вигідно відрізняється від способу прототипа. На відміну від способу прототипа за допомогою якого можливо вести облік тільки електроенергії і неможливо проводити тарифне управління енергоспоживанням з передоплатою чи в кредит зі врахуванням пільгових тарифів, у запропонованому способі значно розширені функціональні можливості завдяки новим елементам, та зв'язкам між ними та завдяки тому, що при реалізації запропонованого способу ведеться облік спожитої енергії Aj в кожній Sj-й зоні з ваговою функцією ajLj(t) відкривається можливість здійснювати облік будь-якого виду енергії, ресурсів (електроенергії, газу, пари, тепла та води) в кожній Sj-й зоні, на відміну від прототипу, в якому ведеться тільки облік електроенергії. Крім того, завдяки спроможності проведення обліку ajLj(t) відкривається можливість тарифного дистанційного управління споживанням будь-якого виду енергії, ресурсів (електроенергії, газу, пари, тепла та води) як з передоплатою, так і в кредит, з урахуванням пільгових тарифів з обмеженням споживання, а також відключення споживача від джерела енергії. Крім того, на відміну від прототипу, в якому неможливо в процесі роботи вести тестовий контроль та програмну перелаштування тарифних зон, в запропонованій системі, завдяки застосуванню мікропроцесора, стало можливим в процесі роботи проводити тестовий контроль і перелаштування тарифних зон, що значно збільшить надійність функціонування запропонованої системи та її живучість. Джерела інформації: 1. United States Patent № 520704 "Autonomus pulse reading and recording system", Miguel Sosa Quintana, Bautisa Vizcaion Dec.14,1993, G 01 D4/00. 2. Патент RU № 2098835, Счетчик электрической энергии, МПК G01R 22/00, 11/00, опубл. 24.06.96. 3. Патент RU № 18211747 A1, Способ определения стоимости тарифа и устройств для его реализации, МПК G01R 11/58, опубл. 15.06.93 (прототип).